CN114665630B - 一种电机转子、电机、动力总成以及电动车 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电机转子、电机、动力总成以及电动车。电机转子包括转子铁芯和n个磁极对。上述n个磁极对包括绕转子铁芯的圆周设置的2n个磁极。每个磁极沿电机转子的磁极中心线对称。每个磁极包括至少一个永磁体、与永磁体一一对应设置的永磁体槽、以及与永磁体对应设置的多个表面修弧。永磁体槽设置于转子铁芯，永磁体设置于永磁体槽。表面修弧设置于转子铁芯的周侧表面。上述2n个磁极具有m种特征磁极。任意两种特征磁极的永磁体参数均相同，且永磁体槽参数和表面修弧参数均不同。相邻两个磁极为不同的特征磁极。上述电机转子可以降低电机的噪声，提高电机的工作效果，从而降低电动车在运行过程中产生的噪音，提高电动车的驾乘舒适性。

Description

一种电机转子、电机、动力总成以及电动车

技术领域

本申请涉及机械设备技术领域，尤其涉及到一种电机转子、电机、动力总成以及电动车。

背景技术

噪声(Noise)、振动(Vibration)、声振粗糙度(Harshness)(即NVH性能指标)是衡量汽车驾乘舒适性的重要指标，能够直接且全面地反映汽车给用户的驾乘感受。在电动车的运行过程中，噪声主要来源于电机。作为电动车的关键执行部件，电机产生噪声，不仅会影响用户驾乘的舒适性，还会导致的损耗，缩短电机的使用寿命。

电动车常用的电机包括永磁电机。永磁电机包括同轴设置的定子和转子，其中，转子包括转子铁芯以及设置于转子铁芯的磁极。在电机的运行过程中，磁极的参数设置通常对于电机产生的噪声具有较为重要的影响。

发明内容

本申请提供了一种电机转子、电机、动力总成以及电动车，以降低电机转子产生的噪声，提高电机的工作效果，从而降低电动车在运行过程中产生的噪音，提高电动车的驾乘舒适性。

第一方面，本申请提供了一种电机转子。电机转子可以包括转子铁芯和n个磁极对，其中n≥3。上述n个磁极对具体包括2n个磁极，这些磁极绕转子铁芯的圆周设置。在本申请中，每个磁极沿电机转子的磁极中心线对称。针对上述磁极，每个磁极可以包括至少一个永磁体、与永磁体一一对应设置的永磁体槽、以及与永磁体对应设置的多个表面修弧。具体的，永磁体槽设置于转子铁芯。永磁体设置于永磁体槽。表面修弧设置于转子铁芯的周侧表面。上述2n个磁极具有m种特征磁极，其中m≥2。任意两种特征磁极的永磁体参数相同，且永磁体槽参数和表面修弧参数均不同。

在上述电机转子中，相邻两个磁极为不同的特征磁极。也就是说，相邻两个磁极的永磁体相同，从而可以简化永磁体的制作以及装配；相邻两个磁极的永磁体槽参数和表面修弧参数均不同，可以增加磁极的可优化参数，从而有利于正弦化气隙磁密波形，降低转矩脉动，进而降低电机转子产生的噪声，提高电机的工作效果。

上述m种特征磁极和上述2n个磁极具体可以满足：m为2n的公约数。例如，当电机转子包括6个磁极时，特征磁极的种类可以包括2、3或6种。又例如，当电机转子包括10个磁极时，特征磁极的种类可以包括2、5或10种。

上述电机转子可以为轴向分段结构或分段斜极结构。在一些技术方案中，电机转子可以为轴向分段结构。具体的，转子铁芯可以包括x个转子铁芯段，其中x为m的整数倍。每个转子铁芯段设置有n个磁极对，相邻两个转子铁芯段之间的回转角度可以为1个磁极角度。在另外一些技术方案中，电机转子也可以为分段斜极结构。具体的，转子铁芯包括x个转子铁芯段，其中x为m的整数倍。每个转子铁芯段设置有n个磁极对，相邻两个转子铁芯段之间的回转角度为1个磁极角度和斜极角度之和。在电机转子中，由于相邻两个磁极为不同的特征磁极，当电机转子旋转时，可能产生不平衡的磁拉力。而电机转子采用轴向分段结构或分段斜极结构，可以消除这些不平衡的磁拉力，进而消除一些低阶噪声。

