WO2023077966A1 - 电机和车辆 - Google Patents
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Definitions
- Fig. 8 shows the second structural schematic diagram of the rotor core in the embodiment of the present application.
- the included angle between the connecting line S1 and the connecting line S2 is ⁇ 1 and the included angle between the connecting line S3 and the connecting line S4 is ⁇ 2, and the following restrictions are made, along the rotor Taking the rotor radially, the side away from the axis of the rotor core 100 in the cross-section of the first magnetic steel is the side L1, and the side parallel to the side L1 and the smallest distance from the side L1 in the cross-section of the first magnetic steel slot 110 is the side a, the side away from the axis of the rotor core 100 in the cross-section of the second magnetic steel is the side L2, and the side parallel to the side L2 and with the smallest distance from the side L2 in the cross-section of the second magnetic steel groove 120 is side b;
- the angle between side a and side b is the angle between the first magnetic steel groove 110 and the second magnetic steel groove 120
- the angle between side c and side b is the angle between the third magnetic steel groove 130 and the angle between the fourth magnetic steel groove 140.
- the fundamental magnetic field is also related to the angle between the first magnetic steel groove 110 and the second magnetic steel groove 120 and the angle between the third magnetic steel groove 130 and the fourth magnetic steel groove 140.
- the first magnetic steel The angle between the groove 110 and the second magnetic steel groove 120 and the angle between the third magnetic steel groove 130 and the fourth magnetic steel groove 140 are matched as above, which can further optimize the waveform of the air gap synthetic magnetic field and effectively reduce the noise in the air gap magnetic field.
- the harmonic content makes the air-gap magnetic field waveform approach to a sine waveform, thereby reducing the cogging torque and torque ripple of the permanent magnet synchronous motor 200 , thereby further reducing the vibration noise of the motor 200 .
