CN217720855U - 转子、电机、动力总成和车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种转子、电机、动力总成和车辆。该转子包括转子铁芯，转子铁芯设有多个磁极，多个磁极沿转子铁芯的周向间隔设置；任一磁极均包括第一磁组和第二磁组，每个磁极的第一磁组至少包括第一永磁体和第二永磁体，在转子铁芯的径向面内，每个磁极的第一永磁体和第二永磁体沿磁极的径向中心线对称设置；每个磁极的第二磁组至少包括依次设置的第三永磁体、第四永磁体和第五永磁体，在转子铁芯的径向面内，第四永磁体与磁极的径向中心线垂直且第四永磁体的中心位于磁极的径向中心线，每个磁极的第三永磁体和第五永磁体沿磁极的径向中心线对称设置。该转子可提高永磁电机的转子磁场的正弦性，提高永磁电机的效率。

Description

转子、电机、动力总成和车辆

技术领域

本申请涉及电机领域，具体涉及一种转子、电机、动力总成和车辆。

背景技术

目前，电动汽车用永磁同步电机主要分为表贴式永磁同步电机和内置式永磁同步电机。表贴式永磁同步电机的永磁体沿圆周方向表贴于转子表面。内置式永磁同步电机的永磁体埋置入转子铁芯内，输出的转矩包括定子旋转磁场和转子磁场耦合作用的永磁转矩、以及永磁体埋置转子铁芯内导致的转子磁路不对称产生的磁阻转矩。由于磁阻转矩的利用，内置式永磁同步电机具有更高的功率密度和弱磁扩速能力。因此，电动汽车主要选择内置式永磁同步电机，常见的内置式永磁转子结构为V字形、V字形和一字形的组合以及双V组合等，通过不同永磁结构组合，尽可能提高转子磁场正弦性，以提升永磁电机性能。目前永磁电极的转子磁场的正弦性还需进一步改善，以获得高效率的永磁电机。

实用新型内容

本申请提供了一种转子、电机、动力总成和车辆，以提高永磁电机的转子磁场的正弦性，提高永磁电机的效率。

第一方面，本申请提供一种转子，包括转子铁芯，转子铁芯包括外周面和内周面，在外周面和内周面之间设有多个磁极，多个磁极沿转子铁芯的周向间隔设置；任一磁极均包括第一磁组和第二磁组，第一磁组和第二磁组间隔设置，且第一磁组设于外周面和第二磁组之间；每个磁极的第一磁组至少包括第一永磁体和第二永磁体，在转子铁芯的径向面内，每个磁极的第一永磁体和第二永磁体沿磁极的径向中心线对称设置，第一永磁体和第二永磁体之间形成的面向外周面的夹角α1为100～180°；每个磁极的第二磁组至少包括依次设置的第三永磁体、第四永磁体和第五永磁体，在转子铁芯的径向面内，第四永磁体与磁极的径向中心线垂直且第四永磁体的中心位于磁极的径向中心线，每个磁极的第三永磁体和第五永磁体沿磁极的径向中心线对称设置；第三永磁体和第五永磁体之间形成的面向外周面的夹角α2为100～180°；第三永磁体和第五永磁体之间的最大间距L2大于第一永磁体和第二永磁体之间的最大间距L1。