在设置磁极时，永磁体参数、永磁体槽参数以及表面修弧参数的设置不作具体限制。例如，永磁体参数可以包括永磁体的尺寸、材料、位置或极弧角等参数。永磁体槽参数可以包括永磁体槽的宽度、长度、夹角、修弧半径、磁桥厚度或磁桥长度等参数。因此，对于相邻两个磁极，永磁体槽的宽度、长度、夹角、修弧半径、磁桥厚度或磁桥长度中的至少一个参数不相同。表面修弧参数可以包括表面修弧的角度、深度、宽度、半径或个数等参数。因此，对于相邻两个磁极，表面修弧的角度、深度、宽度、半径或个数中的至少一个参数不相同。

为了进一步增加磁极的可优化参数，上述表面修弧的个数可以大于或等于6。

在本申请中，永磁体的排布不作具体限制。例如，每个磁极可以包括呈一字型设置的一个永磁体。或者，每个磁极也可以包括呈V字型设置的至少一对永磁体。或者，每个磁极可以包括呈V字型设置的一对永磁体，以及呈一字型设置的一个永磁体。

另外，本申请的电机转子的具体类型不限，例如可以为内置式转子或永磁辅助型磁阻转子。

第二方面，本申请提供了一种电机。电机包括电机定子和第一方面的电机转子。具体的，电机定子与电机转子同轴套设设置。该电机的电机转子中，相邻两个磁极为不同的特征磁极，增加磁极的可优化参数。因此在电机运行过程中，可以使气隙磁密波形正弦化，降低转矩脉动，从而可以降低电机转子产生的噪声，提高电机的工作效果。

第三方面，本申请提供了一种动力总成。动力总成包括变速箱、传动轴和第二方面的电机。变速箱可以通过传动轴与电机传动连接。动力总成的电机在运行过程中，可以使气隙磁密波形正弦化，降低转矩脉动，从而可以降低电机转子产生的噪声，提高电机的工作效果，进而可以提高动力总成的性能。

第四方面，本申请提供了一种电动车。电动车包括车身框架以及第三方面的动力总成。动力总成设置于车身框架。电动车的电机在运行过程中产生的噪声较小，从而可以提高电动车的驾乘舒适性。

附图说明

图1为本申请实施例中电动车的一种结构示意图；

图2为本申请实施例中电机的一种结构示意图；

图3为本申请实施例中电机转子的一种结构示意图；

图4为图3中相邻两个磁极的放大结构示意图；

图5为本申请实施例中磁极的另一种结构示意图；

图6为本申请实施例中磁极的另一种结构示意图；

图7为本申请实施例中磁极的另一种结构示意图；

图8为本申请实施例中电机转子的另一种结构示意图；

图9为本申请实施例中电机转子的另一种结构示意图。

附图标记：

10-电动车；

11-车身框架；

12-动力总成；

13-传动装置；

14-车轮；

20-电机；

21-电机定子；

22-电机转子；

23-转子铁芯；

231-转子铁芯段；

24-磁极；

241-永磁体；

242-永磁体槽；

243-表面修弧。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在另一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。

随着人们对能源紧缺、汽车排放的重视，以电池作为动力能源的电动车应用于越来越多的场景。电机作为电动车的动力部件，除了对电动车的动力性能起到重要作用之外，其噪声也会影响电动车的整体质量。由于电机的噪声大部分是电磁噪声，因此，减少电磁噪声成为实现电机噪声降低的重要因素。目前，降低电机的电磁噪声主要通过降低电机的噪声激励来实现，也就是说通过减小电机的转矩波动来降低噪声。

下面以永磁电机为示例进行说明。永磁电机是一种由永磁体生成电机磁场的电机，其转子功能部件主要包括转子铁芯和永磁体。目前，大部分永磁电机采用均匀气隙结构。气隙磁场中含有大量谐波。当永磁体的设置不合理时，气隙磁密中的谐波会加重，使得永磁电机所产生的电动势的谐波含量较大。

对于内置式转子永磁电机，其转矩波动主要由齿槽转矩和纹波转矩组成。齿槽转矩是转子磁场周期性与电机齿部互相作用产生的转矩，可以通过分段斜极、分数槽绕组、缩小槽开口等方式来减小。纹波转矩是气隙磁密谐波产生的转矩。随着转子功能部件的转速提高，气隙磁密波形的高频分量也随之增大，从而产生高频噪声。随着气隙磁场的谐波增加，谐波磁场和谐波电流会产生额外的力矩波动，不仅会增加永磁电机的振动和噪声，还会增加转子的谐波铁耗、谐波电流和谐波铜耗等，影响永磁电机效率的进一步提高。因此，为了减小空载气隙磁场中的磁波磁场对电机性能的影响，需要对转子的参数进行合理的设计，以削弱气隙磁场的谐波磁场，从而减小转矩波动。

