CN114244051A - 一种高效永磁同步电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高效永磁同步电机，包括定子单元、转子铁芯单元、轴套单元，定子单元等间距设有若干个定子槽，每个定子槽上设有定子绕组，每两个定子槽之间形成一个定子齿，定子单元的内径由R1增大至R2，使定子裂比即定子内径/定子外径≥0.73；定子槽的槽深由h1增大至h2，使定子槽面积增加10‑20%；定子齿的齿宽由t1增大至t2，使齿宽增加10‑20%。本发明增大了气隙面积，在同样磁通密度下增加电磁能量交换的区域，减少定子铁芯重量降低电机损耗，提高电机转矩密度，高效区大于85%效率占比从85%提升到90%及以上，提高了电机效率。

Description

一种高效永磁同步电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，更为具体地说是指一种高效永磁同步电机。
背景技术
永磁同步电机具有转矩密度大、效率高、可靠性好的特点，在新能源电动汽车驱动***得到了广泛的应用。传统的永磁同步电机定子面积较大、轭部较厚，导致气隙能量交换区域较小、下线槽面积较小，降低了导体在定子槽内的占积，使得电机定子电阻相对较大，影响了电机效率。
另外，永磁同步电机转子铁芯通过转子冲片叠压到转轴上，由于转轴轴径较小而转子冲片外径较大，使得转子冲片存在大量的高铁耗区域，并且造成铁芯材料浪费，也影响了电机效率。通常采用转子挖槽处理去除高铁耗区域，但这种结构并没有较好的移除高铁耗区域，而且同样会造成铁芯材料浪费。
发明内容
本发明提供一种高效永磁同步电机，以解决现有永磁同步电机定子面积较大、轭部较厚，导致电机定子电阻相对较大，影响了电机效率等问题。
本发明采用如下技术方案：
一种高效永磁同步电机，包括定子单元、转子铁芯单元、轴套单元，所述定子单元内配合安装有所述转子铁芯单元，所述转子铁芯单元装设于所述轴套单元上，所述定子单元等间距设有若干个定子槽，每个定子槽上设有定子绕组，每两个定子槽之间形成一个定子齿，所述定子单元的内径由R1增大至R2，使定子裂比即定子内径/定子外径≥0.73；所述定子槽的槽深由h1增大至h2，使定子槽面积增加10-20%；所述定子齿的齿宽由t1增大至t2，使齿宽增加10-20%。
一较佳实施例中，所述定子单元等间距设有72个定子槽。
一较佳实施例中，所述定子绕组为单层绕组，单层绕组上并绕有不同线规的导体。
一较佳实施例中，所述轴套单元包括铁芯套筒、转轴以及平键，所述铁芯套筒与所述转轴通过所述平键联接，所述铁芯套筒上还设有若干挖槽。
一较佳实施例中，所述铁芯套筒的外表壁上设有键齿，所述转子铁芯单元的内壁上对应设有键槽，所述转子铁芯单元通过所述键槽与所述键齿配合压装在所述铁芯套筒上。
进一步地，所述转子铁芯单元包括由内至外依次设置的第一段转子铁芯、第二段转子铁芯、第三段转子铁芯以及第四段转子铁芯，其中，第一段转子铁芯、第二段转子铁芯、第三段转子铁芯及第四段转子铁芯的内壁上均设有第一键槽、第二键槽、第三键槽及第四键槽，所述铁芯套筒的外表壁上对应设有键齿。
更进一步地，所述第一键槽、第二键槽、第三键槽及第四键槽分别沿着同一圆周两条垂直相交直径所对应的四个方向布置，其中，第二键槽、第三键槽及第四键槽分别偏离其所在位置θ/3、2θ/3以及θ角度。
由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明通过增加定子单元的内径，使定子裂比≥0.73，以增大气隙面积，从而在同样磁通密度下增加电磁能量交换的区域，减少定子铁芯重量降低电机损耗，提高电机转矩密度。并且将槽深h1增大到h2，使得定子槽面积增加了10-20%，从而可以增加导体截面积、降低定子电阻；将齿宽t1增大到t2，使得定子齿宽增加了10-20%，从而可以更好地减少磁路饱和，降低电机损耗。故本发明的永磁同步电机，相对于现有同步电机，高效区大于85%效率占比从85%提升到90%及以上，提高了电机效率。
2、本发明转子铁芯单元与轴套单元采用平台化设计，降低电机工艺的复杂程度，可更好地进行生产工艺管控，并保证产品的一致性和可靠性。
3、本发明的转子铁芯单元采用分段式压装，并且通过第二键槽、第三键槽及第四键槽进行分段斜极，斜极角度分别为θ/3、2θ/3以及θ，从而节约铁芯材料用量，降低电机损耗和降低电机转矩脉动。
附图说明
图1为本发明高效永磁同步电机的主视图。
图2为本发明高裂比定子单元的局部示意图。
图3为本发明轴套单元的结构示意图。
图4为本发明轴套单元与转子铁芯单元的压装示意图。
图5为本发明转子铁芯单元的主视图。
图6为图5的右视图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。为了全面理解本发明，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本发明。对于公知的组件、方法及过程，以下不再详细描述。
一种高效永磁同步电机，参照图1，包括定子单元1、转子铁芯单元2及轴套单元3，定子单元1内配合安装有转子铁芯单元2，转子铁芯单元2装设于轴套单元3上。定子单元1等间距设有若干个定子槽11，每个定子槽11上设有定子绕组，每两个定子槽11之间形成一个定子齿12。
本实施例的高效永磁同步电机，采用定子外径Φ368平台、额定功率为90kW的电机进行描述，电机采用单层绕组结构，具有72个定子槽。
参照图2，通常Y系列永磁同步电机的定子外径Φ368平台的定子裂比为0.706，而本实施例定子单元1的外径R0为184mm，内径由R1增大至R2，使定子裂比即定子内径/定子外径≥0.73，具体由130mm增大到135.8mm，定子裂比由0.706提高至0.738。
继续参照图2，上述定子槽11的槽深由h1增大至h2，具体是由28mm增大至32.5mm，使定子槽面积增加13.6%，从而可以增加导体材料降低定子电阻。定子齿12的齿宽由t1增大至t2，具体由6.1mm增大至7.1mm，使齿宽增加16.4%。从而可以更好地减少磁路饱和降低电机损耗。由于定子单元1采用单层绕组结构，减少绝缘材料用量，提高导体在定子槽内的占积比。单层绕组并绕不同线规，增大导体截面积，定子电阻降低了25%，从而减少了电机损耗。
本发明的转子铁芯单元2采用内置式永磁电机结构，转子铁芯单元2的内圆并不是和转轴直接压装，而是通过转子铁芯单元2的内圆上设计键槽与轴套单元定位压装，从而增大转子铁芯单元2的内圆，减少转子铁芯材料。
参照图3和图4，上述轴套单元3包括铁芯套筒31、转轴32以及平键33，铁芯套筒31与转轴32通过平键33联接组成轴套单元，并且对铁芯套筒进行了轻量化设计挖槽311。铁芯套筒31上设计了键齿312，轴套单元3通过键齿312与转子铁芯单元的键槽定位组成转子。
参照图5和图6，本实施例的转子铁芯单元2采用分段压装，具体包括由内至外依次设置的第一段转子铁芯21、第二段转子铁芯22、第三段转子铁芯23以及第四段转子铁芯24，其中，第一段转子铁芯21、第二段转子铁芯22、第三段转子铁芯23及第四段转子铁芯24的内壁上均设有第一键槽211、第二键槽221、第三键槽231及第四键槽241，铁芯套筒31的外表壁上对应设有键齿。所述第一键槽211、第二键槽221、第三键槽231及第四键槽241分别沿着同一圆周两条垂直相交直径所对应的四个方向布置。其中，第一键槽211为带弧形标记键槽，第二键槽221、第三键槽231及第四键槽241分别偏离其所在位置θ/3、2θ/3以及θ角度，从而节约铁芯材料用量，降低电机损耗，降低电机转矩脉动。
本发明转子铁芯单元与轴套单元通过平台化设计，降低电机工艺的复杂程度，并保证产品的一致性和可靠性。
当然，本发明的其它实施例中，R1还可增加到其它R2数值，具体保证1>R2/R0≥0.73即可。同理，槽深也可以由h1增大至其它h2数值，使定子槽面积增加范围在10-20%即可；定子齿的齿宽也可以由t1增大至其它t2数值，使定子齿的齿宽增加范围在10-20%即可。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (8)

