CN115566825A - 一种永磁同步扁铜线电机定、转子冲片结构及其定、转子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步扁铜线电机定、转子冲片结构及其定、转子，属于永磁同步电机技术领域；包括定子冲片和转子冲片，所述定子冲片中部为容纳转子冲片的中空结构，所述转子冲片沿其周向形成多个间隔设置的磁极，每个所述磁极包括第一磁钢槽组和第二磁钢槽组，所述第一磁钢槽组和第二磁钢槽组之间的转子冲片外圆周上设置有辅助槽，所述第一磁钢槽组和第二磁钢槽组分别包括呈V字型设置的两个第一磁钢槽和两个第二磁钢槽，所述第一磁钢槽和第二磁钢槽内分别设置有第一磁钢和第二磁钢；本发明改善永磁同步电机在工作运行中的功率因数、反电动势的正弦性、效率和扭矩波动，有效扩大永磁同步电机的高效率运行区域，扩大了电机的弱磁扩速能力。

Description

一种永磁同步扁铜线电机定、转子冲片结构及其定、转子

技术领域

本发明公开了一种永磁同步扁铜线电机定、转子冲片结构及其定、转子，属于永磁同步电机技术领域。

背景技术

随着自然环境的不断恶化，以及化石能源的供应紧张，电动车是在减少对化石燃料依赖和环境污染的同时，确保人类移动灵活性和实现汽车产业可持续发展的有效路径。电能作为一种新型清洁能源，将成为未来能源发展的必然趋势，电动车也将必然取代传统的燃油汽车成为新时代的主宰交通工具。电动车包括电动乘用车、电动客车、电动物流车、电动摩托车和电动自行车等使用电源作为主要主动力的交通工具。电机作为电动汽车的动力源泉，其重要性不言而喻，目前大多数电动汽车采用永磁同步电机。

永磁同步电动机以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。永磁同步电动机由定子、转子和端盖等部件构成。定子与普通感应电动机基本相同，采用叠片结构以减小电动机运行时的铁耗。转子可做成实心，也可用叠片叠压。

由于永磁同步电机转子中引入永磁体，其形状和放置位置多种多样，磁路结构复杂，电机的励磁特性也发生了很大的变化，所以永磁同步电机的分析计算要比普通电机复杂。因此，选择合适的定子结构、转子结构及永磁体排布方式便成了难点。

在现有技术中，由于定子结构、转子结构设计不够合理，往往出现以下问题：电机的漏磁通大、反电动势的正弦性差、振动噪声大、高效率运行区域小、功率密度低、工作效率及功率因数不够高等，因此当前需要一种行之有效的车用永磁同步电机结构，提高车用永磁同步电机的各项性能，从而为新能源汽车的应用积极开拓市场。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有的永磁同步电机结构，尤其是其内的定子结构、转子结构设计不够合理，往往出现电机的漏磁通大、反电动势的正弦性差、振动噪声大、高效率运行区域小、功率密度低、工作效率及功率因数不够高等的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种永磁同步扁铜线电机定、转子冲片结构，包括定子冲片和转子冲片，所述定子冲片中部为容纳转子冲片的中空结构，所述转子冲片沿其周向形成多个间隔设置的磁极，每个所述磁极包括第一磁钢槽组和第二磁钢槽组，所述第一磁钢槽组和第二磁钢槽组之间的转子冲片外圆周上设置有辅助槽，所述辅助槽为三角形槽，其是为了修正电机反电动势，让反电动势更接近正弦，优化电机5，7，11，13次谐波；效果1是降低电机绕组集肤效应，降低绕组交流铜耗，还能降低高速铁耗，效果2是优化电机NVH(电机震动噪声)，优化电机2P次、2mP次NVH。所述第一磁钢槽组和第二磁钢槽组分别包括呈V字型设置的两个第一磁钢槽和两个第二磁钢槽，V字型的开口朝向转子冲片的外侧，第一磁钢槽组和第二磁钢槽组间隙堆叠设置形成双层结构，每极两层V形磁钢排布，提高电机的直轴电感，增加电机磁阻转矩，增大电机扭矩，提高驱动电机的高效率运行区域，扩大电机转速范围，所述第一磁钢槽和第二磁钢槽内分别设置有第一磁钢和第二磁钢，双层磁钢设置，提供更接近正旋的磁极。

