CN114513070A

CN114513070A - 一种新型电机转子

Info

Publication number: CN114513070A
Application number: CN202210061802.8A
Authority: CN
Inventors: 梁飞飞; 米泽银; 刘强; 赵素珍; 汤卫平; 俞东; 井绪超; 岳卫东
Original assignee: Zhejiang Zero Run Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Zero Run Technology Co Ltd
Priority date: 2022-01-19
Filing date: 2022-01-19
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2042-01-19
Also published as: CN114513070B

Abstract

本发明公开了一种新型电机转子，旨在解决传统的电动汽车用永磁辅助助磁同步磁阻电机存在功率密度低、电机效率低等问题的不足。该发明包括转子本体，所示转子本体包括转子铁心、永磁体槽组、非稀土磁铁及稀土磁铁，所述用于容纳永磁体的永磁体槽组共分为三层，最外层永磁体槽，即靠近转子铁芯外侧方向为外，为第一层永磁体槽；中间一层为第二层永磁体槽；靠近转子铁芯内侧方向为内，最内层为第三层永磁体槽；其中：每层永磁体槽塞入非稀土磁铁或稀土磁铁或二者兼有，从外层到内层，永磁体的数量逐渐增加。本发明，它能够有效的提高永磁辅助助磁同步磁阻电机功率密度和电机效率，且同时能够降低新型永磁辅助助磁同步磁阻电机转子结构的生产成本。

Description

一种新型电机转子

技术领域

本发明涉及一种电机设备相关技术领域，更具体地说，它涉及一种新型电机转子。

背景技术

随着新能源汽车的大力推广，新能源电动汽车越来越普及，主驱电机作为动力***的动力输出部件，是电动汽车最核心的部件之一。永磁辅助助磁同步磁阻电机既有永磁电机功率密度高、效率高的特点，又有同步磁阻电机成本低廉的优点。

现有技术中，绝大多数的永磁辅助助磁同步磁阻电机，有的采用钕铁硼助磁，其效率和功率密度都比较高，但是钕铁硼用量较大，电机成本优势不明显；有采用铁氧体助磁，其电机成本可以明显下降，但是效率和功率密度都比较低；也有一些既采用钕铁硼又采用铁氧体混合助磁，虽然成本能有一定的降低，但是功率密度和效率依然偏低，电机尺寸大，效率不高，导致电驱动力***在新能源汽车空间尺寸布置困难，且影响整车续航。

如专利CN203504323U，其采用钕铁硼和铁氧体混合助磁，但是其最外层磁钢槽放置的是铁氧体，第二层第三层放置的是钕铁硼，我们知道磁力线在硅钢片里面传递是有磁势损失，因此该专利稀土磁铁利用率不高，且电机效率偏低；如专利CN208479309U，第一层磁钢槽放置铁氧体，第二层磁钢槽放置钕铁硼，第三层磁钢槽放置铁氧体，该专利不仅稀土磁铁利用率不高，并且磁钢槽空间利用率低，永磁助磁效果差，导致电机功率密度和效率都偏低。

发明内容

本发明克服了传统的电动汽车用永磁辅助助磁同步磁阻电机存在功率密度低、电机效率低等问题的不足，提供了一种新型电机转子，它能够有效的提高永磁辅助助磁同步磁阻电机功率密度和电机效率，且同时能够降低新型永磁辅助助磁同步磁阻电机转子结构的生产成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种新型电机转子，包括转子本体，所示转子本体包括转子铁心、永磁体槽组、非稀土磁铁及稀土磁铁，所述用于容纳永磁体的永磁体槽组共分为三层，最外层永磁体槽，即靠近转子铁芯外侧方向为外，为第一层永磁体槽；中间一层为第二层永磁体槽；靠近转子铁芯内侧方向为内，最内层为第三层永磁体槽。其中：每层永磁体槽塞入非稀土磁铁或稀土磁铁或二者兼有，从外层到内层，永磁体的数量逐渐增加。本发明，它能够有效的提高永磁辅助助磁同步磁阻电机功率密度和电机效率，且同时能够降低新型永磁辅助助磁同步磁阻电机转子结构的生产成本；非稀土磁铁为不含稀土元素的磁铁材料，如铝镍钴永磁材料、铁氧体永磁材料)，稀土磁铁为含稀土元素的磁铁材料，如稀土钴永磁材料、钕铁硼永磁材料)。

