纯电动汽车用水冷永磁磁阻同步电机转子结构的制作方法

本发明属于纯电动车驱动系统驱动电机技术领域，具体涉及一种纯电动汽车用水冷永磁磁阻同步电机转子结构。

背景技术：

纯电动汽车是当前汽车发展的新领域，尤其是对作为电动汽车核心的电驱动系统来说，其性能直接影响着整车性能，其中，电机又是电驱动系统的心脏，在电驱动系统研究中更是科研重点。纯电动汽车电机要求高功率密度和恒功率调速范围较大。永磁同步电机在转子上采用永磁体励磁，具有功率因数高、运行效率高、转矩性能好等特点，这些优点使其被广泛应用于电动汽车领域。

然而普通永磁同步电机弱磁效果不好，车用永磁电机使用的永磁体价格偏高，电机生产制造成本大，并且无法在高速下实现恒功率调速，究其原因，主要是普通永磁电机磁场难以调节，凸极率不够，无法进行有效弱磁，使电机性能下降。永磁电机永磁体在转子中还易出现漏磁，造成永磁体利用率逐渐降低的现象。虽然目前对永磁电机转子的研究在不断进行中，对永磁电机转子的结构不断进行改造，但仍然结构较复杂工艺较繁琐，不适合大批量生产。

有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种纯电动汽车用水冷永磁磁阻同步电机转子结构，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种纯电动汽车用水冷永磁磁阻同步电机转子结构，解决现有普通永磁电机磁场难以调节、凸极率不好、难以进行有效弱磁等问题。本发明采用的技术方案包括：

一种纯电动汽车用水冷永磁磁阻同步电机转子结构，包括转轴、套设在转轴上的转子本体和磁钢，所述转子本体上沿外圆周开设有数个磁功能单元，每个所述磁功能单元包括一个用于埋设所述磁钢的永磁单元、及相对称设置于永 磁单元两侧的用于提高电机凸极率的空心槽单元，其中，所述永磁单元由数个沿径向开设的条形槽组成，所述空心槽单元上开设有数量与条形槽数量相同的空心槽，相邻条形槽和空心槽之间的夹角α，90°＜α＜125°。

本发明进一步地，所述磁功能单元还包括独立空心槽，所述独立空心槽开设于永磁单元与所述转子本体外圆周之间。

本发明进一步地，所述空心槽与相邻条形槽之间的间隙范围为4～7mm。

本发明进一步地，所述空心槽为一字型，空心槽靠近所述条形槽的一端具有与条形槽端面平行的斜面。

本发明进一步地，相邻所述空心槽平行排列，相邻空心槽之间的距离为空心槽槽宽1.5倍。

本发明进一步地，所述条形槽为矩形结构，相邻条形槽平行排列，相邻条形槽之间的距离约为条形槽槽宽1.5倍。

本发明进一步地，数个所述条形槽排列形成等腰梯形，所述等腰梯形的对称轴延长线穿过所述转子本体的中心位置。

本发明进一步地，相邻条形槽之间的距离与相邻空心槽之间的距离相等。

本发明进一步地，包含六个所述磁功能单元，每个所述磁功能单元中包含数量为三的条形槽和数量为三的空心槽。

本发明进一步地，所述转轴为合金钢40Cr材质的实心圆钢柱。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：①本发明设计的纯电动汽车用水冷永磁磁阻同步电机转子结构，使用该转子结构的电机的凸极率达到10，能够进行有效弱磁；②且电机恒功率调速范围为额定转速2.5倍，解决了电动汽车要求的恒功率高效调速范围问题；③采用本发明转子结构的电机磁阻转矩约占总转矩的40％，有效提高了电机的过载能力；④本发明采用多层磁钢结构，磁钢两侧开槽不仅保证凸极率，而且槽数较多同时减轻了电机重量，提高了转子相应电机功率密度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明纯电动汽车用水冷永磁磁阻同步电机转子结构的主视图；

