CN211296356U - 电机转子、磁阻电机和电动汽车 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电机转子、磁阻电机和电动汽车。该电机转子包括转子铁芯(1)，转子铁芯(1)上沿周向设置有多个磁障组，每个磁障组包括沿径向设置的至少两个磁通屏障(2)，相邻的磁通屏障(2)之间形成导磁通道(3)，在垂直于转子铁芯(1)的中心轴线的截面内，同一极下位于径向最外侧的磁通屏障(2)形成凹槽，凹槽内的转子铁芯上有一字型的安装槽(4)，安装槽(4)包括位于第一端的第一槽部(5)和位于第二端的第二槽部(6)，第一槽部(5)和第二槽部(6)相通，第一槽部(5)和第二槽部(6)的径向厚度不同。根据本申请的电机转子，能够在负载情况下获得基本正弦且对称分布的气隙磁密波形，降低电机转矩脉动和铁损。

Description

电机转子、磁阻电机和电动汽车

技术领域

本申请涉及电机设备技术领域，具体涉及一种电机转子、磁阻电机和电动汽车。

背景技术

工业电机广泛应用于风机、水泵、通用机械等领域。当前仍主要以IE2异步电机为主，其效率低、体积大、工艺复杂；部分高能效场合采用永磁同步电机(IPM)可达到IE4或以上能效，但稀土永磁电机需要使用大量的稀土永磁材料，由于成本过高，导致推广缓慢。

永磁电机在工作过程中存在电枢反应，永磁体在空载情况下，其永磁体的分布沿着磁极的中心线是对称的，因此磁密分布是对称的，而在电枢反应下，其空载磁钢和定子侧的磁场相互作用情况下，永磁体的磁密分布变得不均匀，产生部分增磁和部分去磁的情况。而决定电机噪音以及转矩脉动水平的，往往是负载情况下的磁密分布，因此这种由于电枢反应导致的气隙磁密畸变问题会影响气隙磁密波形的正弦化，并加大电机转矩脉动和铁损。

实用新型内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种电机转子、磁阻电机和电动汽车，能够在负载情况下获得基本正弦且对称分布的气隙磁密波形，降低电机转矩脉动和铁损。

为了解决上述问题，本申请提供一种电机转子，包括转子铁芯，转子铁芯上沿周向设置有多个磁障组，每个磁障组包括沿径向设置的至少两个磁通屏障，相邻的磁通屏障之间形成导磁通道，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内，同一极下位于径向最外侧的磁通屏障形成凹槽，凹槽内的转子铁芯上有一字型的安装槽，安装槽包括位于第一端的第一槽部和位于第二端的第二槽部，第一槽部和第二槽部相通，第一槽部和第二槽部的径向厚度不同。

优选地，第一槽部和第二槽部的长度不同。

优选地，第一槽部的厚度大于第二槽部的厚度。

优选地，第一槽部的长度大于第二槽部的长度。

优选地，第一槽部内设置有第一永磁体，第二槽部内设置有第二永磁体，第一永磁体的矫顽力大于第二永磁体的矫顽力。

优选地，第一永磁体为稀土永磁体，第二永磁体为铁氧体永磁体。

优选地，第一永磁体的厚度为W1，第二永磁体的厚度为W2，其中 W1/W2＝1.5～2.0；和/或，第一永磁体的长度为L1，第二永磁体的长度为L2，其中L1/L2＝1.2～1.8。

优选地，导磁通道占有率δ满足0.32≤δ≤0.38或0.54≤δ≤0.63。

优选地，导磁通道占有率通过如下公式确定：

δ＝1-(w1+w3+w5)/(w1+w2+w3+w4+w5+2w6)

其中w1为径向最外侧的磁通屏障的厚度，w2为与径向最外侧的磁通屏障相邻的导磁通道的厚度，依次类推，w6为同一极下径向最内侧的磁通屏障的周向外侧壁与该极的周向外侧壁之间的铁芯厚度。