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Abstract
本申请提供了一种电机和车辆，其中，电机包括：转子，转子包括：至少两个转子铁芯，转子铁芯设有磁钢槽；磁钢槽包括：第一磁钢槽、第二磁钢槽、第三磁钢槽和第四磁钢槽，第一磁钢槽的截面和第二磁钢槽的截面的对称轴以及第三磁钢槽的截面和第四磁钢槽的截面的对称轴为轴线A；永磁体，设置于磁钢槽内并形成磁极，设磁极的中心线为直线D；两个转子铁芯上的直线D的夹角为两个转子铁芯的偏移角α；一个转子铁芯相对于其它转子铁芯具有多个偏移角α，最大的偏移角α满足，0.5×360°×(N-1)/N×Z≤α≤1.1×360°×(N-1)/N×Z；定子，与转子相配合。两个转子铁芯旋转一定角度，使得不同转子铁芯上的谐波磁场部分抵消，可抑制电机中特定倍频次数的谐波分量，降低电机运行时的噪音。
Description
本申请要求于2021年11月4日提交到中国国家知识产权局、申请号为“202111301948.7”，申请名称为“电机和车辆”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
本申请属于电机技术领域，具体而言，涉及一种电机和一种车辆。
目前，内置式永磁同步电机存在永磁体用量大的问题，导致电机的生产加工成本较高，而且，内置式永磁同步电机在运行时振动噪声较大，影响用户的体验。
申请内容
本申请旨在解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
有鉴于此，第一方面，本申请提出了一种电机，包括：转子，转子包括：至少两个转子铁芯，至少两个转子铁芯同轴设置，转子铁芯设有磁钢槽；磁钢槽包括：第一磁钢槽和第二磁钢槽，设于转子铁芯，沿转子铁芯的径向截取转子铁芯，向远离转子铁芯圆心的方向，第一磁钢槽和第二磁钢槽的间距增大；第三磁钢槽和第四磁钢槽，设于转子铁芯，向远离转子铁芯圆心的方向，第三磁钢槽和第四磁钢槽的间距增大；第一磁钢槽的截面和第二磁钢槽的截面的对称轴以及第三磁钢槽的截面和第四磁钢槽的截面的对称轴为轴线A。永磁体，设置于磁钢槽内并形成磁极，设磁极的中心线为直线D；两个转子铁芯上的两个直线D的夹角为两个转子铁芯的偏移角α；一个转子铁芯相对于其它转子铁芯具有多个偏移角α，其中，最大的偏移角α满足，0.5×360°×(N-1)/N×Z≤α≤1.1×360°×(N-1)/N×Z，其中，N为转子铁芯的数量，Z为定子中定子槽的数量；定子，与转子相配合。
本申请提供的电机，转子在径向上的截面可能是规则的圆形，也可能 不是规则的圆形，经过转子最外轮廓的圆设定为轮廓圆，即转子径向截面的轮廓圆经过转子径向截面最远离圆心的点或线，轮廓圆经过转子的轴线，如果转子径向截面为规则的圆形，则轮廓圆与转子径向截面的外边缘重合。
向远离圆心的方向，第一磁钢槽的和第二磁钢槽的间距增大，同样地，向远离圆心的方向，第三磁钢槽的和第四磁钢槽的间距增大，该磁极结构布局可以起到聚磁作用，提高电机的气隙磁密。
第一磁钢槽和第二磁钢槽的对称轴为轴线A，第三磁钢槽和第四磁钢槽的对称轴也为轴线A，所以，第一磁钢槽和第三磁钢槽沿转子铁芯的径向分布，以及第二磁钢槽和第四磁钢槽同样沿转子铁芯的径向分布。通过设置双层磁钢槽，可以通过改变双层磁钢槽参数比例而提升电机的凸极比，提升电机对磁阻转矩的利用率，因此可以减少永磁体的使用量，降低电机的生产加工成本。同时，双层磁钢槽的设置使得电机的气隙磁场波形可以更加灵活的调节，易于实现气隙磁场波形的组合正弦设计，有效降低气隙磁场中的谐波含量，改善电机性能。
转子铁芯上可以设置多个磁极，本申请中转子的极数为8。本申请中的转子铁芯虽然同轴设置，当时转子铁芯相对于相邻的转子铁芯旋转一定的角度，从而使得两个转子铁芯之间形成偏移角α。具体地，磁极的中心线为直线D，在一个转子铁芯相对于另一个转子铁芯转动时，这两个转子铁芯上的直线D就会产生一个夹角，即偏移角α，转子产生的磁场中除基波外，还包括谐波，其中每个转子铁芯段都会分别产生谐波磁场，通过设置相邻两个转子铁芯旋转一定角度，使得不同转子铁芯上的谐波磁场的相位不同，从而使得不同转子铁芯上的谐波磁场能够部分抵消，有利于削弱转子产生的谐波磁场，通过削弱谐波磁场，可抑制电机中特定倍频次数的谐波分量，有效降低电机运行时的噪音。除此之外，谐波的降低有利于降低电机中的谐波损耗，可一定程度上提高电机的效率，改善电机的运行温升。
通过设置相邻两个转子铁芯旋转一定角度，虽然能够降低谐波磁场，也会降低电机中的基波磁场。基波磁场强度越大，电机的输出转矩越高，如果通过相邻两个转子铁芯旋转一定角度过度调整谐波磁场，也会大幅度降低基波磁场，导致电机的输出扭矩降低，因此需要对两个转子铁芯的偏 转角度进行限定。具体地，两个转子铁芯的最大偏移角α与转子铁芯的数量和定子槽的数量相关联。例如，至少两个转子铁芯依次沿顺时针方向转动一定的角度，随着转子铁芯数量的增多，首端的一个转子铁芯和末端的一个转子铁芯的夹角也会增大，所以两个转子铁芯的最大偏移角α需要与转子铁芯的数量相关联。在改变两个转子铁芯的偏移角时，齿槽转矩也会发生变化，齿槽转矩是由永磁体产生的磁通势与定子槽引起的磁阻变化相互作用而产生的，因此，通过限定定子槽的数量，能够削弱齿槽转矩，从而降低电机运行时的噪音。在保证电机电磁转矩的同时，最大程度地降低永磁体的端部漏磁，提高永磁体的利用率。
