電動汽車電機的低波動槽孔結合式永磁轉子的制作方法
【專利摘要】一種電動汽車電機的低波動槽孔結合式永磁轉子，涉及電機技術領域，所解決的是降低電機力矩波動的技術問題。該轉子上開設有多個一字型永磁槽，及與各個一字型永磁槽一一對應的多個U型永磁槽，每個U型永磁槽都與對應的一字型永磁槽沿轉子的徑向由外至內依序布設；各個永磁槽內分別嵌置有磁鋼；各個一字型永磁槽等分成A、B兩類，并且各個A類永磁槽與各個B類永磁槽沿轉子的周向交替布設，并且A類永磁槽的徑向插入深度大于B類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子軸心之間的最小間距。本實用新型提供的轉子，特別適用于電動汽車使用。
【專利說明】
電動汽車電機的低波動槽孔結合式永磁轉子
技術領域
[0001] 本實用新型涉及電機技術，特別是涉及一種電動汽車電機的低波動槽孔結合式永 磁轉子的技術。
【背景技術】
[0002] 電動汽車是解決能源危機和環境污染的重要途徑。電動汽車用驅動電機制約著中 國電動汽車的研發及其產業化進程。尤其在適用于電動汽車的高效能內置式永磁同步電機 方面，存在著功率密度低，高速恒功率范圍窄、力矩波動大、過載能力低和可靠性差等缺陷， 難以滿足要求。電動汽車用驅動電機制約著中國電動汽車的研發及其產業化進程。
[0003] 齒槽力矩（也稱磁阻力矩）是自動化場合、機電一體化場合的調速系統中致命缺 陷。現有的降低電機力矩波動方法主要有分數槽法、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。斜槽或斜極 是最常用減小力矩波動的方法，但斜槽和斜極法對方波電機氣隙磁感應強度平頂寬度有影 響，同時定子斜槽使生產工藝和結構復雜，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，并使電機的工藝和結構復雜，電機制造成本提高。 【實用新型內容】
[0004] 針對上述現有技術中存在的缺陷，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種能 降低齒槽引起的力矩波動，從而能降低機械振動、噪音的電動汽車電機的低波動槽孔結合 式永磁轉子。
[0005] 為了解決上述技術問題，本實用新型所提供的一種電動汽車電機的低波動槽孔結 合式永磁轉子，該轉子上開設有多個一字型永磁槽，及多個u型永磁槽，每個一字型永磁槽 內都嵌置有一字型磁鋼，每個U型永磁槽內都嵌置有三個布設成U形的一字型磁鋼，所述一 字型永磁槽的數量與U型永磁槽的數量一致并且-對應，各個U型永磁槽圍繞轉子的軸心 對稱布設，每個U型永磁槽都與對應的一字型永磁槽沿著轉子的徑向由外至內依序布設；
[0006] 其特征在于:各個一字型永磁槽等分成兩類，其中的一類為A類永磁槽，另一類為B 類永磁槽，并且各個A類永磁槽與各個B類永磁槽沿轉子的周向交替布設，并且各個A類永磁 槽的徑向插入深度一致，各個B類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子軸心之間的最小間距；
[0007] 設A類永磁槽的徑向插入深度為Rl，B類永磁槽的徑向插入深度為R2，則有R1 >R2。 [0008] 進一步的，設轉子的半徑為R，則R1/R在0.75至0.8之間，R2/R在0.65至0.7之間。
[0009] 進一步的，在轉子上開設有多個橢圓形的調節孔，所述調節孔的數量與一字型永 磁槽的數量一致;并且，在每個A類永磁槽與其對應的U型永磁槽之間都有一個調節孔，在每 個B類永磁槽的外側都有一個調節孔，每個調節孔都由轉子的磁極軸線分為對稱的兩半。
[0010] 進一步的，每個一字型永磁槽都與其對應的U型永磁槽組成一個雙層永磁槽組，在 轉子的徑向截面中，每個雙層永磁槽組都由轉子的磁極軸線分為對稱的兩半。
