電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的低波動(dòng)槽孔結(jié)合式永磁轉(zhuǎn)子的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的低波動(dòng)槽孔結(jié)合式永磁轉(zhuǎn)子，涉及電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，所解決的是降低電機(jī)力矩波動(dòng)的技術(shù)問(wèn)題。該轉(zhuǎn)子上開(kāi)設(shè)有多個(gè)一字型永磁槽，及與各個(gè)一字型永磁槽一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)U型永磁槽，每個(gè)U型永磁槽都與對(duì)應(yīng)的一字型永磁槽沿轉(zhuǎn)子的徑向由外至內(nèi)依序布設(shè)；各個(gè)永磁槽內(nèi)分別嵌置有磁鋼；各個(gè)一字型永磁槽等分成A、B兩類(lèi)，并且各個(gè)A類(lèi)永磁槽與各個(gè)B類(lèi)永磁槽沿轉(zhuǎn)子的周向交替布設(shè)，并且A類(lèi)永磁槽的徑向插入深度大于B類(lèi)永磁槽的徑向插入深度，一字型永磁槽的徑向插入深度是指一字型永磁槽與轉(zhuǎn)子軸心之間的最小間距。本實(shí)用新型提供的轉(zhuǎn)子，特別適用于電動(dòng)汽車(chē)使用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的低波動(dòng)槽孔結(jié)合式永磁轉(zhuǎn)子
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及電機(jī)技術(shù)，特別是涉及一種電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的低波動(dòng)槽孔結(jié)合式永 磁轉(zhuǎn)子的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電動(dòng)汽車(chē)是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的重要途徑。電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)制約著中 國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。尤其在適用于電動(dòng)汽車(chē)的高效能內(nèi)置式永磁同步電機(jī) 方面，存在著功率密度低，高速恒功率范圍窄、力矩波動(dòng)大、過(guò)載能力低和可靠性差等缺陷， 難以滿(mǎn)足要求。電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)制約著中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
[0003] 齒槽力矩（也稱(chēng)磁阻力矩）是自動(dòng)化場(chǎng)合、機(jī)電一體化場(chǎng)合的調(diào)速系統(tǒng)中致命缺 陷?，F(xiàn)有的降低電機(jī)力矩波動(dòng)方法主要有分?jǐn)?shù)槽法、輔助槽法、輔助齒法、斜槽法、斜極法、 閉口槽法和磁化槽楔法等，這些方法各有利弊，但總是難以有效消除齒槽效應(yīng)。斜槽或斜極 是最常用減小力矩波動(dòng)的方法，但斜槽和斜極法對(duì)方波電機(jī)氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度平頂寬度有影 響，同時(shí)定子斜槽使生產(chǎn)工藝和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使定子槽面積減小，降低出力，使銅耗增加，斜 槽和斜極兩者均降低出力，并使電機(jī)的工藝和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電機(jī)制造成本提高。