另外，根据本申请提供的上述技术方案中的电机，还可以具有如下附加技术特征：
在一种可能的设计中，第一磁钢槽上的一点和转子铁芯截面的圆心的连线为连线S1，第二磁钢槽上的一点和转子铁芯截面的圆心的连线为连线S2，连线S1和连线S2的夹角为θ1，满足，22.5°≤θ1≤45°；第三磁钢槽上的一点和转子铁芯截面的圆心的连线为连线S3，第四磁钢槽上的一点和转子铁芯截面的圆心的连线为连线S4，连线S3和连线S4的夹角为θ2，10°≤θ2≤30°。
在该设计中，电机中的气隙合成磁场是由内层磁极与外层磁极中的永磁体共同作用产生的，其包括基波磁场与谐波磁场，而气隙合成磁场中基波磁场与谐波磁场的含量与占比直接决定电机的转矩输出能力与减少噪音性能。且基波磁场越大，谐波磁场越小，转矩输出越高，电机减少噪音性能越好，反之，输出转矩越小，减少噪音性能越差。而气隙磁场中基波磁场与谐波磁场的大小与内层磁极夹角与外层磁极的夹角大小直接相关。通过同时对连线S1和连线S2的夹角为θ1以及连线S3和连线S4的夹角为θ2如上数值匹配，能够优化气隙合成磁场的波形，有效降低气隙磁场中的谐波含量，使得气隙磁场波形趋近于正弦波形，从而降低永磁同步电机的齿槽转矩和转矩波动，减小电机的振动噪声。
在一种可能的设计中，夹角θ1和夹角θ2满足，10°≤︱θ1-θ2︱≤22.5°。
在该设计中，气隙磁场中基波磁场与谐波磁场的大小与内层磁极夹角 与外层磁极的夹角的差值直接相关。通过同时对连线S1和连线S2的夹角为θ1以及连线S3和连线S4的夹角为θ2如上数值匹配，能够进一步优化气隙合成磁场的波形，有效降低气隙磁场中的谐波含量，使得气隙磁场波形趋近于正弦波形，从而降低永磁同步电机的齿槽转矩和转矩波动，从而进一步减小电机的振动噪声。
在一种可能的设计中，连线S1经过第一磁钢槽上的侧边a，连线S2经过第二磁钢槽上的侧边b，连线S3经过第三磁钢槽上的侧边c，连线S4经过第四磁钢槽上的侧边d；侧边a和侧边b的夹角为θ3，满足，90°≤θ3≤150°；侧边c和侧边d的夹角为θ4，满足，80°≤θ4≤120°。
在该设计中，侧边a和侧边b的夹角为第一磁钢槽和第二磁钢槽的夹角，侧边c和侧边b的夹角为第三磁钢槽和第四磁钢槽的夹角。气隙磁场中基波磁场还与第一磁钢槽和第二磁钢槽的夹角以及第三磁钢槽和第四磁钢槽的夹角的大小相关，第一磁钢槽和第二磁钢槽的夹角以及第三磁钢槽和第四磁钢槽的夹角如上数值匹配，能够进一步优化气隙合成磁场的波形，有效降低气隙磁场中的谐波含量，使得气隙磁场波形趋近于正弦波形，从而降低永磁同步电机的齿槽转矩和转矩波动，从而进一步减小电机的振动噪声。
在一种可能的设计中，θ3和θ4，满足，0°≤θ3-θ4≤60°。
在该设计中，气隙磁场中基波磁场还与第一磁钢槽和第二磁钢槽的夹角以及第三磁钢槽和第四磁钢槽的夹角的差值相关，第一磁钢槽和第二磁钢槽的夹角以及第三磁钢槽和第四磁钢槽的夹角的差值如上数值匹配，能够进一步优化气隙合成磁场的波形，有效降低气隙磁场中的谐波含量，使得气隙磁场波形趋近于正弦波形，从而降低永磁同步电机的齿槽转矩和转矩波动，从而进一步减小电机的振动噪声。
在一种可能的设计中，第一磁钢槽的宽度H1满足，1mm≤H1≤4mm；第三磁钢槽的宽度H2满足，2mm≤H2≤5mm。
在该设计中，内层的第一磁钢槽的宽度与外层的第三磁钢槽的宽度的取值对电机的直轴磁路的磁阻影响较大，即对直轴磁路的电感影响较大。而内层第一磁钢槽和第二磁钢槽的夹角以及外层第三磁钢槽和第四磁钢槽 的夹角的取值对电机的交轴磁路的磁阻影响较大，即对交轴磁路的电感影响较大。电机的凸极比为交轴电感与直轴电感的比值，电机的电磁转矩为磁阻转矩加上永磁转矩。永磁体用量与永磁转矩之间为正相关的数值关系。通过内层的第一磁钢槽的宽度与外层的第三磁钢槽的宽度的取值，还有内层第一磁钢槽和第二磁钢槽的夹角以及外层第三磁钢槽和第四磁钢槽的夹角的取值做上述数值匹配，能够增大电机的交轴电感与直轴电感的比值，提升凸极比，而凸极比提升后，电机对磁阻转矩的利用率也得到提升，电机在输出相同大小的电磁转矩时，永磁转矩可以较小，由此可以减少永磁体用量，从而降低成本。
在一种可能的设计中，宽度H1和宽度H2满足，1≤H1/H2≤2。
在该设计中，内层的第一磁钢槽的宽度与外层的第三磁钢槽的宽度的比值也会对电机的直轴磁路的磁阻影响较大，即对直轴磁路的电感影响较大，通过限定内层的第一磁钢槽的宽度与外层的第三磁钢槽的宽度的比值，能够增大电机的交轴电感与直轴电感的比值，提升凸极比，而凸极比提升后，电机对磁阻转矩的利用率也得到提升，电机在输出相同大小的电磁转矩时，永磁转矩可以较小，由此可以减少永磁体用量，从而降低成本。
在一种可能的设计中，转子还包括：槽体，设于转子铁芯的外周。
