电动汽车电机的低波动槽孔结合式永磁转子的制作方法
【专利摘要】一种电动汽车电机的低波动槽孔结合式永磁转子，涉及电机技术领域，所解决的是降低电机力矩波动的技术问题。该转子上开设有多个一字型永磁槽，及与各个一字型永磁槽一一对应的多个U型永磁槽，每个U型永磁槽都与对应的一字型永磁槽沿转子的径向由外至内依序布设；各个永磁槽内分别嵌置有磁钢；各个一字型永磁槽等分成A、B两类，并且各个A类永磁槽与各个B类永磁槽沿转子的周向交替布设，并且A类永磁槽的径向插入深度大于B类永磁槽的径向插入深度，一字型永磁槽的径向插入深度是指一字型永磁槽与转子轴心之间的最小间距。本实用新型提供的转子，特别适用于电动汽车使用。
【专利说明】
电动汽车电机的低波动槽孔结合式永磁转子
技术领域
[0001] 本实用新型涉及电机技术，特别是涉及一种电动汽车电机的低波动槽孔结合式永 磁转子的技术。
【背景技术】
[0002] 电动汽车是解决能源危机和环境污染的重要途径。电动汽车用驱动电机制约着中 国电动汽车的研发及其产业化进程。尤其在适用于电动汽车的高效能内置式永磁同步电机 方面，存在着功率密度低，高速恒功率范围窄、力矩波动大、过载能力低和可靠性差等缺陷， 难以满足要求。电动汽车用驱动电机制约着中国电动汽车的研发及其产业化进程。
[0003] 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。现有的降低电机力矩波动方法主要有分数槽法、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，这些方法各有利弊，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，但斜槽和斜极法对方波电机气隙磁感应强度平顶宽度有影 响，同时定子斜槽使生产工艺和结构复杂，使定子槽面积减小，降低出力，使铜耗增加，斜 槽和斜极两者均降低出力，并使电机的工艺和结构复杂，电机制造成本提高。 【实用新型内容】
[0004] 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、噪音的电动汽车电机的低波动槽孔结合 式永磁转子。
[0005] 为了解决上述技术问题，本实用新型所提供的一种电动汽车电机的低波动槽孔结 合式永磁转子，该转子上开设有多个一字型永磁槽，及多个u型永磁槽，每个一字型永磁槽 内都嵌置有一字型磁钢，每个U型永磁槽内都嵌置有三个布设成U形的一字型磁钢，所述一 字型永磁槽的数量与U型永磁槽的数量一致并且-对应，各个U型永磁槽围绕转子的轴心 对称布设，每个U型永磁槽都与对应的一字型永磁槽沿着转子的径向由外至内依序布设；
[0006] 其特征在于:各个一字型永磁槽等分成两类，其中的一类为A类永磁槽，另一类为B 类永磁槽，并且各个A类永磁槽与各个B类永磁槽沿转子的周向交替布设，并且各个A类永磁 槽的径向插入深度一致，各个B类永磁槽的径向插入深度一致，一字型永磁槽的径向插入深 度是指一字型永磁槽与转子轴心之间的最小间距；
[0007] 设A类永磁槽的径向插入深度为Rl，B类永磁槽的径向插入深度为R2，则有R1 >R2。 [0008] 进一步的，设转子的半径为R，则R1/R在0.75至0.8之间，R2/R在0.65至0.7之间。
[0009] 进一步的，在转子上开设有多个椭圆形的调节孔，所述调节孔的数量与一字型永 磁槽的数量一致;并且，在每个A类永磁槽与其对应的U型永磁槽之间都有一个调节孔，在每 个B类永磁槽的外侧都有一个调节孔，每个调节孔都由转子的磁极轴线分为对称的两半。
[0010] 进一步的，每个一字型永磁槽都与其对应的U型永磁槽组成一个双层永磁槽组，在 转子的径向截面中，每个双层永磁槽组都由转子的磁极轴线分为对称的两半。
