磁钢转子及永磁同步电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及电机技术领域，特别涉及一种磁钢转子及永磁同步电机。
【背景技术】
[0002] 永磁同步电机是一种利用永磁体提供磁场的电机，其以高功率、高转矩密度，高效 率等优点，逐渐成为混合动力汽车和纯电动汽车中驱动电机的首选。
[0003] 在现有的永磁同步电机中，转子上的永磁体（如磁钢）一般采用表贴式结构或内 置式结构。其中，"内置式"永磁同步电机中的磁钢通常安装在转子冲片上的磁钢槽内。由 于"内置式"永磁同步电机可以通过转子的凸极效应产生的磁阻转矩，提高转矩水平，扩大 弱磁调速范围，降低低速大扭矩时的铜耗，因此，应用较为广泛。
[0004] 然而，转子的凸极效应还会引起齿槽转矩，并使永磁同步电机直、交轴（即d、q轴） 之间的电感差异增大，导致负载磁场谐波含量增大，甚至于引起负载时的转矩波动。这些因 素均会引起振动和噪声，增加乘客的不舒适感，而且还可能带来电机和控制器匹配的不便。
[0005] 为解决上述技术问题，现有通常采取以下三种方法：
[0006] 第一种方法是选用合理的极、槽配合，比如以丰田普锐斯为代表的多数车用驱动 电机均采用48槽8极的分布式绕组结构，以降低齿槽转矩；
[0007] 第二种方法是采用定子斜槽或转子分段斜极，降低转矩波动；如图1所示，转子1 上的磁极2在轴向上分成几段，并沿圆周方向错开一定的角度；
[0008] 第三种方法是在转子1上交轴q处设置一通孔3,并结合转子1外周上的凹槽4， 减小谐波含量和转矩波动，如图2~3所示。
[0009] 发明人发现，上述三种方法均存在一定的问题，具体如下：
[0010] 1)采用分布式绕组的永磁同步电机通常具有较长的绕组端部，此对于某些轴向空 间受限的整车结构并不适用；
[0011] 2)采用定子斜槽既会增加嵌线难度，又会增加漆包铜线的用量；而采用转子分段 斜极不但需要增加额外的工装夹具，而且会在相邻叠片组之间产生额外的漏磁，削弱了电 机性能，此只适用于分段数较多或轴向有效长度较长的永磁同步电机；由此，定子斜槽和转 子分段斜极均会带来驱动电机峰值特性的下降，若要保证驱动电机的性能，则需要增加轴 向长度，此会带来额外的材料成本和安装空间成本；不止于此，定子斜槽和转子分段斜极均 会在转子上产生周期性的轴向分力，增加轴承的失效概率，同时还会带来一定的噪声和振 动；
[0012] 3)采用在交轴q上开设通孔3,虽然避免了斜极和斜槽带来的工艺成本增加的问 题，而且也有效降低了谐波含量和转矩波动，但是，交轴q上孔的加工，需要在冲模上设置 相应的冲头，由于通孔3的直径一般很小，这样很容易造成冲头的磨损，甚至断裂，模具报 废率高，加工成本高。
[0013] 因此，有必要开发一种磁钢转子和永磁同步电机，以在不增加加工成本的基础上， 可以有效降低空载时反电势谐波和转矩波动等。 【实用新型内容】
[0014] 本实用新型的目的在于提供一种磁钢转子和永磁同步电机，以解决现有技术中在 降低永磁同步电机空载反电势谐波和转矩波动等时加工成本高的问题。
[0015] 为解决上述技术问题，本实用新型首先提供了一种磁钢转子，包括具有磁钢槽的 转子本体，所述磁钢槽邻近所述磁钢转子的交轴的内壁具有一向所述交轴的方向凸出的部 分，所述凸出的部分的横截面为圆弧形。
[0016] 可选的，在所述的磁钢转子中，所述凸出的部分的横截面为三分之二圆。
[0017] 可选的，在所述的磁钢转子中，所述转子本体的外周上设置有贯穿所述转子本体 两端的凹槽，所述凹槽的横截面为圆弧形，并且，所述凹槽的横截面的圆心位于所述交轴上 且在所述转子本体外。
[0018] 可选的，在所述的磁钢转子中，所述凹槽与所述转子本体的外周光滑过渡连接。
[0019] 可选的，在所述的磁钢转子中，所述磁钢槽邻近所述交轴的内壁上还设置有一向 内凹陷的部分。
[0020] 可选的，在所述的磁钢转子中，所述向内凹陷的部分的横截面为圆弧形。
[0021 ] 可选的，在所述的磁钢转子中，所述向内凹陷的部分与所述凸出的部分相连设置。
[0022] 可选的，在所述的磁钢转子中，所述向内凹陷的部分设置于所述凸出的部分远离 所述转子本体外周的一侧。
[0023] 可选的，在所述的磁钢转子中，所述凸出的部分的横截面的直径为所述交轴的磁 桥高度的15%~25%。
[0024] 可选的，在所述的磁钢转子中，所述凸出的部分的横截面的圆心到所述交轴的垂 直距离为所述交轴的磁桥高度的25%~35%，并且，所述凸出的部分的横截面的圆心在所 述交轴上的投影和所述交轴与所述转子本体外周的交点之间的直线距离为所述交轴的磁 桥高度的55%~65%。
[0025] 其次，本实用新型还提供了一种永磁同步电机，包括如上任意一项所述的磁钢转 子。
[0026] 可选的，在所述的永磁同步电机中，所述永磁同步电机还包括定子，所述磁钢转子 设置于所述定子内，其中，所述定子和磁钢转子之间具有一定的气隙，所述转子本体的外周 上设置有贯穿所述转子本体两端的凹槽，所述凹槽的横截面的圆心位于所述气隙中。
