分段斜极转子及永磁同步电机的制作方法

本发明涉及永磁同步电机领域，更具体地说，涉及一种分段斜极转子及永磁同步电机。

背景技术：

随着全球变暖以及能源危机的不断加剧，新能源汽车替代现有的燃油汽车已经成为必然的趋势。永磁同步电机由于高转矩密度、高效率、高功率密度等特点而成为新能源汽车驱动电机的首选。

由于永磁同步电机中的永磁铁不会根据电机的位置和状态更改磁性的强弱，所以在圆周方向运转过程中，磁铁的磁极会对定子齿和槽产生不同的吸引力，大小不同的吸引力将导致转子在旋转时转矩发生波动，这个波动会导致电机运转的振动和噪声，尤其对大功率的电机，此原因产生的振动和噪声尤为明显。即永磁同步电机因为永磁转子的特性产生的齿槽转矩将引起电机的振动和噪声。

为降低电机噪声和振动，需减小电机运转时的齿槽转矩。转子分段错极是减小齿槽转矩、转矩脉动，从而降低电磁振动的简单有效的措施之一。例如公开号为105305678A的中国专利申请，其提出了一种永磁同步电机分段斜极定位转子，转子采用内置径向式拓扑；公开号为105262302A的中国专利申请，其提出了一种转子斜极结构，转子仍采用内置径向式拓扑，转子轴向分段斜极，以降低齿槽转矩。

上述转子分段斜极，其基本思想是将转子轴向分为多段，每一段上的磁钢11错开一定角度，如图1所示(图1中的电机转子轴向分为4段，每一段错开一定角度)。该种措施简单易行，简化了结构工艺，但存在的问题是，转子呈单边倾斜，会产生一个轴向电磁分力，造成电机轴向窜动。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对上述转子分段错极在解决降噪的同时导致电机轴向窜动的问题，提供一种新的分段斜极转子及永磁同步电机。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种分段斜极转子，包括转轴和安装到所述转轴的转子铁芯，所述转子铁芯包括沿轴向相邻设置的第一铁芯段和第二铁芯段，且所述第一铁芯段和第二铁芯段分别包括沿轴向设置的多个铁芯单元；每一铁芯单元的外周设置有偶数个均匀分布的磁极且相邻磁极的磁化方向相反；从第一铁芯单元和第二铁芯单元的相接处开始，所述第一铁芯段中的相邻两个铁芯单元的同磁极中心线按第一旋转方向依次相差预设角度，所述第二铁芯段中的相邻两个铁芯单元的同磁极中心线按第二旋转方向依次相差预设角度，所述第一旋转方向和第二旋转方向相反。

在本发明所述的分段斜极转子中，所述第一铁芯段和第二铁芯段上的铁芯单元的数量相同，且所述第一铁芯段和所述第二铁芯段之间相邻的两个铁芯单元的同磁极中心线重合。

在本发明所述的分段斜极转子中，在所述转子铁芯的铁芯单元的总数n为偶数时，所述预设角度为4π·[n·LCM(Z,2p)]，其中Z为电机定子槽数，2p为转子磁极总数，LCM(Z，2p)为电机定子槽数和转子磁极总数的最小公倍数。

在本发明所述的分段斜极转子中，在所述转子铁芯的铁芯单元的总数n为奇数时，所述预设角度为4π·[(n-1)·LCM(Z，2p)]，其中Z为电机定子槽数，2p为转子磁极总数，LCM(Z，2p)为电机定子槽数和转子磁极总数的最小公倍数。

在本发明所述的分段斜极转子中，所述铁芯单元由硅钢片冲叠而成；所述铁芯单元上的每一磁极沿径向分为三层，且每一层包括磁钢、辅助空气槽和磁桥；同一磁极的三个磁钢的磁化方向相同。

本发明还提供一种永磁同步电机，包括机壳和位于机壳内的定子和分段斜极转子，所述分段斜极转子包括转轴和安装到所述转轴的转子铁芯，所述转子铁芯包括沿轴向相邻设置的第一铁芯段和第二铁芯段，且所述第一铁芯段和第二铁芯段分别包括沿轴向设置的多个铁芯单元；每一所述铁芯单元的外周设置有偶数个均匀分布的磁极且相邻磁极的磁化方向相反；从第一铁芯单元和第二铁芯单元的相接处开始，所述第一铁芯段中的相邻两个铁芯单元的同磁极中心线按第一旋转方向依次相差预设角度，所述第二铁芯段中的相邻两个铁芯单元的同磁极中心线按第二旋转方向依次相差预设角度，所述第一旋转方向和第二旋转方向相反。

