本发明涉及电机设备技术领域，具体而言，涉及一种转子结构、永磁辅助同步磁阻电机及电动汽车。
背景技术：
现有的永磁辅助同步磁阻电机为了增加转子的机械强度，通常会在转子上设置转子连接孔，并在连接孔中放置铆钉或螺钉等结构加强杆。通常转子连接孔有两种布置方式，一种是转子连接孔的位置位于磁钢槽与轴孔之间，但当转子高速旋转时，转子容易变形的区域是磁钢槽外侧的区域，这种底部转子连接孔在抑制转子变形上效果较差。另一种转子连接孔是设置方式是放置在磁钢槽的最外侧区域，可以有效的减少转子这一区域的变形，但这方式容易阻挡永磁体的磁力线进入定子，会导致电机效率降低等问题。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种转子结构、永磁辅助同步磁阻电机及电动汽车，以解决现有技术中转子易变形、电机效率低的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种转子结构，包括：转子本体，转子本体上设置有磁钢槽组，磁钢槽组包括外层磁钢槽和内层磁钢槽，外层磁钢槽与内层磁钢槽之间形成导磁通道，导磁通道上开设有连接孔。
进一步地，导磁通道的靠近转子本体的外边沿处的宽度为DT1，导磁通道的靠近转子本体的转轴孔14处的宽度为DT2，连接孔的直径为DK，其中，(DT1+DK)≤DT2。
进一步地，1.3×DT1≤DT2。
进一步地，外层磁钢槽包括：第一外层磁钢槽，第一外层磁钢槽位于转子本体的直轴的第一侧，第一外层磁钢槽的第一端朝向转子本体的转轴孔14处延伸并逐渐靠近转子本体的直轴设置，第一外层磁钢槽的第二端朝向转子本体的外边沿延伸并逐渐远离转子本体的直轴设置；第二外层磁钢槽，第二外层磁钢槽位于与转子本体的直轴的第一侧相对的第二侧，第二外层磁钢槽的第一端朝向转子本体的转轴孔14处延伸并逐渐靠近转子本体的直轴设置，第二外层磁钢槽的第二端朝向转子本体的外边沿延伸并逐渐远离转子本体的直轴设置。
进一步地，第一外层磁钢槽的第一端与第二外层磁钢槽的第一端相连通。
进一步地，外层磁钢槽还包括：空气槽，空气槽的第一端与第一外层磁钢槽的第一端相连通，空气槽的第二端与第二外层磁钢槽的第一端相连通。
进一步地，外层磁钢槽还包括：第一折槽，第一折槽的第一端与第一外层磁钢槽的第二端相连通，第一折槽的第二端朝向转子本体的外边沿延伸并逐渐远离转子本体的直轴设置，第一折槽的几何中心线与第一外层磁钢槽的几何中心线具有第一夹角。
进一步地，第一折槽的第一端至第一折槽的第二端的宽度逐渐减小。
进一步地，第一折槽的靠近转子本体的直轴的一侧的侧壁末端至第一外层磁钢槽的远离转子本体的直轴的一侧的侧壁的延长线的距离为Ga，其中，Ga＝N×g，g为定子与转子之间的气隙长度，N为整数。
进一步地，外层磁钢槽还包括：第二折槽，第二折槽的第一端与第二外层磁钢槽的第二端相连通，第二折槽的第二端朝向转子本体的外边沿延伸并逐渐远离转子本体的直轴设置，第二折槽的几何中心线与第一外层磁钢槽的几何中心线具有第二夹角。
进一步地，转子结构还包括：永磁体，永磁体为多个，多个永磁体分别设置于第一外层磁钢槽、第二外层磁钢槽和内层磁钢槽内。
进一步地，设置于第一外层磁钢槽和第二外层磁钢槽内的永磁体的长度为L，设置于第一外层磁钢槽和第二外层磁钢槽内的永磁体之间的最大宽度为C，其中，0.8×C≤L。
进一步地，设置于第一外层磁钢槽内的永磁体，该永磁体的靠近转子本体的直轴一侧且靠近转子本体的边沿处的侧壁，与转子本体的转轴孔14的连线与转子本体的直轴之间形成有第三夹角α1，设置于内层磁钢槽内的永磁体，该永磁体的靠近转子本体的直轴一侧且靠近转子本体的边沿处的侧壁，与转子本体的转轴孔14的连线与转子本体的直轴之间形成有第四夹角α2，其中，1.5×(sinα1/sinα2)≤S1/S2≤1.8×(sinα1/sinα2)，S1为设置于第一外层磁钢槽和第二外层磁钢槽内的永磁体的靠近转子本体的直轴一侧的表面积之和，S2为设置于内层磁钢槽内的永磁体的靠近转子本体的直轴一侧的表面积。
进一步地，空气槽的靠近转子本体的边沿的侧壁的中点至转子本体的边沿处的连线的中点为P，以转子本体的转轴孔14至点P的距离作为半径，并沿转子本体的周向作圆弧，与圆弧相交处的永磁体的厚度总和为M1，圆弧的周长为C1，其中，M1/C1＝T2，55％≤T2≤65％。
进一步地，导磁通道的宽度沿转子本体的径向方向向外逐渐减小。
