CN214314774U - 一种转子及永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种转子及永磁同步电机，涉及电机技术领域。所述转子包括：永磁体和铁芯，所述铁芯内部以所述转子中心为圆心成对设置多个磁钢槽，所述磁钢槽内设置有所述永磁体，所述永磁体包括多段磁钢，所述多段磁钢的径向厚度由外向内依次减小。所述永磁同步电机采用所述转子。将所述永磁体分割为多段磁钢，在中心位置选用整体矫顽力较低但剩磁大的磁钢，在边角处的部分磁钢选用整体矫顽力较高或晶界扩散工艺制成的厚片磁钢，在降低或维持磁钢成本不变的条件下，降低了磁钢的退磁风险。

Description

一种转子及永磁同步电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，尤其是涉及一种转子及永磁同步电机。

背景技术

永磁电机通常采用剩磁较高的超强永磁体烧结钕铁硼作为励磁源，具有高转矩密度、高功率密度、高效率区广等优势，是混合动力、纯电动和燃料电池等新能源汽车用驱动电机的首选。

然而随着永磁同步电机在新能源汽车上应用的不断展开和深入，以往工业上对永磁同步电机的传统研究方法和侧重方面的不足逐渐暴露出来。比如应用在乘用车上时，出于乘客对整车舒适性的要求，需要尽量减小电机的转矩波动从而优化振动噪声(NVH)。为达到改善转矩波动的目的，现有的内置式永磁同步电机设计主要侧重于对气隙磁阻的调制来改善转矩波动，比如转子表面开槽、改变磁钢槽位置以增大交轴同步电感、增大气隙长度以及斜极斜槽等等。但是，对于转子的拓扑优化会带来一些问题，如高速下转子风摩损耗过大，而增大气隙长度或斜极斜槽也会牺牲电机的峰值转矩和功率等等。

另一方面，烧结钕铁硼是一种对温度变化非常敏感的功能性材料，随着温度升高其矫顽力逐渐降低。当转子工作在较高温度时，若运行中的电机绕组突然短路，短路电流产生的直轴电枢磁动势会对磁钢产生不可逆退磁。磁钢内部涡流分布不同、损耗分布不同，因而温度分布也不均匀，同时电枢磁动势在磁钢上的分布也是随时间和位置变化的，通常在边角处场强较大，因而磁钢各位置的退磁比例存在差异。对于磁钢发生不可逆退磁的防护，现有的设计方法主要采用整体提升磁钢的矫顽力或者采用多层磁钢布局的方式。这些方法能有效降低退磁风险，但也增加了磁钢的成本，后者还增加了装配的难度，并降低了转子冲片的机械强度。

因此，随着永磁同步电机在新能源汽车的进一步广泛应用，如何在降低或维持磁钢成本不变的条件下，减小电机的转矩波动，降低磁钢的退磁风险成为亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种转子及永磁同步电机，在降低或维持磁钢成本不变的条件下，降低磁钢的退磁风险。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种转子，所述转子包括：永磁体和铁芯，所述铁芯内部以所述转子中心为圆心成对设置多个磁钢槽，所述磁钢槽内设置有所述永磁体，所述永磁体包括多段磁钢，所述多段磁钢的径向厚度由外向内依次减小。

可选的，所述永磁体由多段所述磁钢粘接形成。

可选的，所述磁钢槽数量为M对，M为大于等于2的正整数。

可选的，多段所述磁钢远离所述铁芯的中心一端到所述铁芯的中心的距离均相等。

可选的，所述永磁体至少包括3段所述磁钢。

可选的，所述多段磁钢为2n-1段磁钢，包括第1段磁钢，以所述第1段磁钢为中心由内向外，依次排列在所述第1段磁钢一侧的第2段磁钢至第2n-2段磁钢，以及依次排列在所述第1段磁钢另一侧的第3段磁钢至第2n-1段磁钢，从所述第2n-2段磁钢、所述第2段磁钢至所述第1段磁钢的厚度逐渐减小，从所述第2n-1段磁钢、所述第3段磁钢至所述第1段磁钢的厚度逐渐减小，其中n为大于1的正整数。

可选的，所述第2n-1段磁钢和所述第2n-2段磁钢尺寸规格相同，其中n为大于1的正整数。

可选的，从所述第2n-2段磁钢、所述第2段磁钢至所述第1段磁钢各自对应位置的所述铁芯的径向厚度逐渐增大，从所述第2n-1段磁钢、所述第3段磁钢至所述第1段磁钢各自对应位置的所述铁芯的径向厚度逐渐增大，n为大于1的正整数。

