永磁同步电机及其转子的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种永磁同步电机，为分数槽电机；所述电机的转子，包括一铁芯；所述铁芯，为圆柱形，铁芯内部绕轴线均匀设置有p个S极磁钢片、p个N极磁钢片，p为正整数；S极磁钢片同N极磁钢片相间隔排列；所述铁芯，在位于相邻S极磁钢片同N极磁钢片的中间处的外表面沿轴向设置有q轴表面槽。本发明还公开了一种永磁同步电机的转子。本发明的永磁同步电机及其转子，能有效降低负载工作时电机的转矩波动水平，尤其是中、高转矩区域内的转矩波动，而且结构简单，易于加工制造，成本低。
【专利说明】永磁同步电机及其转子
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电机，特别涉及一种永磁同步电机及其转子。
【背景技术】
[0002]永磁电机具有高转矩密度、高功率密度、高效率区广等优势，是混合动力、纯电动和燃料电池等新能源汽车用驱动电机的首选。尤其是对于内置磁钢的永磁同步电机，可以利用转子的凸极效应产生的磁阻转矩，可进一步提高转矩水平，扩大弱磁调速范围，提高转速。但是永磁转子也会带来齿槽转矩，加之磁饱和带来的非线性磁路等影响，永磁电机的反电势谐波含量丰富，负载时的转矩波动水平要比一般的异步电机和表面磁钢的永磁电机严重。这些还会造成一定的NVH(Noise、Vibration、Harshness,噪声、振动与声振粗糙度)，增加乘客的不舒适感，必须加以解决。
[0003]现有一种有效降低反电势谐波和齿槽转矩，减小转矩波动的方案，是选用合理的极槽配合。比如以丰田普锐斯(PRIUS)为代表的多数车用驱动电机都采用定子48槽(齿)，转子8极的方案，而以本田IMA为代表的ISG电机多采用3:2槽极数比例的集中绕组方案。
[0004]丰田PRIUS所用的一种48槽8极永磁同步电机如图1所示，由于定转子没有斜极，可以看到其反电势波形里有丰富的谐波含量，如图2所示。这不仅会增加铁损，对匹配控制时确定转子位置角也会造成一定的精度误差，同时会伴随有明显的齿槽转矩和转矩波动。
[0005]现有另一种有效降低谐波、齿槽转矩及转矩波动的方案，是通过定子斜槽或转子分段斜极的方法消除谐波含量和齿槽转矩，降低转矩波动，其工作原理相当于将多个电机沿轴向错开叠加，使得各段电机的齿槽转矩和趋近于零，反电势谐波相互抵消。但其存在以下缺陷:
[0006]一.定子斜槽或转子分段斜极要求在叠装定子冲片或转子叠片组时有定位工装，增大设备投入成本，降低整机制造的效率；
[0007]二.斜槽后的定子会增加下线难度，绕组的有效长度也会相应增长，增加铜线用量;
[0008]三.转子分段斜极会使得相邻叠片组间不同极性磁极距离缩短，极间漏磁增大，从而削弱电机的输出性能，尤其是对于斜极程度较大的电机，性能下降水平更加明显；
[0009]四.同样的电机，完全斜槽和斜极后电机的峰值转矩和功率都会下降10%左右，如果要达到原有的性能水平，相当于要增加10%的磁钢用量，目前永磁同步电机的磁钢主要是钕铁硼，受稀土价格的影响，磁钢一度占到整机成本的50%左右，磁钢用量对产品经济性影响敏感；
[0010]五.对于转子分段斜极，一般分段数> 3时，对齿槽转矩和转矩波动的削弱程度变化不大，即只要分段数不是做到无穷大，就无法达到定子斜槽的效果，而且有些特定的齿槽转矩不能被分段斜极的方法削弱；
[0011]六.对于ISG(Integrated Starter Generator,组合起动/发电机)等轴向长度比较短或槽数比较少的电机，斜槽或斜极实现起来有一定难度，而且端部漏磁带来的影响比例较大，由此带来的齿槽转矩等是无法通过斜槽或斜极有效削弱的；
