CN205377493U - 新能源汽车用非对称型永磁电机 - Google Patents

Abstract

一种新能源汽车用非对称型永磁电机，涉及电机技术领域，所解决的是降低力矩波动的技术问题。该电机包括转子和定子，所述转子上设有多个永磁单元，所述永磁单元包括永磁槽，及嵌置在永磁槽内的磁钢，其特征在于：转子的磁极轴线将永磁单元分为左右两半，且永磁单元的左半部与右半部结构相异。本实用新型提供的电机，能提高电机的综合性能。

Description

新能源汽车用非对称型永磁电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术，特别是涉及一种新能源汽车用非对称型永磁电机的技术。

背景技术

近年来，永磁机电产品的更新换代周期很快，对为其配套的电机提出高效率、低噪音、低价格、宽调速和智能化的要求。永磁驱动电机由“直流无刷向永磁同步”发展；由“表面安装式永磁转子向内置式永磁转子”发展；由“单一电动机功能向起动、发电一体化（ISG）功能”发展趋势。因此，电机设计必须更新观念：1）最佳的电机设计原则，不能满足于达到最佳性能，而应该是最佳性能价格比，最佳性能体积比；2）电机设计还应从整体综合指标考虑，应使控制系统的简化，得益于优良的电机性能。如果要使BLM综合功能提高与优化，以传统的电机设计方法已没有多少“油水”可挤了，必须寻找新途径。

齿槽力矩也称磁阻力矩是自动化场合、机电一体化场合的调速系统中致命缺陷。世界各国电机行业和科研单位均在进行研究，力图降低电机力矩波动，如采用分数槽法、辅助槽法、辅助齿法、斜槽法、斜极法、闭口槽法和磁化槽楔法等，各有利弊，但总是难以有效消除齿槽效应。斜槽或斜极是最常用减小力矩波动的方法，但斜槽斜极法对方波电机气隙磁感应强度平顶宽度有影响,同时定子斜槽会影响导体的占槽面积,使铜耗增加，两者均降低出力，并是使电机的工艺和结构复杂。高精度调速系统对齿槽力矩波动要求很严格，因为在调速系统中，当电机力矩的频率与定子或转子的机械共振频率一致时，齿槽力矩产生的振动和噪音被显著放大，同时也影响低速性能和定位精度。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能降低齿槽引起的力矩波动，从而能降低机械振动、噪音的新能源汽车用非对称型永磁电机。

为了解决上述技术问题，本实用新型所提供的一种新能源汽车用非对称型永磁电机，包括转子和定子，所述转子上设有多个永磁单元，所述永磁单元包括永磁槽，及嵌置在永磁槽内的磁钢，其特征在于：转子的磁极轴线将永磁单元分为左右两半，且永磁单元的左半部与右半部结构相异。

进一步的，所述永磁槽由三个槽段组成，其中的一个槽段为中部槽段，另两个槽段为侧部槽段，两个侧部槽段分置于中部槽段的左右两侧，转子的磁极轴线穿过中部槽段的中心，所述磁钢嵌置在中部槽段内，并且有R1<L1且R2<L2；

其中，R1为轴线X1与转子的磁极轴线之间的夹角，R2为轴线X2与转子的磁极轴线之间的夹角，L1为轴线Y1与转子的磁极轴线之间的夹角，L2为轴线Y2与转子的磁极轴线之间的夹角；

其中，轴线X1、X2、Y1、Y2均为转子的径向轴线，并且轴线X1经过永磁槽的右侧部槽段外端左沿，轴线X2经过永磁槽的右侧部槽段外端右沿，轴线Y1经过永磁槽的左侧部槽段外端右沿，轴线Y2经过永磁槽的左侧部槽段外端左沿。

进一步的，所述永磁槽由三个槽段组成，其中的一个槽段为中部槽段，另两个槽段为侧部槽段，两个侧部槽段分置于中部槽段的左右两侧，转子的磁极轴线穿过中部槽段的中心，所述磁钢嵌置在中部槽段内，并且右侧部槽段的外端的宽度大于左侧部槽段的外端的宽度。

进一步的，所述永磁槽中，右侧部槽段的外端向左凸出，且该凸出部与磁钢之间的夹角的为55°～60°。

进一步的，所述永磁单元中，永磁槽内嵌置的磁钢有两个，并且该两个磁钢宽度相异，并且该两个磁钢分置于转子的磁极轴线的左右两侧，并且有b1>b2，b1为左磁钢的宽度，b2为右磁钢的宽度。

