CN110875656A - 电机转子、电机以及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种电机转子、电机以及电动汽车，电机转子包括由多个转子冲片叠加而成的转子芯，以及沿周向间隔地设置在转子芯的各个磁钢槽内的磁极组，各个磁极组包括第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体，第一永磁体和第三永磁体均沿周向布置为关于径向中心线各自对称的结构，第二永磁体为一对且关于径向中心线相互对称地间隔布置在第一永磁体和第三永磁体的两侧，一对第二永磁体沿径向向内朝向相互靠近的方向倾斜，第三永磁体在所述径向中心线方向上间隔地位于第一永磁体的内侧，第三永磁体在径向中心线方向上的第一径向尺寸大于第一永磁体和/或第二永磁体的短边长度。

Description

电机转子、电机以及电动汽车

技术领域

本公开涉及电机技术领域，具体地，涉及一种电机转子、电机以及电动汽车。

背景技术

电机作为驱动装置广泛应用于多种技术领域中，例如可以用作电动汽车的驱动电机以实现驱动车辆行驶的功能，在此情况下，由于驱动电机在高转速工作状态下因受到硅钢片屈服强度的限制，通常需要设计出小体积的驱动电机，而小体积的驱动电机因布置空间限制而导致磁钢用量过少，降低了气隙磁密和电磁转矩。对此，为了满足电机的扭矩要求，可以采用适当增加永磁体数量的方式来提高电机的扭矩，而采用这种方式时大部分存在如下问题，即在使用状态下电机转子因强度不足等原因部分结构特别是在转子冲片对应于永磁体的位置处发生局部应力过度集中等现象，进而影响电机整体的使用寿命。

发明内容

本公开的目的是提供一种能够提高电机总转矩的同时改善结构整体应力分布的电机转子、包括该电机转子的电机和电动汽车。

为了实现上述目的，本公开提供一种电机转子，所述电机转子包括由多个转子冲片叠加而成的转子芯，以及磁极组，所述磁极组沿周向间隔地设置在所述转子芯的各个磁钢槽内的，各个磁极组包括第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体，所述第一永磁体和所述第三永磁体均沿所述周向布置为关于径向中心线各自对称的结构，所述第二永磁体为一对且关于所述径向中心线相互对称地间隔布置在所述第一永磁体和所述第三永磁体的两侧，一对所述第二永磁体沿径向向内朝向相互靠近的方向倾斜，所述第三永磁体在所述径向中心线方向上间隔地位于所述第一永磁体的内侧，所述第三永磁体在所述径向中心线方向上的第一径向尺寸大于所述第一永磁体的横截面的短边长度和/或第二永磁体的横截面的短边长度。

可选地，所述磁钢槽包括用于***所述第二永磁体的第二磁钢槽和用于***所述第三永磁体的第三磁钢槽，所述第二磁钢槽的内端和所述第三磁钢槽在所述周向上间隔有隔磁桥，所述第三永磁体的所述第一径向尺寸小于或等于所述第二磁钢槽的内侧端部在所述径向中心线方向上的4/5槽高。

可选地，在所述周向上所述第三永磁体的宽度小于所述第一永磁体的宽度。

可选地，各个所述磁极组中，所述第一永磁体为自身以所述径向中心线为基准对称的一个，且横截面形成为沿所述周向延伸的扁平状结构，或者，各个所述磁极组中，所述第一永磁体为沿所述周向间隔布置的一对永磁体，所述一对永磁体以所述径向中心线为基准相互对称布置，且所述一对永磁体配合成径向向外开口的V形结构。

可选地，各个所述磁极组中，所述第三永磁体为自身以所述径向中心线为基准对称的一个，且横截面形成为沿所述周向延伸的扁平状结构，或者，各个所述磁极组中，所述第三永磁体为沿所述周向间隔布置的一对永磁体，所述一对永磁体以所述径向中心线为基准相互对称，且所述一对永磁体相互配合成径向向外开口的V形结构。