可选的，所述磁钢包括：钕铁硼磁钢、铁氧体磁钢、铝镍钴磁钢或者其任意组合。

本实用新型还提供了一种永磁同步电机，所述永磁同步电机包括所述转子。

在本实用新型提供的一种转子及永磁同步电机中，所述转子包括：永磁体和铁芯，所述铁芯内部以所述转子中心为圆心成对设置多个磁钢槽，所述磁钢槽内设置有所述永磁体，所述永磁体包括多段磁钢，所述多段磁钢的径向厚度由外向内依次减小。所述永磁同步电机采用所述转子。将所述永磁体分割为多段磁钢，在中心位置选用整体矫顽力较低但剩磁大的磁钢，在边角处的部分磁钢选用整体矫顽力较高或晶界扩散工艺制成的厚片磁钢，在降低或维持磁钢成本不变的条件下，降低了磁钢的退磁风险。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的永磁体结构图；

图2是本实用新型一实施例提供的永磁同步电机的转子拓扑结构图；

其中：10-铁芯，20-永磁体，C1～C3为铁芯，1～(2n-1)为磁钢。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

如前述在背景技术中所提及的，采用整体提升磁钢的矫顽力或者采用多层磁钢布局的方式，虽然能有效降低退磁风险，但也增加了磁钢的成本，后者还增加了装配的难度，并降低了转子冲片的机械强度。

为了在降低或维持磁钢成本不变的条件下，降低磁钢的退磁风险，本实用新型提供一种转子，图1是本实用新型一实施例提供的永磁体结构图，图2是本实用新型一实施例提供的永磁同步电机的转子拓扑结构图，结合图1和图2所示，所述转子包括：永磁体20和铁芯10，所述铁芯10内部以所述转子中心为圆心成对设置多个磁钢槽，所述磁钢槽内设置有所述永磁体20，所述永磁体20包括多段磁钢，所述多段磁钢的径向厚度由外向内依次减小。

进一步的，所述永磁体20由多段所述磁钢粘接形成。

进一步的，如图2所示，所述磁钢槽数量为M对，M为大于等于2的正整数，本实施例优选的所述磁钢槽的数量为4个。

进一步的，如图2所示，多段所述磁钢远离所述铁芯10的中心一端到所述铁芯10的中心的距离均相等，即多段所述磁钢远离所述铁芯10的中心一端的端面共面。

进一步的，如图1所示，所述永磁体20至少包括3段所述磁钢。所述多段磁钢为2n-1段磁钢，包括第1段磁钢，以所述第1段磁钢为中心由内向外，依次排列在所述第1段磁钢一侧的第2段磁钢至第2n-2段磁钢，以及依次排列在所述第1段磁钢另一侧的第3段磁钢至第2n-1段磁钢，从所述第2n-2段磁钢、所述第2段磁钢至所述第1段磁钢的厚度逐渐减小，从所述第2n-1段磁钢、所述第3段磁钢至所述第1段磁钢的厚度逐渐减小，其中n为大于1的正整数。所述第2n-1段磁钢和所述第2n-2段磁钢尺寸规格相同；从所述第2n-2段磁钢、所述第2段磁钢至所述第1段磁钢各自对应位置的所述铁芯10的径向厚度逐渐增大，从所述第2n-1段磁钢、所述第3段磁钢至所述第1段磁钢各自对应位置的所述铁芯10的径向厚度逐渐增大，其中n为大于1的正整数。

进一步的，所述磁钢包括：钕铁硼磁钢、铁氧体磁钢、铝镍钴磁钢或者其任意组合。多段所述磁钢均采用同种材料制成的磁钢，或采用不同材料制成的磁钢组合。在本实施例中，所述多段磁钢采用不同材料制成的磁钢组合，不同材料的磁钢其剩磁、矫顽力、等参数不同。所述磁钢生产工艺包括：常规工艺和晶界扩散工艺，所述常规工艺包括：烧结、粘接和注塑，所述多段磁钢均采用同种磁钢生产工艺生产的磁钢或者采用不同磁钢生产工艺生产的磁钢的组合。采用晶界扩散工艺，可进一步增加磁钢矫顽力，所述永磁体的边角处的部分所述磁钢选用晶界扩散工艺制成的厚片磁钢，中心位置选用整体矫顽力较低的磁钢，使退磁风险大的部位矫顽力大，退磁风险小的部位矫顽力小，在有效降低退磁风险同时，不增加磁钢的成本。

从所述第2n-2段磁钢至所述第1段磁钢，从所述第2n-1段磁钢至所述第1段磁钢，所述磁钢的矫顽力逐渐减小。所述磁钢内部涡流分布不同、损耗分布不同，温度分布也不均匀，通常在边角处场强较大，因此所述磁钢各位置的退磁比例存在差异。通过对不同分段的所述磁钢的矫顽力的进行调整，使所述永磁体退磁风险大的部位矫顽力大，退磁风险小的部位矫顽力小，因此可以有效降低磁钢成本。例如，在边角处的部分磁钢选用整体矫顽力较高或晶界扩散工艺制成的厚片磁钢，中心位置选用整体矫顽力较低但剩磁大的磁钢。与此同时，所述永磁体结构通过多段分割，有效减小了涡流损耗，降低了所述磁钢的发热量，降低了退磁风险，从而在所述磁钢选型时可以选择更低等级的矫顽力牌号。

