CN104753214A - 内置式永磁电机的转子 - Google Patents

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Abstract

一种内置式永磁电机的转子，包括：转子芯，配置成形成转子的主体；上永磁体组，配置成***转子芯中形成磁极；下永磁体组，配置成***转子芯中并位于上永磁体组的下方，与上永磁体组形成双层结构。上永磁体组和下永磁体组中的每一者可包括两个V型永磁体。由上永磁体组的两个永磁体形成的极弧角可不同于由下永磁体组的永磁体形成的极弧角。

Description

内置式永磁电机的转子
技术领域
本公开涉及内置式永磁电机的转子，且更具体地，涉及可通过将至少两个永磁体***转子中形成双层结构并将极弧角设定成彼此不同而减少转矩脉动的内置式永磁电机的转子。
背景技术
内置式永磁(IPM)电机主要用于例如电动车辆和混合动力电动车辆的绿色车辆，因为IPM电机可提供高效率、高转矩和高输出密度。IPM电机被分类为集中绕组型IPM电机或分布绕组型IPM电机。
每当IPM电机和通用电机旋转电气角的一个周期时，其转矩根据预定频率周期性地变化。预定频率可基于电机的相数、极数和槽数的组合来确定。转矩变化差与转矩平均值的比率被称作转矩脉动，并且通常被确定为百分比。例如，由3相电驱动并且极数/槽数比为1/6的IPM电机的转矩脉动可发生在对应于极数(N)的3、6、9…倍的频率分量下。被制成具有3相、8级和48槽的IPM电机的频率分量中对应于极数(N)的3倍和6倍的频率分量，例如第24阶和第48阶频率分量通常导致可听见的声音。
根据现有技术的IPM当每分钟转数(rpm)超过中高速(例如，4000rpm)时，引起与对应于IPM电机的极数(N)6倍的频率相关联的噪声，并且已知噪声使驾驶者神经紧张。由于噪声和/或转矩脉动噪声可加重绿色车辆、例如使用电机的电动车辆和混合动力车辆的噪声、振动和声振粗糙度(NVH)，因此噪声和/或转矩脉动是设计电机时所考虑的性能因素。
然而，用于减少转矩脉动的设计可使影响可控性和铁损的总谐波失真(THD)恶化，并增加最大驱动电流。
在本背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对本公开的背景的理解，因此其可包含不构成本国内本领域技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开提供一种内置式永磁电机的转子，其可减少转矩脉动同时保持内置式永磁电机的性能。换言之，本公开提供一种内置式永磁电机的转子，其可通过将至少两个永磁体***转子中形成双层结构并将极弧角设定成彼此不同而减少转矩脉动。
本公开的示例性实施例提供一种内置式永磁(IPM)电机的转子，其包括：转子芯，配置成形成转子的主体；上永磁体组，配置成***转子芯中形成磁极；下永磁体组，配置成***转子芯中并位于上永磁体组的下方，与上永磁体组形成双层结构。上永磁体组和下永磁体组中的每一者可包括两个V型永磁体。由上永磁体组的两个永磁体形成的极弧角可不同于由下永磁体组的永磁体形成的极弧角。
转子还可包括：位于转子芯的、供上永磁体组的两个永磁体***的上腔；可位于转子芯的、供下永磁体组的两个永磁体***的下腔。上腔可以是上永磁体组的两个永磁体一起***其中的结构，并且下腔可以是下永磁体组的两个永磁体单独***其中的结构。
由上永磁体组形成的极弧角可包括第一上极弧角和第二上极弧角，第一上极弧角可在V型空间的中心与***上腔中的永磁体之间形成，并且第二上极弧角可由未被永磁体占据的上腔空间形成。由下永磁体组形成的极弧角可包括第一下极弧角和第二下极弧角，第一下极弧角可在V型空间的中心与***下腔中的永磁体的外端之间形成，并且第二下极弧角可由未被永磁体占据的下腔空间形成。第一上极弧角和第二上极弧角与第一下极弧角和第二下极弧角可彼此不同。
第一上极弧角可小于第一下极弧角。
第二上极弧角可大于第二下极弧角。
第一上极弧角和第二上极弧角可分别为约14°和2°，并且第一下极弧角和第二下极弧角可分别为约19.6°和1.85°。
根据本公开的示例性实施例，能够显著减少转矩脉动，例如对应于第【极数(N)×6】阶频率的转矩脉动分量，同时保持内置式永磁电机的性能。
根据本公开的示例性实施例，能够通过将至少两个永磁体***转子中形成双层结构并将极弧角设定成彼此不同而减少转矩脉动。
附图说明
图1是根据本公开的示例性实施例的内置式永磁电机的转子的示意图。
图2是根据本公开的示例性实施例的内置式永磁电机的转子的局部放大示意图。
图3和图4是用于示出根据本公开的示例性实施例的内置式永磁电机的转子的改进的表格。
图5示出现有技术的内置式永磁电机和根据本公开的示例性实施例的内置式永磁电机的转子的改进性能的图。