优选地，安装槽内的永磁体极弧系数为A0，其中0.35≤A0≤0.46；和/或，安装槽内的永磁体极弧系数为A0，与径向最外侧的磁通屏障相邻的导磁通道的极弧系数为A1，位于该导磁通道周向外侧的相邻导磁通道的极弧系数为A2，其中A2-A1＞A1-A0。

根据本申请的另一方面，提供了一种磁阻电机，包括电机转子和电机定子，该电机转子为上述的电机转子。

根据本申请的另一方面，提供了一种电动汽车，包括上述的电机转子或上述的磁阻电机。

本申请提供的电机转子，包括转子铁芯，转子铁芯上沿周向设置有多个磁障组，每个磁障组包括沿径向设置的至少两个磁通屏障，相邻的磁通屏障之间形成导磁通道，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内，同一极下位于径向最外侧的磁通屏障形成凹槽，凹槽内的转子铁芯上有一字型的安装槽，安装槽包括位于第一端的第一槽部和位于第二端的第二槽部，第一槽部和第二槽部相通，第一槽部和第二槽部的径向厚度不同。通过将一字型安装槽进行拆分，使得一字型安装槽形成径向厚度不同的第一槽部和第二槽部，可以在第一槽部和第二槽部内分别设置厚度不同的永磁体，从而能够利用不同厚度的永磁体形成不同抗退磁能力，可以形成组合式永磁体结构，获得在负载情况下的基本正弦且对称分布的气隙磁密波形，降低电机转矩脉动以及铁损。

附图说明

图1为本申请实施例的电机转子的结构示意图；

图2为本申请实施例的电机转子的第一尺寸结构图；

图3为本申请实施例的电机转子的第二尺寸结构图；

图4为本申请实施例的电机转子在ID＝0时的磁力线示意图；

图5为本申请实施例的电机转子在ID＜0时的磁力线示意图；

图6为本申请实施例的电机转子的增磁去磁示意图；

图7为本申请实施例的电机转子的出力同导磁通道占有率之间的关系曲线图；

图8为本申请实施例的电机转子的转矩脉动系数同A0关系曲线图；

图9为本申请实施例的电机转子和现有技术的负载气隙磁密曲线对比图。

附图标记表示为：

1、转子铁芯；2、磁通屏障；3、导磁通道；4、安装槽；5、第一槽部；6、第二槽部；7、第一永磁体；8、第二永磁体。

具体实施方式

结合参见图1至图9所示，根据本申请的实施例，电机转子包括转子铁芯 1，转子铁芯1上沿周向设置有多个磁障组，每个磁障组包括沿径向设置的至少两个磁通屏障2，相邻的磁通屏障2之间形成导磁通道3，在垂直于转子铁芯1的中心轴线的截面内，同一极下位于径向最外侧的磁通屏障2形成凹槽，凹槽内的转子铁芯1上有一字型的安装槽4，安装槽4包括位于第一端的第一槽部5和位于第二端的第二槽部6，第一槽部5和第二槽部6相通，第一槽部 5和第二槽部6的径向厚度不同。

本申请的电机转子通过将一字型安装槽4进行拆分，使得一字型安装槽4 形成径向厚度不同的第一槽部5和第二槽部6，可以在第一槽部5和第二槽部 6内分别设置不同厚度的永磁体，从而能够利用不同厚度的永磁体形成不同抗退磁能力，可以形成组合式永磁体结构，获得在负载情况下的基本正弦且对称分布的气隙磁密波形，降低电机转矩脉动以及铁损。

安装槽4在长度方向上被极中心线平分，能够使得位于极中心线两侧的永磁体的长度相同。

磁通屏障2由空气槽形成，磁通屏障2的形状可以为U形、倒梯形或者是其它的形状。

优选地，第一槽部5和第二槽部6的长度不同，可以合理分配不同厚度的永磁体的长度，从而使得不同厚度的永磁体能够选择合适的匹配长度，能够更加便于获得在负载情况下的基本正弦且对称分布的气隙磁密波形。