进一步的，所述永磁单元具有两个永磁槽，并且该两个永磁槽内均嵌置有磁钢，并且该两个永磁槽沿转子的径向从内至外间隔布设，并且转子的磁极轴线将外侧的永磁槽及外侧的磁钢对称的分为左右两半；

所述永磁单元中，内侧的永磁槽由三个槽段组成，其中的一个槽段为中部槽段，另两个槽段为侧部槽段，两个侧部槽段分置于中部槽段的左右两侧，转子的磁极轴线穿过中部槽段的中心，内侧的磁钢嵌置在中部槽段内，并且中部槽段与左侧部槽段相互贯通，中部槽段与右侧部槽段相互隔断，从而在中部槽段与右侧部槽段之间形成单边导磁桥。

本实用新型提供的新能源汽车用非对称型永磁电机，通过永磁槽、磁钢的不对称优化方式降低齿槽引起的力矩波动，使d轴与q轴径向力趋于平衡，能降低机械振动、噪音和反电势谐波，还能减少铁心损耗和避免静态、动态电枢反应去磁危险；进一步的，通过设置导磁桥，可通过调节导磁桥的磁路饱和程度，来调控途径导磁桥的永磁磁通，调控气隙磁密的降低程度，从而达到高速段弱磁恒功率扩速作用，实现电机高效、高功率密度、高可靠性、宽调速、低噪、低波动平稳运行等特点。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例的新能源汽车用非对称型永磁电机的径向截面示意图；

图2是本实用新型第二实施例的新能源汽车用非对称型永磁电机中的转子的径向截面示意图；

图3是本实用新型第三实施例的新能源汽车用非对称型永磁电机的径向截面示意图；

图4是本实用新型第四实施例的新能源汽车用非对称型永磁电机中的转子的径向截面示意图；

图5是本实用新型第五实施例的新能源汽车用非对称型永磁电机中的转子的径向截面示意图；

图6是现有内置式永磁同步电机及本实用新型各实施例的力矩波动比较图；

图7是额定输出功率均为60KW的现有内置式永磁同步电机的力矩波动曲线图；

图8是额定输出功率均为60KW的本实用新型第二实施例的力矩波动曲线图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本实用新型的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围，本实用新型中的顿号均表示和的关系。

如图1所示，本实用新型第一实施例所提供的一种新能源汽车用非对称型永磁电机，包括转子和定子，所述转子11上设有多个永磁单元，所述永磁单元包括永磁槽，及嵌置在永磁槽内的磁钢12，其特征在于：转子11的磁极轴线d将永磁单元分为左右两半，且永磁单元的左半部与右半部结构相异（即永磁单元相对磁极轴线d不对称）；

所述永磁槽由三个槽段组成，其中的一个槽段为中部槽段，另两个槽段13、14为侧部槽段，两个侧部槽段13、14分置于中部槽段的左右两侧，转子11的磁极轴线d穿过中部槽段的中心，所述磁钢12嵌置在中部槽段内，并且有R1<L1且R2<L2，R1=（0.82-0.92）L1，R2=（0.85-0.95）L2；

其中，R1为轴线X1与转子的磁极轴线d之间的夹角，R2为轴线X2与转子的磁极轴线d之间的夹角，L1为轴线Y1与转子的磁极轴线d之间的夹角，L2为轴线Y2与转子的磁极轴线d之间的夹角；

其中，轴线X1、X2、Y1、Y2均为转子11的径向轴线，并且轴线X1经过永磁槽的右侧部槽段13外端左沿（侧部槽段朝向定子的一端为外端），轴线X2经过永磁槽的右侧部槽段13外端右沿，轴线Y1经过永磁槽的左侧部槽段14外端右沿，轴线Y2经过永磁槽的左侧部槽段14外端左沿。

如图2所示，本实用新型第二实施例所提供的一种新能源汽车用非对称型永磁电机，包括转子和定子，所述转子21上设有多个永磁单元，所述永磁单元包括永磁槽，及嵌置在永磁槽内的磁钢22，其特征在于：转子21的磁极轴线d将永磁单元分为左右两半，且永磁单元的左半部与右半部结构相异；

所述永磁槽由三个槽段组成，其中的一个槽段为中部槽段，另两个槽段23、24为侧部槽段，两个侧部槽段23、24分置于中部槽段的左右两侧，转子21的磁极轴线d穿过中部槽段的中心，所述磁钢22嵌置在中部槽段内；