本申请的转子，每个磁极中包括两个磁组，第一磁组和第二磁组。其中，第一磁组中包括至少两个永磁体，第一永磁体和第二永磁体，由于第一永磁体和第二永磁体沿对应磁极的中心线设置，且两者之间的夹角α1为100～180°，当夹角α1小于180°时，第一永磁体和第二永磁体可形成V字型结构；当夹角α1小于180°时，第一永磁体和第二永磁体可形成一字型结构。第二磁组中包括至少三个永磁体，第三永磁体、第四永磁体和第五永磁体，其中第四永磁体与对应磁极的中心线是垂直的，第三永磁体和第五永磁体分别设置在第四永磁体的两侧，且第二磁组中的三个永磁体以对应磁极的中心线为对称轴对称设置，这样，当夹角α2小于180°时，第三永磁体、第四永磁体和第五永磁体可形成U字型结构；当夹角α2为180°时，第三永磁体、第四永磁体和第五永磁体可形成两个相互平行的一字型结构。其中，第三永磁体和第五永磁体之间的最大间距L2大于第一永磁体和第二永磁体之间的最大间距L1，即，第二磁组的开口大于第一磁组的开口，这样，第一磁组和第二磁组形成的磁极结构，经试验，该结构的磁阻转矩占比大，磁场正弦度高，可降低永磁电机的损耗，并可提升永磁电机的效率。

在一种可选的实现方式中，L2为L1的1.3～1.5倍。通过限定L2和L1之间的关系，可进一步提高转子磁场的正弦度，提高永磁电机的效率。

在一种可选的实现方式中，夹角α1小于180°，夹角α2小于180°。在一种可选的实现方式中，夹角α1为110-160°，夹角α2为110-160°。在一种可选的实现方式中，夹角α2大于夹角α1，且夹角α2与夹角α1之差大于等于20°且小于等于50°。这样，可进一步提高转子磁场的正弦度，提高永磁电机的效率。

在一种可选的实现方式中，第一永磁体和第二永磁体之间呈一字型排列，第三永磁体、第四永磁体和第五永磁体之间平行设置。其中，第三永磁体、第四永磁体和第五永磁体可为呈一字型排列，也可为形成两条平行的直线，第三永磁体和第五永磁体可形成一条直线，与第四永磁体平行，第四永磁体距离转子铁芯内周面的距离小于第三永磁体和第五永磁体距离转子铁芯内周面的距离。

在一种可选的实现方式中，第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体、第四永磁体和第五永磁体的尺寸相同。各永磁体尺寸相同，可提高装配效率，降低生产成本。

在一种可选的实现方式中，第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体、第四永磁体和第五永磁体均为长方体，长方体的宽度大于长方体的高度。

在一种可选的实现方式中，磁极中的每个永磁体的两侧均设有空气槽。即，第一永磁体的两侧、第二永磁体的两侧、第三永磁体的两侧、第四永磁体的两侧和第五永磁体的两侧均设有空气槽。通过设置空气槽，可抑制漏磁，其中，不同空气槽之间可连通，也可不连通，在此不做具体的限定。

第二方面，本申请还提供一种电机，该电机包括定子和本申请第一方面的转子，定子套设于转子的外周并与转子的外周面之间留有间隙。

第三方面，本申请还提供一种动力总成，包括电机控制器和本申请第二方面的电机，电机控制器用于控制电机的启停。

第四方面，本申请还提供一种车辆，包括车体和本申请第三方面的动力总成，动力总成安装于车体。

其中，本申请上述各可能实现方式中的数据，例如夹角α1、夹角α2、最大间距L2、最大间距L1等数据，在测量时，工程测量误差范围内的数值均应理解为在本申请所限定的范围内。