在本实施例中，第一槽部5的厚度大于第二槽部6的厚度。

第一槽部5的长度大于第二槽部6的长度。

优选地，第一槽部5内设置有第一永磁体7，第二槽部6内设置有第二永磁体8，第一永磁体7的矫顽力大于第二永磁体8的矫顽力。

第一永磁体7的厚度为W1，第二永磁体8的厚度为W2，其中 W1/W2＝1.5～2.0。

第一永磁体7的长度为L1，第二永磁体8的长度为L2，其中L1/L2＝1.2～1.8。

通过图4可以发现，在ID＝0控制下，不产生磁阻转矩的情况下，其电枢反应的磁力线和永磁体磁场相互作用下，其对每个极的永磁体一半进行充磁，一半进行去磁。其中前极为充磁，后极为去磁(默认逆时针为旋转方向，其中每极旋转方向的前部分为前极，另一部分为后极)。永磁辅助磁阻电机需要进行弱磁控制，使得合成转矩最大，因此电枢磁场要在ID＝0基础上进一步超前转子一个角度。如图5所示，此时，进行去磁部分的永磁体面积更大，超过一半。此时电枢反应的磁场由原本的对称分布变成非对称分布，影响了电机反电势的正弦分布。

为解决该问题，本申请实施例通过设计L1大于L2，且两者的比值范围处于1.2～1.8范围内，可以有效利用第一永磁体7来抵消定子磁场对永磁体的去磁作用。当L1过小时，弱磁角增加，不足以全面抵消弱磁磁场的作用，当L1 过大，铁氧体的部分占比过高，使得整个电机的永磁特性下降，影响电机的出力。

由于第二永磁体8的矫顽力较低，因此设计W1＞W2，且使得W1与W2 的比值范围介于1.5～2.0，可以保证充分的抗退磁能力下，又不会使得铁氧体过厚，导致难以弱磁。W1/W2进一步优选的范围为1.8～2.0，其每极内永磁体增去磁的部分如图6所示。图6中的中心线为ID＝0时的增去磁分界线，箭头进入部分为ID＜0时的去磁区域，箭头向外部分为ID＜0时的增磁区域。

在本实施例中，第一永磁体7为稀土永磁体，第二永磁体8为铁氧体永磁体。本申请的电机转子，通过稀土永磁体和铁氧体永磁体的搭配使用，相比传统的仅使用铁氧体永磁体电机具有更高的功率因数。当第一永磁体7为稀土永磁体时，其主要功能为提供永磁磁场，提升空载磁链。在进行弱磁时，主要由铁氧体永磁体同电枢进行作用，由于铁氧体磁特性差，更容易被弱磁，因此弱磁电流也更小，更加容易扩速。此时，稀土永磁体仍保持较高的永磁磁通输出。基于此，电机的功率因数增加，本实施例中，相比常规结构，电机功率因数从0.85提升至0.88，电机输入电流降低，***效率提升。

在本实施例中，导磁通道占有率δ满足0.32≤δ≤0.38或0.54≤δ≤0.63。

导磁通道占有率可以通过如下公式确定：

δ＝1-(w1+w3+w5)/(w1+w2+w3+w4+w5+2w6)

其中w1为径向最外侧的磁通屏障2的厚度，w2为与径向最外侧的磁通屏障2相邻的导磁通道3的厚度，依次类推，w6为同一极下径向最内侧的磁通屏障2的周向外侧壁与该极的周向外侧壁之间的铁芯厚度，如图6所示。

当导磁通道占有率处于0.32～0.38区间内，转矩出力较大。由于磁通屏障2 较大，电机漏磁小，Q轴电感低，此时获得较大的转矩出力。当导磁通道占有率处于0.54～0.63区间内，虽然磁通屏障2较小，但D轴导磁通道宽度较大，电感较大，此时亦获得较大的转矩出力，如图7所示。

安装槽4内的永磁体极弧系数为A0，其中0.35≤A0≤0.46。当永磁体极弧系数在该范围内时，电机转矩脉动较低，如图8所示，在该范围下，其永磁转矩和磁阻转矩在合成时，能够实现峰谷相错。

