CN108429375B - 转子结构、永磁辅助同步磁阻电机及电动汽车 - Google Patents

转子结构、永磁辅助同步磁阻电机及电动汽车 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种转子结构、永磁辅助同步磁阻电机及电动汽车。转子结构，包括：转子本体，转子本体上开设永磁体槽组，永磁体槽组包括内层永磁体槽和外层永磁体槽，内层永磁体槽和外层永磁体槽沿转子本体的径向方向向外间隔地设置；内层永磁体，内层永磁体设置于内层永磁体槽内；外层永磁体，外层永磁体设置于外层永磁体槽内，内层永磁体与外层永磁体错位地设置。将内层永磁体与外层永磁体错位地设置，提高了单位体积永磁体所上升的磁通量，增大了具有该转子结构的电机的输出转矩，提升了电机的效率，减少了电机的成本，并且可以增加转子结构的机械强度，增大了该电机的可靠性。

Description

转子结构、永磁辅助同步磁阻电机及电动汽车
技术领域
本发明涉及电动车设备技术领域，具体而言，涉及一种转子结构、永磁辅助同步磁阻电机及电动汽车。
背景技术
电动汽车具有节能、环保等特点，得到了迅速的发展。现有的电动汽车驱动电机为了实现电机的高功率密度、高效率等功能，越来越多的电机采用高性能稀土永磁电机。稀土永磁电机能够实现高效率和高功率密度，主要依赖于高性能的稀土永磁体，目前应用最多的是钕铁硼稀土永磁体。但稀土是一种不可再生资源，价格较为昂贵，并且稀土价格的波动也较大，导致电动汽车驱动电机的生产成本较高，这对于推动电动汽车全面发展是非常不利的。进一步地，现有技术中了还将铁氧体永磁辅助同步磁阻电机应用于电动汽车，但该种电机存在噪声大、易退磁、效率低等问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种转子结构、永磁辅助同步磁阻电机及电动汽车，以解决现有技术中电机效率低的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种转子结构，包括：转子本体，转子本体上开设永磁体槽组，永磁体槽组包括内层永磁体槽和外层永磁体槽，内层永磁体槽和外层永磁体槽沿转子本体的径向方向向外间隔地设置；内层永磁体，内层永磁体设置于内层永磁体槽内；外层永磁体，外层永磁体设置于外层永磁体槽内，内层永磁体与外层永磁体错位地设置。
进一步地，转子结构还包括：第一隔磁桥，第一隔磁桥的第一端与内层永磁体槽的第一槽壁相连接，第一隔磁桥的第二端与内层永磁体槽的第一槽壁相对的第二槽壁相连接，第一隔磁桥与外层永磁体相对地设置。
进一步地，外层永磁体的长度为L，外层永磁体的沿径向方向的厚度为D，第一隔磁桥的沿内层永磁体槽的长度方向的宽度为L1，其中，0.02≤L1/(L×D)≤0.1。
进一步地，转子结构还包括：第二隔磁桥，第二隔磁桥的第一端与外层永磁体槽的第三槽壁相连接，第二隔磁桥的第二端与外层永磁体槽的第三槽壁相对的第四槽壁相连接，第二隔磁桥与内层永磁体相对地设置。
进一步地，第二隔磁桥为两个，两个第二隔磁桥分别设置于外层永磁体槽的两端内。
进一步地，内层永磁体包括：第一永磁体，设置于内层永磁体槽的第一端内；第二永磁体，第二永磁体设置于内层永磁体槽的第二端内，第一永磁体与第二永磁体之间具有距离地设置，外层永磁***于第一永磁体和第二永磁体之间。
进一步地，内层永磁体槽的第一端和第二端沿转子本体的径向方向朝向转子本体的外边沿延伸设置，内层永磁体槽的第一端和内层永磁体槽的第二端相对地设置并位于转子本体的直轴的两侧，外层永磁体槽的第一端和第二端沿转子本体的径向方向朝向转子本体的外边沿延伸设置，外层永磁体槽的第一端和外层永磁体槽的第二端相对地设置并位于直轴的两侧，内层永磁体槽的第一端与外层永磁体槽的第一端相邻地设置，且内层永磁体槽的第一端与外层永磁体槽的第一端之间的距离沿转子本体的径向方向向外逐渐增加，和/或内层永磁体槽的第二端与外层永磁体槽的第二端之间的距离沿转子本体的径向方向向外逐渐增加。
进一步地，内层永磁体槽的用于放置内层永磁体处的厚度大于其余部分的内层永磁体槽处的厚度，和/或，外层永磁体槽的用于放置外层永磁体处的厚度大于其余部分的外层永磁体槽处的厚度。
根据本发明的另一方面，提供了一种永磁辅助同步磁阻电机，包括转子结构，转子结构为上述的转子结构。