[0011] 本实用新型提供的电动汽车电机的低波动槽孔结合式永磁转子，采用相邻一字型 永磁槽的径向插入深度不等的方式获得定子铁心斜槽、转子永磁磁极斜极或者定转子间采 用不均匀气隙等工艺和结构复杂的同样效果，使d轴(磁极轴线)与q轴(相邻磁极中心线）的 径向力趋于平衡，能有效地消除齿槽效应，降低齿槽引起的力矩波动，从而能降低机械振 动、噪音和反电势谐波，减少铁心损耗，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】
[0012] 图1是本实用新型实施例的电动汽车电机的低波动槽孔结合式永磁转子的径向截 面图；
[0013] 图2是采用了本实用新型实施例的电动汽车电机的低波动槽孔结合式永磁转子的 额定输出功率均为46KW的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。
【具体实施方式】
[0014] 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。
[0015] 如图1所示，本实用新型实施例所提供的一种电动汽车电机的低波动槽孔结合式 永磁转子，该转子1上开设有多个一字型永磁槽2，及多个U型永磁槽5，每个一字型永磁槽2 内都嵌置有一字型磁钢3，每个U型永磁槽5内都嵌置有三个布设成U形的一字型磁钢3，所述 一字型永磁槽2的数量与U型永磁槽5的数量一致并且--对应，各个U型永磁槽5围绕转子 的轴心对称布设，每个U型永磁槽5都与对应的一字型永磁槽2沿着转子的径向由外至内依 序布设；
[0016] 其特征在于:各个一字型永磁槽2等分成两类，其中的一类为A类永磁槽，另一类为 B类永磁槽，并且各个A类永磁槽与各个B类永磁槽沿转子的周向交替布设，并且各个A类永 磁槽的径向插入深度一致，各个B类永磁槽的径向插入深度一致，一字型永磁槽2的径向插 入深度是指一字型永磁槽2与转子轴心之间的最小间距；
[0017] 设A类永磁槽的径向插入深度为Rl，B类永磁槽的径向插入深度为R2，则有R1 >R2; 设转子1的半径为R，则R1/R在〇. 75至0.8之间，R2/R在0.65至0.7之间。
[0018] 本实用新型实施例中，在转子上开设有多个椭圆形的调节孔4,所述调节孔4的数 量与一字型永磁槽2的数量一致;并且，在每个A类永磁槽与其对应的U型永磁槽之间都有一 个调节孔4，在每个B类永磁槽的外侧都有一个调节孔4，每个调节孔4都由转子1的磁极轴线 分为对称的两半。
[0019] 本实用新型实施例中，每个一字型永磁槽2都与其对应的U型永磁槽组成一个双层 永磁槽组，在转子1的径向截面中，每个双层永磁槽组都由转子1的磁极轴线分为对称的两 半。
[0020] 本实用新型实施例中，相邻的一字型永磁槽的径向插入深度不等，磁钢越贴近转 子转子外缘(即增加 R1或R2)，电机输出力矩也越大，但齿槽力矩和力矩波动也会随之增加， 因此调节A类永磁槽及B类永磁槽的径向插入深度R1、R2的差值，及R1、R2与转子半径R的比 值，可以有效降低电机噪音和力矩波动，并且还可以通过调节各个调节孔的椭圆长轴与椭 圆短轴的长度比值来控制磁通经极靴时的磁路饱和程度，从而能调节有效磁通变化，减小 齿槽基波和高次谐波力矩幅值，从而能进一步的降低齿槽引起的力矩波动。
[0021]本实用新型实施例中，由于采用了一字型磁极与U型磁极的组合，不但具有切向充 磁的并联磁钢，而且又有两块径向充磁的串联磁钢，从而具有串并联的混联磁路，此结构具 有显著的聚磁、改善气隙磁场波形、降低转矩波动、抑制静态和动态电枢反应作用，磁钢磁 力线向极靴(磁极)靠近，并汇聚于磁极中心形成一个极，使气隙磁密增加，由于电机参数和 尺寸一定时，力矩与气隙磁密成正比，从而能提高电机过载能力和功率密度，使电机小型轻 量化；内置式永磁转子为典型的凸极结构，凸极效应(凸极率)显著，交轴电感Lq大于直轴电 感Ld(即Lq>Ld)，使电机在永磁转矩的基础上迭加了磁阻转矩，磁阻转矩的存在有助于提 高电机的起动特性、过载能力和功率密度，易于弱磁调速，扩大恒功率范围运行，电机的转 矩公式可用下式表示：
