CN105186818A - 一种磁路混合排列的永磁同步电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁路混合排列的永磁同步电机，包括定子铁芯(1)和磁钢，所述磁钢非均匀设置于所述转子铁芯(2)的圆周边缘处，所述磁钢包括切向磁钢(7)、一型磁钢(5)和V型磁钢组(6)，所述V型磁钢组(6)由两个磁钢排列而成；所述一型磁钢(5)位于V型磁钢组(6)的内侧靠近转子铁芯(2)的圆周边缘处；所述的切向磁钢(7)设于电机q轴线上；所述切向磁钢(7)和一型磁钢(5)的数量等于V型磁钢组(6)的数量，且等于电机极数；所述转子铁芯(2)内侧设有和电机极数相同数量的去重孔，所述的去重孔包括大去重孔(3)和小去重孔(4)。本发明解决了电机高功率密度、宽调速范围、成本和电磁噪音问题。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种磁路混合排列的永磁同步电机。
背景技术
近年来，随着新能源汽车行业的兴起，车辆驱动电机对电机的峰值扭矩和转速范围要求越来越高，为了满足整车尺寸空间降低***成本，***希望电机具备更大的磁阻扭矩份额。据调查：目前国内外各大电机公司研制电机的凸极磁阻扭矩和永磁磁钢产生扭矩的份额比例一般小于45％；若能将该比例进一步提高，可有效降低***成本，提高电机动力性能和***的匹配度。在混合动力车型***、空间紧张，对电机功率密度要求越来越苛刻，正期待着电机功率扭矩密度能够进一步提高。更进一步的情况还有，随着工业伺服及车辆电驱动率的普及，要求电机具有较低成本，而稀土磁钢作为影响电机成本的关键材料资源有限。若能用铁氧体替代稀土可实现行业长远发展。
为了节约能源，减小碳排放，目前越来越多的电动机选择永磁同步方案。但根据电机学可知：一般的永磁同步电机，如图1所示包括定子冲片1-1、瓦形磁钢1-2、转子冲片1-3和去重孔1-4，此种结构的永磁同步电机输出扭矩正比于电机的工作电流和反电势系数，而其工作转速反比于反电势系数。此外，永磁同步电机需要采用专门的控制器才能连续运转，当永磁同步电机有宽调速范围运行要求时，工程上常遇到控制器驱动电流能力不足或器件耐电压(特别是电机最高转速时的空载反电势电压)能力不够的问题。因此为了兼顾电机的宽转速范围和动力性能。一般情况下将这类电机均采用内置磁钢式转子结构，如图2所示采用方形磁钢2-2代替前一种永磁同步电机内的瓦形磁钢1-2，其次依靠内嵌磁钢转子电机交轴电感Lq＞直轴电感Ld的特征产生凸极磁阻扭矩，实现电机的输出扭矩大于电流和反电势系数的乘积。
公开号CN104011974的专利公开了一种电机转子，能够起到增大磁阻转矩从而实现高输出的效果。但显然该电机在体积、成本上未作考虑，同时功率密度仍有提升空间。
另外，电磁噪音由于频率高，难以消音屏蔽，对人体反应敏感等特点，成为了电动汽车或混合动力汽车的一个新问题，越来越多的整车厂十分关心电机的电磁噪音，但到目前为止国内外同行还未有理想解决方案。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种对驱动电机的特殊性能要求下提出，并解决了电机高功率密度、宽调速范围、成本和电磁噪音问题的磁路混合排列的永磁同步电机。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种磁路混合排列的永磁同步电机，包括定子铁芯1和转子，所述定子铁芯1内嵌有电枢绕组8，所述转子包括转子铁芯2和内嵌于转子铁芯2上的磁钢，其中：所述磁钢非均匀设置于所述转子铁芯2的圆周边缘处，所述磁钢包括切向磁钢7、一型磁钢5和V型磁钢组6，所述V型磁钢组6由两个磁钢排列而成；所述一型磁钢5位于V型磁钢组6的内侧靠近转子铁芯2的圆周边缘处；所述的切向磁钢7设于电机q轴线上；所述切向磁钢7和一型磁钢5的数量等于V型磁钢组6的数量，且等于电机极数；所述转子铁芯2内侧设有和电机极数相同数量的去重孔，所述的去重孔包括大去重孔3和小去重孔4。
进一步，所述的切向磁钢7和一型磁钢5分别采用切向和径向排列。
进一步，所述的一型磁钢5所占极弧b1小于V型磁钢组6所占极弧b1。
进一步，所述的相邻的两个切向磁钢7的磁极沿所在位置切向相反。
进一步，所述的V型磁钢组6和一型磁钢5位于相邻两个切向磁钢7之间。
进一步，所述的V型磁钢组6所占极弧b2为转子一个极距角度的0.6～0.7倍。