图2是图1的局部放大图；

图3是本发明纯电动汽车用水冷永磁磁阻同步电机转子结构的立体图；

图4是本发明纯电动汽车用水冷永磁磁阻同步电机转子结构的工作状态结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明纯电动汽车用水冷永磁磁阻同步电机转子结构的设计基于磁阻同步电机，磁阻同步电动机是利用转子磁阻不均匀而产生转矩的小功率同步电动机，其结构较简单、调速较方便，广泛应用于各行业。但是，现有磁阻同步电机电机功率密度较低，效率和功率因数都不高，无法满足本发明纯电动汽车技术领域中电动汽车高功率密度的要求。为增加磁阻同步电机功率密度，在转子中嵌入永磁体是简易可的行的方法。本发明人在此基础上，同时考虑到交轴磁路交联所有空心槽8，磁阻很大，直轴磁路交联空心槽8之间的间隙，磁阻较小，而电感反比于磁路的磁阻，因此直轴电感相对于交轴增大很多，凸极率也很高，本发明结构实现了高功率密度与高调速范围的完美统一。

参见图1至图3，本发明纯电动汽车用水冷永磁磁阻同步电机转子结构，包括转轴2、套设在转轴2上的转子本体1和磁钢3，转子本体1上沿外圆周开设有数个磁功能单元4，每个所述磁功能单元4包括一个用于埋设所述磁钢3的永磁单元6、及相对称设置于永磁单元6两侧的用于提高电机凸极率的空心槽单元5，其中，永磁单元6由数个沿径向开设的条形槽7组成，相应的，空心槽单元5上开设有数量与条形槽7数量相同的空心槽8，相邻条形槽7和空心槽8之间的夹角α，90°＜α＜125°。所有空心槽8均可用来提高电机凸极率，扩大电机调速范围，增强电机过载能力。

具体地如图2所示，图2为图1局部放大图，即磁功能单元4的放大图，磁功能单元4还包括独立空心槽9，独立空心槽9开设于永磁单元6与所述转子 本体1外圆周之间。独立空心槽9同样具有增强凸极率的作用。空心槽9与相邻条形槽7之间的间隙范围为4～7mm，不仅有利于增强凸极率，使电机能有效进行磁弱，而且经实验证明在上述间隙范围内，可以在保证转子结构强度前提下，实现电机调速范围和转矩最大化。优选地，空心槽8为一字型，空心槽8靠近所述条形槽7的一端具有与条形槽7端面平行的斜面。其中，相邻所述空心槽8平行排列，相邻空心槽8之间的距离约为空心槽8槽宽的1.5倍。

同样如图2所示，条形槽7为矩形结构，相邻条形槽7平行排列，相邻条形槽7之间的距离约为条形槽7槽宽1.5倍。数个所述条形槽7排列形成等腰梯形，等腰梯形的对称轴延长线穿过所述转子本体1的中心位置。条形槽7用以嵌入磁钢3，磁钢3嵌入条形槽7后，对条形槽7内注胶，保证每个嵌入在条形槽7内的磁钢3牢固稳定。优选地，相邻条形槽7之间的距离与相邻空心槽8之间的距离相等。如图1所示，本发明优选地，包含六个磁功能单元4，每个磁功能单元4中包含数量为三的条形槽7和数量为三的空心槽8。所述转轴2为合金钢40Cr材质的实心圆钢柱，以更好的适应电机的较高转速和较大转矩。

如图4所示，与本发明纯电动汽车用水冷永磁磁阻同步电机转子结构相配合的电机定子10，电机定子10套设在其铁心外径230mm，长度120mm，重量不高于50KG，转矩额定值130NM，最大转矩260NM，额定转速4000rpm，最大转速13000rpm，功率因数0.945，效率0.95，均高于相关国家标准。本发明工作时，将磁钢3嵌入在条形槽7内，再往条形槽7内注胶，将每个嵌入在条形槽7内的磁钢3固定，如图3所示，磁钢3与转子本体固定为一体。之后将转子本体1套设在转轴2上，将完成线圈绕组的电机定子10套设在转子本体1上，电机通电后电机定子10中形成磁场使转子本体1转动。

因此，本发明设计的纯电动汽车用水冷永磁磁阻同步电机转子结构，使用该转子结构的电机的凸极率达到10，能够进行有效弱磁，且电机恒功率调速范围为额定转速2.5倍，解决了电动汽车要求的恒功率高效调速范围问题。由于采用本发明转子结构的电机磁阻转矩约占总转矩的40％，有效提高了电机的过载能力。最后本发明采用多层磁钢结构，磁钢两侧开槽不仅保证凸极率，而且槽数较多同时减轻了电机重量，提高了转子相应电机功率密度。以上所述仅是本 发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。