可选地，一对所述第二永磁体沿径向向内朝向相互靠近的方向倾斜，以相互配合而构成为V形结构。

可选地，所述第一永磁体和所述第二永磁体形成为相同结构。

可选地，所述磁极组为偶数个且沿所述轴向均匀分布在所述转子芯上。

根据本公开的另一方面，提供一种电机，所述电机包括定子和转子，所述转子设置在所述定子内，且所述转子为如上所述的转子。

根据本公开的又一方面，提供一种电动汽车，所述电动汽车包括驱动电机，该驱动电机为如上所述的电机。

通过上述技术方案，即，本公开的电机转子通过在转子芯的两个第二永磁体之间设置第三永磁体，该第三永磁体在径向中心线方向上位于第一永磁体21的内侧，其中第一永磁体和第三永磁体各自关于径向中心线对称，且两个第二永磁体关于径向中心线对称。在此，主要根据电机转子上的永磁体来决定空载气隙磁密，本公开的电机转子通过在转子芯上沿周向设置第一永磁体的基础上增设第三永磁体，使得电机转子的永磁体整体用量变大而提高气隙磁密，具体地，在磁极组中，堆叠的转子冲片中的第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体共同包围的部分构成为磁路区域，在此因第三永磁体的增设而显著提高了该磁路区域内的气隙磁密，由此使得电磁转矩变大而起到提高电机转子的总转矩的效果。其中，第三永磁体在电机转子的高转速运转模式下由于受到较大的离心力而对转子冲片给予较大的压力，进而使得转子冲片的第三永磁体处发生屈服强度应力集中的现象。对此，本公开的电机转子通过将第三永磁体在所述径向中心线方向上的第一径向尺寸设置为大于所述第一永磁体和/或第二永磁体的短边长度，即通过加厚第三永磁体沿径向中心线方向延伸的第一径向尺寸来减少转子冲片的第三永磁体处的应力集中，由此改善转子芯结构整体的应力分布情况，进而提高了电机转子的使用可靠性及使用寿命。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1为根据本公开一个实施方式的电机转子中显示一个磁极组的剖视示意图；

图2为根据本公开另一个实施方式的电机转子中显示一个磁极组的剖视示意图；

图3为根据本公开具体实施方式的电机转子的结构图；

图4为电机转子中第三永磁体的第一径向尺寸为3.8mm、转速为20000rpm时的应力分布云图；

图5为电机转子中第三永磁体的第一径向尺寸为5.8mm、转速为20000rpm时的应力分布云图。

附图标记说明

1 磁钢槽 2 磁极组

3 隔磁桥 4 磁路区域

10 转子冲片 11 第一磁钢槽

12 第二磁钢槽 13 第三磁钢槽

21 第一永磁体 22 第二永磁体

23 第三永磁体 A 径向中心线

D 第一径向尺寸 S 短边长度

H 槽高

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”通常是指针对电机转子外轮廓的内、外，“周向、径向”是指针对电机转子的周向、径向，本公开中提及的“横截面”是指相应图面方向上示出的截面。

本公开提供电机转子、电机和电动汽车，其中，电机可以为永磁同步电机等，例如，可以为具有如图3中所示的四对极、五对极或六对极等多对极永磁同步电机，尤其是一种超高速电机，即转速在20000rpm(转/分钟)以上的电机，本公开提到的电机可以用作电动汽车等的驱动电机。但本公开对此并不作限定，也可以适用于其它技术领域中。