本申请提供了一种电机转子、电机、动力总成以及电动车，以降低电机转子产生的噪声，提高电机的工作效果，从而降低电动车在运行过程中产生的噪音，提高电动车的驾乘舒适性。

图1为本申请实施例中电动车的一种结构示意图。如图1所示，电动车10可以包括车身框架11以及动力总成12，其中，动力总成12设置于车身框架11。在本申请的实施例中，电动车10还可以包括传动装置13和车轮14。车轮14通过传动装置13与动力总成12传动连接。

具体的，动力总成12可以包括电机、传动轴和变速箱。变速箱可以通过传动轴与电机传动连接，车轮14可以通过传动装置13与变速箱传动连接。电机输出的驱动力可以通过传动轴传递至变速箱。变速箱可以根据电动车10的不同行驶工况来改变电机输出的驱动力，从而驱动车轮14以不同的速度转动，实现电动车10的变速行驶。

图2为本申请实施例中电机的一种结构示意图。如图2所示，电机20包括电机定子21和电机转子22，其中，电机定子21与电机转子22同轴套设。当电机转子22相对于电机定子21转动时，可以产生磁场，进而形成驱动力。

在本申请的实施例中，电机20可以为内置式转子或永磁辅助型磁阻转子。此外，电机20不仅可以应用于电动车10，还可以应用于其它领域的机械设备，例如洗衣机、电冰箱、风机或水泵等，本申请不做限制。

图3为本申请实施例中电机转子的一种结构示意图。如图3所示，具体的，电机转子22包括转子铁芯23和n个磁极对，其中，n可以为大于或等于3的整数。这些磁极对包括2n个磁极24，即每个磁极对包括2个磁极24，每个磁极24沿电机转子22的磁极中心线(如图3中所示的d轴)对称。

图4为图3中相邻两个磁极的放大结构示意图。如图4所示，每个磁极24包括至少一个永磁体241、以及与永磁体241一一对应设置的永磁体槽242，永磁体241设置于永磁体槽242内。上述转子铁芯23可以由多个转子冲片叠压而成，转子冲片具有槽孔。当转子冲片叠压形成转子铁芯23后，这些槽孔形成永磁体槽242，永磁体槽242设置于转子铁芯23。另外，每个磁极24还包括与永磁体241对应设置的多个表面修弧243，表面修弧243设置于转子铁芯23的周侧表面。

上述2n个磁极24可以具有m种特征磁极，其中，m为大于或等于2的整数。在本申请的实施例中，特征磁极的参数具体可以包括永磁体参数、永磁体槽参数和表面修弧参数。任意两种特征磁极满足：这两种特征磁极的永磁体参数均相同，且永磁体槽参数和表面修弧参数均不同。

上述2n个磁极24围绕转子铁芯23的圆周设置，并且相邻两个磁极24为不同的特征磁极。也就是说，相邻两个磁极24沿电机20的交轴(如图3中所示的q轴)不是对称结构。相邻两个磁极24的永磁体槽参数和表面修弧参数均不同，可以增加磁极24的可优化参数，从而有利于正弦化气隙磁密波形，降低转矩脉动，进而降低电机转子22产生的噪声，提高电机20的工作效果。

在上述实施例中，电机转子22的永磁体241完全相同，不仅可以统一永磁体241的材料，简化永磁体241的制作工艺，还可以简化永磁体槽242的***以及充磁工艺的步骤。永磁体241完全相同是指永磁体参数完全相同。永磁体参数可以包括永磁体241的尺寸、材料、位置或极弧角。具体的，永磁体241通常为弧形条状，其尺寸可以包括永磁体241的长度、宽度和高度。永磁体241的类型可以为烧结磁体或粘结磁体，具体可以采用铝镍钴、铁氧体、钕铁硼或钐钴等材料制作。另外，永磁体241在转子铁芯23的分布方式可以不同，例如可以呈“一字型”、“V字型”、“V+一型”等结构。因此，根据永磁体241的不同分布方式，永磁体241的具***置和数量也不同。例如磁极具体可以包括1个、2个、3个或4个永磁体241。下面将对永磁体241的分布方式进行具体说明。