所述第一磁钢槽和第二磁钢槽的宽度皆小于相邻所述磁极之间的距离，该设定有助于产生电机磁阻转矩，从而增大电机输出扭矩。

所述磁极中部形成磁桥，所述第一磁钢槽组和第二磁钢槽组分别关于磁桥对称，磁桥能提高电机转速，提升电机效率。

所述第一磁钢槽两端分别设置第一内隔磁槽和第一外隔磁槽，第一内隔磁槽向转子内径突起，使得空气隔磁槽宽度大于磁钢槽中部宽度，第一外隔磁槽外侧凹陷，使得磁桥长度大于磁钢槽厚度；该设计的作用是更长的隔磁桥能保证电机高转速运行时磁桥强度，同时尽可能的较少磁钢漏磁，节省磁钢用量；所述第二磁钢槽两端分别设置第二内隔磁槽和第二外隔磁槽。空气隔磁槽的作用是减少磁钢漏磁。

所述第一磁钢槽和第二磁钢槽上分别设置有第一磁钢定位结构和第二磁钢定位结构，所述磁钢定位结构为圆弧结构，所述圆弧结构能够解决电机高速运行时应力集中的问题。

所述定子冲片具有沿圆周方向保持间隔并在其表面沿轴方向延长的多个线槽，所述线槽内穿插有扁铜线。定子冲片采用36槽结构设计，增加了绕线槽的体积，从而能够缠绕更多的铜线，提高了电机的效率，而且在同等输出功率的条件下，在一定程度上缩小了电机的体积。相比于散线绕组结构，本发明采用扁铜线结构可提高线槽满率，提高有效用铜量，则此时电机损耗减小，效率提高，同时又可使电机功率密度和性价比均得到提高。相比于散线绕组结构，扁铜线绕组可制作为成型绕组，绕组加工简易，嵌线速度快、操作简单，节省了定子/转子绕组嵌线成本，适宜大批量的全自动化生产。

本发明还提供了一种永磁同步扁铜线电机定、转子，包括定子和转子，所述定子和转子分别由具有上述所述的定子冲片和转子冲片结构的多个冲片叠加而成。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

1)每组双层V形永磁体槽形成一个极，每极两层V形磁钢排布，提高电机的直轴电感,增加磁阻转矩，提高驱动电机的高效率运行区域，扩大电机转速范围；

2)转子冲片上形成等间隔角度的多组永磁体槽，简化永磁体的嵌入工艺；

3)永磁体两端设置防漏磁的空气隔磁槽，减弱每个磁极的漏磁通，增强电机主磁通，提高电机运行过程中的功率因数；

4)每组双层V形永磁体靠近外圆的空气隔磁槽，通过修行(弧形)使得磁极气隙磁通更加接近正弦，有效降低电机此槽转矩和电机扭矩波动，降低电机空载损耗和电机负载NVH；

5)本发明通过磁路优化，降低漏磁通，增加磁阻转矩，减小齿槽转矩，提升了电机扭矩和功率密度，改善永磁同步电机在工作运行中的功率因数、反电动势的正弦性、效率和扭矩波动，有效扩大永磁同步电机的高效率运行区域，扩大了电机的弱磁扩速能力；

6)本发明主要应用于中置驱动的电动摩托车驱动电机，有着高转速，高功率密度，高效率的特点，不但能降低整车生产成本，还能延长整车电池寿命。

除了上述所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明转子冲片示意图。

图2为本发明带磁钢转子冲片示意图。

图3为本发明定子冲片示意图。

图4为本发明带扁铜线定子冲片示意图。

图5为本发明定子冲片与转子冲片组装示意图。

图中：1-定子冲片、11-线槽、2-转子冲片、3-第一磁钢槽组、31-第一磁钢槽、32-第一磁钢、33-第一内隔磁槽、34-第一外隔磁槽、35-第一磁钢定位结构、4-第二磁钢槽组、41-第二磁钢槽、42-第二磁钢、43-第二内隔磁槽、44-第二外隔磁槽、45-第二磁钢定位结构、5-辅助槽、6-磁桥。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若用到术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在发明的描述中，除非另有说明，若用到术语“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，若用到术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，若用到术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图1、图2和图5所示：一种永磁同步扁铜线电机定、转子冲片结构，包括定子冲片1和转子冲片2，所述定子冲片1中部为容纳转子冲片2的中空结构，所述转子冲片2沿其周向形成多个间隔设置的磁极，共设置6级(极数可按需设计)均布设计，转子冲片2中部设置转轴孔，每个所述磁极包括第一磁钢槽组3和第二磁钢槽组4，所述第一磁钢槽组3和第二磁钢槽组4之间的转子冲片2外圆周上设置有辅助槽5，所述第一磁钢槽组3和第二磁钢槽组4分别包括呈V字型设置的两个第一磁钢槽31和两个第二磁钢槽41，所述第一磁钢槽31和第二磁钢槽41内分别设置有第一磁钢32和第二磁钢42。第一磁钢槽组3和第二磁钢槽组4的V型开口皆朝向转子冲片2的外侧，第二磁钢槽组4设置于第一磁钢槽组3开口处，第二磁钢槽组4的夹角不小于第一磁钢槽组3的夹角；