在该设计中，在转子铁芯的外周上加工成型有槽体，转子铁芯外周上的槽体能够降低谐波磁场的含量。具体地，电机的转矩脉动很大程度上取决于气隙磁场的非正弦波形，气隙磁场中的谐波磁场含量越高，电机的输出转矩波形越差，脉动越大，减少噪音的性能越好。而通过在转子铁芯外周上的槽体能有效地降低气隙磁场中的谐波含量，从而使得气隙磁密波形更加趋近于正弦波形，改善电机的转矩脉动，降低谐波带来的径向力，降低电机的运行噪音，提高电机减少噪音的性能，从而提高用户的使用舒适度。同时在转子铁芯外周上的槽体的也能够对空载反电势波形和径向力进行部分调整，通过改变径向力，能够进一步降低电机运行时的噪音。之所以对电机最大空载反电势进行调整，是因为最大空载反电势和控制器的成本相关，通过降低电机最大空载反电势，能够降低控制器的使用成本。
在一种可能的设计中，槽体沿转子的轴向延伸。
在该设计中，限定了槽体的延伸方向，由于磁钢槽沿转子的轴向开设，所以永磁体的长度方向和转子的轴向平行，即永磁体的长度沿转子的轴向延伸。在转子铁芯上具有永磁体的位置均相应开设有槽体，使得槽体能够对转子铁芯上多处位置的谐波磁场进行调整，有利于进一步削弱谐波磁场。
在一种可能的设计中，槽体的深度W满足，0.1mm＜W＜0.9mm。
在该设计中，通过限定槽体的深度范围能够使得基波磁场进一步集中，从而有效提高基波磁场的幅值，从而进一步削弱谐波磁场，适当增大槽体的深度也能够使得转子和定子之间的气隙局部增大，进而使得更多地多次谐波磁场在气隙中消耗，有效降低多次谐波磁场的幅值。而过度地增大槽体的深度会降低电机结构的稳定性，也会对基波磁场和多次谐波磁场产生过度调节，容易降低电机的工作效率，通过限定槽体深度在0.1mm和0.9mm之间，在保证电机工作效率的基础上，有效削弱谐波磁场。
在一种可能的设计中，转子铁芯的数量N满足，2≤N≤10。
在该设计中，限定了转子铁芯数量的取值范围，可以结合两个转子铁芯的偏移角、第一磁铁槽和第二磁铁槽的夹角等，选取不同数量的转子铁芯，通过不同组合，可使得电机应用于不同的使用场景，提供更多的选择性，可以更加灵活地优化气隙合成磁场的波形，以满足产品需求。
在一种可能的设计中，设平行于转子的轴向的平面为投影面E，至少两个转子铁芯上的槽体在投影面E上的投影沿同一方向偏移；或呈V型对称分布；或V型非对称分布。
在该设计中，以第一方向为顺时针方向，第二方向为逆时针方向为例进行说明，示例性地，转子铁芯的数量为6个，沿转子的轴向，相比于第一个转子铁芯，第2个和第3个转子铁芯依次沿顺时针方向转动，第4个，第5个和第6个转子铁芯相比于第3个转子铁芯依次沿逆时针方向转动、通过限定转子铁芯的转动方向，使得至少两个转子铁芯的最大偏移角也会发生变化，因此可以更加灵活地优化气隙合成磁场的波形，以满足产品需求。
第二方面，本申请提出了一种车辆，包括：车体；如第一方面中任一可能设计中的电机，电机设于车体内。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了本申请的实施例中转子的结构示意图之一；
图2示出了本申请的实施例中转子的结构示意图之二；
图3示出了本申请的实施例中转子的结构示意图之三；
图4示出了本申请的实施例中转子的结构示意图之四；
图5示出了本申请的实施例中转子的结构示意图之五；
图6示出了本申请的实施例中转子的结构示意图之六；
图7示出了本申请的实施例中转子铁芯的结构示意图之一；
图8示出了本申请的实施例中转子铁芯的结构示意图之二；
图9示出了本申请的实施例中转子铁芯的结构示意图之三；
图10示出了电磁转矩和转矩脉动率随偏移角变化的曲线图；
图11示出了本申请的实施例中车辆的结构示意图。
其中，图1至图11中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
100转子铁芯，110第一磁钢槽，120第二磁钢槽，130第三磁钢槽，140第四磁钢槽，150槽体，200电机，300车体。
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至图11描述根据本申请的一些实施例提供的电机和车辆。
结合图1、图2和图7所示，在本申请的一些实施例中，提出了一种电机200，包括：转子、至少两个转子铁芯100、永磁体和定子，定子与转子相配合。转子包括：至少两个转子铁芯100，至少两个转子铁芯100同轴设置，转子铁芯100设有磁钢槽；磁钢槽包括：第一磁钢槽110、第二磁钢槽120、第三磁钢槽130和第四磁钢槽140，第一磁钢槽110、第二磁钢槽120、第三磁钢槽130和第四磁钢槽140设于转子铁芯100，沿转子铁芯100的径向截取转子铁芯100，向远离转子铁芯100圆心的方向，第一磁钢槽110和第二磁钢槽120的间距增大；向远离转子铁芯100圆心的方向，第三磁钢槽130和第四磁钢槽140的间距增大；第一磁钢槽110的截面和第二磁钢槽120的截面的对称轴以及第三磁钢槽130的截面和第四磁钢槽140的截面的对称轴为轴线A。永磁体设置于磁钢槽内并形成磁极，设磁极的中心线为直线D；两个转子铁芯100上的两个直线D的夹角为两个转子铁芯100的偏移角α；一个转子铁芯100相对于其它转子铁芯100具有多个偏移角α，其中，最大的偏移角α满足：