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能 降低齒槽引起的力矩波動(dòng)，從而能降低機(jī)械振動(dòng)、噪音的電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的低波動(dòng)槽孔結(jié)合 式永磁轉(zhuǎn)子。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所提供的一種電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的低波動(dòng)槽孔結(jié) 合式永磁轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子上開(kāi)設(shè)有多個(gè)一字型永磁槽，及多個(gè)u型永磁槽，每個(gè)一字型永磁槽 內(nèi)都嵌置有一字型磁鋼，每個(gè)U型永磁槽內(nèi)都嵌置有三個(gè)布設(shè)成U形的一字型磁鋼，所述一 字型永磁槽的數(shù)量與U型永磁槽的數(shù)量一致并且-對(duì)應(yīng)，各個(gè)U型永磁槽圍繞轉(zhuǎn)子的軸心 對(duì)稱(chēng)布設(shè)，每個(gè)U型永磁槽都與對(duì)應(yīng)的一字型永磁槽沿著轉(zhuǎn)子的徑向由外至內(nèi)依序布設(shè)；
[0006] 其特征在于:各個(gè)一字型永磁槽等分成兩類(lèi)，其中的一類(lèi)為A類(lèi)永磁槽，另一類(lèi)為B 類(lèi)永磁槽，并且各個(gè)A類(lèi)永磁槽與各個(gè)B類(lèi)永磁槽沿轉(zhuǎn)子的周向交替布設(shè)，并且各個(gè)A類(lèi)永磁 槽的徑向插入深度一致，各個(gè)B類(lèi)永磁槽的徑向插入深度一致，一字型永磁槽的徑向插入深 度是指一字型永磁槽與轉(zhuǎn)子軸心之間的最小間距；
[0007] 設(shè)A類(lèi)永磁槽的徑向插入深度為Rl，B類(lèi)永磁槽的徑向插入深度為R2，則有R1 >R2。 [0008] 進(jìn)一步的，設(shè)轉(zhuǎn)子的半徑為R，則R1/R在0.75至0.8之間，R2/R在0.65至0.7之間。
[0009] 進(jìn)一步的，在轉(zhuǎn)子上開(kāi)設(shè)有多個(gè)橢圓形的調(diào)節(jié)孔，所述調(diào)節(jié)孔的數(shù)量與一字型永 磁槽的數(shù)量一致;并且，在每個(gè)A類(lèi)永磁槽與其對(duì)應(yīng)的U型永磁槽之間都有一個(gè)調(diào)節(jié)孔，在每 個(gè)B類(lèi)永磁槽的外側(cè)都有一個(gè)調(diào)節(jié)孔，每個(gè)調(diào)節(jié)孔都由轉(zhuǎn)子的磁極軸線(xiàn)分為對(duì)稱(chēng)的兩半。
[0010] 進(jìn)一步的，每個(gè)一字型永磁槽都與其對(duì)應(yīng)的U型永磁槽組成一個(gè)雙層永磁槽組，在 轉(zhuǎn)子的徑向截面中，每個(gè)雙層永磁槽組都由轉(zhuǎn)子的磁極軸線(xiàn)分為對(duì)稱(chēng)的兩半。
[0011] 本實(shí)用新型提供的電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的低波動(dòng)槽孔結(jié)合式永磁轉(zhuǎn)子，采用相鄰一字型 永磁槽的徑向插入深度不等的方式獲得定子鐵心斜槽、轉(zhuǎn)子永磁磁極斜極或者定轉(zhuǎn)子間采 用不均勻氣隙等工藝和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的同樣效果，使d軸(磁極軸線(xiàn))與q軸(相鄰磁極中心線(xiàn)）的 徑向力趨于平衡，能有效地消除齒槽效應(yīng)，降低齒槽引起的力矩波動(dòng)，從而能降低機(jī)械振 動(dòng)、噪音和反電勢(shì)諧波，減少鐵心損耗，實(shí)現(xiàn)電機(jī)高效、高功率密度、高可靠性、寬調(diào)速、低 噪、低波動(dòng)平穩(wěn)運(yùn)行等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】

[0012] 圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的低波動(dòng)槽孔結(jié)合式永磁轉(zhuǎn)子的徑向截 面圖；