在本发明所述的永磁同步电机中，所述第一铁芯段和第二铁芯段上的铁芯单元的数量相同，且所述第一铁芯段和所述第二铁芯段之间相邻的两个铁芯单元的同磁极中心线重合。

在本发明所述的永磁同步电机中，在所述转子铁芯的铁芯单元的总数n为偶数时，所述预设角度为4π·[n·LCM(Z，2p)]，其中Z为电机定子槽数，2p为转子磁极总数，LCM(Z，2p)为电机定子槽数和转子磁极总数的最小公倍数。

在本发明所述的永磁同步电机中，在所述转子铁芯的铁芯单元的总数n为奇数时，所述预设角度为4π·[(n-1)·LCM(Z，2p)]，其中Z为电机定子槽数，2p为转子磁极总数，LCM(Z，2p)为电机定子槽数和转子磁极总数的最小公倍数。

在本发明所述的永磁同步电机中，所述铁芯单元由硅钢片冲叠而成；所述铁芯单元上的每一磁极沿径向分为三层，且每一层包括磁钢、辅助空气槽和磁桥；同一磁极的三个磁钢的磁化方向相同。

本发明的分段斜极转子及永磁同步电机，通过使转子铁芯的各个铁芯单元的同磁极中心按镜面对称方式依次相错，在大大削弱齿槽转矩、转矩脉动从而降低电磁振动和噪音的同时，消除了轴向附加力，从而提高了永磁同步电机的可靠性。

附图说明

图1是现有永磁同步电机分段斜极转子的原理图。

图2是本发明分段斜极转子实施例的原理图。

图3是本发明分段斜极转子实施例的示意图。

图4是本发明分段斜极转子实施例的截面示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2-4所示，是本发明分段斜极转子实施例的示意图，该分段斜极转子可用作永磁同步电机的转子。本实施例中的分段斜极转子包括转轴27和安装到转轴27的转子铁芯28，与现有转子类似地，上述转子铁芯28可由硅钢片冲叠而成。当然，实际应用中，转子铁芯28也可由其他方式构成。

转子铁芯28包括沿轴向相邻设置的第一铁芯段22和第二铁芯段23，且该第一铁芯段22和第二铁芯段23分别包括沿轴向设置的多个铁芯单元；每一铁芯单元的外周设置有偶数个均匀分布的磁极21且相邻磁极21的磁化方向相反；从第一铁芯单元22和第二铁芯单元23的相接处开始(即图2中的中心线24)，第一铁芯段22中的相邻两个铁芯单元的同磁极中心线按第一旋转方向依次(即图2中的从右到左)相差(即错开)预设角度，第二铁芯段23中的相邻两个铁芯单元的同磁极中心线按第二旋转方向依次(即图2中的从左到右)相差预设角度，上述第一旋转方向和第二旋转方向相反，即在第一旋转方向为顺时针时，第二旋转方向为逆时针；在第一旋转方向为逆时针时，第二旋转方向为顺时针。

在实际应用中，转子铁芯28可仅由一个第一铁芯段22和一个第二铁芯段23构成，从而整个转子铁芯28的多个铁芯单元上的同一磁极21呈图2所示的形态；此外，转子铁芯28也可由多个第一铁芯段22和多个第二铁芯段23间隔设置构成，从而整个转子铁芯28的多个铁芯单元上的同一磁极21呈波浪形。

上述分段斜极转子通过使转子铁芯28的各个铁芯单元的同磁极中心按镜面对称方式依次相错，大大削弱齿谐波、齿槽转矩、转矩脉动从而降低电磁振动和噪音，同时，由于轴向对称扭斜，消除了轴向附加力以及由此引起的轴向窜动，进而延长轴承使用寿命，提高了永磁同步电机的可靠性。