0.5×360°×(N-1)/N×Z≤α≤1.1×360°×(N-1)/N×Z，其中，N为转子铁芯100的数量，Z为定子中定子槽的数量。
本实施例提供的电机200，转子在径向上的截面可能是规则的圆形，也可能不是规则的圆形，经过转子最外轮廓的圆设定为轮廓圆，即转子径向截面的轮廓圆经过转子径向截面最远离圆心的点或线，轮廓圆经过转子的轴线，如果转子径向截面为规则的圆形，则轮廓圆与转子径向截面的外边缘重合。
向远离圆心的方向，第一磁钢槽110的和第二磁钢槽120的间距增大，同样地，向远离圆心的方向，第三磁钢槽130的和第四磁钢槽140的间距增大，该磁极结构布局可以起到聚磁作用，提高电机的气隙磁密。第一磁钢槽110和第二磁钢槽120的对称轴为轴线A，第三磁钢槽130和第四磁钢槽140的对称轴也为轴线A，所以，第一磁钢槽110和第三磁钢槽130沿转子铁芯100的径向分布，以及第二磁钢槽120和第四磁钢槽140同样沿转子铁芯100的径向分布。通过设置双层磁钢槽，可以通过改变双层磁钢槽参数比例而提升电机的凸极比，提升电机对磁阻转矩的利用率，因此可以 减少永磁体的使用量，降低电机的生产加工成本。同时，双层磁钢槽的设置使得电机的气隙磁场波形可以更加灵活的调节，易于实现气隙磁场波形的组合正弦设计，有效降低气隙磁场中的谐波含量，改善电机性能。
转子铁芯100上可以设置多个磁极，本申请中转子的极数为8。本申请中的转子铁芯100虽然同轴设置，当时转子铁芯100相对于相邻的转子铁芯100旋转一定的角度，从而使得两个转子铁芯100之间形成偏移角α。具体地，垂直于磁极的中心线为直线D，在一个转子铁芯100相对于另一个转子铁芯100转动时，这两个转子铁芯100上的直线D就会产生一个夹角，即偏移角α。转子产生的磁场中除基波外，还包括谐波，其中每个转子铁芯100都会分别产生谐波磁场，通过设置相邻两个转子铁芯100旋转一定角度，使得不同转子铁芯上的谐波磁场的相位不同，从而使得不同转子铁芯100上的谐波磁场能够部分抵消，有利于削弱转子产生的谐波磁场，通过削弱谐波磁场，可抑制电机中特定倍频次数的谐波分量，有效降低电机运行时的噪音。除此之外，谐波的降低有利于降低电机中的谐波损耗，可一定程度上提高电机的效率，改善电机的运行温升。
通过设置相邻两个转子铁芯100旋转一定角度，虽然能够降低谐波磁场，也会降低电机200中的基波磁场。基波磁场强度越大，电机200的输出转矩越高，如果通过相邻两个转子铁芯100旋转一定角度过度调整谐波磁场，也会大幅度降低基波磁场，导致电机200的输出扭矩降低，因此需要对两个转子铁芯100的偏转角度进行限定。具体地，两个转子铁芯100的最大偏移角α与转子铁芯100的数量和定子槽的数量相关联。例如，至少两个转子铁芯100依次沿顺时针方向转动一定的角度，随着转子铁芯100数量的增多，首端的一个转子铁芯100和末端的一个转子铁芯100的夹角也会增大，所以两个转子铁芯100的最大偏移角α需要与转子铁芯100的数量相关联。在改变两个转子铁芯100的偏移角时，齿槽转矩也会发生变化，齿槽转矩是由永磁体产生的磁通势与定子槽引起的磁阻变化相互作用而产生的，因此，通过限定定子槽的数量，能够削弱齿槽转矩，从而降低电机200运行时的噪音。在保证电机200电磁转矩的同时，最大程度地降低永磁体的端部漏磁，提高永磁体的利用率。
通过设置相邻两个转子铁芯100旋转上述范围内的角度，使得不同转子铁芯100上的谐波磁场的方向也会发生，从而使得不同转子铁芯100上的谐波磁场能够部分抵消，有利于削弱转子产生的谐波磁场，通过削弱谐波磁场，能够有效降低装配该转子的电机200的铜耗，避免电机200运行时不易出现局部过热和噪声增大的问题，有利于提高电机200运行时的稳定性，从而能够延长电机200的使用寿命。
结合图7和图8所示，在一种可能的实施例中，第一磁钢槽110上的一点和转子铁芯100截面的圆心的连线为连线S1，第二磁钢槽120上的一点和转子铁芯100截面的圆心的连线为连线S2，连线S1和连线S2的夹角为θ1，满足，22.5°≤θ1≤45°；第三磁钢槽130上的一点和转子铁芯100截面的圆心的连线为连线S3，第四磁钢槽140上的一点和转子铁芯100截面的圆心的连线为连线S4，连线S3和连线S4的夹角为θ2，10°≤θ2≤30°。
在该实施例中，电机200中的气隙合成磁场是由内层磁极与外层磁极中的永磁体共同作用产生的，其包括基波磁场与谐波磁场，而气隙合成磁场中基波磁场与谐波磁场的含量与占比直接决定电机200的转矩输出能力与减少噪音性能。且基波磁场越大，谐波磁场越小，转矩输出越高，电机200减少噪音性能越好，反之，输出转矩越小，减少噪音性能越差。而气隙磁场中基波磁场与谐波磁场的大小与内层磁极夹角与外层磁极的夹角大小直接相关。通过同时对连线S1和连线S2的夹角为θ1以及连线S3和连线S4的夹角为θ2如上数值匹配，能够优化气隙合成磁场的波形，有效降低气隙磁场中的谐波含量，使得气隙磁场波形趋近于正弦波形，从而降低永磁同步电机200的齿槽转矩和转矩波动，减小电机200的振动噪声。