[0013] 圖2是采用了本實(shí)用新型實(shí)施例的電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的低波動(dòng)槽孔結(jié)合式永磁轉(zhuǎn)子的 額定輸出功率均為46KW的電機(jī)的力矩波動(dòng)曲線(xiàn)圖，其中的橫軸Θ為力矩角，豎軸Tcog為力 矩。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 以下結(jié)合【附圖說(shuō)明】對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用 于限制本實(shí)用新型，凡是采用本實(shí)用新型的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍，本實(shí)用新型中的頓號(hào)均表示和的關(guān)系。
[0015] 如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的一種電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的低波動(dòng)槽孔結(jié)合式 永磁轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子1上開(kāi)設(shè)有多個(gè)一字型永磁槽2，及多個(gè)U型永磁槽5，每個(gè)一字型永磁槽2 內(nèi)都嵌置有一字型磁鋼3，每個(gè)U型永磁槽5內(nèi)都嵌置有三個(gè)布設(shè)成U形的一字型磁鋼3，所述 一字型永磁槽2的數(shù)量與U型永磁槽5的數(shù)量一致并且--對(duì)應(yīng)，各個(gè)U型永磁槽5圍繞轉(zhuǎn)子 的軸心對(duì)稱(chēng)布設(shè)，每個(gè)U型永磁槽5都與對(duì)應(yīng)的一字型永磁槽2沿著轉(zhuǎn)子的徑向由外至內(nèi)依 序布設(shè)；
[0016] 其特征在于:各個(gè)一字型永磁槽2等分成兩類(lèi)，其中的一類(lèi)為A類(lèi)永磁槽，另一類(lèi)為 B類(lèi)永磁槽，并且各個(gè)A類(lèi)永磁槽與各個(gè)B類(lèi)永磁槽沿轉(zhuǎn)子的周向交替布設(shè)，并且各個(gè)A類(lèi)永 磁槽的徑向插入深度一致，各個(gè)B類(lèi)永磁槽的徑向插入深度一致，一字型永磁槽2的徑向插 入深度是指一字型永磁槽2與轉(zhuǎn)子軸心之間的最小間距；
[0017] 設(shè)A類(lèi)永磁槽的徑向插入深度為Rl，B類(lèi)永磁槽的徑向插入深度為R2，則有R1 >R2; 設(shè)轉(zhuǎn)子1的半徑為R，則R1/R在〇. 75至0.8之間，R2/R在0.65至0.7之間。
[0018] 本實(shí)用新型實(shí)施例中，在轉(zhuǎn)子上開(kāi)設(shè)有多個(gè)橢圓形的調(diào)節(jié)孔4,所述調(diào)節(jié)孔4的數(shù) 量與一字型永磁槽2的數(shù)量一致;并且，在每個(gè)A類(lèi)永磁槽與其對(duì)應(yīng)的U型永磁槽之間都有一 個(gè)調(diào)節(jié)孔4，在每個(gè)B類(lèi)永磁槽的外側(cè)都有一個(gè)調(diào)節(jié)孔4，每個(gè)調(diào)節(jié)孔4都由轉(zhuǎn)子1的磁極軸線(xiàn) 分為對(duì)稱(chēng)的兩半。
[0019] 本實(shí)用新型實(shí)施例中，每個(gè)一字型永磁槽2都與其對(duì)應(yīng)的U型永磁槽組成一個(gè)雙層 永磁槽組，在轉(zhuǎn)子1的徑向截面中，每個(gè)雙層永磁槽組都由轉(zhuǎn)子1的磁極軸線(xiàn)分為對(duì)稱(chēng)的兩 半。
[0020] 本實(shí)用新型實(shí)施例中，相鄰的一字型永磁槽的徑向插入深度不等，磁鋼越貼近轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)子外緣(即增加 R1或R2)，電機(jī)輸出力矩也越大，但齒槽力矩和力矩波動(dòng)也會(huì)隨之增加， 因此調(diào)節(jié)A類(lèi)永磁槽及B類(lèi)永磁槽的徑向插入深度R1、R2的差值，及R1、R2與轉(zhuǎn)子半徑R的比 值，可以有效降低電機(jī)噪音和力矩波動(dòng)，并且還可以通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)調(diào)節(jié)孔的橢圓長(zhǎng)軸與橢 圓短軸的長(zhǎng)度比值來(lái)控制磁通經(jīng)極靴時(shí)的磁路飽和程度，從而能調(diào)節(jié)有效磁通變化，減小 齒槽基波和高次諧波力矩幅值，從而能進(jìn)一步的降低齒槽引起的力矩波動(dòng)。
