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CN108199552A - 一种用于电动汽车感应电机的定转子槽配合结构 - Google Patents

一种用于电动汽车感应电机的定转子槽配合结构 Download PDF

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CN108199552A CN201810115782.1A CN201810115782A CN108199552A CN 108199552 A CN108199552 A CN 108199552A CN 201810115782 A CN201810115782 A CN 201810115782A CN 108199552 A CN108199552 A CN 108199552A
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张威
刘和平
谢维贵
董海成
王阳
谢春英
龙广
鄢朝阳
胡昌林
曾凡勤
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Chongqing Baizhuan Electric Automobile Electronic Control System Co Ltd
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Chongqing Baizhuan Electric Automobile Electronic Control System Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种用于电动汽车感应电机的定转子槽配合结构，包括定子与转子，所述定子与转子分别由定子冲片和转子冲片叠压而成，所述定子采用直槽结构，且该定子的槽数为36，所述转子采用斜槽结构，且该转子的槽数为53，所述转子的斜槽距离为定子齿距的1.2倍，所述定子冲片与转子冲片之间的气隙为0.7mm，所述定子冲片的外径为188～212mm，内径为110～136mm；所述转子冲片的外径为108.6～134.6mm，内径为48mm。其显著效果是：通过设置合理的定子、转子槽数以及转子的斜槽距离，削弱了电机共振频率范围内的谐波，使电机具有低振动、低噪声的特性。