并且，右侧部槽段23的外端（侧部槽段朝向定子的一端为外端）的宽度h2大于左侧部槽段24的外端的宽度h1，有h2=（1.5-2.5）h1；

并且，两个侧部槽段23、24与磁钢22之间的夹角彼此相异，其中的右侧部槽段23的外端向左凸出，且该凸出部与磁钢之间的夹角β的取值范围为55°～60°。

本实用新型第二实施例中，侧部槽段的外端的宽度是指侧部槽段的外端的左右沿之间的间距。

如图3所示，本实用新型第三实施例所提供的一种新能源汽车用非对称型永磁电机，包括转子和定子，所述转子31上设有多个永磁单元，所述永磁单元包括永磁槽，及嵌置在永磁槽内的磁钢32，其特征在于：转子31的磁极轴线将永磁单元分为左右两半，且永磁单元的左半部与右半部结构相异；

所述永磁槽由三个槽段组成，其中的一个槽段为中部槽段，另两个槽段33、34为侧部槽段，两个侧部槽段33、34分置于中部槽段的左右两侧，转子31的磁极轴线穿过中部槽段的中心，所述磁钢32嵌置在中部槽段内；

并且，右侧部槽段33的外端（侧部槽段朝向定子的一端为外端）的宽度大于左侧部槽段34的外端的宽度。

本实用新型第三实施例中，侧部槽段的外端的宽度是指侧部槽段的外端的左右沿之间的间距。

如图4所示，本实用新型第四实施例所提供的一种新能源汽车用非对称型永磁电机，包括转子和定子，所述转子41上设有多个永磁单元，所述永磁单元包括永磁槽43，及嵌置在永磁槽43内的磁钢，其特征在于：转子41的磁极轴线将永磁单元分为左右两半，且永磁单元的左半部与右半部结构相异；

所述永磁单元中，永磁槽43内嵌置的磁钢有两个，并且该两个磁钢421、422宽度相异，并且该两个磁钢421、422分置于转子41的磁极轴线的左右两侧，并且有b1>b2，b2=（0.88-0.95）b1，b1为左磁钢421的宽度，b2为右磁钢422的宽度。

本实用新型第四实施例中，磁钢的宽度是指磁钢朝向转子磁极轴线的一端与其对向端之间的间距。

本实用新型第一、第二、第三、第四实施例中，永磁槽或磁钢相对磁极轴线不对称设置的方式减小了转子旋转时气隙磁场储能的变化，削弱了磁阻力矩，降低了齿槽引起的力矩波动和机械振动，有利于电机频繁启动，降低低噪，提高过载能力和功率密度。

如图5所示，本实用新型第五实施例所提供的一种新能源汽车用非对称型永磁电机，包括转子和定子，所述转子51上设有多个永磁单元，所述永磁单元包括永磁槽，及嵌置在永磁槽内的磁钢，其特征在于：转子51的磁极轴线将永磁单元分为左右两半，且永磁单元的左半部与右半部结构相异；

所述永磁单元具有两个永磁槽，并且该两个永磁槽内均嵌置有磁钢，并且该两个永磁槽沿转子的径向从内至外间隔布设（朝向转子轴心一侧为内侧），并且转子51的磁极轴线将外侧的永磁槽530及外侧的磁钢521对称的分为左右两半；

所述永磁单元中，内侧的永磁槽由三个槽段组成，其中的一个槽段为中部槽段，另两个槽段53、54为侧部槽段，两个侧部槽段53、54分置于中部槽段的左右两侧，转子51的磁极轴线穿过中部槽段的中心，内侧的磁钢522嵌置在中部槽段内，并且中部槽段与左侧部槽段54相互贯通，中部槽段与右侧部槽段53相互隔断，从而在中部槽段与右侧部槽段53之间形成单边导磁桥55。

本实用新型第五实施例中，内侧的永磁槽、磁钢相对于磁极轴线不对称的设置方式，不但能降低齿槽引起的力矩波动，降低机械振动、噪音，还可调节导磁桥的磁路饱和程度，从而调控途径导磁桥的永磁磁通，调控气隙磁密的降低程度，达到高速段弱磁恒功率扩速作用，将内外侧磁钢的间距M1适当调大，可以增加输出力矩，提高转矩密度和功率密度。

图6是现有内置式永磁同步电机及本实用新型各实施例的力矩波动比较图，图6中的竖轴为力矩波动数轴，直方柱A为现有内置式永磁同步电机的力矩波动，直方柱B为本实用新型第一实施例的力矩波动，直方柱C为本实用新型第二实施例的力矩波动，直方柱D为本实用新型第三实施例的力矩波动，直方柱E为本实用新型第四实施例的力矩波动，直方柱F为本实用新型第五实施例的力矩波动；