[0027] 可选的，在所述的永磁同步电机中，所述转子本体上设置有多对磁钢槽，每对磁钢 槽对称设置于同一交轴的两侧，并且每个磁钢槽邻近对应交轴的内壁上均设置有所述凸出 的部分。
[0028] 综上所述，本实用新型提供的磁钢转子和永磁同步电机，具有以下有益效果：
[0029] 1、本实用新型通过在磁钢槽邻近交轴的内壁上设置横截面为圆弧形的凸出的部 分，增大了交轴磁路的磁阻，减小了交轴的电感，从而消弱了磁钢转子的凸极效应，进而降 低了负载时的转矩波动；同时，由于永磁同步电机直轴和交轴之间的电感差异缩小，使得负 载磁场谐波含量变小，因此降低了空载反电势谐波；并且，凸出的部分的设置也破坏了磁钢 边角附近的漏磁路径，减小了漏磁通，增大了主磁通，从而补偿了由于直交轴之间电感差异 缩小而引起的磁阻转矩减小问题，这样，平衡了磁阻转矩；再则，所述凸出的部分设置在磁 钢槽上，便于与磁钢槽一体成型，而且仅通过传统的冲压设备即可加工形成具有凸出的部 分的磁钢槽，因而，无需增加易磨损的冲头，较大降低了加工成本；
[0030] 2、本实用新型的凸出的部分的横截面采用三分之二圆，更有效降低了转矩波动和 空载反电势谐波，抑制效果更好；
[0031] 3、本实用新型还通过在转子本体的外周上设置穿过交轴的凹槽，由于凹槽可以起 到干涉交轴磁路的作用，使得部分原本从定子和转子之间的气隙通过交轴磁桥进入转子的 磁通改变了路径，从而使得交轴磁桥两边的磁路饱和度增加，减小了磁导，这样一方面降低 了气隙磁密谐波的含量，另一方面气隙磁密含量的降低同时使得基波含量增加，从而气隙 磁密正弦度变好，削弱了由于定子开槽带来的齿槽效应，降低了齿槽转矩；
[0032] 4、本实用新型还配合在磁钢槽邻近交轴的内壁上设置了向内凹陷的部分，增大了 交轴磁桥的受力面积，改善了转子强度。
【附图说明】
[0033] 图1为现有的磁钢转子分段斜极的示意图；
[0034] 图2为现有的四分之一磁钢转子优化前的横截面示意图；
[0035] 图3为图2所示的四分之一转子优化后的横截面示意图；
[0036] 图4为本实用新型实施例的四分之一转子的横截面示意图；
[0037] 图5为图4所不四分之一转子A处的局部放大图；
[0038] 图6为现有的永磁同步电机的空载反电势谐波图；
[0039] 图7为本实用新型实施例的永磁同步电机的空载反电势谐波图；
[0040] 图8为现有的永磁同步电机和本实用新型实施例的永磁同步电机的齿槽转矩对 比图；
[0041] 图9为现有的永磁同步电机和本实用新型实施例的永磁同步电机的转矩波动对 比图。
[0042] 其中本实用新型实施例的附图标记说明如下：
[0043] 11-磁钢槽；12-转子本体；13-凸出的部分；14-凹槽；15-向内凹陷的部分； 16-定子。
【具体实施方式】
[0044] 为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图4~9对本实用新型 提出的磁钢转子及永磁同步电机作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的 形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
[0045] 图4为本实施例的四分之一转子的横截面示意图，图5为图4所示四分之一转子 A处的局部放大图。
[0046] 如图4~5所示，一种磁钢转子，包括具有磁钢槽11的转子本体12 (图中剖面线 填充示出），其中，所述磁钢槽11可用以容置一磁钢，以提供磁路，并且，所述磁钢槽11邻近 磁钢转子的交轴q的内壁具有横截面为圆弧形的凸出的部分13。通常的，所述转子本体12 上设置有多个磁钢槽11，每一交轴处对称设置有一对磁钢槽11，并且每个磁钢槽11邻近对 应交轴q的内壁上设置有一凸出的部分13。
[0047] 此处，关于交轴q，本领域人员熟知的是：在永磁同步电机控制中，为了能够得到 类似直流电机的控制特性，在电机转子上建立了一个坐标系，此坐标系与转子同步转动，并 取转子磁场方向为d轴（即直轴），而垂直于转子磁场方向为q轴（即交轴），以将电机的 数学模型转换到此坐标系下，可实现d轴和q轴的解耦，从而得到良好的控制特性。
[0048] 本实施例的磁钢转子采用在磁钢槽11邻近交轴q的内壁上设置横截面为圆弧形 的凸出的部分13,可使交轴q磁路的磁阻变大，交轴q的电感变小，从而消弱了转子的凸极 效应，降低了负载时的转矩波动。
[0049] 与此同时，由于直轴d和交轴q之间的电感差异变小，也使得负载磁场谐波含量变 小，这样降低了反电势谐波。
[0050] 而且，所述凸出的部分13也破坏了磁钢边角附近的漏磁路径，使得漏磁通减小， 主磁通增大，从而补偿了由于直交轴之间电感差异减小而引起的磁阻转矩减小问题，平衡 了磁阻转矩。
[0051] 再则，将凸出的部分13设置在磁钢槽11上，这样可与磁钢槽11 一体成型，并且仅 通过传统的冲压设备即可加工形成具有凸出的部分的磁钢槽，因而，无需增加易磨损的冲 头，较大降低了加工成本。
[0052] 本实施例中，所述凸出的部分13的横截面为凸圆形。更优选的，所述凸