[0011] 本實用新型提供的電動汽車電機的低波動槽孔結合式永磁轉子，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、轉子永磁磁極斜極或者定轉子間采 用不均勻氣隙等工藝和結構復雜的同樣效果，使d軸(磁極軸線)與q軸(相鄰磁極中心線）的 徑向力趨于平衡，能有效地消除齒槽效應，降低齒槽引起的力矩波動，從而能降低機械振 動、噪音和反電勢諧波，減少鐵心損耗，實現電機高效、高功率密度、高可靠性、寬調速、低 噪、低波動平穩運行等特點。
【附圖說明】

[0012] 圖1是本實用新型實施例的電動汽車電機的低波動槽孔結合式永磁轉子的徑向截 面圖；
[0013] 圖2是采用了本實用新型實施例的電動汽車電機的低波動槽孔結合式永磁轉子的 額定輸出功率均為46KW的電機的力矩波動曲線圖，其中的橫軸Θ為力矩角，豎軸Tcog為力 矩。
【具體實施方式】
[0014] 以下結合【附圖說明】對本實用新型的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用 于限制本實用新型，凡是采用本實用新型的相似結構及其相似變化，均應列入本實用新型 的保護范圍，本實用新型中的頓號均表示和的關系。
[0015] 如圖1所示，本實用新型實施例所提供的一種電動汽車電機的低波動槽孔結合式 永磁轉子，該轉子1上開設有多個一字型永磁槽2，及多個U型永磁槽5，每個一字型永磁槽2 內都嵌置有一字型磁鋼3，每個U型永磁槽5內都嵌置有三個布設成U形的一字型磁鋼3，所述 一字型永磁槽2的數量與U型永磁槽5的數量一致并且--對應，各個U型永磁槽5圍繞轉子 的軸心對稱布設，每個U型永磁槽5都與對應的一字型永磁槽2沿著轉子的徑向由外至內依 序布設；
[0016] 其特征在于:各個一字型永磁槽2等分成兩類，其中的一類為A類永磁槽，另一類為 B類永磁槽，并且各個A類永磁槽與各個B類永磁槽沿轉子的周向交替布設，并且各個A類永 磁槽的徑向插入深度一致，各個B類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與轉子軸心之間的最小間距；
[0017] 設A類永磁槽的徑向插入深度為Rl，B類永磁槽的徑向插入深度為R2，則有R1 >R2; 設轉子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] 本實用新型實施例中，在轉子上開設有多個橢圓形的調節孔4,所述調節孔4的數 量與一字型永磁槽2的數量一致;并且，在每個A類永磁槽與其對應的U型永磁槽之間都有一 個調節孔4，在每個B類永磁槽的外側都有一個調節孔4，每個調節孔4都由轉子1的磁極軸線 分為對稱的兩半。
[0019] 本實用新型實施例中，每個一字型永磁槽2都與其對應的U型永磁槽組成一個雙層 永磁槽組，在轉子1的徑向截面中，每個雙層永磁槽組都由轉子1的磁極軸線分為對稱的兩 半。
[0020] 本實用新型實施例中，相鄰的一字型永磁槽的徑向插入深度不等，磁鋼越貼近轉 子轉子外緣(即增加 R1或R2)，電機輸出力矩也越大，但齒槽力矩和力矩波動也會隨之增加， 因此調節A類永磁槽及B類永磁槽的徑向插入深度R1、R2的差值，及R1、R2與轉子半徑R的比 值，可以有效降低電機噪音和力矩波動，并且還可以通過調節各個調節孔的橢圓長軸與橢 圓短軸的長度比值來控制磁通經極靴時的磁路飽和程度，從而能調節有效磁通變化，減小 齒槽基波和高次諧波力矩幅值，從而能進一步的降低齒槽引起的力矩波動。
[0021]本實用新型實施例中，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 磁的并聯磁鋼，而且又有兩塊徑向充磁的串聯磁鋼，從而具有串并聯的混聯磁路，此結構具 有顯著的聚磁、改善氣隙磁場波形、降低轉矩波動、抑制靜態和動態電樞反應作用，磁鋼磁 力線向極靴(磁極)靠近，并匯聚于磁極中心形成一個極，使氣隙磁密增加，由于電機參數和 尺寸一定時，力矩與氣隙磁密成正比，從而能提高電機過載能力和功率密度，使電機小型輕 量化；內置式永磁轉子為典型的凸極結構，凸極效應(凸極率)顯著，交軸電感Lq大于直軸電 感Ld(即Lq>Ld)，使電機在永磁轉矩的基礎上迭加了磁阻轉矩，磁阻轉矩的存在有助于提 高電機的起動特性、過載能力和功率密度，易于弱磁調速，擴大恒功率范圍運行，電機的轉 矩公式可用下式表示：