进一步地，永磁辅助同步磁阻电机包括：定子，定子内周面上设置有多个定子齿，转子本体设置于定子内，外层永磁体设置于外层永磁体槽的中部，外层永磁体的两端与转子本体轴孔的孔心的连线之间形成的最大夹角为θ1，多个定子齿包括依次相邻设置的第一定子齿、第二定子齿和第三定子齿，过该外层永磁体的直轴的延长线过第二定子齿的径向方向的几何中心，第一定子齿与第三定子齿之间形成的最大夹角为θ2，其中，θ1＜θ2。
根据本发明的另一方面，提供了一种电动汽车，包括永磁辅助同步磁阻电机，永磁辅助同步磁阻电机为上述的永磁辅助同步磁阻电机。
应用本发明的技术方案，将内层永磁体与外层永磁体错位地设置，提高了单位体积永磁体所上升的磁通量，增大了具有该转子结构的电机的输出转矩，提升了电机的效率，减少了电机的成本，并且可以增加转子结构的机械强度，增大了该电机的可靠性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的转子结构的第一实施例的结构示意图；
图2示出了根据本发明的转子结构的第二实施例的结构示意图；
图3示出了根据本发明的转子结构的第三实施例的结构示意图；
图4示出了根据本发明的转子结构的第四实施例的结构示意图；
图5示出了根据本发明的永磁辅助同步磁阻电机的第一实施例的结构示意图；
图6示出了根据本发明的永磁辅助同步磁阻电机的第二实施例的结构示意图；
图7示出了根据本发明的永磁辅助同步磁阻电机的第三实施例的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、转子本体；11、内层永磁体槽；12、外层永磁体槽；13、轴孔；
21、内层永磁体；211、第一永磁体；212、第二永磁体；22、外层永磁体；
31、第一隔磁桥；32、第二隔磁桥；
40、定子；41、第一定子齿；42、第二定子齿；43、第三定子齿；
50、定子绕组。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
结合图1至图7所示，根据本发明的实施例，提供了一种转子结构。
具体地，该转子结构包括转子本体10、内层永磁体21和外层永磁体22。转子本体10上开设永磁体槽组，永磁体槽组包括内层永磁体槽11和外层永磁体槽12。内层永磁体槽11和外层永磁体槽12沿转子本体10的径向方向向外间隔地设置。内层永磁体21设置于内层永磁体槽11内。外层永磁体22设置于外层永磁体槽12内，内层永磁体21与外层永磁体22错位地设置。
在本实施例中，将内层永磁体与外层永磁体错位地设置，提高了单位体积永磁体所上升的磁通量，增大了具有该转子结构的电机的输出转矩，提升了电机的效率，减少了电机的成本，并且可以增加转子结构的机械强度，增大了该电机的可靠性。
进一步地，转子结构还包括第一隔磁桥31。第一隔磁桥31的第一端与内层永磁体槽11的第一槽壁相连接。第一隔磁桥31的第二端与内层永磁体槽11的第一槽壁相对的第二槽壁相连接，第一隔磁桥31与外层永磁体22相对地设置。这样设置能够有效地提高了转子结构的机械强度。
如图1所示，外层永磁体22的长度为L，外层永磁体22的沿径向方向的厚度为D，第一隔磁桥31的沿内层永磁体槽11的长度方向的宽度为L1，其中，0.02≤L1/(L×D)≤0.1。这样设置能够有效地提高转子结构的性能。可以有效防止隔磁桥对磁通的阻挡，并且不会产生较大的漏磁通。
如图3所示，转子结构还包括第二隔磁桥32。第二隔磁桥32的第一端与外层永磁体槽12的第三槽壁相连接，第二隔磁桥32的第二端与外层永磁体槽12的第三槽壁相对的第四槽壁相连接，第二隔磁桥32与内层永磁体21相对地设置。这样设置能够进一步地提高转子结构的机械强度。
优选地，第二隔磁桥32为两个，两个第二隔磁桥32分别设置于外层永磁体槽12的两端内。其中，永磁体槽组为多个，多个永磁体槽组沿转子本体10的轴向方向间隔地设置。每一个永磁体槽组中的外层永磁体槽12中都可以设置两个第二隔磁桥32。
内层永磁体21包括第一永磁体211和第二永磁体212。第一永磁体211设置于内层永磁体槽11的第一端内。第二永磁体212设置于内层永磁体槽11的第二端内，第一永磁体211与第二永磁体212之间具有距离地设置，外层永磁体22位于第一永磁体211和第二永磁体212之间。