1.一种高效永磁同步电机，包括定子单元、转子铁芯单元、轴套单元，所述定子单元内配合安装有所述转子铁芯单元，所述转子铁芯单元装设于所述轴套单元上，所述定子单元等间距设有若干个定子槽，每个定子槽上设有定子绕组，每两个定子槽之间形成一个定子齿，其特征在于：所述定子单元的内径由R1增大至R2，使定子裂比即定子内径/定子外径≥0.73；所述定子槽的槽深由h1增大至h2，使定子槽面积增加10-20%；所述定子齿的齿宽由t1增大至t2，使齿宽增加10-20%。
2.如权利要求1所述的一种高效永磁同步电机，其特征在于：所述定子单元等间距设有72个定子槽。
3.如权利要求1所述的一种高效永磁同步电机，其特征在于：所述定子绕组为单层绕组。
4.如权利要求3所述的一种高效永磁同步电机，其特征在于：所述单层绕组上并绕有不同线规的导体。
5.如权利要求1所述的一种高效永磁同步电机，其特征在于：所述轴套单元包括铁芯套筒、转轴以及平键，所述铁芯套筒与所述转轴通过所述平键联接，所述铁芯套筒上还设有若干挖槽。
6.如权利要求5所述的一种高效永磁同步电机，其特征在于：所述铁芯套筒的外表壁上设有键齿，所述转子铁芯单元的内壁上对应设有键槽，所述转子铁芯单元通过所述键槽与所述键齿配合压装在所述铁芯套筒上。
7.如权利要求6所述的一种高效永磁同步电机，其特征在于：所述转子铁芯单元包括由内至外依次设置的第一段转子铁芯、第二段转子铁芯、第三段转子铁芯以及第四段转子铁芯，其中，第一段转子铁芯、第二段转子铁芯、第三段转子铁芯及第四段转子铁芯的内壁上均设有第一键槽、第二键槽、第三键槽及第四键槽，所述铁芯套筒的外表壁上对应设有键齿。
8.如权利要求7所述的一种高效永磁同步电机，其特征在于：所述第一键槽、第二键槽、第三键槽及第四键槽分别沿着同一圆周两条垂直相交直径所对应的四个方向布置，其中，第二键槽、第三键槽及第四键槽分别偏离其所在位置θ/3、2θ/3以及θ角度。
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