从所述第2n-2段磁钢至所述第1段磁钢，从所述第2n-1段磁钢至所述第1段磁钢，所述磁钢的剩磁逐渐增大，使所述永磁体工作点优化、磁通更大。

不同分段的所述磁钢的取向方向不同，通过调整所述磁钢的取向方向，以调整所述永磁同步电机的气隙磁密分布，使其反电势波形趋向正弦。通过优化不同分段的所述磁钢的取向方向，即图1中取向角θ₂～θ_n，形成单边磁聚集效果，弥补了所述磁钢宽度优化带来的磁矩损失、气隙磁密幅值降低，克服了所述永磁同步电机峰值性能下降的问题。同时，随着所述磁钢的取向方向的优化，所述永磁同步电机的气隙磁密分布得到优化，其反电势波形趋向正弦，最终使所述永磁同步电机的转矩波动减小。

从所述第2n-2段磁钢至所述第1段磁钢，从所述第2n-1段磁钢至所述第1段磁钢，所述磁钢径向厚度逐渐增大，不同分段的所述磁钢的剩磁不同，通过调整不同分段的所述磁钢的剩磁，对所述磁钢产生的磁通进行调制，使反电势波形更趋于正弦，从而减小所述永磁同步电机的转矩波动。

从所述第2n-2段磁钢至所述第1段磁钢，从所述第2n-1段磁钢至所述第1段磁钢，多段所述磁钢对应位置的铁芯的径向厚度逐渐增大，使所述磁钢的充磁磁路的磁阻减小，优化了充磁磁路，进而使所述磁钢在转子整体充磁时饱和度更好。

综上所述，所述转子包括：永磁体和铁芯，所述铁芯内部以所述转子中心为圆心成对设置多个磁钢槽，所述磁钢槽内设置有所述永磁体，所述永磁体包括多段磁钢，所述多段磁钢的径向厚度由外向内依次减小。所述永磁同步电机采用所述转子。所述转子优化了磁钢工作点，提升了危险区域的矫顽力，降低了退磁风险；优化取向方向，形成单边磁聚集效果，弥补磁钢径向厚度优化带来的磁矩损失，同时优化磁通密度分布，减小转矩波动；调整分段磁钢与对应位置铁芯的厚度匹配，使矫顽力小的磁钢磁路磁阻更小，以达到整体充磁饱和度更好的目的。

上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种转子，其特征在于，所述转子包括：永磁体和铁芯，所述铁芯内部以所述转子中心为圆心成对设置多个磁钢槽，所述磁钢槽内设置有所述永磁体，所述永磁体包括多段磁钢，所述多段磁钢的径向厚度由外向内依次减小。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述永磁体由多段所述磁钢粘接形成。

3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述磁钢槽数量为M对，M为大于等于2的正整数。

4.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，多段所述磁钢远离所述铁芯的中心一端到所述铁芯的中心的距离均相等。

5.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述永磁体至少包括3段所述磁钢。

6.根据权利要求5所述的转子，其特征在于，所述多段磁钢为2n-1段磁钢，包括第1段磁钢，以所述第1段磁钢为中心由内向外，依次排列在所述第1段磁钢一侧的第2段磁钢至第2n-2段磁钢，以及依次排列在所述第1段磁钢另一侧的第3段磁钢至第2n-1段磁钢，从所述第2n-2段磁钢、所述第2段磁钢至所述第1段磁钢的厚度逐渐减小，从所述第2n-1段磁钢、所述第3段磁钢至所述第1段磁钢的厚度逐渐减小，其中n为大于1的正整数。

7.根据权利要求6所述的转子，其特征在于，所述第2n-1段磁钢和所述第2n-2段磁钢尺寸规格相同，其中n为大于1的正整数。

8.根据权利要求6所述的转子，其特征在于，从所述第2n-2段磁钢、所述第2段磁钢至所述第1段磁钢各自对应位置的所述铁芯的径向厚度逐渐增大，从所述第2n-1段磁钢、所述第3段磁钢至所述第1段磁钢各自对应位置的所述铁芯的径向厚度逐渐增大，其中n为大于1的正整数。

9.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述磁钢包括：钕铁硼磁钢、铁氧体磁钢、铝镍钴磁钢或者其任意组合。

10.一种永磁同步电机，其特征在于，所述永磁同步电机包括根据权利要求1-9任意一项所述的转子。

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