所述第一磁钢槽31和第二磁钢槽41的宽度皆小于相邻所述磁极之间的距离。所述磁极中部形成磁桥6，所述第一磁钢槽组3和第二磁钢槽组4分别关于磁桥6对称。所述第一磁钢槽31两端分别设置第一内隔磁槽33和第一外隔磁槽34，所述第二磁钢槽41两端分别设置第二内隔磁槽43和第二外隔磁槽44。所述第一磁钢槽31和第二磁钢槽41上分别设置有第一磁钢定位结构35和第二磁钢定位结构45。

实施例2

如图3和图4所示，本实施例与实施例1不同之处仅在于对定子冲片1做进一步限定，具体为所述定子冲片1具有沿圆周方向保持间隔并在其表面沿轴方向延长的36个线槽11，所述线槽11内穿插有扁铜线。结构简单，简化制作工序，使得电机性能更加稳定，寿命更长。

实施例3

本实施例提供一种永磁同步扁铜线电机定子和转子，所述定子和转子分别由具有实施例1和实施例2所述的定子冲片1和转子冲片2结构的多个冲片叠加而成。定子和转子组装形成6极36槽的分数槽定子转子组合，降低电机气隙磁密谐波含量，减小电机的电磁激励。应用上述定子和转子的永磁同步电机通过齿槽和磁钢槽的结构设计进一步优化电机气隙磁密，降低气隙磁密谐波，提升分数槽永磁埋入式电机性能。

本申请通过优化车用永磁同步电机的定子冲片、转子冲片的结构以及永磁体的排布结构，有效地提高了电机的过载能力、减小了铁芯损耗和杂散损耗、提高了功率密度、工作效率及功率因数，改进了现有新型能源汽车的综合性能，对早日替代污染严重的传统动力汽车、改善环境以及节约能源具有一定的积极效果。

上面对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种永磁同步扁铜线电机定、转子冲片结构，包括定子冲片(1)和转子冲片(2)，所述定子冲片(1)中部为容纳转子冲片(2)的中空结构，所述转子冲片(2)沿其周向形成多个间隔设置的磁极，其特征在于：每个所述磁极包括第一磁钢槽组(3)和第二磁钢槽组(4)，所述第一磁钢槽组(3)和第二磁钢槽组(4)之间的转子冲片(2)外圆周上设置有辅助槽(5)，所述第一磁钢槽组(3)和第二磁钢槽组(4)分别包括呈V字型设置的两个第一磁钢槽(31)和两个第二磁钢槽(41)，所述第一磁钢槽(31)和第二磁钢槽(41)内分别设置有第一磁钢(32)和第二磁钢(42)。

2.根据权利要求1所述的永磁同步扁铜线电机定、转子冲片结构，其特征在于：所述第一磁钢槽(31)和第二磁钢槽(41)的宽度皆小于相邻所述磁极之间的距离。

3.根据权利要求2所述的永磁同步扁铜线电机定、转子冲片结构，其特征在于：所述磁极中部形成磁桥(6)，所述第一磁钢槽组(3)和第二磁钢槽组(4)分别关于磁桥(6)对称。

4.根据权利要求3所述的永磁同步扁铜线电机定、转子冲片结构，其特征在于：所述第一磁钢槽(31)两端分别设置第一内隔磁槽(33)和第一外隔磁槽(34)，所述第二磁钢槽(41)两端分别设置第二内隔磁槽(43)和第二外隔磁槽(44)。

5.根据权利要求4所述的永磁同步扁铜线电机定、转子冲片结构，其特征在于：所述第一磁钢槽(31)和第二磁钢槽(41)上分别设置有第一磁钢定位结构(35)和第二磁钢定位结构(45)。

6.根据权利要求5所述的永磁同步扁铜线电机定、转子冲片结构，其特征在于：所述定子冲片(1)具有沿圆周方向保持间隔并在其表面沿轴方向延长的多个线槽(11)，所述线槽(11)内穿插有扁铜线。

7.一种永磁同步扁铜线电机定、转子，其特征在于：包括定子和转子，所述定子和转子分别由具有如权利要求1-6任一项所述的定子冲片(1)和转子冲片(2)结构的多个冲片叠加而成。

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