结合图8和图9所示，在一种可能的应用中，连线S1和连线S2的夹角为θ1以及连线S3和连线S4的夹角为θ2，进行以下限定，沿转子的径向截取转子，第一磁钢的截面中背离转子铁芯100轴线的一侧为侧边L1，第一磁钢槽110的截面中平行于侧边L1且与侧边L1间距最小的侧边为侧边a，第二磁钢的截面中背离转子铁芯100轴线的一侧为侧边L2，第二磁钢槽120的截面中平行于侧边L2且与侧边L2间距最小的侧边为侧边b；
侧边a中距轴线A最远的一端和转子铁芯100截面的圆心的连线为连 线S1，侧边b中距轴线A最远的一端和转子铁芯100截面的圆心的连线为连线S2，连线S1和连线S2的夹角为θ1，满足，22.5°≤θ1≤45°；
第三磁钢的截面中背离转子铁芯100轴线的一侧为侧边L3，第三磁钢槽130的截面中平行于侧边L3且与侧边L3间距最小的侧边为侧边c，第四磁钢的截面中背离转子铁芯100轴线的一侧为侧边L4，第四磁钢槽140的截面中平行于侧边L4且与侧边L4间距最小的侧边为侧边a；
侧边c中距轴线A最远的一端和转子铁芯100截面的圆心的连线为连线S3，侧边a中距轴线A最远的一端和转子铁芯100截面的圆心的连线为连线S4，连线S3和连线S4的夹角为θ2，10°≤θ2≤30°。
结合图7和图8所示，在一种可能的实施例中，夹角θ1和夹角θ2满足，10°≤︱θ1-θ2︱≤22.5°。
在该实施例中，气隙磁场中基波磁场还与谐波磁场的大小与内层磁极夹角与外层磁极的夹角的差值直接相关。通过同时对连线S1和连线S2的夹角为θ1以及连线S3和连线S4的夹角为θ2如上数值匹配，能够进一步优化气隙合成磁场的波形，有效降低气隙磁场中的谐波含量，使得气隙磁场波形趋近于正弦波形，从而降低永磁同步电机200的齿槽转矩和转矩波动，从而进一步减小电机200的振动噪声。
结合图7和图8所示，在一种可能的实施例中，连线S1经过第一磁钢槽110上的侧边a，连线S2经过第二磁钢槽120上的侧边b，连线S3经过第三磁钢槽130上的侧边c，连线S4经过第四磁钢槽140上的侧边d；侧边a和侧边b的夹角为θ3，满足，90°≤θ3≤150°；侧边c和侧边d的夹角为θ4，满足，80°≤θ4≤120°。
在该实施例中，侧边a和侧边b的夹角为第一磁钢槽110和第二磁钢槽120的夹角，侧边c和侧边b的夹角为第三磁钢槽130和第四磁钢槽140的夹角。气隙磁场中基波磁场还与第一磁钢槽110和第二磁钢槽120的夹角以及第三磁钢槽130和第四磁钢槽140的夹角的大小相关，第一磁钢槽110和第二磁钢槽120的夹角以及第三磁钢槽130和第四磁钢槽140的夹角如上数值匹配，能够进一步优化气隙合成磁场的波形，有效降低气隙磁场中的谐波含量，使得气隙磁场波形趋近于正弦波形，从而降低永磁同步 电机200的齿槽转矩和转矩波动，从而进一步减小电机200的振动噪声。
结合图7和图8所示，在一种可能的实施例中，θ3和θ4，满足，0°≤θ3-θ4≤60°。
在该实施例中，气隙磁场中基波磁场还与第一磁钢槽110和第二磁钢槽120的夹角以及第三磁钢槽130和第四磁钢槽140的夹角的差值相关，第一磁钢槽110和第二磁钢槽120的夹角以及第三磁钢槽130和第四磁钢槽140的夹角的差值如上数值匹配，能够进一步优化气隙合成磁场的波形，有效降低气隙磁场中的谐波含量，使得气隙磁场波形趋近于正弦波形，从而降低永磁同步电机200的齿槽转矩和转矩波动，从而进一步减小电机200的振动噪声。
结合图7和图8所示，在一种可能的实施例中，第一磁钢槽110的宽度H1满足，1mm≤H1≤4mm；第三磁钢槽130的宽度H2满足，2mm≤H2≤5mm。
在该实施例中，内层的第一磁钢槽110的宽度与外层的第三磁钢槽130的宽度的取值对电机200的直轴磁路的磁阻影响较大，即对直轴磁路的电感影响较大。而内层第一磁钢槽110和第二磁钢槽120的夹角以及外层第三磁钢槽130和第四磁钢槽140的夹角的取值对电机200的交轴磁路的磁阻影响较大，即对交轴磁路的电感影响较大。电机200的凸极比为交轴电感与直轴电感的比值，电机200的电磁转矩为磁阻转矩加上永磁转矩。永磁体用量与永磁转矩之间为正相关的数值关系。通过内层的第一磁钢槽110的宽度与外层的第三磁钢槽130的宽度的取值，还有内层第一磁钢槽110和第二磁钢槽120的夹角以及外层第三磁钢槽130和第四磁钢槽140的夹角的取值做上述数值匹配，能够增大电机200的交轴电感与直轴电感的比值，提升凸极比，而凸极比提升后，电机200对磁阻转矩的利用率也得到提升，电机200在输出相同大小的电磁转矩时，永磁转矩可以较小，由此可以减少永磁体用量，从而降低成本。
结合图7和图8所示，在一种可能的实施例中，宽度H1和宽度H2满足，1≤H1/H2≤2。
在该实施例中，内层的第一磁钢槽110的宽度与外层的第三磁钢槽130的宽度的比值也会对电机200的直轴磁路的磁阻影响较大，即对直轴磁路 的电感影响较大，通过限定内层的第一磁钢槽110的宽度与外层的第三磁钢槽130的宽度的比值，能够增大电机200的交轴电感与直轴电感的比值，提升凸极比，而凸极比提升后，电机200对磁阻转矩的利用率也得到提升，电机200在输出相同大小的电磁转矩时，永磁转矩可以较小，由此可以减少永磁体用量，从而降低成本。