[0021]本實(shí)用新型實(shí)施例中，由于采用了一字型磁極與U型磁極的組合，不但具有切向充 磁的并聯(lián)磁鋼，而且又有兩塊徑向充磁的串聯(lián)磁鋼，從而具有串并聯(lián)的混聯(lián)磁路，此結(jié)構(gòu)具 有顯著的聚磁、改善氣隙磁場(chǎng)波形、降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、抑制靜態(tài)和動(dòng)態(tài)電樞反應(yīng)作用，磁鋼磁 力線(xiàn)向極靴(磁極)靠近，并匯聚于磁極中心形成一個(gè)極，使氣隙磁密增加，由于電機(jī)參數(shù)和 尺寸一定時(shí)，力矩與氣隙磁密成正比，從而能提高電機(jī)過(guò)載能力和功率密度，使電機(jī)小型輕 量化；內(nèi)置式永磁轉(zhuǎn)子為典型的凸極結(jié)構(gòu)，凸極效應(yīng)(凸極率)顯著，交軸電感Lq大于直軸電 感Ld(即Lq>Ld)，使電機(jī)在永磁轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上迭加了磁阻轉(zhuǎn)矩，磁阻轉(zhuǎn)矩的存在有助于提 高電機(jī)的起動(dòng)特性、過(guò)載能力和功率密度，易于弱磁調(diào)速，擴(kuò)大恒功率范圍運(yùn)行，電機(jī)的轉(zhuǎn) 矩公式可用下式表示：
[0023]式中，Γ為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，P為磁極對(duì)數(shù)，供^為磁鏈，'為交軸電流，&為直軸電 流，%為交軸電感，_為直軸電感；
[0024]式中，為電磁轉(zhuǎn)矩，(:.?):,..?.為磁阻轉(zhuǎn)矩；
[0025] 從電機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式可以看出，電樞電流一定時(shí)，永磁電機(jī)的磁阻轉(zhuǎn)矩與同步電感 差值(Lq-Ld)成正比，U型磁極的永磁轉(zhuǎn)子電機(jī)的同步電感差值要大于一字型磁極的永磁轉(zhuǎn) 子電機(jī)及V型磁極的永磁轉(zhuǎn)子電機(jī)，能顯著提高電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的弱磁擴(kuò)速能力。
[0026] 本實(shí)用新型實(shí)施例獲得了與定子鐵心斜槽、轉(zhuǎn)子永磁磁極斜極或者定轉(zhuǎn)子間采用 不均勻氣隙等工藝和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的措施同樣的效果，減小了氣隙磁導(dǎo)的變化，從而減小了當(dāng) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)氣隙磁場(chǎng)儲(chǔ)能的變化，使d軸與q軸徑向力趨于平衡，削弱了磁阻力矩（即齒槽力 矩)這一電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中致命缺陷，抑制了齒槽引起的力矩波動(dòng)，能顯著減小轉(zhuǎn)子高速 運(yùn)行時(shí)的噪音、機(jī)械振動(dòng)和定子鐵心變形，特別是可顯著減小反電勢(shì)諧波分量，能有效降低 反電勢(shì)總諧波失真THD(Total Harmonic Distortion)，有利于電機(jī)頻繁啟動(dòng)，能提高效率、 過(guò)載能力和功率密度。
[0027] 圖2是采用了本實(shí)用新型實(shí)施例的電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的低波動(dòng)槽孔結(jié)合式永磁轉(zhuǎn)子的 額定輸出功率均為46KW的電機(jī)的力矩波動(dòng)曲線(xiàn)圖，其中的橫軸Θ為力矩角，豎軸Tcog為力 矩；