作为优选，所述的第一层永磁体槽内放置两块稀土磁铁；所述第二层永磁体槽内放置三块所述的永磁体，靠近于所述转子外圆放置稀土磁铁，中间放置非稀土磁铁；所述第三层永磁体槽放置五块所述永磁体，既有两块稀土磁铁又有三块非稀土磁铁，且稀土磁铁位于转子铁心最外层侧，靠近稀土磁铁的两块非稀土磁铁与稀土磁铁槽中间连通，第三块非稀土磁铁位于转子铁心最内侧。

作为优选，为了最大化利用稀土磁铁以增大电机输出扭矩，同时兼顾电机在高速下较好的弱磁，第一层永磁体槽夹角J1＝140°～180°，第一层永磁***置离中心距离A，满足0.4*D<A<0.45*D。

作为优选，为了最大化利用第一层永磁体槽空间，其永磁体长度B1满足0<B1<((D*0.05)/sin(J1*0.5))+A1*2.7。

作为优选，为了转子磁密分布合理，稀土磁铁利用率最高，电机输出扭矩最大，同时提高电机功率密度，第二层永磁***置离中心距离W满足0.35*D<W<0.4*D，第三层永磁***置离中心距离X满足0.3*D<X<0.35*D。

作为优选，了优化电机转矩脉动，优化电机径向电磁力，减少电机NVH振动，需对第二层第三层磁力线路径进行优化，第二层永磁体槽夹角J2满足(360/P)°～110°，第三层永磁体槽夹角J3满足(360/P)°～100°。

作为优选，为了减少漏磁提高永磁体利用率，第一层永磁体槽隔磁桥应尽可能向下延伸，隔磁桥厚度应尽量薄，同时在最高转速20000rpm下其转子结构强度需满足要求，第一层隔磁桥厚度Q＝0～(D/160)^2*1.4*0.8。

作为优选，为了减少漏磁提高永磁体利用率，第二层永磁体槽的隔磁桥应尽量远离永磁体，隔磁桥厚度应尽量薄，同时在最高转速20000rpm下其转子结构强度需满足要求，隔磁桥厚度L＝0～(D/140)^2*2。

作为优选，为了提高永磁体利用率，降低稀土磁铁用量，同时提高稀土磁铁的高温抗退磁能力，三层稀土磁铁宽度分别为A1、A2、A3，其中A2<A3<A1，A1满足0<A1<(D/160)*3.5+0.2，A2满足0<A2<(D/160)*3-0.6，A3满足0<A3<(D/160)*3.5-0.3，通过这样设置，永磁体的厚度设置合理，提升了外层永磁体的抗退磁能力，同时导磁通道厚度的比值处于比较优的范围，既可以保证永磁体工作点较高，获得较大的抗退磁能力和较高的电机空载磁通，又可以调节各层永磁体之间的磁路饱和程度，使得电机获得较大的交、直轴电感差值，提升电机的磁阻转矩。

作为优选，为了电机在高转速下具有较好的弱磁特性，同时让电机效率map高效区尽量往高转速偏移且趋向小扭矩区域，以便匹配大减速比减速器，让电动汽车获得较好的动力性和较高的续航，第二层和第三层稀土磁铁长度不宜过长，B2和B3满足0<B2<((D*0.05)/sin(J2*0.5))+A2*2.8及0<B3<((D*0.05)/sin(J3*0.5))+A3*1.4。

作为优选，为了最大化利用转子空间布置非稀土磁铁，提高电机功率密度，第二层非稀土磁铁三中心线与d轴重合，位置离中心距离为U，满足0.3*D<U<0.4*D，非稀土磁铁三长度为B6，非稀土磁铁三宽度为A6，分别满足0<B6<((D*0.05)/sin(J3*0.5))+A6*1.4和0<A6<(D/160)*3.5-0.3。

作为优选，为了最大化利用转子空间布置非稀土磁铁，提高电机功率密度，第三层非稀土磁铁二中心线与d轴重合，非稀土磁铁1夹角J4＝(360/P)°～160°。

作为优选，为了防止转子d、q轴磁密发生饱和导致永磁体无法得到充分利用，磁密非稀土磁铁1距离q轴最小间距Y满足Y>(D/140)*6+1，非稀土磁铁二距离中心距离Z满足0.3*D～0.35*D。