Description

一种用于电动汽车感应电机的定转子槽配合结构
技术领域
本发明涉及到电机技术领域，尤其涉及一种用于电动汽车感应电机的定转子槽配合结构。
背景技术
燃油汽车行驶会消耗石化燃料、产生尾气，出于环境保护和应对能源危机的影响，电驱动形式的新能源汽车应运而生。电动汽车感应电机构成的驱动系统具有成本低，控制方法成熟简单的优点，因此被广泛采用。
然而，新能源汽车行驶的过程中产生的振动和噪声会影响驾驶的安全以及周边的生态环境，因此有必要对纯电动汽车的噪声进行抑制，即对驱动电机的振动和噪声进行抑制。
感应电机的振动和噪声很大程度上取决于电机的固有频率，纯电动汽车感应电机具有宽调速范围、大功率密度的特点，容易在调速过程中引发电机固有频率范围的共振，因此在感应电机的设计当中考虑电机固有频率的影响显得尤为重要。同时，又因为车用感应电机是变频电机，以往工频电机存在的启动困难、寄生转矩等问题都不复存在，所以对车用变频感应电机的槽配合以及斜槽距离的设计重点在于削弱电机的共振。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于电动汽车感应电机的定转子槽配合结构，可以避免电机的共振，削弱电机的振动和噪声。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于电动汽车感应电机的定转子槽配合结构，其关键在于：包括定子与转子，所述定子与转子分别由定子冲片和转子冲片叠压而成，所述定子采用直槽结构，且该定子的槽数为36，所述转子采用斜槽结构，且该转子的槽数为53，所述转子的斜槽距离为定子齿距的1.2倍。
由于变频感应电机的噪声与电机的共振有直接关系，选用合理的槽配合可以削弱电机共振频率范围内的谐波，从而减小电机的振动。而感应电机气隙产生的径向电磁力波是引起电机振动和噪声的主要原因，通过分析得到电机的共振频率后，可通过更改槽配合的方式对共振频率范围内的谐波进行削弱，因此，本发明中设计的定子槽数为36槽，转子槽数为53槽。
其次，由于斜槽距离不同对不同齿谐波的削弱情况不同，因此通过分析后将斜槽距离设计为1.2倍定子齿距。因此，本发明的定转子槽配合结构可以获得较大起动转矩，较低的电磁噪声和振动，较高的效率和功率因素。
再则，转子采用斜槽结构不仅可以大大消弱异步附加转矩，而且在转子槽扭斜后，转子所产生的齿谐波磁场也随之扭斜同样的角度，这样可以消弱转子齿谐波与定子齿谐波磁场之间的相互作用，使同步附加转矩、振动及噪声减小。
进一步的，在所述定子冲片上开设有定子槽，在所述转子冲片上开设有转子槽。
进一步的，所述定子槽与转子槽均为梨形半开口槽。
进一步的，所述定子冲片与转子冲片之间的气隙为0.5～0.8mm。
进一步的，所述定子冲片的外径为188～212mm，内径为110～136mm；所述转子冲片的外径为108.6～134.6mm，内径为48mm。
进一步的，所述定子与转子的叠压系数为0.98。
进一步的，所述定子的轴向长度为150～230mm，所述转子为内置鼠笼式转子结构。
本发明的显著效果是：通过设置合理的定子、转子槽数以及转子的斜槽距离，削弱了电机共振频率范围内的谐波，使电机具有低振动、低噪声的特性；通过限定定转子间的气隙值，使得电机获得了较高的功率因素。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A的局部放大示意图；
图3是电机转子斜槽距离的示意图；
图4是定子36槽、转子42槽的常规电机槽配合示意图；
图5是常规电机的振动的功率谱密度图；
图6是基于本发明设计的电机振动的功率谱密度图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
如图1与图2所示，一种4极三相异步电机定子与转子的槽配合机构，应用于电动汽车用感应电机，包括定子与转子，所述定子与转子分别由定子冲片1和转子冲片2叠压而成，所述定子采用直槽结构，且该定子的槽数为36，所述转子采用斜槽结构，且该转子的槽数为53，所述转子的斜槽距离为定子齿距的1.2倍。所述定子与转子的叠压系数为0.98。所述定子的轴向长度为180mm，所述转子为内置鼠笼式转子结构。
所述定子、转子的槽数确定方法如下所述：
众所周知，变频感应电机的噪声与电机的共振有直接关系，选用合理的槽配合可以削弱电机共振频率范围内的谐波，从而减小电机的振动。而且，感应电机气隙产生的径向电磁力波是引起电机振动和噪声的主要原因，因此气隙磁场产生的径向电磁力波化简之后可表达为：
其中，pn(θ,t)是径向力波，是单位面积上的力，单位为牛/米2，μ0为空气磁导率；υ、μ分别为定、转子谐波次数；μz为转子齿谐波次数；p为电机极对数；θ为空间圆周上的机械角度；分别为基波、定子υ谐波、转子μ次谐波在径向方向上的初始角度；B1、Bυ、Bμ分别为径向气隙磁密的基波幅值、定子υ次谐波幅值、转子μ次谐波幅值；ω1为电源角频率；ωμ为转子μ次谐波的角频率；下标n表示径向分量。
上式由两个部分组成，其第一部分是二倍电源频率的振动，二倍电源频率的振动由气隙磁场基波产生，是不可避免的；第二部分是定子和转子齿谐波相互作用产生的力波，该力波受定子转子槽配合的影响。所以，分析得到电机的共振频率后，可通过更改槽配合的方式对共振频率范围内的谐波进行削弱。另外，转子槽数应与定子槽数配合确定，定、转子槽配合的选择应使电机能正常启动，转矩、转速平滑，启动运转时无显著振动，电磁噪声、杂散损耗小。
照上述原理，本发明中设计的定子槽数为36槽，转子槽数为53槽。
而本例中，电机转子斜槽距离的确定方法如图3所示，转子导条有上端点A’，同一导条有下端点B’，上端点A’与下端点B’之间的横向间距L即为斜槽距离。
设感应电机转子ν齿谐波绕组系数为Kwν，斜槽度为C时计及斜槽后的ν齿谐波绕组系数为Kwcν＝Kwν×Kcν，上式中Kcυ表示斜槽度等于C时υ次谐波的斜槽系数，Kcυ表达式如下式所示斜槽度C的表达式为C＝bsk/t1，式中bsk表示斜槽距离，t1表示定子齿距。所以斜槽距离不同对不同齿谐波的削弱情况不同，将以上原理应用到本发明中，确定电机转子斜槽距离为1.2倍的定子齿距。
从图1与图2中还可以看出，在所述定子冲片1上开设有定子槽3，在所述转子冲片2上开设有转子槽4，且优选的，定子槽3与转子槽4分别沿定子冲片1或转子冲片2的外圆圆周均匀分布。所述定子槽3与转子槽4均为梨形半开口槽，且槽底均为圆弧结构。
另外，定转子槽配合与异步电机的噪声有直接关系。多级电机转速一般比较低，这是电磁噪声为主要噪声源，电磁噪声主要由高次谐波的力波振动引起，即随着时间和空间而变化的，在定子与转子之间作用的力可以通过定子铁芯振动而引起电磁噪声，在气隙的任意一点作用着一个径向力，它在单位面积上的大小与气隙磁密的平方成正比，因此选择尽可能小的气隙对电机降低电磁噪声很有必要，因此本方案中限定定子冲片与转子冲片之间的气隙为0.7mm。
作为一种优选实施例，所述定子冲片1的外径为200mm，内径为123mm；所述转子冲片2的外径为118.6mm，内径为48mm。
需要说明的是，本发明中的定子冲片1与转子冲片2不局限于上述实施方式，外径、内径以及如定子槽3的槽口宽度、槽底半径、内高以及转子槽4的槽口宽度、槽底半径、内高在合理的尺寸范围内可发生变化。
参见附图4所示的一种常规设计的定子、转子槽配合结构，其中定子冲片1的槽数为36，转子冲片2的槽数为42。该常规设计电机振动的功率谱密度图如图5所示，可以看出，该电机在共振频率范围内的振动有较大的峰值。而采用本发明方案的电机的振动功率谱密度图如图6所示，从图中可以看出，在共振频率范围内的功率谱密度得到了削弱。
综上，本发明通过设置合理的定子、转子槽数以及转子的斜槽距离，有效削弱了电机共振频率范围内的谐波，电机运行时不易发生振动，噪音也相应减少，电机的运行更加平稳，可靠性更高。