优选地，安装槽4内的永磁体极弧系数为A0，与径向最外侧的磁通屏障2 相邻的导磁通道3的极弧系数为A1，位于该导磁通道3周向外侧的相邻导磁通道3的极弧系数为A2，其中A2-A1＞A1-A0。

通过以上设计，实现了电枢反应下，气隙磁场仍基本正弦对称分布的特点，对电机转矩脉动抑制、降低损耗起到积极作用。如图9所示，为本申请和常规方案负载下，气隙磁密波形的对比图，从图中可以看出，在采用本申请的上述方案后，在负载情况下的气隙磁密波形基本正弦且对称分布，因此能够降低电机转矩脉动以及铁损。

根据本申请的实施例，磁阻电机包括电机转子和电机定子，该电机转子为上述的电机转子。

根据本申请的实施例，电动汽车包括上述的电机转子或上述的磁阻电机。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (12)

1.一种电机转子，其特征在于，包括转子铁芯(1)，所述转子铁芯(1)上沿周向设置有多个磁障组，每个所述磁障组包括沿径向设置的至少两个磁通屏障(2)，相邻的所述磁通屏障(2)之间形成导磁通道(3)，在垂直于所述转子铁芯(1)的中心轴线的截面内，同一极下位于径向最外侧的所述磁通屏障(2)形成凹槽，所述凹槽内的所述转子铁芯(1)上有一字型的安装槽(4)，所述安装槽(4)包括位于第一端的第一槽部(5)和位于第二端的第二槽部(6)，所述第一槽部(5)和所述第二槽部(6)相通，所述第一槽部(5)和所述第二槽部(6)的径向厚度不同。

2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述第一槽部(5)和所述第二槽部(6)的长度不同。

3.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述第一槽部(5)的厚度大于所述第二槽部(6)的厚度。

4.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，所述第一槽部(5)的长度大于所述第二槽部(6)的长度。

5.根据权利要求3或4所述的电机转子，其特征在于，所述第一槽部(5)内设置有第一永磁体(7)，所述第二槽部(6)内设置有第二永磁体(8)，所述第一永磁体(7)的矫顽力大于所述第二永磁体(8)的矫顽力。

6.根据权利要求5所述的电机转子，其特征在于，所述第一永磁体(7)为稀土永磁体，所述第二永磁体(8)为铁氧体永磁体。

7.根据权利要求6所述的电机转子，其特征在于，所述第一永磁体(7)的厚度为W1，所述第二永磁体(8)的厚度为W2，其中W1/W2＝1.5～2.0；和/或，所述第一永磁体(7)的长度为L1，所述第二永磁体(8)的长度为L2，其中L1/L2＝1.2～1.8。

8.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，导磁通道占有率δ满足0.32≤δ≤0.38或0.54≤δ≤0.63。

9.根据权利要求8所述的电机转子，其特征在于，所述导磁通道占有率通过如下公式确定：

δ＝1-(w1+w3+w5)/(w1+w2+w3+w4+w5+2w6)

其中w1为径向最外侧的磁通屏障(2)的厚度，w2为与径向最外侧的磁通屏障(2)相邻的导磁通道(3)的厚度，依次类推，w6为同一极下径向最内侧的磁通屏障(2)的周向外侧壁与该极的周向外侧壁之间的铁芯厚度。

10.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述安装槽(4)内的永磁体极弧系数为A0，其中0.35≤A0≤0.46；和/或，所述安装槽(4)内的永磁体极弧系数为A0，与径向最外侧的磁通屏障(2)相邻的导磁通道(3)的极弧系数为A1，位于该导磁通道(3)周向外侧的相邻导磁通道(3)的极弧系数为A2，其中A2-A1＞A1-A0。

11.一种磁阻电机，包括电机转子和电机定子，其特征在于，所述电机转子为权利要求1至10中任一项所述的电机转子。

12.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求1至10中任一项所述的电机转子或权利要求11中所述的磁阻电机。

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