作为优选，了增大电机输出转矩且减少漏磁，非稀土磁铁尺寸应尽量大，隔磁桥厚度尽量小，非稀土磁铁1长度B4、宽度A4，分别满足0<B4<((D*0.05)/sin(J4*0.5))+A4*0.8及0<A4<(D/140)*7.5+0.5，转子结构强度满足20000rpm下隔磁桥厚度M满足0<M<(D/140)^2*2，非稀土磁铁二长度B5、宽度A5，分别满足0<B5<D/140*34.5-B4*2及0<A5<(D/140)*8.5+0.5。

作为优选，了便于大批量生产，同时降低成本，非稀土磁铁三和非稀土磁铁1尺寸可以完全一样，如B4＝B6，A4＝A6。

作为优选，请还提供一种混合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的转子结构。

作为优选，上述实施例中的转子结构还可以用于新能源技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种电动汽车，包括转子结构，转子结构为上述的转子结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明转子结构可以保证较高的功率密度和电机效率，同时达到电机降本目的，且该结构在高转速下能维持较好的结构强度。在中压400V平台下，其电机功率密度可达到6.0kW/kg以上，电机最高效率98％以上，电机最大凸极比4.0以上。

附图说明

图1是本发明的一种新型电机的转子铁心的结构示意图；

图2是本发明的一种新型电机转子的全局图；

图3是本发明的一种新型电机转子的局部图；

图中：1：转子铁心；2和10：稀土磁体一；3和9：稀土磁体二；4和8：稀土磁体三；5和7：非稀土磁铁一；6：非稀土磁铁二；11：非稀土磁铁三；12：中心原点。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”“上述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1：一种新型电机转子，包括转子铁心1、稀土磁体一2、稀土磁体二3、稀土磁体三4、非稀土磁铁一5、非稀土磁铁二6、非稀土磁铁三11，其中，还包括中心原点12，所述转子铁心具有三层用于容纳永磁体的磁钢槽，每层磁钢槽塞入非稀土磁铁或稀土磁铁或二者兼有。最外层磁钢槽，即靠近转子铁芯外侧方向为外，为第一层磁钢槽，靠近转子铁芯内侧方向为内，最内层为第三层磁钢槽，中间一层为第二层磁钢槽。为了减少磁势损失，最大化利用稀土磁铁励磁，因此稀土磁铁尽量靠近转子外侧，在所述第一层磁钢槽塞入稀土磁铁，所述第二层和第三层磁钢槽既有稀土磁铁又有非稀土磁铁，且非稀土磁铁位于转子铁心最内侧，为了减少漏磁，第三层磁钢槽非稀土磁铁和稀土磁铁中间连通。该结构具有6块稀土磁铁和4块非稀土磁铁助磁，并且把非稀土磁铁巧妙布置于转子铁心最内侧，和第二层、第三层稀土磁铁布置在一起，最大化利用转子空间结构，同时保证极高的磁阻转矩利用率；所述第二层永磁体槽设置有隔磁桥，将永磁体槽分成三个部分，放置三块永磁体，为了提高稀土磁铁磁通利用率，靠近转子外侧的两块永磁体为稀土磁铁，中间一块永磁体为非稀土磁铁；所述第三层永磁体槽放置五块永磁体，既有两块稀土永磁体又有三块非稀土磁铁，且稀土永磁***于转子铁心最外层侧，靠近稀土永磁体的两块非稀土磁铁与稀土永磁体槽中间连通，不需要隔磁桥，这样可以减少永磁体漏磁。该拓扑结构最大化利用转子空间放置非稀土磁铁，一方面可以增加电机的空载磁通，由于非稀土磁铁价格较低，因此会进一步降低电机成本，另一方面磁铁沿磁极方向的厚度越厚，其抗退磁能越强，因此有利于降低非稀土磁铁的退磁风险，另外尺寸比较大的非稀土磁铁放置于远离转子外圆的位置，所受到的离心力最小，因此有利于提高电机转子强度，同时，这样设置可以进一步增大电机d轴磁阻，从而提高电机凸极比，增加电机的磁阻转矩。所有非稀土磁铁均放置在稀土磁铁内侧，既保证了稀土磁铁利用率最高，同时反向磁场随磁力线路径变长而衰减，从而进一步提高了非稀土磁铁抵抗反向磁场的能力。三层磁钢槽结构的稀土磁铁用量比普通两层的稀土磁铁用量要少20％，另外加上4块非稀土磁铁助磁，因此同样的功率密度下，该电机稀土磁铁用量可以降低35％以上，通过以上措施既提高了电机的功率密度和效率，又达到电机降本目的。