内层永磁体槽11的第一端和第二端沿转子本体10的径向方向朝向转子本体10的外边沿延伸设置，内层永磁体槽11的第一端和内层永磁体槽11的第二端相对地设置并位于转子本体10的直轴d的两侧，外层永磁体槽12的第一端和第二端沿转子本体10的径向方向朝向转子本体10的外边沿延伸设置，外层永磁体槽12的第一端和外层永磁体槽12的第二端相对地设置并位于直轴d的两侧。内层永磁体槽11的第一端与外层永磁体槽12的第一端相邻地设置，且内层永磁体槽11的第一端与外层永磁体槽12的第一端之间的距离沿转子本体10的径向方向向外逐渐增加，内层永磁体槽11的第二端与外层永磁体槽12的第二端之间的距离沿转子本体10的径向方向向外逐渐增加。其中，内层永磁体槽11和外层永磁体槽12之间形成导磁通道(如图2中f1所示)，当内层永磁体槽11和外层永磁体槽12之间的距离逐渐增大时，位于内层永磁体槽11和外层永磁体槽12之间的导磁通道的宽度也逐渐增大。
内层永磁体槽11的用于放置内层永磁体21处的厚度大于其余部分的内层永磁体槽11处的厚度，外层永磁体槽12的用于放置外层永磁体22处(如图4中f2所示)的厚度大于其余部分的外层永磁体槽12处的厚度。这样设置能够有效地提高转子结构的性能，同时增加了永磁体设置在永磁体槽内的稳定性。可以有效提升电机的气隙磁通量，增加电机的输出转矩和效率。
上述实施例中的转子结构还可以用于电机设备技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种永磁辅助同步磁阻电机，包括转子结构，转子结构为上述实施例中的转子结构。
其中，永磁辅助同步磁阻电机包括定子40。定子40内周面上设置有多个定子齿，转子本体10设置于定子40内，外层永磁体22设置于外层永磁体槽12的中部，外层永磁体22的两端与转子本体10轴孔13的孔心的连线之间形成的最大夹角为θ1，多个定子齿包括依次相邻设置的第一定子齿41、第二定子齿42和第三定子齿43，过该外层永磁体22的直轴的延长线过第二定子齿42的径向方向的几何中心，第一定子齿41与第三定子齿43之间形成的最大夹角为θ2，其中，θ1＜θ2。通过将θ1设置成小于θ2，可以最大限度的提升内层永磁体产生的磁通量，增大电机的输出转矩和效率。
上述实施例中的永磁辅助同步磁阻电机还可以用于电动汽车设备技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种电动汽车，包括永磁辅助同步磁阻电机，永磁辅助同步磁阻电机为上述实施例中的永磁辅助同步磁阻电机。
具体地，电机转子通过采用多层永磁体，提升了电机的凸极比，增加了电机的磁阻转矩，相比现有的永磁同步电机可以显著增加电机的转矩密度，但电机的永磁体用量也会显著增加，这对于电机的成本是非常不利的。
采用本申请中的转子结构可以显著减少永磁的用量，并且电机的效率基本保持不变，尤其涉及一种应用于电动汽车的永磁辅助式同步磁阻电机(以下简称电机)。
该电机包含定子、定子绕组50和转子，转子上含有放置永磁体的槽以及放置在槽中的永磁体，转子同一个磁极上包含多层永磁体，同一磁极内的永磁体朝定子方向具有相同的极性。在同一个磁极内，转子内层永磁体槽中的永磁体放置在永磁体槽的两侧，外层永磁槽中的永磁体放置在永磁体槽的中间，并且内层永磁体槽与外层永磁体相对的位置设置有隔磁桥。
通过将内层永磁体放置在两侧，外层永磁体放置在中间位置，内层永磁体槽与外层永磁体相对的位置设置有隔磁桥，可以有效改善永磁体磁场的磁路，减少永磁体槽对磁力线的阻挡，转子的磁力线分布图如图6所示，可以极大的提升单位体积永磁体所产生的磁通量，增大永磁体的利用率。通过磁桥的设置还可以在转子高速旋转时，减少永磁体槽末端隔磁桥应力的集中，增加转子的机械强度。
转子同一磁极的内、外层永磁体互不相对，可以减少内外层永磁体磁力线的重合度，增大永磁体的有效磁通量。
外层永磁体槽与内层永磁体相对的位置设置有隔磁桥。可以有效增大内层永磁体的利用率。如图7所示，内层永磁体的磁链线可以匝链更多的绕组，产生更大的定子磁链，提升电机的效率。
转子内、外层永磁体槽之间形成导磁通道，其中靠近两侧的导磁通道厚度具有从内朝外逐渐变宽的形状。通过将外层永磁体的桥臂尽量往d轴靠拢，可以有效减少桥臂对永磁体磁力线的阻挡，电机的磁力线分布图如图5所示，可以增加磁力线与匝链的定子绕组数量，产生更大的定子磁链，提升电机的效率。
除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种转子结构，其特征在于，包括：
转子本体(10)，所述转子本体(10)上开设永磁体槽组，所述永磁体槽组包括内层永磁体槽(11)和外层永磁体槽(12)，所述内层永磁体槽(11)和所述外层永磁体槽(12)沿所述转子本体(10)的径向方向向外间隔地设置；