如图1所示，根据本公开的一个方面，提供一种电机转子，所述电机转子包括由多个转子冲片10叠加而成的转子芯，以及磁极组2，所述磁极组2沿周向间隔地设置在所述转子芯的各个磁钢槽1内，各个磁极组2包括第一永磁体21、第二永磁体22和第三永磁体23，所述第一永磁体21和所述第三永磁体23均沿所述周向布置为关于径向中心线A各自对称的结构，所述第二永磁体22为一对且关于所述径向中心线A相互对称地间隔布置在所述第一永磁体21和所述第三永磁体23的两侧，一对所述第二永磁体22沿径向向内朝向相互靠近的方向倾斜，所述第三永磁体23在所述径向中心线A方向上间隔地位于所述第一永磁体21的内侧，所述第三永磁体23在所述径向中心线A方向上的第一径向尺寸D大于所述第一永磁体21的横截面的短边长度S和/或第二永磁体22的横截面的短边长度S。

在现有技术中，超高速电机因受转子冲片的屈服强度影响而通常其设计尺寸较小，这使得安装在转子冲片内的磁钢用量较少而导致降低了电机的气隙磁密以及电磁转矩。本公开为了满足电机在高速状态下的总转矩要求，在转子芯的两个第二永磁体22之间设置第三永磁体23，该第三永磁体23在径向中心线A方向上位于第一永磁体21的内侧，其中第一永磁体21和第三永磁体23各自关于径向中心线A对称，且两个第二永磁体22关于径向中心线A对称。在此，主要根据电机转子上的永磁体来决定空载气隙磁密，本公开的电机转子通过在转子芯上沿周向设置第一永磁体21的基础上增设第三永磁体23，使得电机转子的永磁体整体用量变大而提高气隙磁密，具体地，在磁极组2中，堆叠的转子冲片10中的第一永磁体21、第二永磁体22和第三永磁体23共同包围的部分构成为磁路区域4，在此因第三永磁体23的增设而显著提高了该磁路区域4内的气隙磁密，由此使得电磁转矩变大而起到提高电机转子的总转矩的效果。其中，第三永磁体23在电机转子的高转速运转模式下由于受到较大的离心力而对转子冲片给予较大的压力，进而使得转子冲片的第三永磁体23处发生屈服强度应力集中的现象。对此，本公开的电机转子通过将第三永磁体23在所述径向中心线A方向上的第一径向尺寸D设置为大于所述第一永磁体21和/或第二永磁体22的短边长度S，即通过加厚第三永磁体23沿径向中心线A方向延伸的第一径向尺寸D来减少转子冲片10的第三永磁体处的应力集中，由此改善转子芯结构整体的应力分布情况，进而提高了电机转子的使用可靠性及使用寿命。

可选地，所述磁钢槽1包括用于***所述第二永磁体22的第二磁钢槽12和用于***所述第三永磁体23的第三磁钢槽13，所述第二磁钢槽12的内端和所述第三磁钢槽13在所述周向上间隔有隔磁桥3，所述第三永磁体23的所述第一径向尺寸D小于或等于所述第二磁钢槽12的内侧端部在所述径向中心线A方向上的4/5槽高H。在此，在第三永磁体23保证不会退磁的前提下，其第一径向尺寸D可以根据实际工艺以及退磁要求等来选择合理的尺寸，在此，为了避免容易发生退磁现象，第三永磁体23的第一径向尺寸D不易设计成太薄。另外，隔磁桥3的设计起到了减少漏磁的效果，隔磁桥3可选设计成越小越好，以有效减小漏磁并增大气隙磁密。在设置有隔磁桥3的情况下，通过将第三永磁体23的第一径向尺寸D设计为小于或等于所述第二磁钢槽12的内侧端部在所述径向中心线A方向上的4/5槽高H，在高转速运转模式下能够显著减少位于第三永磁体23两侧的隔磁桥3处的应力集中，能够有效避免隔磁桥3处发生强度恶化问题，进一步改善电机转子整体的应力分布情况。在此，第三永磁体23的第一径向尺寸D满足大于第一永磁体21和/或第二永磁体22的短边长度S且小于或等于于第二磁钢槽12的内侧端部在径向中心线A方向上的4/5槽高H的前提下，优选将第三永磁体23的第一径向尺寸D设计为接近第二磁钢槽12的内侧端部在径向中心线A方向上的4/5槽高H，由此使得第三永磁体在上述范8围内使得第一径向尺寸D最大化，有效保证电机转子整体的强度。例如，在如上所述的电机转子用于电动汽车的驱动电机等时，当电机转子中第二磁钢槽12的内侧端部在所述径向中心线A方向上的槽高H为6cm～8cm的情况下，第三永磁体23的第一径向尺寸D为4.8cm～6.4cm，进一步地，当电机转子中第二磁钢槽12的内侧端部在所述径向中心线A方向上的槽高H为7.3cm的情况下，第三永磁体23的第一径向尺寸D可以设计为5.8cm。但本公开并不限定于此，可以根据实际需要来合理地设计第三永磁体23的第一径向尺寸D。