在一种可能的实施例中，转子还包括：槽体150，设于转子铁芯100的外周。
在该实施例中，在转子铁芯100的外周上加工成型有槽体150，转子铁芯100外周上的槽体150能够降低谐波磁场的含量。具体地，电机200的转矩脉动很大程度上取决于气隙磁场的非正弦波形，气隙磁场中的谐波磁场含量越高，电机200的输出转矩波形越差，脉动越大，减少噪音的性能越好。而通过在转子铁芯100外周上的槽体150能有效地降低气隙磁场中的谐波含量，从而使得气隙磁密波形更加趋近于正弦波形，改善电机200的转矩脉动，降低谐波带来的径向力，降低电机200的运行噪音，提高电机200减少噪音的性能，从而提高用户的使用舒适度。同时在转子铁芯100外周上的槽体150的也能够对空载反电势波形和径向力进行部分调整，通过改变径向力，能够进一步降低电机200运行时的噪音。之所以对电机200最大空载反电势进行调整，是因为最大空载反电势和控制器的成本相关，通过降低电机200最大空载反电势，能够降低控制器的使用成本。
结合图7和图8所示，在一种可能的实施例中，槽体150沿转子的轴向延伸。
在该实施例中，限定了槽体150的延伸方向，由于磁钢槽沿转子的轴向开设，所以永磁体的长度方向和转子的轴向平行，即永磁体的长度沿转子的轴向延伸。在转子铁芯100上具有永磁体的位置均相应开设有槽体150，使得槽体150能够对转子铁芯100上多处位置的谐波磁场进行调整，有利于进一步削弱谐波磁场。
在一种可能的实施例中，槽体150的深度W满足，0.1mm＜W＜0.9mm。
在该实施例中，通过限定槽体150的深度范围能够使得基波磁场进一步集中，从而有效提高基波磁场的幅值，从而进一步削弱谐波磁场，适当 增大槽体150的深度也能够使得转子和定子之间的气隙局部增大，进而使得更多地多次谐波磁场在气隙中消耗，有效降低多次谐波磁场的幅值。而过度地增大槽体150的深度会降低电机200结构的稳定性，也会对基波磁场和多次谐波磁场产生过度调节，容易降低电机200的工作效率，通过限定槽体150深度在0.1mm和0.9mm之间，在保证电机200工作效率的基础上，有效削弱谐波磁场。
在一种可能的实施例中，转子铁芯100的数量N满足，2≤N≤10。
在该实施例中，限定了转子铁芯100数量的取值范围，可以结合两个转子铁芯100的偏移角、第一磁铁槽和第二磁铁槽的夹角等，选取不同数量的转子铁芯100，通过不同组合，可使得电机200应用于不同的使用场景，提供更多的选择性，可以更加灵活地优化气隙合成磁场的波形，以满足产品需求。
结合图1和图2所示，在一种可能的实施例中，设平行于转子的轴向的平面为投影面E，至少两个转子铁芯100上的槽体150在投影面E上的投影沿同一方向偏移；或呈V型对称分布；或V型非对称分布。
在该实施例中，结合图3和图4所示，至少两个转子铁芯100上的槽体在投影面E上的投影呈V型对称分布时，以第一方向为顺时针方向，第二方向为逆时针方向为例进行说明，示例性地，转子铁芯100的数量为6个，沿转子的轴向，相比于第一个转子铁芯100，第2个和第3个转子铁芯100依次沿顺时针方向转动，第4个，第5个和第6个转子铁芯100相比于第3个转子铁芯100依次沿逆时针方向转动，第3个和第4个之间没有设置旋转角度，此时至少两个转子铁芯100上的槽体在投影面E上的投影呈V型对称分布。
V型对称分布可以分为正向V型对称分布或反向V型对称分布，如果图3中的视角为正向V型对称分布，第2个和第3个转子铁芯100相比于第1个依次沿逆时针方向转动，以及第4个，第5个和第6个转子铁芯100相比于第3个转子铁芯100依次沿顺时针方向转动，所形成的投影为反向V型对称分布。
结合图1和图2所示，至少两个转子铁芯100上的槽体在投影面E上的 投影呈V型非对称分布时，相比于第一个转子铁芯100，第2个、第3个和第4个转子铁芯100依次沿顺时针方向转动，第5个和第6个转子铁芯100相比于第4个转子铁芯100依次沿逆时针方向转动，此时投影为V型非对称分布。
结合图5和图6所示，第2个和第3个转子铁芯100相较于第1个转子铁芯100依次沿同一反向偏移。
通过限定转子铁芯100的转动方向，使得至少两个转子铁芯100的最大偏移角也会发生变化，因此可以更加灵活地优化气隙合成磁场的波形，以满足产品需求。如图2所示，转子铁芯100上的槽体150呈规则V型分布，在其它实施例中，也可以通过改变转子铁芯100的转动角度，而使得转子铁芯100上的槽体150呈不规则V型分布，或至少两个转子铁芯100沿同一方向依次转动。
在本申请的实施例中，转子铁芯100上可以设置多个磁极，本申请中转子的极数为8，所以以一台8极48槽的电机200为例，电机200的极对数为4，定子槽的数量Z为48，转子的分段数N为4，连线S1和连线S2的夹角为θ1为22.5°至45°之间，连线S3和连线S4的夹角为θ2为10°至30°之间，第一磁钢槽110的宽度H1为1mm至4mm之间，第三磁钢槽130的宽度H2为2mm至5mm之间，侧边a和侧边b的夹角为θ3为90°至150°之间，侧边c和侧边d的夹角为θ4为80°至120°之间，转子的外周缘设置有一对呈对称分布弧型凹陷的槽体150，并采用如图7中的6个转子铁芯100的V型不对称分布。当α满足