[0023]式中，Γ為電機的轉矩，P為磁極對數，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，為電磁轉矩，(:.?):,..?.為磁阻轉矩；
[0025] 從電機的轉矩公式可以看出，電樞電流一定時，永磁電機的磁阻轉矩與同步電感 差值(Lq-Ld)成正比，U型磁極的永磁轉子電機的同步電感差值要大于一字型磁極的永磁轉 子電機及V型磁極的永磁轉子電機，能顯著提高電動汽車驅動電機的弱磁擴速能力。
[0026] 本實用新型實施例獲得了與定子鐵心斜槽、轉子永磁磁極斜極或者定轉子間采用 不均勻氣隙等工藝和結構復雜的措施同樣的效果，減小了氣隙磁導的變化，從而減小了當 轉子旋轉時氣隙磁場儲能的變化，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)這一電動汽車驅動系統中致命缺陷，抑制了齒槽引起的力矩波動，能顯著減小轉子高速 運行時的噪音、機械振動和定子鐵心變形，特別是可顯著減小反電勢諧波分量，能有效降低 反電勢總諧波失真THD(Total Harmonic Distortion)，有利于電機頻繁啟動，能提高效率、 過載能力和功率密度。
[0027] 圖2是采用了本實用新型實施例的電動汽車電機的低波動槽孔結合式永磁轉子的 額定輸出功率均為46KW的電機的力矩波動曲線圖，其中的橫軸Θ為力矩角，豎軸Tcog為力 矩；
[0028] 如圖2所示，采用了本實用新型實施例的轉子的電機相比現有內置式一字型永磁 同步電機，輸出功率、電流、效率和力矩波動均有明顯改善，電機徑向力趨于平衡，能降低機 械振動，可顯著減小轉子高速運時的離心力，有利于電機頻繁啟動，提高過載能力，有效提 高電機的綜合性能，能滿足電動汽車驅動要求，實現高功率密度、低噪、低力矩波動、寬調速 小型輕量化和平穩運行等特點。
【主權項】
1. 一種電動汽車電機的低波動槽孔結合式永磁轉子，該轉子上開設有多個一字型永磁 槽，及多個U型永磁槽，每個一字型永磁槽內都嵌置有一字型磁鋼，每個U型永磁槽內都嵌置 有三個布設成U形的一字型磁鋼，所述一字型永磁槽的數量與U型永磁槽的數量一致并且一 一對應，各個U型永磁槽圍繞轉子的軸心對稱布設，每個U型永磁槽都與對應的一字型永磁 槽沿著轉子的徑向由外至內依序布設； 其特征在于:各個一字型永磁槽等分成兩類，其中的一類為A類永磁槽，另一類為B類永 磁槽，并且各個A類永磁槽與各個B類永磁槽沿轉子的周向交替布設，并且各個A類永磁槽的 徑向插入深度一致，各個B類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子軸心之間的最小間距； 設A類永磁槽的徑向插入深度為Rl，B類永磁槽的徑向插入深度為R2，則有R1>R2。2. 根據權利要求1所述的電動汽車電機的低波動槽孔結合式永磁轉子，其特征在于:設 轉子的半徑為R，則R1/R在〇. 75至0.8之間，R2/R在0.65至0.7之間。3. 根據權利要求1所述的電動汽車電機的低波動槽孔結合式永磁轉子，其特征在于:在 轉子上開設有多個橢圓形的調節孔，所述調節孔的數量與一字型永磁槽的數量一致;并且， 在每個A類永磁槽與其對應的U型永磁槽之間都有一個調節孔，在每個B類永磁槽的外側都 有一個調節孔，每個調節孔都由轉子的磁極軸線分為對稱的兩半。4. 根據權利要求1所述的電動汽車電機的低波動槽孔結合式永磁轉子，其特征在于:每 個一字型永磁槽都與其對應的U型永磁槽組成一個雙層永磁槽組，在轉子的徑向截面中，每 個雙層永磁槽組都由轉子的磁極軸線分為對稱的兩半。
【文檔編號】H02K1/27GK205725213SQ201620537547
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月6日
【發明人】林德芳
【申請人】上海特波電機有限公司