在此，为了使得第三永磁体23在径向中心线A方向上便于设置在第一永磁体21的内侧，使得第一永磁体21、第二永磁体22以及第三永磁体23在转子芯上的布置结构更加紧凑且合理化，可选地，在所述周向上所述第三永磁体23的宽度小于所述第一永磁体21的宽度。其中，为了优化各个磁极组中的第一永磁体21、第二永磁体22以及第三永磁体23的布局和合理利用空间，可选地，所述第一永磁体21在所述径向中心线A方向上布置在靠近所述第二永磁体22的外端的位置，所述第三永磁体23在所述径向中心线A方向上布置在靠近所述第二永磁体22的内端的位置。由此，使得第一永磁体21、第二永磁体22和第三永磁体23共同构成较宽的磁路区域4，优化了电机转子的磁路设计。

可选地，根据本公开的一个实施方式，可选地，各个所述磁极组2中，所述第一永磁体21为自身以所述径向中心线A为基准对称的一个，且横截面形成为沿所述周向延伸的扁平状结构，由此使得第一永磁体21具有良好的电磁性能并具有便于加工和装配的效果。或者，根据本公开的另一实施方式，可选地，各个所述磁极组2中，所述第一永磁体21为沿所述周向间隔布置的一对永磁体，所述一对永磁体以所述径向中心线A为基准相互对称，且所述一对永磁体配合成径向向外开口的V形结构。由此，在保证满足第一永磁体21的电磁性能要求的情况下，优化了电机转子的整体强度，这种V形结构的第一永磁体21更适用于超高转速电机，改善了电机转子在超高转速的工作状态下的应力集中问题，进而提高了电机的使用可靠性。

与此相应地，根据本公开的一个实施方式，可选地，各个所述磁极组2中，所述第三永磁体23为自身以所述径向中心线A为基准对称的一个，且横截面形成为沿所述周向延伸的扁平状结构，使得第三永磁体23具有良好的电磁性能并具有便于加工和装配的效果。或者，根据本公开的另一实施方式，可选地各个所述磁极组2中，所述第三永磁体23为沿所述周向间隔布置的一对永磁体，所述一对永磁体以所述径向中心线A为基准相互对称，且所述一对永磁体相互配合成径向向外开口的V形结构。由此，在保证满足第三永磁体23的电磁性能要求的情况下，优化了电机转子的整体强度，改善了电机转子在使用状态下的应力集中问题，进而提高了电机的使用可靠性。在此，第一永磁体21和第三永磁体23可以采用多种组合的布置结构，例如，如图1所示，第一永磁体21和第三永磁体23分别采用一个的布置方式，又如，如图2所示，第一永磁体21为两个、第三永磁体23为一个的布置方式，再如可以采用第一永磁体21为一个、第三永磁体23为两个，或者第一永磁体21和第三永磁体23分别采用两个的布置方式，对于上述多种布置结构，本公开对此并不作特别限定。在此，为了保证电机转子具有优异的电磁性能，提高电机转子的整体强度，同时便于装配各个永磁体并使得各个磁极组在转子芯上的布置结构更加合理化，可选地，采用第一永磁体21为两个、第三永磁体23为一个的布置结构。