上述第二方面至第四方面可以达到的技术效果，可以参照上述第一方面中的相应效果描述，这里不再重复赘述。

附图说明

图1为一种车辆的结构示意图；

图2为一种电机的结构示意图；

图3为一种电机中转子和转轴的连接结构示意图；

图4为一种转子的结构示意图；

图5为一种磁极的结构示意图；

图6为一种磁极的结构示意图；

图7为另一种磁极的结构示意图；

图8为一种现有转子铁芯的结构示意图；

图9为试验例和对比例的磁场波形测试图。

附图标记：

1-车辆；10-电机；20-定子；30-转子；31-转子铁芯；31a-第一端面；31b-第二端面；

32-磁槽；33-磁极；33a-第一磁组；33b-第二磁组；331-第一永磁体；332-第二永磁体；

333-第三永磁体；334-第四永磁体；335-第五永磁体；34-空气槽；40-转轴；

51-第Ⅰ永磁体；52-第Ⅱ永磁体；53-第Ⅲ永磁体；54-第Ⅳ永磁体。

具体实施方式

为方便理解，下面先对本申请转子的应用场景做解释说明。

本申请的转子可用于各种车辆中，例如电动车，如图1所示，电动车1包括但不限于电动小汽车、电动巴士、电动摩托车等。以电动车为例，电动车可包括车体和设于车体的动力总成。车体例如可包括车辆外壳、底盘、车内座椅等，动力总成可包括电机控制器和电机，电机控制器和电机电连接，并且电机控制器用于控制电机的启停工作。

下面结合图2至图3对本申请的电机的结构做解释说明。

图2为本申请一种电机的结构示意图，如图2所示，电机10可包括定子20、转子30和转轴40。图3为转子30和转轴40的连接结构示意图，如图3所示，转子30套设于转轴40的外部并与转轴40固定连接，在转动过程中，转轴40与转子30一起转动。其中，转子30的数量可为多个，多个转子30之间沿转轴40的轴向并排设置。一并参照图2，定子20套设于转子30的外部，且定子20的内表面和转子30的外表面之间设有一定的间隙。电机10在转动过程中，转子30和转轴40一起转动，定子20固定不动。

下面将结合图4至图6对本申请的转子的结构做进一步解释说明。

图4为一种转子的结构示意图，如图4所示，转子30包括转子铁芯31，转子铁芯31可为空心圆柱状结构，其具有内周面和外周面，并且转子铁芯31具有两个端面，记为第一端面31a和第二端面31b，两个端面与转子铁芯31的轴向垂直。参照图4，转子铁芯31设有多个磁槽32，多个磁槽32设于转子铁芯31的外周面和内周面之间，且每个磁槽32沿转子铁芯31的轴向自第一端面31a贯穿至第二端面31b。

继续参照图4，每个磁槽32内设有永磁体，以形成磁极33。磁极33的数量可为多个，例如两个、三个、四个、六个、八个或更多等，多个磁极33可沿转子铁芯31的周向均匀且间隔设置。图5为本申请一种实施例的一个磁极33的结构示意图，如图5所示，任一磁极33均可包括第一磁组33a和第二磁组33b。每个磁极33的第一磁组33a可至少包括两个永磁体，分别为第一永磁体331和第二永磁体332，第一永磁体331和第二永磁体332沿磁极33的径向中心线对称设置，其中，在转子铁芯31的径向面内，每个磁极33均存在一个径向方向的对称线，记为磁极33的径向中心线(如图5中的虚线L)，以使每个磁极33中的第一永磁体331和第二永磁体332实现对称设置，以产生对称的磁场，避免非对称磁场在定子电枢绕组上产生的环流。

其中，如图6所示，第一永磁体331和第二永磁体332之间的夹角α1为100～180°，其中，夹角α1为第一永磁体和第二永磁体之间形成的面向转子铁芯的外周面的夹角。当第一永磁体331和第二永磁体332之间夹角α1小于180°时，沿转子铁芯31的外周面至内周面的方向，第一永磁体331和第二永磁体332之间的间距逐渐变窄，此时，第一永磁体331和第二永磁体332可形成V字型结构。

参照图6，第一永磁体331和第二永磁体332之间的夹角α1优选设置为小于180°，夹角α1的取值范围例如可为110～160°，具体的，例如可为110°、120°、130°、140°、150°或160°。