图6中，现有内置式永磁同步电机的力矩波动为72%，本实用新型第一实施例的力矩波动为49.5%，本实用新型第二实施例的力矩波动为48%，本实用新型第三实施例的力矩波动为48.5%，本实用新型第四实施例的力矩波动为47%，本实用新型第五实施例的力矩波动为48%；从图6可以看出，本实用新型各实施例能有效降低力矩波动。

图7是额定输出功率均为60KW的现有内置式永磁同步电机的力矩波动曲线图，其中的横轴θ为力矩角，竖轴Tcog为力矩；

图8是额定输出功率均为60KW的本实用新型第二实施例的力矩波动曲线图，其中的横轴θ为力矩角，竖轴Tcog为力矩；

如图7、图8所示，将本实用新型第二实施例与现有内置式永磁同步电机进行比较，在额定输出功率均为60KW的情况下，在额定输出功率均为60KW的情况下，现有内置式永磁同步电机的额定电流为180.6A，齿槽力矩为7.8Nm，效率为91.8%，而本实用新型第二实施例的额定电流下降到178A，齿槽力矩下降到2.2Nm，效率则提升到94.8%，电机的综合性能相比现有内置式永磁同步电机有显著提高。

Claims (6)

1.一种新能源汽车用非对称型永磁电机，包括转子和定子，所述转子上设有多个永磁单元，所述永磁单元包括永磁槽，及嵌置在永磁槽内的磁钢，其特征在于：转子的磁极轴线将永磁单元分为左右两半，且永磁单元的左半部与右半部结构相异。

2.根据权利要求1所述的新能源汽车用非对称型永磁电机，其特征在于：所述永磁槽由三个槽段组成，其中的一个槽段为中部槽段，另两个槽段为侧部槽段，两个侧部槽段分置于中部槽段的左右两侧，转子的磁极轴线穿过中部槽段的中心，所述磁钢嵌置在中部槽段内，并且有R1<L1且R2<L2；

其中，R1为轴线X1与转子的磁极轴线之间的夹角，R2为轴线X2与转子的磁极轴线之间的夹角，L1为轴线Y1与转子的磁极轴线之间的夹角，L2为轴线Y2与转子的磁极轴线之间的夹角；

其中，轴线X1、X2、Y1、Y2均为转子的径向轴线，并且轴线X1经过永磁槽的右侧部槽段外端左沿，轴线X2经过永磁槽的右侧部槽段外端右沿，轴线Y1经过永磁槽的左侧部槽段外端右沿，轴线Y2经过永磁槽的左侧部槽段外端左沿。

3.根据权利要求1所述的新能源汽车用非对称型永磁电机，其特征在于：所述永磁槽由三个槽段组成，其中的一个槽段为中部槽段，另两个槽段为侧部槽段，两个侧部槽段分置于中部槽段的左右两侧，转子的磁极轴线穿过中部槽段的中心，所述磁钢嵌置在中部槽段内，并且右侧部槽段的外端的宽度大于左侧部槽段的外端的宽度。

4.根据权利要求3所述的新能源汽车用非对称型永磁电机，其特征在于：所述永磁槽中，右侧部槽段的外端向左凸出，且该凸出部与磁钢之间的夹角的为55°～60°。

5.根据权利要求1所述的新能源汽车用非对称型永磁电机，其特征在于：所述永磁单元中，永磁槽内嵌置的磁钢有两个，并且该两个磁钢宽度相异，并且该两个磁钢分置于转子的磁极轴线的左右两侧，并且有b1>b2，b1为左磁钢的宽度，b2为右磁钢的宽度。

6.根据权利要求1所述的新能源汽车用非对称型永磁电机，其特征在于：所述永磁单元具有两个永磁槽，并且该两个永磁槽内均嵌置有磁钢，并且该两个永磁槽沿转子的径向从内至外间隔布设，并且转子的磁极轴线将外侧的永磁槽及外侧的磁钢对称的分为左右两半；

所述永磁单元中，内侧的永磁槽由三个槽段组成，其中的一个槽段为中部槽段，另两个槽段为侧部槽段，两个侧部槽段分置于中部槽段的左右两侧，转子的磁极轴线穿过中部槽段的中心，内侧的磁钢嵌置在中部槽段内，并且中部槽段与左侧部槽段相互贯通，中部槽段与右侧部槽段相互隔断，从而在中部槽段与右侧部槽段之间形成单边导磁桥。