另外，为了进一步提高电机的总转矩，具体可选地，一对所述第二永磁体22沿径向向内朝向相互靠近的方向倾斜，以相互配合而构成为V形结构。本公开指出的第二永磁体22沿径向向内朝向相互靠近的方向倾斜中的“沿径向”可以理解为倾向于沿径向，即可以包括严格意义上的第二永磁体22沿着径向，也可以是第二永磁体22与径向成一定的小角度。例如，径向布置的一对第二永磁体22的结构设计能够改变凸极率，以通过选择合适的凸极率来提高电机的磁阻转矩，如上所述，通过第一永磁体21和第三永磁体23的布置结构能够提高电机的电磁转矩，而通过所述一对第二永磁体22的结构能够提高电机的磁阻转矩，由此本公开的电机能够获得显著提高的总转矩。再如，在布置一对第二永磁体22时，还可以结合转子冲片10的强度，将一对第二永磁体22与径向成一定的角度布置，而不严格沿径向布置，这样设置可以兼顾提高电机的磁组转矩，而减少对转子冲片的强度的影响。

可选地，所述第一永磁体21和所述第二永磁体22形成为相同结构。在此，第一永磁体21和第二永磁体22可以采用相同材料、相同类型的永磁体有利于降低制造及控制永磁体等成本，并且还起到便于将第一永磁体21和第二永磁体22快速装配到各自对应的第一磁钢槽11和第二磁钢槽12内的效果。但本公开并不限定于此，可以根据实际需要来合理地设计第一永磁体21和第二永磁体22，例如，第一永磁体21和第二永磁体22也可以采用形状或尺寸不同的结构等。

在此，为了产生均匀的磁场，可选地，所述磁极组2为偶数个且沿所述轴向均匀分布在所述转子芯上。其中如图3所示地，在本发明提供的四对极电机中，对应地，磁极组2为八个以构成电机转子的四对极。在其他实施方式中，随磁极对数的不同，可以设置不同数量的磁极组2。