继续参照图5，每个磁极33的第二磁组33b可至少包括三个永磁体，分别为第三永磁体333、第四永磁体334和第五永磁体335，在转子铁芯31的径向面内，第三永磁体333、第四永磁体334和第五永磁体335以磁极33的径向中心线为对称轴，对称设置。其中，第四永磁体334与所对应磁极33的径向中心线垂直且第四永磁体的中心位于磁极的径向中心线，并以该磁极33的径向中心线为对称轴。一并参照图6，第三永磁体333和第五永磁体335分别设于第四永磁体334的两侧，两者之间的夹角α2为100～180°，其中，夹角α2为第三永磁体和第五永磁体之间形成的面向转子铁芯31的外周面的夹角。当第三永磁体333和第五永磁体335之间夹角α2小于180°时，沿转子铁芯31的外周面至其内周面方向，第三永磁体333和第五永磁体335之间的间距逐渐变窄，这样，第三永磁体333、第四永磁体334和第五永磁体335可形成U字型结构，第四永磁体334形成U字型结构的底边，第三永磁体333和第五永磁体335分别形成U字型结构的两侧边。其中，第三永磁体333和第五永磁体335之间的最大间距大于第一永磁体331和第二永磁体332之间的最大间距，即U字型的开口大于V字型的开口。

其中，参照图6，第三永磁体333和第五永磁体335之间的夹角α2优选设置为小于180°，夹角α2的取值范围例如可为110～160°，具体的，例如可为110°、120°、130°、140°、150°或160°。

在一种可选的实施例中，夹角α2大于夹角α1，且夹角α2与夹角α1之差大于等于20°且小于等于50°，以利用提高转子磁场的正弦度。

参照图4，第三永磁体333和第五永磁体335之间的最大间距L2大于第一永磁体331和第二永磁体332之间的最大间距L1。在一种可选实施例中，L2为L1的1.3～1.5倍，具体的，L2例如为1.3L1、1.35L1、1.4L1、1.45L1或1.5L1，以利用提高转子磁场的正弦度。

图7为本申请另一种实施例的一个磁极的结构示意图，如图7所示，当第一永磁体331和第二永磁体332之间的夹角为180°时，两者呈一字型排列。当第三永磁体333和第五永磁体335之间夹角为180°时，第三永磁体333、第四永磁体334和第五永磁体335之间平行设置，此时，第三永磁体333、第四永磁体334和第五永磁体335可形成一条直线，也可形成两条直线。当第三永磁体333、第四永磁体334和第五永磁体335形成两条直线时，第三永磁体333和第五永磁体335做在的直线距离转子铁芯31内周面的距离要大于第四永磁体334距离内周面的距离。

在一种可选的实施例中，第一永磁体331、第二永磁体332、第三永磁体333、第四永磁体334和第五永磁体335的尺寸相同。其中，第一永磁体331、第二永磁体332、第三永磁体333、第四永磁体334和第五永磁体335均为长方体，长方体的宽度大于长方体的高度。参照图7，以第四永磁体334为例，在转子铁芯31的径向面内，第四永磁体334的宽度为其在垂直磁极33径向中心线L的方向的尺寸b，第四永磁体334的高度为其在沿着磁极33径向中心线L方向的尺寸c。五个永磁体尺寸相同，可提高装配效率，降低生产成本。

其中，可以理解的是，本申请各可能实施例中的第一永磁体331、第二永磁体332、第三永磁体333、第四永磁体334和第五永磁体335均可由多块子磁体形成。以第一永磁体331为例，第一永磁体331可包括多个子磁体，例如两个、三个或更多，多个子磁体可共同构成第一永磁体331。相对应的，第二永磁体332、第三永磁体333、第四永磁体334和第五永磁体335也可由多个子磁体构成。

继续参照图4，在一种可选的实施例中，磁极33中的每个永磁体的两侧均设有空气槽34。即，第一永磁体331的两侧、第二永磁体332的两侧、第三永磁体333的两侧、第四永磁体334的两侧和第五永磁体335的两侧均设有空气槽34。通过设置空气槽34，可抑制漏磁，其中，不同空气槽34之间可连通，也可不连通，在此不做具体的限定。其中，空气槽34可利用磁槽32形成，在装配永磁体时，可在永磁体的两侧留设一定的间隙，以形成空气槽34。