[0012]七.斜槽或斜极都会在转子上产生一周期性的轴向分力，增加轴承的失效概率，使寿命缩短，还会增加轴向的NVH。
[0013]日产聆风(LEAF)所用的一种转子分段斜极永磁同步电机如图3所示，该转子分段斜极永磁同步电机可以显著的改善反电势波形，降低齿槽转矩和转矩波动，但对电机的峰值性能也会有所削弱，同时增加转子的制造复杂度。
【发明内容】
[0014]本发明要解决的技术问题是提供一种永磁同步电机及其转子，能有效降低负载工作时电机的转矩波动水平，尤其是中、高转矩区域内的转矩波动，而且结构简单，易于加工制造，成本低。
[0015]为解决上述技术问题，本发明提供的永磁同步电机，为分数槽电机；其转子包括一铁芯；所述铁芯，为圆柱形，铁芯内部绕轴线均匀设置有P个S极磁钢片、P个N极磁钢片，P为正整数；S极磁钢片同N极磁钢片相间隔排列；
[0016]所述铁芯，在位于相邻S极磁钢片同N极磁钢片的中间处的外表面沿轴向设置有q轴表面槽。
[0017]较佳的，所述铁芯，还在位于相邻S极磁钢片同N极磁钢片的中间处的内部沿轴向设置有内部孔。
[0018]较佳的，所述铁芯，还在每个磁钢片处的转子铁芯表面设置有两个d轴表面槽；
[0019]对应于一个磁钢片的两个d轴表面槽,对称分布于该磁钢片中心线的两侧；
[0020]对应于一个磁钢片的两个d轴表面槽的轴线间距，为永磁同步电机的定子齿的齿端宽度的90%到110%。
[0021 ] 较佳的，永磁同步电机为分数槽集中绕组永磁同步电机；
[0022]分数槽集中绕组永磁同步电机的每极每相槽数大于等于1/4并且小于等于1/2。
[0023]较佳的，所述分数槽集中绕组永磁同步电机的定子，有24个定子齿；
[0024]所述铁芯，内部绕轴线交替均匀设置有8个S极磁钢片和8个N极磁钢片。
[0025]较佳的，d轴表面槽的开口宽度，在永磁同步电机的定子齿的齿靴宽度的50%到150%之间；
[0026]d轴表面槽的深度，在气隙的20 %到80 %之间；
[0027]对应于一个磁钢片的两个d轴表面槽的轴线间距，为永磁同步电机的定子齿的齿端宽度的90%、100%或110%。
[0028]为解决上述技术问题，本发明提供的永磁同步电机的转子，包括一铁芯；所述铁芯，为圆柱形，铁芯内部绕轴线均匀设置有P个S极磁钢片、P个N极磁钢片，P为正整数；S极磁钢片同N极磁钢片相间隔排列；
[0029]所述铁芯，在位于相邻S极磁钢片同N极磁钢片的中间处的外表面沿轴向设置有q轴表面槽。
[0030]较佳的，所述铁芯，还在位于相邻S极磁钢片同N极磁钢片的中间处的内部沿轴向设置有内部孔。
[0031]较佳的，所述铁芯，还在每个磁钢片处的转子铁芯表面设置有两个d轴表面槽；[0032]对应于一个磁钢片的两个d轴表面槽，对称分布于该磁钢片中心线的两侧；
[0033]对应于一个磁钢片的两个d轴表面槽的轴线间距，为永磁同步电机的定子齿的齿端宽度的90%到110%。
[0034]较佳的，永磁同步电机为分数槽集中绕组永磁同步电机；
[0035]分数槽集中绕组永磁同步电机的每极每相槽数大于等于1/4并且小于等于1/2 ；
[0036]较佳的，所述分数槽集中绕组永磁同步电机的定子，有24个定子齿；
[0037]所述铁芯，内部绕轴线交替均匀设置有8个S极磁钢片和8个N极磁钢片。
[0038]较佳的，d轴表面槽的开口宽度，在永磁同步电机的定子齿的齿靴宽度的50%到150%之间；
[0039]d轴表面槽的深度，在气隙的20 %到80 %之间；
[0040]对应于一个磁钢片的两个d轴表面槽的轴线间距，为永磁同步电机的定子齿的齿端宽度的90%、100%或110%。