在本申请的一些实施例中，磁极24可以包括呈V字型设置的至少一对永磁体241。如图3和图4所示，在一个具体的实施例中，每个磁极24可以包括呈双V字型设置的两对永磁体241。上述两对永磁体241沿远离转子铁芯23的方向排列，并且每对永磁体241形成的V字型的开口朝向转子铁芯23的周侧表面设置。图5为本申请实施例中磁极的另一种结构示意图。如图5所示，在另一个具体的实施例中，每个磁极24可以包括呈单V字型设置的一对永磁体241。上述一对永磁体241形成的V字型的开口朝向转子铁芯23的周侧表面设置。

图6为本申请实施例中磁极的另一种结构示意图。如图6所示，在另一个具体的实施例中，磁极24可以包括呈V字型设置的一对永磁体241，以及呈一字型设置的一个永磁体241。上述一对永磁体241形成的V字型开口朝向转子铁芯23的周侧表面设置，并且呈一字型的永磁体241设置于V字型的开口一侧，从而形成“V+一型”结构。

图7为本申请实施例中磁极的另一种结构示意图。如图7所示，在另一个具体的实施例中，磁极24可以包括呈一字型设置的一个永磁体241。在该实施例的电机转子22中，所有永磁体241绕转子铁芯23的圆周设置，并且永磁体241的磁极沿同一方向排列。例如，沿绕转子铁芯23圆周的顺时针方向，永磁体241的磁极可以按照N极、S极的顺序排列，或者也可以按照S极、N极的顺序排列。也就是说，在相邻两个永磁体241中，其中一个永磁体241的N极与另一个永磁体241的S极相邻。

上述永磁体槽参数可以包括永磁体槽242的宽度、长度、夹角、修弧半径、磁桥厚度或磁桥长度。具体的，对于相邻两个磁极24，其永磁体槽242的宽度、长度、夹角、修弧半径、磁桥厚度或磁桥长度中的至少一个参数不相同。表面修弧参数可以包括表面修弧243的角度、深度、宽度、半径或个数。对于相邻两个磁极24，其表面修弧243的角度、深度、宽度、半径或个数中的至少一个参数不相同。例如，在本申请的一些实施例中，针对每个磁极24，表面修弧243的个数可以大于或等于6。

在本申请的实施例中，上述m种特征磁极与上述2n个磁极24可以满足：m为2n的公约数。例如，在一个具体的实施例中，电机转子22包括3个磁极对，该3个磁极对包括6个磁极24。这6个磁极24可以具有2种、3种或6种特征磁极。在另一个具体的实施例中，电机转子22包括5个磁极对，该5个磁极对包括10个磁极24。这10个磁极24可以具有2种、5种或10种特征磁极。上述m中特征磁极绕转子铁芯23的圆周交替设置，从而使相邻两个磁极24为不同的特征磁极。

在本申请的实施例中，电机转子22可以具体采用轴向分段结构或分段斜极结构，以消除不平衡磁拉力和低阶噪声。

例如，在本申请的一些实施例中，电机转子22可以为分段斜极结构。具体的，转子铁芯23可以包括x个转子铁芯段，其中x为m的整数倍。上述x个转子铁芯段沿转子铁芯23的中心轴线方向同轴排列。其中，每个转子铁芯段设置有n个磁极对。在装配该转子铁芯23时，相邻两个转子铁芯段之间的回转角度可以设置为1个磁极角度和斜极角度之和。

图8为本申请实施例中电机转子的另一种结构示意图。如图8所示，在一个具体的实施例中，电机转子22为分段斜极结构。具体的，电机转子22包括3个磁极对，即6个磁极24。在该实施例中，磁极角度为60°，并且每个磁极24包括呈V字型设置的两对永磁体241。上述6个磁极24具有3种特征磁极，如图8中所示的A、B、C。上述3种特征磁极沿顺时针按照A、B、C、A、B、C依次布置。转子铁芯23包括6个转子铁芯段231。相邻两个转子铁芯段231之间的回转角度为磁极角度60°与斜极角度之和。在一个具体的实施例中，斜极角度可以为1°，因此相邻两个转子铁芯段231之间的回转角度可以为61°、60°、59°、59°、60°、61°。如下面表1所示，与仅具有1种特征磁极的对比方案相比，上述实施例的电机转子22应用于电机20，转矩波动可以减少70％，电磁力降低57％，噪声降低7dB。因此，上述实施例的电机转子22可以有效地降低电机20在工作过程中产生的噪声，提高电机20的工作效果，从而降低电动车10在运行过程中产生的噪音，提高电动车10的NVH性能以及驾乘舒适性。