特别地，上述第一铁芯段22和第二铁芯段23上的铁芯单元的数量相同，且第一铁芯段22和第二铁芯段23之间相邻的两个铁芯单元(即图2中221和231)的同磁极中心线重合。此时，转子铁芯28的铁芯单元的总数n(当转子铁芯28由第一铁芯段22和第二铁芯段23构成时，n为第一铁芯段22和第二铁芯段23中铁芯单元的总数)为偶数时，相应地预设角度可为4π·[n·LCM(Z,2p)]，其中Z为该转子所在的永磁同步电机定子槽数，2p为转子磁极总数，LCM(Z，2p)为电机定子槽数和转子磁极总数的最小公倍数。

而当转子铁芯28的铁芯单元的总数n(当转子铁芯28由第一铁芯段22和第二铁芯段23构成时，n为第一铁芯段22和第二铁芯段23中铁芯单元的总数)为奇数时，例如第一铁芯段22具有4个铁芯单元、第二铁芯端23具有3个铁芯单元，此时第二铁芯段23与第一铁芯段22的两个相邻的铁芯单元的同磁极中心线按第二旋转方向相差预设角度，而相邻铁芯单元上的同一磁极中心间的预设角度为4π·[(n-1)·LCM(Z，2p)]，其中Z为电机定子槽数，2p为转子磁极总数，LCM(Z，2p)为电机定子槽数和转子磁极总数的最小公倍数。

特别地，在一个具体应用中，上述转子铁芯28可采用96槽、16极结构，如图3所示，该转子铁芯28沿轴向平均分为8段，每一段转子铁芯构成一个铁芯单元，每一铁芯单元均由硅钢片冲叠而成，在每一铁芯单元上沿转子外圆均匀分布有16个磁极21。

特别地，上述铁芯单元上的每个磁极21沿转子径向由外至内分为三层结构，每一层由磁钢211、辅助空气槽213、磁桥212组成。同一磁极21的各层磁钢211均为相同的磁化方向，且各层磁钢沿径向呈平行布置。多层空气槽213及多层磁钢211可增大凸极比，也即增大了磁阻转矩分量的比例，从而提高电机转矩密度。

此外，每个磁极21最内层磁钢211与转轴27之间挖有减重孔25，以减轻转子铁芯28的重量。各铁芯单元可轴向叠压后通过螺栓26进行紧固。

上述分段斜极转子可直接应用于永磁同步电机。此时该永磁同步电机包括机壳和位于机壳内的定子和分段斜极转子(定子和分段斜极转子之间具有气隙)，分段斜极转子包括转轴和安装到所述转轴的转子铁芯，转子铁芯包括沿轴向相邻设置的第一铁芯段和第二铁芯段，且该第一铁芯段和第二铁芯段分别包括沿轴向设置的多个铁芯单元；每一铁芯单元的外周具有偶数个均匀分布的磁极且相邻磁极的磁化方向相反；从第一铁芯单元和第二铁芯单元的相接处开始，第一铁芯段中的相邻两个铁芯单元的同磁极中心线按第一旋转方向依次相差预设角度，第二铁芯段中的相邻两个铁芯单元的同磁极中心线按第二旋转方向依次相差预设角度，所述第一旋转方向和第二旋转方向相反。

在上述永磁同步电机中，第一铁芯段和第二铁芯段上的铁芯单元的数量可相同，此时第一铁芯段和第二铁芯段之间相邻的两个铁芯单元的同磁极中心线重合。相应地，该转子铁芯的铁芯单元的总数n为偶数，第一铁芯段或第二铁芯段中的相邻铁芯单元的同极性磁极中心线之间的预设角度可为4π·[n·LCM(Z，2p)]，其中Z为电机定子槽数，2p为转子磁极总数，LCM(Z，2p)为电机定子槽数和转子磁极总数的最小公倍数。

而在转子铁芯的铁芯单元的总数n为奇数时，第一铁芯段或第二铁芯段中的相邻铁芯单元的同极性磁极中心线之间的预设角度可为4π·[(n-1)·LCM(Z，2p)]，其中Z为电机定子槽数，2p为转子磁极总数，LCM(Z，2p)为电机定子槽数和转子磁极总数的最小公倍数。

上述铁芯单元由硅钢片冲叠而成；该铁芯单元上的每一磁极沿径向分为三层，且每一层包括磁钢、辅助空气槽和磁桥；同一磁极的三个磁钢的磁化方向相同。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。