[0041]本发明的永磁同步电机，为分数槽电机，通过在其转子铁芯表面q轴处开槽，改变转子q轴磁路的形状，从而可以在总的合成转矩基本保持不变的情况下，使转矩波动大幅降低，降低负载工作时电机的转矩波动水平，尤其是中、高转矩区域内的转矩波动，结构简单，易于加工制造，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，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他的附图。
[0043]图1是现有一种48槽8极永磁同步电机示意图；
[0044]图2是图1所示永磁同步电机反电势波形示意图；
[0045]图3是现有一种转子分段斜极永磁同步电机示意图；
[0046]图4本发明的永磁同步电机转子实施例一示意图；
[0047]图5本发明的永磁同步电机转子实施例二示意图；
[0048]图6本发明的永磁同步电机转子实施例三示意图；
[0049]图7是齿靴宽度及气隙示意图；
[0050]图8A是转子不做处理的永磁同步电机的反电势示意图；
[0051]图8B是转子不做处理的永磁同步电机的齿槽转矩示意图；
[0052]图8C是转子不做处理的永磁同步电机的转矩波动示意图；
[0053]图9A是转子铁芯设有q轴表面槽和q轴内部孔后的永磁同步电机的反电势示意图；
[0054]图9B是转子铁芯设有q轴表面槽和q轴内部孔后的永磁同步电机的齿槽转矩示意图；
[0055]图9C是转子铁芯设有q轴表面槽和q轴内部孔后的永磁同步电机的转矩波动示意图；
[0056]图1OA是转子铁芯设有q轴表面槽和d轴表面槽后的永磁同步电机的反电势不意图；[0057]图1OB是转子铁芯设有q轴表面槽和d轴表面槽后的永磁同步电机的齿槽转矩示意图；
[0058]图1OC是转子铁芯设有q轴表面槽和d轴表面槽后的永磁同步电机的转矩波动示意图；
[0059]图1IA是转子铁芯设有q轴表面槽和q轴内部孔及d轴表面槽后的永磁同步电机的反电势示意图；
[0060]图1lB是转子铁芯设有q轴表面槽和q轴内部孔及d轴表面槽后的永磁同步电机的齿槽转矩示意图；
[0061]图1lC是转子铁芯设有q轴表面槽和q轴内部孔及d轴表面槽后的永磁同步电机的转矩波动示意图；
[0062]图12是开设d轴表面槽前后的气隙磁密幅值示意图。
【具体实施方式】
[0063]下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0064]实施例一
[0065]永磁同步电机，为分数槽电机；其转子如图4所示，包括铁芯I ;
[0066]所述铁芯1，为圆柱形，铁芯内部绕轴线均匀设置有P个S极磁钢片11、P个N极磁钢片11，P为正整数；S极磁钢片同N极磁钢片相间隔排列；
[0067]所述铁芯1，在位于相邻S极磁钢片同N极磁钢片的中间处(即转子q轴处)的外表面沿轴向设置有q轴表面槽12。
[0068]永磁同步电机的平均转矩T = P [(^iJ(Ld-Lq) idiq]，式中P为电机极对数，Φ?为永磁体基波磁场在定子绕组中产生的磁链，id为定子d轴电流，iq为定子q轴电流，Ld为定子绕组的d轴电感、Lq为定子绕组的q轴电感。永磁同步电机的转矩T主要由两部分构成，即由永磁材料励磁磁场和d轴电流作用产生的同步扭矩，和由于d轴、q轴磁路不对称造成的d轴电感Ld、q轴电感Lq不相等引起的磁阻转矩组成，磁阻转矩可提升永磁电机的转矩/电流密度，但同时往往会使得转矩波动大幅增加。
[0069]对于分数槽电机(即每极每相槽数为分数的电机，其每极每相槽数
【权利要求】