[0023]式中，Γ为电机的转矩，P为磁极对数，供^为磁链，'为交轴电流，&为直轴电 流，%为交轴电感，_为直轴电感；
[0024]式中，为电磁转矩，(:.?):,..?.为磁阻转矩；
[0025] 从电机的转矩公式可以看出，电枢电流一定时，永磁电机的磁阻转矩与同步电感 差值(Lq-Ld)成正比，U型磁极的永磁转子电机的同步电感差值要大于一字型磁极的永磁转 子电机及V型磁极的永磁转子电机，能显著提高电动汽车驱动电机的弱磁扩速能力。
[0026] 本实用新型实施例获得了与定子铁心斜槽、转子永磁磁极斜极或者定转子间采用 不均匀气隙等工艺和结构复杂的措施同样的效果，减小了气隙磁导的变化，从而减小了当 转子旋转时气隙磁场储能的变化，使d轴与q轴径向力趋于平衡，削弱了磁阻力矩（即齿槽力 矩)这一电动汽车驱动系统中致命缺陷，抑制了齿槽引起的力矩波动，能显著减小转子高速 运行时的噪音、机械振动和定子铁心变形，特别是可显著减小反电势谐波分量，能有效降低 反电势总谐波失真THD(Total Harmonic Distortion)，有利于电机频繁启动，能提高效率、 过载能力和功率密度。
[0027] 图2是采用了本实用新型实施例的电动汽车电机的低波动槽孔结合式永磁转子的 额定输出功率均为46KW的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；
[0028] 如图2所示，采用了本实用新型实施例的转子的电机相比现有内置式一字型永磁 同步电机，输出功率、电流、效率和力矩波动均有明显改善，电机径向力趋于平衡，能降低机 械振动，可显著减小转子高速运时的离心力，有利于电机频繁启动，提高过载能力，有效提 高电机的综合性能，能满足电动汽车驱动要求，实现高功率密度、低噪、低力矩波动、宽调速 小型轻量化和平稳运行等特点。
【主权项】
1. 一种电动汽车电机的低波动槽孔结合式永磁转子，该转子上开设有多个一字型永磁 槽，及多个U型永磁槽，每个一字型永磁槽内都嵌置有一字型磁钢，每个U型永磁槽内都嵌置 有三个布设成U形的一字型磁钢，所述一字型永磁槽的数量与U型永磁槽的数量一致并且一 一对应，各个U型永磁槽围绕转子的轴心对称布设，每个U型永磁槽都与对应的一字型永磁 槽沿着转子的径向由外至内依序布设； 其特征在于:各个一字型永磁槽等分成两类，其中的一类为A类永磁槽，另一类为B类永 磁槽，并且各个A类永磁槽与各个B类永磁槽沿转子的周向交替布设，并且各个A类永磁槽的 径向插入深度一致，各个B类永磁槽的径向插入深度一致，一字型永磁槽的径向插入深度是 指一字型永磁槽与转子轴心之间的最小间距； 设A类永磁槽的径向插入深度为Rl，B类永磁槽的径向插入深度为R2，则有R1>R2。2. 根据权利要求1所述的电动汽车电机的低波动槽孔结合式永磁转子，其特征在于:设 转子的半径为R，则R1/R在〇. 75至0.8之间，R2/R在0.65至0.7之间。3. 根据权利要求1所述的电动汽车电机的低波动槽孔结合式永磁转子，其特征在于:在 转子上开设有多个椭圆形的调节孔，所述调节孔的数量与一字型永磁槽的数量一致;并且， 在每个A类永磁槽与其对应的U型永磁槽之间都有一个调节孔，在每个B类永磁槽的外侧都 有一个调节孔，每个调节孔都由转子的磁极轴线分为对称的两半。4. 根据权利要求1所述的电动汽车电机的低波动槽孔结合式永磁转子，其特征在于:每 个一字型永磁槽都与其对应的U型永磁槽组成一个双层永磁槽组，在转子的径向截面中，每 个双层永磁槽组都由转子的磁极轴线分为对称的两半。
【文档编号】H02K1/27GK205725213SQ201620537547
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】林德芳
【申请人】上海特波电机有限公司