Claims (7)

1.一种用于电动汽车感应电机的定转子槽配合结构，包括定子与转子，所述定子与转子分别由定子冲片(1)和转子冲片(2)叠压而成，其特征在于：所述定子采用直槽结构，且该定子的槽数为36，所述转子采用斜槽结构，且该转子的槽数为53，所述转子的斜槽距离为定子齿距的1.2倍。
2.根据权利要求1所述的用于电动汽车感应电机的定转子槽配合结构，其特征在于：在所述定子冲片(1)上开设有定子槽(3)，在所述转子冲片(2)上开设有转子槽(4)。
3.根据权利要求2所述的用于电动汽车感应电机的定转子槽配合结构，其特征在于：所述定子槽(3)与转子槽(4)均为梨形半开口槽。
4.根据权利要求2或3所述的用于电动汽车感应电机的定转子槽配合结构，其特征在于：所述定子冲片(1)与转子冲片(2)之间的气隙为0.5～0.8mm。
5.根据权利要求1或2所述的用于电动汽车感应电机的定转子槽配合结构，其特征在于：所述定子冲片(1)的外径为188～212mm，内径为110～136mm；所述转子冲片(2)的外径为108.6～134.6mm，内径为48mm。
6.根据权利要求1所述的用于电动汽车感应电机的定转子槽配合结构，其特征在于：所述定子与转子的叠压系数为0.98。
7.根据权利要求1或6所述的用于电动汽车感应电机的定转子槽配合结构，其特征在于：所述定子的轴向长度为150～230mm，所述转子为内置鼠笼式转子结构。
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