进一步，所述的一型磁钢5所占极弧b1为转子一个极距角度的0.3～0.4倍。
进一步，所述一型磁钢5的两端与转子铁芯2的边缘之间的距离为磁桥a1，所述V型磁钢组6的两端与转子铁芯2的边缘之间的距离为磁桥a2；所述切向磁钢7靠转子铁芯2边缘处的一端与转子铁芯2边缘之间的距离为磁桥a3：所述切向磁钢7的另一端与大去重孔3的距离为磁桥a5；所述构成V型磁钢组6的两个磁钢之间的距离为磁桥a4；所述磁桥a1的厚度与磁桥a2的厚度相近；所述磁桥a3的厚度为磁桥a1或磁桥a2的1～1.25倍。
进一步，所述的大去重孔3和小去重孔4的数量相等，且交替分布在N、S极上。
进一步，所述的磁桥a5位于电机d轴线上，所述的磁桥a4与磁桥a5相平行。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明的结构简单，易生产，成本低，且易使用推广；
2、本发明转子采用内嵌式结构，内切在铁芯中的磁钢同时采用不均匀磁钢排列，使电机在相同的尺寸、相电流及反电势下产生更大的扭矩，或在相同的尺寸、相电流及扭矩下需求更低的反电势，如此可以有效提高电机可控性能；聚磁效果明显且聚磁作用极弧可控，有利于提高提高电机的功率密度；在相同的扭矩和功率下节省磁钢用量；可以同时获得优良的空负载反电势波形，有效降低谐波噪音。该技术特别适用于高端新能源汽车驱动电机领域；
3、本发明转子上的磁通回路有效拓宽，因此有效增大了电机的交轴电感；
4、本发明电机空载时切向磁钢周围没有对定子产生有效磁通，如此十分有利于获得完美的反电势波形，通过合理设计磁钢和磁桥尺寸可以有效控制电机的空载反电势；
5、本发明电机在负载时，该磁路结构在负载工作时不仅提高了激磁极弧宽度(磁通提高近1倍)，并且负载时磁密分布同样保持中间高，两边低的特征，确保了优异负载反电势波形。考虑到，电机的电磁噪音主要源于负载谐波，因此该电磁结构可具备较低的负载电磁噪音。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为现有技术的永磁同步电机示意图一；
图2为现有技术的永磁同步电机示意图二；
图3为本发明的局部示意图一；
图4为本发明转子的局部示意图二；
图5为本发明转子的交轴磁通通道示意图；
图6为本发明的电机空载磁场效果图；
图7为本发明的电机负载磁路仿真图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
具体实施例，如图3和4所示，一种磁路混合排列的永磁同步电机，包括定子铁芯1和转子，所述定子铁芯1内嵌有电枢绕组8，所述转子包括转子铁芯2和内嵌于转子铁芯2上的磁钢，其中：所述磁钢非均匀设置于所述转子铁芯2的圆周边缘处，所述磁钢包括切向磁钢7、一型磁钢5和V型磁钢组6，所述V型磁钢组6由两个磁钢排列而成；所述一型磁钢5位于V型磁钢组6的内侧靠近转子铁芯2的圆周边缘处；所述的切向磁钢7设于电机q轴线上；所述切向磁钢7和一型磁钢5的数量等于V型磁钢组6的数量，且等于电机极数；所述转子铁芯2内侧设有和电机极数相同数量的去重孔，所述的去重孔包括大去重孔3和小去重孔4。
具体的，所述的切向磁钢7和一型磁钢5分别采用切向和径向排列。
具体的，所述的一型磁钢5所占极弧b1小于V型磁钢组6所占极弧b1。
具体的，所述的相邻的两个切向磁钢7的磁极沿所在位置切向相反。
具体的，所述的V型磁钢组6和一型磁钢5位于相邻两个切向磁钢7之间。
具体的，所述的V型磁钢组6所占极弧b2为转子一个极距角度的0.6～0.7倍。
具体的，所述的一型磁钢5所占极弧b1为转子一个极距角度的0.3～0.4倍。
具体的，所述一型磁钢5的两端与转子铁芯2的边缘之间的距离为磁桥a1，所述V型磁钢组6的两端与转子铁芯2的边缘之间的距离为磁桥a2；所述切向磁钢7靠转子铁芯2边缘处的一端与转子铁芯2边缘之间的距离为磁桥a3：所述切向磁钢7的另一端与大去重孔3的距离为磁桥a5；所述构成V型磁钢组6的两个磁钢之间的距离为磁桥a4；所述磁桥a1的厚度与磁桥a2的厚度相近；所述磁桥a3的厚度为磁桥a1或磁桥a2的1～1.25倍。
具体的，所述的大去重孔3和小去重孔4的数量相等，且交替分布在N、S极上。
具体的，所述的磁桥a5位于电机d轴线上，所述的磁桥a4与磁桥a5相平行。