内层永磁体(21)，所述内层永磁体(21)设置于所述内层永磁体槽(11)内；
外层永磁体(22)，所述外层永磁体(22)设置于所述外层永磁体槽(12)内，所述内层永磁体(21)与所述外层永磁体(22)错位地设置；
第一隔磁桥(31)，所述第一隔磁桥(31)的第一端与所述内层永磁体槽(11)的第一槽壁相连接，所述第一隔磁桥(31)的第二端与所述内层永磁体槽(11)的所述第一槽壁相对的第二槽壁相连接，所述第一隔磁桥(31)与所述外层永磁体(22)相对地设置；
第二隔磁桥(32)，所述第二隔磁桥(32)的第一端与所述外层永磁体槽(12)的第三槽壁相连接，所述第二隔磁桥(32)的第二端与所述外层永磁体槽(12)的所述第三槽壁相对的第四槽壁相连接，所述第二隔磁桥(32)与所述内层永磁体(21)相对地设置；
所述内层永磁体(21)包括：
第一永磁体(211)，设置于所述内层永磁体槽(11)的第一端内；
第二永磁体(212)，所述第二永磁体(212)设置于所述内层永磁体槽(11)的第二端内，所述第一永磁体(211)与所述第二永磁体(212)之间具有距离地设置，所述外层永磁体(22)位于所述第一永磁体(211)和所述第二永磁体(212)之间；
所述外层永磁体(22)的长度为L，所述外层永磁体(22)的沿径向方向的厚度为D，所述第一隔磁桥(31)的沿所述内层永磁体槽(11)的长度方向的宽度为L1，其中，0.02≤L1/(L×D)≤0.1。
2.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述第二隔磁桥(32)为两个，两个所述第二隔磁桥(32)分别设置于所述外层永磁体槽(12)的两端内。
3.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述内层永磁体槽(11)的第一端和第二端沿所述转子本体(10)的径向方向朝向所述转子本体(10)的外边沿延伸设置，所述内层永磁体槽(11)的第一端和所述内层永磁体槽(11)的第二端相对地设置并位于所述转子本体(10)的直轴的两侧，所述外层永磁体槽(12)的第一端和第二端沿所述转子本体(10)的径向方向朝向所述转子本体(10)的外边沿延伸设置，所述外层永磁体槽(12)的第一端和所述外层永磁体槽(12)的第二端相对地设置并位于所述直轴的两侧，所述内层永磁体槽(11)的第一端与所述外层永磁体槽(12)的第一端相邻地设置，且所述内层永磁体槽(11)的第一端与所述外层永磁体槽(12)的第一端之间的距离沿所述转子本体(10)的径向方向向外逐渐增加，和/或所述内层永磁体槽(11)的第二端与所述外层永磁体槽(12)的第二端之间的距离沿所述转子本体(10)的径向方向向外逐渐增加。
4.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述内层永磁体槽(11)的用于放置所述内层永磁体(21)处的厚度大于其余部分的所述内层永磁体槽(11)处的厚度，和/或，所述外层永磁体槽(12)的用于放置所述外层永磁体(22)处的厚度大于其余部分的所述外层永磁体槽(12)处的厚度。
5.一种永磁辅助同步磁阻电机，包括转子结构，其特征在于，所述转子结构为权利要求1至4中任一项所述的转子结构。
6.根据权利要求5所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述永磁辅助同步磁阻电机包括：
定子(40)，所述定子(40)内周面上设置有多个定子齿，所述转子本体(10)设置于所述定子(40)内，所述外层永磁体(22)设置于所述外层永磁体槽(12)的中部，所述外层永磁体(22)的两端与所述转子本体(10)轴孔的孔心的连线之间形成的最大夹角为θ1，多个所述定子齿包括依次相邻设置的第一定子齿(41)、第二定子齿(42)和第三定子齿(43)，过该所述外层永磁体(22)的直轴的延长线过所述第二定子齿(42)的径向方向的几何中心，所述第一定子齿(41)与所述第三定子齿(43)之间形成的最大夹角为θ2，其中，θ1＜θ2。
7.一种电动汽车，包括永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述永磁辅助同步磁阻电机为权利要求5或6中任一项所述的永磁辅助同步磁阻电机。
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