为说明本申请的转子的有益效果，下面将结合本申请实施例和对比例对其效果做进一步说明。

试验例

试验例采用如图4所示结构的转子。

对比例

对比例为一种现有转子，其结构如图8所示。参照图8，该对比例中的磁极由两个V字型磁组组成，第一磁组由两个永磁体，即第Ⅰ永磁体51和第Ⅱ永磁体52构成，第二磁组由两个永磁体，即第Ⅲ永磁体53和第Ⅳ永磁体54构成，第一磁组和第二磁组均形成V字型结构。

分别用试验例和对比例的转子形成电机，除转子不同外，其他部件均相同。测试试验例和对比例的磁场波形，结果如图9所示。参照图9，本申请实施例的结构的磁极，可显著提高磁组的正弦度。

以上实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种转子，其特征在于，包括转子铁芯，所述转子铁芯包括外周面和内周面，在所述外周面和所述内周面之间设有多个磁极，所述多个磁极沿所述转子铁芯的周向间隔设置；

任一所述磁极均包括第一磁组和第二磁组，所述第一磁组和所述第二磁组间隔设置，且所述第一磁组设于所述外周面和所述第二磁组之间；

每个所述磁极的所述第一磁组至少包括第一永磁体和第二永磁体，在所述转子铁芯的径向面内，每个所述磁极中的第一永磁体和第二永磁体沿所述磁极的径向中心线对称设置，所述第一永磁体和所述第二永磁体之间形成的面向所述外周面的夹角α1为100～180°；

每个所述磁极的所述第二磁组至少包括依次设置的第三永磁体、第四永磁体和第五永磁体，在所述转子铁芯的径向面内，所述第四永磁体与所述磁极的径向中心线垂直且所述第四永磁体的中心位于所述磁极的径向中心线，每个所述磁极的第三永磁体和第五永磁体沿所述磁极的径向中心线对称设置；所述第三永磁体和所述第五永磁体之间形成的面向所述外周面的夹角α2为100～180°；

其中，所述第三永磁体和所述第五永磁体之间的最大间距L2大于所述第一永磁体和所述第二永磁体之间的最大间距L1。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述L2为所述L1的1.3～1.5倍。

3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述夹角α1小于180°，所述夹角α2小于180°。

4.根据权利要求3所述的转子，其特征在于，所述夹角α1为110～160°，所述夹角α2为110～160°。

5.根据权利要求3所述的转子，其特征在于，所述夹角α2大于所述夹角α1，且所述夹角α2与所述夹角α1之差大于等于20°且小于等于50°。

6.根据权利要求1-5任一项所述的转子，其特征在于，所述第一永磁体和所述第二永磁体之间呈一字型排列，所述第三永磁体、所述第四永磁体和所述第五永磁体之间平行设置。

7.根据权利要求1-5任一项所述的转子，其特征在于，所述第一永磁体、所述第二永磁体、所述第三永磁体、所述第四永磁体和所述第五永磁体的尺寸相同。

8.根据权利要求1-5任一项所述的转子，其特征在于，所述第一永磁体、所述第二永磁体、所述第三永磁体、所述第四永磁体和所述第五永磁体均为长方体，所述长方体的宽度大于所述长方体的高度。

9.根据权利要求1-5任一项所述的转子，其特征在于，所述磁极中的每个永磁体的两侧均设有空气槽。

10.一种电机，其特征在于，包括定子和如权利要求1-9任一项所述的转子，所述定子套设于所述转子的外周并与所述转子的外周面之间留有间隙。

11.一种动力总成，其特征在于，包括电机控制器和如权利要求10所述的电机，所述电机控制器用于控制所述电机的启停。

12.一种车辆，其特征在于，包括车体和如权利要求11所述的动力总成，所述动力总成安装于所述车体。

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