[0028] 如圖2所示，采用了本實(shí)用新型實(shí)施例的轉(zhuǎn)子的電機(jī)相比現(xiàn)有內(nèi)置式一字型永磁 同步電機(jī)，輸出功率、電流、效率和力矩波動(dòng)均有明顯改善，電機(jī)徑向力趨于平衡，能降低機(jī) 械振動(dòng)，可顯著減小轉(zhuǎn)子高速運(yùn)時(shí)的離心力，有利于電機(jī)頻繁啟動(dòng)，提高過(guò)載能力，有效提 高電機(jī)的綜合性能，能滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)要求，實(shí)現(xiàn)高功率密度、低噪、低力矩波動(dòng)、寬調(diào)速 小型輕量化和平穩(wěn)運(yùn)行等特點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的低波動(dòng)槽孔結(jié)合式永磁轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子上開(kāi)設(shè)有多個(gè)一字型永磁 槽，及多個(gè)U型永磁槽，每個(gè)一字型永磁槽內(nèi)都嵌置有一字型磁鋼，每個(gè)U型永磁槽內(nèi)都嵌置 有三個(gè)布設(shè)成U形的一字型磁鋼，所述一字型永磁槽的數(shù)量與U型永磁槽的數(shù)量一致并且一 一對(duì)應(yīng)，各個(gè)U型永磁槽圍繞轉(zhuǎn)子的軸心對(duì)稱(chēng)布設(shè)，每個(gè)U型永磁槽都與對(duì)應(yīng)的一字型永磁 槽沿著轉(zhuǎn)子的徑向由外至內(nèi)依序布設(shè)； 其特征在于:各個(gè)一字型永磁槽等分成兩類(lèi)，其中的一類(lèi)為A類(lèi)永磁槽，另一類(lèi)為B類(lèi)永 磁槽，并且各個(gè)A類(lèi)永磁槽與各個(gè)B類(lèi)永磁槽沿轉(zhuǎn)子的周向交替布設(shè)，并且各個(gè)A類(lèi)永磁槽的 徑向插入深度一致，各個(gè)B類(lèi)永磁槽的徑向插入深度一致，一字型永磁槽的徑向插入深度是 指一字型永磁槽與轉(zhuǎn)子軸心之間的最小間距； 設(shè)A類(lèi)永磁槽的徑向插入深度為Rl，B類(lèi)永磁槽的徑向插入深度為R2，則有R1>R2。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的低波動(dòng)槽孔結(jié)合式永磁轉(zhuǎn)子，其特征在于:設(shè) 轉(zhuǎn)子的半徑為R，則R1/R在〇. 75至0.8之間，R2/R在0.65至0.7之間。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的低波動(dòng)槽孔結(jié)合式永磁轉(zhuǎn)子，其特征在于:在 轉(zhuǎn)子上開(kāi)設(shè)有多個(gè)橢圓形的調(diào)節(jié)孔，所述調(diào)節(jié)孔的數(shù)量與一字型永磁槽的數(shù)量一致;并且， 在每個(gè)A類(lèi)永磁槽與其對(duì)應(yīng)的U型永磁槽之間都有一個(gè)調(diào)節(jié)孔，在每個(gè)B類(lèi)永磁槽的外側(cè)都 有一個(gè)調(diào)節(jié)孔，每個(gè)調(diào)節(jié)孔都由轉(zhuǎn)子的磁極軸線(xiàn)分為對(duì)稱(chēng)的兩半。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的低波動(dòng)槽孔結(jié)合式永磁轉(zhuǎn)子，其特征在于:每 個(gè)一字型永磁槽都與其對(duì)應(yīng)的U型永磁槽組成一個(gè)雙層永磁槽組，在轉(zhuǎn)子的徑向截面中，每 個(gè)雙層永磁槽組都由轉(zhuǎn)子的磁極軸線(xiàn)分為對(duì)稱(chēng)的兩半。
【文檔編號(hào)】H02K1/27GK205725213SQ201620537547
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日
【發(fā)明人】林德芳
【申請(qǐng)人】上海特波電機(jī)有限公司