具体实施方式
将在下文参照示出本公开的示例性实施例的附图，对本公开进行更全面的描述。如本领域技术人员将会意识到的，所述实施例可以多种不同方式进行修改，而均不脱离本公开的精神或范围。
除非明确相反地说明，词语“包括”和例如“包含”或“含有”的变型将被理解为意指包括所述的元件，但不排除任何其它元件。在整个说明书中相同的附图标记表示相同的元件。在附图中，为了清晰起见，构成元件的尺寸被夸大。
图1是根据本公开的示例性实施例的内置式永磁电机的转子的示意图。图2是根据本公开的示例性实施例的内置式永磁电机的转子的局部放大示意图。
根据本公开的示例性实施例的内置式永磁(IPM)电机的转子是可以减少转矩脉动同时保持内置式永磁电机的性能的转子。根据本公开的示例性实施例的转子100可包括：转子芯102，配置成形成转子100的主体；上永磁体组110G，配置成***转子芯102中形成磁极；以及下永磁体组120G，配置成***转子芯102中并位于上永磁体组110G的下方，以便与上永磁体组110G具有双层结构。转子芯102可应用于现有技术，因此这里将省略其详细说明。
如图1、2中所示，上永磁体组110G和下永磁体组120G中的每一者包括两个V型永磁体110和120。在图1、2中，附图标记200表示IPM电机的定子。永磁体110和120可以是通常应用于现有技术的IPM电机的永磁体。
随后将要说明的由两个永磁体110形成的极弧角UP_θ1和UP_θ2以及由两个永磁体120形成的极弧角DN_θ1和DN_θ2是彼此不同的。
转子芯102包括上永磁体组110G的两个永磁体110***其中的上腔115，和下永磁体组120G的两个永磁体120***其中的下腔125。如图1和图2中所示，上腔115可具有上永磁体组110G的两个永磁体110一起***其中的结构。下腔125可以是下永磁体组120G的两个永磁体120单独***其中的结构。腔体115和125填充有模塑材料，用以分别将永磁体110和120固定在腔体中。模塑材料可应用于现有技术，因此在本说明书中将省略其详细说明。
由上永磁体组110G形成的极弧角包括第一上极弧角UP_θ1和第二上极弧角UP_θ2。第一上极弧角UP_θ1在V型空间的中心与***上腔115中的永磁体110之间形成，并且第二上极弧角UP_θ2由未被永磁体110占据的上腔115的空间形成。
由下永磁体组120G形成的极弧角包括第一下极弧角DN_θ1和第二下极弧角DN_θ2。第一下极弧角DN_θ1在V型空间的中心与***下腔125中的永磁体120的外端之间形成。第二下极弧角DN_θ2由未被永磁体120占据的下腔125的空间形成。第一和第二上极弧角(UP_θ1，UP_θ2)与第一和第二下极弧角(DN_θ1，DN_θ2)彼此不同地形成，以便能够减少转矩脉动，例如对应于第【(N)×6】阶频率的转矩脉动分量，同时保持IPM电机的性能。第一上极弧角UP_θ1可小于第一下极弧角DN_θ1，并且第二上极弧角UP_θ2可大于第二下极弧角DN_θ2。
更具体地，第一上极弧角和第二上极弧角(UP_θ1，UP_θ2)可分别为约14度和2度，并且第一下极弧角和第二下极弧角(DN_θ1，DN_θ2)可分别为约19.6度和1.85度。
在下文中，将对根据本公开的示例性实施例的IPM电机的转子的操作进行说明。
图3是比较设有根据本公开的示例性实施例的转子的IPM电机与现有技术的IPM电机在中/高rpm(例如，4000rpm)下发生的转矩脉动的表格。参照图3，可以看到，在第【N×3】阶频率发生的转矩脉动分量在本公开的示例性实施例与现有技术之间差别不太大，但是在第【N×6】阶频率发生的转矩脉动分量显著降低。
图4是比较设有根据本公开的示例性实施例的转子的IPM电机与现有技术的IPM电机发生的噪声的表格。参照图4，可以看到，在第【N×3】阶频率发生的噪声分量，与IPM电机的rpm无关，在本公开的示例性实施例与现有技术之间差别不太大，但是在第【N×6】阶频率发生的噪声分量显著降低。
图5示出关于设有根据本公开的示例性实施例的转子的IPM电机和现有技术的IPM电机的、rpm与噪声之间的相关性的曲线图。参照图5，看以看到，在第【N×3】阶频率和低rpm下发生的噪声分量在本公开的示例性实施例与现有技术之间差别不太大，但是在第【N×6】阶频率和中/高rpm下发生的噪声分量显著降低。
根据本公开的示例性实施例，能够通过将至少两个永磁体***转子中形成双层结构并将极弧角设定成彼此不同而减少转矩脉动。
虽然已结合目前被认为实用的示例性实施例对本公开进行了描述，但是应当理解的是，本公开并不限于所公开的实施例，而是相反，旨在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的多种改型和等效配置。