根据本公开的另一方面，提供一种电机，所述电机包括定子和设置在所述定子内的如上所述的转子。

根据本公开的又一方面，提供一种电动汽车，所述电动汽车包括驱动电机，该驱动电机为如上所述的电机。

即，本公开提供的电机可以适用作电动汽车中转速达到20000rpm的超高速驱动电机，本公开的电机和电动汽车通过在转子芯的两个第二永磁体22之间设置第三永磁体23，该第三永磁体23在径向中心线A方向上位于第一永磁体21的内侧，其中第一永磁体21和第三永磁体23各自关于径向中心线A对称，且两个第二永磁体22关于径向中心线A对称。在此，主要根据电机转子上的永磁体来决定空载气隙磁密，本公开的电机和电动汽车通过在转子芯上沿周向设置第一永磁体21的基础上增设第三永磁体23，使得电机转子的永磁体整体用量变大而提高气隙磁密，具体地，在磁极组2中，堆叠的转子冲片10中的第一永磁体21、第二永磁体22和第三永磁体23共同包围的部分构成为磁路区域4，在此因第三永磁体23的增设而显著提高了该磁路区域4内的气隙磁密，由此使得电磁转矩变大而起到提高电机的总转矩的效果，使得电机的性能得以显著提高，进而使得电动汽车的性能也得到大幅提升，具有广泛实用性。另外，第三永磁体23在电机转子的高转速运转模式下由于受到较大的离心力而对转子冲片给予较大的压力，进而使得转子冲片的第三永磁体23处发生屈服强度应力集中的现象，对此，本公开的电机转子通过将第三永磁体23在所述径向中心线A方向上的第一径向尺寸D设置为大于所述第一永磁体21和/或第二永磁体22的短边长度S，即具体通过对比如图4和图5所示的应力分布云图可以看出，图4中示出的第三永磁体处的最大等效应力值为494MPa，而图5中示出的第三永磁体23处的最大等效应力值为368MPa，并且图4中相对较薄的第三永磁体处(特别是隔磁桥3部分)的等效应力值明显大于图5中相对较厚的第三永磁体处(特别是隔磁桥3部分)的等效应力值。由此显然，通过加厚第三永磁体23沿径向中心线A延伸的第一径向尺寸D就能够显著减少转子冲片10的第三永磁体23处的应力集中，由此改善转子芯结构整体的应力分布情况，进而提高了电机转子的使用可靠性及使用寿命。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种电机转子，所述电机转子包括由多个转子冲片(10)叠加而成的转子芯，以及磁极组，所述磁极组沿周向间隔地设置在所述转子芯的各个磁钢槽(1)内，其特征在于，各个所述磁极组(2)包括第一永磁体(21)、第二永磁体(22)和第三永磁体(23)，所述第一永磁体(21)和所述第三永磁体(23)均沿所述周向布置为关于径向中心线(A)各自对称的结构，所述第二永磁体(22)为一对且关于所述径向中心线(A)相互对称地间隔布置在所述第一永磁体(21)和所述第三永磁体(23)的两侧，一对所述第二永磁体(22)沿径向向内朝向相互靠近的方向倾斜，所述第三永磁体(23)在所述径向中心线(A)方向上间隔地位于所述第一永磁体(21)的内侧，所述第三永磁体(23)在所述径向中心线(A)方向上的第一径向尺寸(D)大于所述第一永磁体(21)的横截面的短边长度(S)和/或所述第二永磁体(22)的横截面的短边长度(S)。

2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述磁钢槽(1)包括用于***所述第二永磁体(22)的第二磁钢槽(12)和用于***所述第三永磁体(23)的第三磁钢槽(13)，所述第二磁钢槽(12)的内端和所述第三磁钢槽(13)在所述周向上间隔有隔磁桥(3)，所述第三永磁体(23)的所述第一径向尺寸(D)小于或等于于所述第二磁钢槽(12)的内侧端部在所述径向中心线(A)方向上的4/5槽高(H)。

3.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，在所述周向上所述第三永磁体(23)的宽度小于所述第一永磁体(21)的宽度。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的电机转子，其特征在于，各个所述磁极组(2)中，所述第一永磁体(21)为自身以所述径向中心线(A)为基准对称的一个，且横截面形成为沿所述周向延伸的扁平状结构，或者，

各个所述磁极组(2)中，所述第一永磁体(21)为沿所述周向间隔布置的一对永磁体，所述一对永磁体以所述径向中心线(A)为基准相互对称，且所述一对永磁体配合成径向向外开口的V形结构。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的电机转子，其特征在于，各个所述磁极组(2)中，所述第三永磁体(23)为自身以所述径向中心线(A)为基准对称的一个，且横截面形成为沿所述周向延伸的扁平状结构，或者，

各个所述磁极组(2)中，所述第三永磁体(23)为沿所述周向间隔布置的一对永磁体，所述一对永磁体以所述径向中心线(A)为基准相互对称，且所述一对永磁体相互配合成径向向外开口的V形结构。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的电机转子，其特征在于，一对所述第二永磁体(22)沿径向向内朝向相互靠近的方向倾斜，以相互配合而构成为V形结构。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的电机转子，其特征在于，所述第一永磁体(21)和所述第二永磁体(22)形成为相同结构。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的电机转子，其特征在于，所述磁极组(2)为偶数个且沿所述轴向均匀分布在所述转子芯上。

9.一种电机，其特征在于，所述电机包括定子和转子，所述转子设置在所述定子内，且所述转子为根据权利要求1-8中任一项所述的电机转子。

10.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括驱动电机，该驱动电机为根据权利要求9所述的电机。

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