即α的取值范围为3.125≤α≤6.875。如图10所示的关于电机200的转矩脉动率和电磁转矩随斜极角度α变化时的变化曲线，其中，P2为电磁转矩，P1为转矩脉动率，电磁转矩的单位是Nm，转矩脉动率的数值表示的是百分比，当α在上述范围内变化时，对应任一α的取值，可以看出电机200的电磁转矩和转矩脉动率均处于最优水平。
如图11所示，在本申请的实施例中，提出了一种车辆，包括：车体300；如上述任一实施例中的电机200，电机200设于车体300内，本实施例中的车辆能够实现如上述任一实施例中的电机200的技术效果。另外，对于 电机200在车体300上的设置位置，本领域技术人员是可以理解的，在此并不展开论述。
需要说明的是，本申请提出的车辆可以为传统的燃油车，也可以为新能源汽车。其中，新能源汽车包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车等。
车辆装配上述实施例中的电机，转子铁芯中包括谐波磁场，每个转子铁芯分别会产生谐波磁场，通过设置相邻两个转子铁芯旋转一定角度，使得不同转子铁芯上的谐波磁场的方向也会发生，从而使得不同转子铁芯上的谐波磁场能够部分抵消，有利于削弱转子产生的谐波磁场，通过削弱谐波磁场，能够有效降低装配该转子的电机的铜耗，避免电机运行时不易出现局部过热和噪声增大的问题，有利于提高电机运行时的稳定性，从而能够延长电机的使用寿命。
在本申请中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (13)
- 一种电机，其中，包括：转子，所述转子包括：至少两个转子铁芯，所述至少两个转子铁芯同轴设置，所述转子铁芯设有磁钢槽；所述磁钢槽包括：第一磁钢槽和第二磁钢槽，设于所述转子铁芯，沿所述转子铁芯的径向截取所述转子铁芯，向远离所述转子铁芯圆心的方向，所述第一磁钢槽和所述第二磁钢槽的间距增大；第三磁钢槽和第四磁钢槽，设于所述转子铁芯，向远离所述转子铁芯圆心的方向，所述第三磁钢槽和所述第四磁钢槽的间距增大；所述第一磁钢槽的截面和所述第二磁钢槽的截面的对称轴以及所述第三磁钢槽的截面和所述第四磁钢槽的截面的对称轴为轴线A；永磁体，设置于所述磁钢槽内并形成磁极，设所述磁极的中心线为直线D；两个所述转子铁芯上的两个所述直线D的夹角为两个所述转子铁芯的偏移角α；一个所述转子铁芯相对于其它所述转子铁芯具有多个偏移角α，其中，最大的偏移角α满足：0.5×360°×(N-1)/N×Z≤α≤1.1×360°×(N-1)/N×Z，其中，N为所述转子铁芯的数量，Z为所述定子中定子槽的数量；定子，与所述转子相配合。
- 根据权利要求1所述的电机，其中，所述第一磁钢槽上的一点和所述转子铁芯截面的圆心的连线为连线S1，所述第二磁钢槽上的一点和所述转子铁芯截面的圆心的连线为连线S2，所述连线S1和所述连线S2的夹角为θ1，满足，22.5°≤θ1≤45°；所述第三磁钢槽上的一点和所述转子铁芯截面的圆心的连线为连线S3，所述第四磁钢槽上的一点和所述转子铁芯截面的圆心的连线为连线S4，所述连线S3和所述连线S4的夹角为θ2，10°≤θ2≤30°。
- 根据权利要求2所述的电机，其中，所述夹角θ1和所述夹角θ2满足，10°≤︱θ1-θ2︱≤22.5°。
- 根据权利要求2所述的电机，其中，所述连线S1经过所述第一磁钢槽上的侧边a，所述连线S2经过所述第二磁钢槽上的侧边b，所述连线S3经过所述第三磁钢槽上的侧边c，所述连线S4经过所述第四磁钢槽上的侧边d；所述侧边a和所述侧边b的夹角为θ3，满足，90°≤θ3≤150°；所述侧边c和所述侧边d的夹角为θ4，满足，80°≤θ4≤120°。
- 根据权利要求4所述的电机，其中，所述θ3和所述θ4，满足，0°≤θ3-θ4≤60°。
- 根据权利要求1所述的电机，其中，所述第一磁钢槽的宽度H1满足，1mm≤H1≤4mm；所述第三磁钢槽的宽度H2满足，2mm≤H2≤5mm。
- 根据权利要求6所述的电机，其中，所述宽度H1和所述宽度H2满足，1≤H1/H2≤2。
- 根据权利要求1至7中任一项所述的电机，其中，所述转子还包括：槽体，设于所述转子铁芯的外周。
- 根据权利要求8所述的电机，其中，所述槽体沿所述转子的轴向延伸。
- 根据权利要求8所述的电机，其中，所述槽体的深度W满足，0.1mm＜W＜0.9mm。
- 根据权利要求1至7中任一项所述的电机，其中，所述转子铁芯的数量N满足，2≤N≤10。
- 根据权利要求8所述的电机，其中，设平行于所述转子的轴向的平面为投影面E，至少两个所述转子铁芯上的所述槽体在所述投影面E上的投影沿同一方向偏移；或呈V型对称分布；或V型非对称分布。
- 一种车辆，其中，包括：车体；如权利要求1至12中任一项所述的电机，所述电机设于所述车体内。
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