Claims (6)

1.一种内置式永磁(IPM)电机的转子，包括：
转子芯，配置成形成所述转子的主体；
上永磁体组，配置成***所述转子芯中形成磁极；以及
下永磁体组，配置成***所述转子芯中并位于所述上永磁体组的下方，并且与所述上永磁体组具有双层结构，
其中所述上永磁体组和下永磁体组中的每一者包括两个V型永磁体，并且
其中由所述上永磁体组的两个永磁体形成的极弧角不同于由所述下永磁体组的两个永磁体形成的极弧角。
2.如权利要求1所述的转子，还包括：
形成在所述转子芯上、供所述上永磁体组的两个永磁体***的上腔；以及
形成在所述转子芯上、供所述下永磁体组的两个永磁体***的下腔；
其中所述上腔是所述上永磁体组的两个永磁体一起***其中的结构，并且
所述下腔是所述下永磁体组的两个永磁体单独***其中的结构。
3.如权利要求2所述的转子，其中由所述上永磁体组形成的极弧角包括第一上极弧角和第二上极弧角，所述第一上极弧角在V型空间的中心与***所述上腔中的永磁体之间形成，并且所述第二上极弧角由未被永磁体占据的所述上腔的空间形成，
由所述下永磁体组形成的极弧角包括第一下极弧角和第二下极弧角，所述第一下极弧角在所述V型空间的中心与***所述下腔中的永磁体的外端之间形成，并且所述第二下极弧角由未被永磁体占据的所述下腔的空间形成，并且
所述第一上极弧角和第二上极弧角与所述第一下极弧角和第二下极弧角彼此不同。
4.如权利要求3所述的转子，其中所述第一上极弧角小于所述第一下极弧角。
5.如权利要求3所述的转子，其中所述第二上极弧角大于所述第二下极弧角。
6.如权利要求3所述的转子，其中所述第一上极弧角和所述第二上极弧角分别是约14度和2度，并且所述第一下极弧角和所述第二下极弧角分别是约19.6度和1.85度。
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