对比项	对比方案	本实施例
			转矩波动	5Nm	1.5Nm
电磁力	3500N/mm<sup>2</sup>	1500N/mm<sup>2</sup>
			噪声	75dB	68dB

表1为对比方案与本申请实施例的对比数据

当然，上述斜极角度的取值可以根据电机定子21的齿数来具体设置，例如在其他一些实施例中，斜极角度也可以为0.5°、1°或2°等。

在另外一些实施例中，电机转子22也可以为轴向分段结构。具体的，转子铁芯23可以包括x个转子铁芯段，其中x为m的整数倍。上述x个转子铁芯段沿转子铁芯23的中心轴线方向同轴排列。其中，每个转子铁芯段设置有n个磁极对。在装配该转子铁芯23时，相邻两个转子铁芯段之间的回转角度可以设置为1个磁极角度。

图9为本申请实施例中电机转子的另一种结构示意图。如图9所示，在另一个具体的实施例中，电机转子22为轴向分段结构。具体的，电机转子22包括5个磁极对，即10个磁极24。在该实施例中，磁极角度为36°，并且每个磁极24包括呈一字型设置的永磁体241。上述10个磁极24可以具有2种特征磁极，如图9中所示的M、N。上述2种特征磁极沿顺时针按照M、N交替布置。转子铁芯23包括2个转子铁芯段231，且该2个转子铁芯段231之间的回转角度可以为36°。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种电机转子，其特征在于，包括转子铁芯和n个磁极对，n≥3，所述n个磁极对包括2n个磁极，所述2n个磁极绕所述转子铁芯的圆周设置，每个所述磁极沿所述电机转子的磁极中心线对称；

每个所述磁极包括至少一个永磁体、以及与所述永磁体一一对应设置的永磁体槽，所述永磁体槽设置于所述转子铁芯，所述永磁体设置于所述永磁体槽；每个所述磁极还包括与所述至少一个永磁体对应设置的多个表面修弧，所述表面修弧设置于所述转子铁芯的周侧表面；

所述2n个磁极具有m种特征磁极，m≥2；任意两种所述特征磁极的永磁体参数相同，且永磁体槽参数和表面修弧参数均不同；相邻两个所述磁极为不同的所述特征磁极。

2.如权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述m种特征磁极和所述2n个磁极满足：m为2n的公约数。

3.如权利要求1或2所述的电机转子，其特征在于，所述电机转子为轴向分段结构，所述转子铁芯包括x个转子铁芯段，x为m的整数倍；

每个所述转子铁芯段设置有所述n个磁极对，相邻两个所述转子铁芯段之间的回转角度为1个磁极角度。

4.如权利要求1或2所述的电机转子，其特征在于，所述电机转子为分段斜极结构，所述转子铁芯包括x个转子铁芯段，x为m的整数倍；

每个所述转子铁芯段设置有所述n个磁极对，相邻两个所述转子铁芯段之间的回转角度为1个磁极角度和斜极角度之和。

5.如权利要求1或2所述的电机转子，其特征在于，所述永磁体参数包括所述永磁体的尺寸、材料、位置或极弧角。

6.如权利要求1或2所述的电机转子，其特征在于，所述永磁体槽参数包括所述永磁体槽的宽度、长度、夹角、修弧半径、磁桥厚度或磁桥长度。

7.如权利要求1或2所述的电机转子，其特征在于，所述表面修弧参数包括所述表面修弧的角度、深度、宽度、半径或个数。

8.如权利要求7所述的电机转子，其特征在于，所述表面修弧的个数大于或等于6。

9.如权利要求1或2所述的电机转子，其特征在于，所述磁极包括呈一字型设置的一个所述永磁体；或者

所述磁极包括呈V字型设置的至少一对所述永磁体；或者

所述磁极包括呈V字型设置的一对所述永磁体，以及呈一字型设置的一个所述永磁体。

10.如权利要求1或2所述的电机转子，其特征在于，所述电机转子包括内置式转子或永磁辅助型磁阻转子。

11.一种电机，其特征在于，包括电机定子，以及如权利要求1至10中任一项所述的电机转子，所述电机定子与所述电机转子同轴套设设置。

12.一种动力总成，其特征在于，包括变速箱、传动轴和如权利要求11所述的电机，所述变速箱通过所述传动轴与所述电机传动连接。

13.一种电动车，其特征在于，包括车身框架以及如权利要求12所述的动力总成，所述动力总成设置于所述车身框架。

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