以上所述的实施例只是本发明较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims

1.一种新型电机转子，包括转子本体，其特征是，所述转子本体包括转子铁心、永磁体槽组、永磁铁，用于容纳所述的永磁体的永磁体槽组包括设置于最外层的第一层永磁体槽、设置于中间一层的第二层永磁体槽以及设置于最内层的第三层永磁体槽，靠近于所述转子铁芯外侧方向为外，靠近于所述转子铁芯内侧方向为内；其中：每层所述的永磁体槽内的所述永磁体从外层到内层，数量逐渐增加；所述的永磁体可分为非稀土磁铁和稀土磁铁，每层所述的永磁体槽内可塞入所述非稀土磁铁或所述稀土磁铁或二者兼有。

2.根据权利要求1所述的一种新型电机转子，其特征是，所述的第一层永磁体槽内放置两块稀土磁铁一；所述第二层永磁体槽内放置三块永磁体，靠近于所述转子外圆放置稀土磁铁二，中间放置非稀土磁铁三；所述第三层永磁体槽放置五块永磁体，既有两块稀土磁铁二又有三块非稀土磁铁，且稀土磁铁位于转子铁心最外层侧，靠近稀土磁铁的两块非稀土磁铁一与稀土磁铁槽中间连通，第三块非稀土磁铁三位于转子铁心最内侧。

3.根据权利要求2所述的一种新型电机转子，其特征是，第一层稀土磁铁槽夹角J1＝140°～180°，中间隔磁桥厚度Q＝0～(D/160)^2*1.4*1.5，稀土磁铁一长度为B1，稀土磁铁宽度为A1，满足0<B1<((D*0.05)/sin(J1*0.5))+A1*3，A1满足0<A1<(D/160)*4+0.2，D为转子外径，D>0，第一层永磁***置离中心距离为A，满足0.4*D<A<0.45*D。

4.根据权利要求2所述的一种新型电机转子，其特征是，第二层稀土磁铁槽夹角J2＝(360/P)°～180°，P为电机极数，P＝2n，n为正整数，稀土磁铁二长度为B2，稀土磁铁宽度为A2，满足0<B2<((D*0.05)/sin(J2*0.5))+A2*3，满足0<A2<(D/160)*3-0.6，第二层永磁***置离中心距离为W，满足0.35*D<W<0.4*D，隔磁桥厚度L＝(D/140)^2*2。

5.根据权利要求2所述的一种新型电机转子，其特征是，第二层非稀土磁铁三的中心线与d轴重合，位置离中心距离为U，满足0.3*D<U<0.4*D，非稀土磁铁三长度为B6，非稀土磁铁三宽度为A6，分别满足0<B6<((D*0.05)/sin(J3*0.5))+A6*1.4和0<A6<(D/160)*3.5-0.3。

6.根据权利要求2所述的一种新型电机转子，其特征是，第三层永磁体槽既有稀土磁铁又有非稀土磁铁，其第三层稀土磁铁槽夹角J3＝(360/P)°～180°，稀土磁铁三长度为B3，稀土磁铁三宽度为A3，满足0<B3<((D*0.05)/sin(J3*0.5))+A3*1.4，A3满足0<A3<(D/160)*3.5-0.3，第三层稀土磁铁位置离中心距离为X，满足0.3*D<X<0.35*D。

7.根据权利要求2所述的一种新型电机转子，其特征是，非稀土磁铁一距离q轴最小间距Y满足Y>(D/140)*6+1，非稀土磁铁一夹角J4＝(360/P)°～180°，非稀土磁铁一长度为B4，宽度为A4，0<B4<((D*0.05)/sin(J4*0.5))+A4*0.6，A4满足0<A4<(D/140)*6.5+0.5。

8.根据权利要求5所述的一种新型电机转子，其特征是，非稀土磁铁二的中心线与d轴重合，非稀土磁铁二位置离中心距离为Z，满足0.2*D<Z<0.35*D，长度为B5，宽度为A5，0<B5<D/140*34.5-B4*2，A5满足0<A5<(D/140)*8.5+0.5，隔磁桥厚度M满足0<M<(D/140)^2*2。