1.一种永磁同步电机,为分数槽电机；其转子包括一铁芯；所述铁芯，为圆柱形，铁芯内部绕轴线均匀设置有P个S极磁钢片、P个N极磁钢片，P为正整数；S极磁钢片同N极磁钢片相间隔排列；其特征在于， 所述铁芯，在位于相邻S极磁钢片同N极磁钢片的中间处的外表面沿轴向设置有q轴表面槽。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于， 所述铁芯，还在位于相邻S极磁钢片同N极磁钢片的中间处的内部沿轴向设置有内部孔。
3.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机，其特征在于， 所述铁芯，还在每个磁钢片处的转子铁芯表面设置有两个d轴表面槽； 对应于一个磁钢片的两个d轴表面槽，对称分布于该磁钢片中心线的两侧； 对应于一个磁钢片的两个d轴表面槽的轴线间距，为永磁同步电机的定子齿的齿端宽度的90%到110%。
4.根据权利要求3所述的永磁同步电机，其特征在于， 永磁同步电机为分数槽集中绕组永磁同步电机； 分数槽集中绕组永磁同步电机的每极每相槽数大于等于1/4并且小于等于1/2。
5.根据权利要求4所述的永磁同步电机，其特征在于， 所述分数槽集中绕组永磁同步电机的定子，有24个定子齿； 所述铁芯，内部绕轴线交替均匀设置有8个S极磁钢片和8个N极磁钢片。
6.根据权利要求3所述的永磁同步电机，其特征在于， d轴表面槽的开口宽度，在永磁同步电机的定子齿的齿靴宽度的50%到150%之间； d轴表面槽的深度，在气隙的20%到80%之间； 对应于一个磁钢片的两个d轴表面槽的轴线间距，为永磁同步电机的定子齿的齿端宽度的 90%、100%或 110%。
7.—种永磁同步电机的转子，包括一铁芯；所述铁芯，为圆柱形，铁芯内部绕轴线均匀设置有P个S极磁钢片、P个N极磁钢片，P为正整数；S极磁钢片同N极磁钢片相间隔排列；其特征在于， 所述铁芯，在位于相邻S极磁钢片同N极磁钢片的中间处的外表面沿轴向设置有q轴表面槽。
8.根据权利要求7所述的永磁同步电机的转子，其特征在于， 所述铁芯，还在位于相邻S极磁钢片同N极磁钢片的中间处的内部沿轴向设置有内部孔。
9.根据权利要求7或8所述的永磁同步电机的转子，其特征在于， 所述铁芯，还在每个磁钢片处的转子铁芯表面设置有两个d轴表面槽； 对应于一个磁钢片的两个d轴表面槽，对称分布于该磁钢片中心线的两侧； 对应于一个磁钢片的两个d轴表面槽的轴线间距，为永磁同步电机的定子齿的齿端宽度的90%到110%。
10.根据权利要求9所述的永磁同步电机的转子，其特征在于， 永磁同步电机为分数槽集中绕组永磁同步电机；分数槽集中绕组永磁同步电机的每极每相槽数大于等于1/4并且小于等于1/2。
11.根据权利要求10所述的永磁同步电机的转子，其特征在于， 所述分数槽集中绕组永磁同步电机的定子，有24个定子齿； 所述铁芯，内部绕轴线交替均匀设置有8个S极磁钢片和8个N极磁钢片。
12.根据权利要求9所述的永磁同步电机的转子，其特征在于， d轴表面槽的开口宽度，在永磁同步电机的定子齿的齿靴宽度的50%到150%之间； d轴表面槽的深度，在气隙的20%到80%之间； 对应于一个磁钢片的两个d轴表面槽的轴线间距，为永磁同步电机的定子齿的齿端宽度的 90%、100%或 110%。
【文档编号】H02K1/26GK103956873SQ201410169240
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】黄文祥, 韩明, 暴捷, 孔勇进, 蒋大千, 陈益辉, 石佳 申请人:联合汽车电子有限公司