由于所有方向磁钢分别在磁路上程串联结构，在电机d轴方向聚集最强激磁，使转子d轴位置的磁钢最不易受外磁路影响；另一方面，依靠大去重孔3和切向磁钢7的磁桥a5，使三相绕组产生的d轴磁通无法穿越转子，使电机的直轴电枢反应受到限制，即该电机结构可以获取较小的直轴电感Ld
如图5所示，转子上的切向磁钢7、一型磁钢5和V型磁钢组6之间留有足够的距离，对于定子铁芯1产生的交轴磁通可以通过一型磁钢5与V型磁钢组6之间形成的通道一9以及V型磁钢组6与切向磁钢7和去重孔之间组成的通道二10穿透转子铁芯2形成电枢反应回路，相比传统V形内嵌磁钢结构(图2所示)该磁通回路有效拓宽，因此有效增大了电机的交轴电感。
如图6所示，电机空载工作时磁场效果。定子铁芯1仅受到转子磁钢激磁，切向磁钢7、一型磁钢5和V型磁钢组6这三组磁钢串联对定子进行有效激磁，其余磁通通过转子铁芯2形成漏磁，不对电机的定子产生激磁。因此电机空载时磁通主要集中在一型磁钢5表面极弧b1；V型磁钢组6转子极弧b2部分直接有少量有效激磁磁通，但气隙磁密下降；切向磁钢7周围没有对定子产生有效磁通，如此十分有利于获得完美的反电势波形，通过合理设计磁钢和磁桥尺寸可以有效控制电机的空载反电势。
由图3可知，由于定子铁芯2上的磁钢特殊排列，使得电机的交轴电感Lq增大，直轴电感Ld减小。根据永磁电机原理可知电机的磁阻扭矩和电机的交直轴电感差值成正比，该磁路结构具备大磁阻扭矩输出的条件。负载工作时电枢增磁明显，增磁效果如图7所示，该磁路结构在负载工作时不仅提高了激磁极弧宽度(磁通提高近1倍)，并且负载时磁密分布同样保持中间高，两边低的特征，确保了优异负载反电势波形。考虑到，电机的电磁噪音主要源于负载谐波，因此该电磁结构可具备较低的负载电磁噪音。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (10)
1.一种磁路混合排列的永磁同步电机，包括定子铁芯(1)和转子，所述定子铁芯(1)内嵌有电枢绕组(8)，所述转子包括转子铁芯(2)和内嵌于转子铁芯(2)上的磁钢，其特征在于：所述磁钢非均匀设置于所述转子铁芯(2)的圆周边缘处，所述磁钢包括切向磁钢(7)、一型磁钢(5)和V型磁钢组(6)，所述V型磁钢组(6)由两个磁钢排列而成；所述一型磁钢(5)位于V型磁钢组(6)的内侧靠近转子铁芯(2)的圆周边缘处；所述的切向磁钢(7)设于电机q轴线上；所述切向磁钢(7)和一型磁钢(5)的数量等于V型磁钢组(6)的数量，且等于电机极数；所述转子铁芯(2)内侧设有和电机极数相同数量的去重孔，所述的去重孔包括大去重孔(3)和小去重孔(4)。
2.根据权利要求1所述的磁路混合排列的永磁同步电机，其特征在于，所述切向磁钢(7)和一型磁钢(5)分别采用切向和径向排列。
3.根据权利要求1所述的磁路混合排列的永磁同步电机，其特征在于，所述的一型磁钢(5)所占极弧b1小于V型磁钢组(6)所占极弧b1。
4.根据权利要求1所述的磁路混合排列的永磁同步电机，其特征在于，所述相邻的两个切向磁钢(7)的磁极沿所在位置切向相反。
5.根据权利要求1所述的磁路混合排列的永磁同步电机，其特征在于，所述的V型磁钢组(6)和一型磁钢(5)位于相邻两个切向磁钢(7)之间。
6.根据权利要求3所述的磁路混合排列的永磁同步电机，其特征在于，所述V型磁钢组(6)所占极弧b2为转子一个极距角度的0.6～0.7倍。
7.根据权利要求3所述的磁路混合排列的永磁同步电机，其特征在于，所述一型磁钢(5)所占极弧b1为转子一个极距角度的0.3～0.4倍。
8.根据权利要求1所述的磁路混合排列的永磁同步电机，其特征在于，所述一型磁钢(5)的两端与转子铁芯(2)的边缘之间的距离为磁桥a1，所述V型磁钢组(6)的两端与转子铁芯(2)的边缘之间的距离为磁桥a2；所述切向磁钢(7)靠转子铁芯(2)边缘处的一端与转子铁芯(2)边缘之间的距离为磁桥a3：所述切向磁钢(7)的另一端与大去重孔(3)的距离为磁桥a5；所述构成V型磁钢组(6)的两个磁钢之间的距离为磁桥a4；所述磁桥a1的厚度与磁桥a2的厚度相近；所述磁桥a3的厚度为磁桥a1或磁桥a2的1～1.25倍。
9.根据权利要求1所述的磁路混合排列的永磁同步电机，其特征在于，所述的大去重孔(3)和小去重孔(4)的数量相等，且交替分布在N、S极上。
10.根据权利要求8所述的磁路混合排列的永磁同步电机，其特征在于，所述的磁桥a5位于电机d轴线上，所述的磁桥a4与磁桥a5相平行。
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