进一步地，外层磁钢槽和内层磁钢槽中的至少一个为多个。
进一步地，内层磁钢槽呈U形结构，内层磁钢槽的弧形部朝向转子本体的转轴孔14处凸出地设置。
根据本发明的另一方面，提供了一种永磁辅助同步磁阻电机，包括转子结构，转子结构为上述的转子结构。
根据本发明的另一方面，提供了一种电动汽车，包括转子结构，转子结构为上述的转子结构。
应用本发明的技术方案，通过在外层磁钢槽与内层磁钢槽之间形成导磁通道上开设连接孔，有效减少了转子高速旋转时的变形，又可以避免转子连接孔对磁通的阻挡，提高了电机的效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了现有转子结构的实施例的剖视结构示意图；
图2示出了根据本发明的转子结构的实施例一的剖视结构示意图；
图3示出了根据本发明的转子结构的实施例二的剖视结构示意图；
图4示出了根据本发明的转子结构的实施例三的剖视结构示意图；
图5示出了根据本发明的转子结构的实施例四的剖视结构示意图；
图6示出了根据本发明的转子结构的实施例五的剖视结构示意图；
图7示出了转子结构的永磁体厚度占比与转矩关系的示意图；
图8示出了转子结构的内、外层磁钢槽面积比值对磁链影响示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、转子本体；
11、外层磁钢槽；111、第一外层磁钢槽；112、第二外层磁钢槽；113、空气槽；114、第一折槽；115、第二折槽；
12、内层磁钢槽；13、导磁通道；131、连接孔；14、转轴孔；
20、永磁体；
30、定子；31、绕组。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
结合图2至图8所示，根据本发明的实施例，提供了一种转子结构。
具体地，该转子结构包括转子本体10，转子本体10上设置有磁钢槽组，磁钢槽组包括外层磁钢槽11和内层磁钢槽12，外层磁钢槽11与内层磁钢槽12之间形成导磁通道13，导磁通道13上开设有连接孔131。
在本实施例中，通过在外层磁钢槽11与内层磁钢槽12之间形成导磁通道13上开设连接孔131，有效减少了转子高速旋转时的变形，又可以避免转子连接孔对磁通的阻挡，提高了电机的效率。
如图2所示，导磁通道13的靠近转子本体10的外边沿处的宽度为DT1，导磁通道13的靠近转子本体10的转轴孔14处的宽度为DT2，连接孔131的直径为DK，其中，(DT1+DK)≤DT2。这样设置可以有效缓解导磁通道13放置连接孔131这一区域的磁饱和，提升电机的q轴电感，增大电机的磁阻转矩。
进一步地，1.3×DT1≤DT2。这样设置可以有效缓解导磁通道13放置连接孔131这一区域的磁饱和，提升电机的q轴电感，增大电机的磁阻转矩。
在本实施例中，外层磁钢槽11包括第一外层磁钢槽111和第二外层磁钢槽112。第一外层磁钢槽111位于转子本体10的直轴的第一侧，直轴为d轴，第一外层磁钢槽111的第一端朝向转子本体10的转轴孔14处延伸并逐渐靠近转子本体10的直轴设置，第一外层磁钢槽111的第二端朝向转子本体10的外边沿延伸并逐渐远离转子本体10的直轴设置。第二外层磁钢槽112位于与转子本体10的直轴的第一侧相对的第二侧，第二外层磁钢槽112的第一端朝向转子本体10的转轴孔14处延伸并逐渐靠近转子本体10的直轴设置，第二外层磁钢槽112的第二端朝向转子本体10的外边沿延伸并逐渐远离转子本体10的直轴设置。这样设置可以更好的引导定子磁力线更均匀的进入各导磁通道。
其中，第一外层磁钢槽111的第一端与第二外层磁钢槽112的第一端相连通。这样设置可以更好的导通磁力线。
在本实施例中，外层磁钢槽11还包括空气槽113，空气槽113的第一端与第一外层磁钢槽111的第一端相连通，空气槽113的第二端与第二外层磁钢槽112的第一端相连通。样设置可以使得磁力线的引导效果更佳，获得更大的q轴电感。
在本实施例中，外层磁钢槽11还包括第一折槽114，第一折槽114的第一端与第一外层磁钢槽111的第二端相连通，第一折槽114的第二端朝向转子本体10的外边沿延伸并逐渐远离转子本体10的直轴设置，第一折槽114的几何中心线与第一外层磁钢槽111的几何中心线具有第一夹角。设置磁钢槽折槽部分的夹角，可以更加有效的引导定子30的q轴磁链线更均匀的进入各导磁通道，增大电机的q轴电感，提升电机的磁阻转矩。
进一步地，第一折槽114的第一端至第一折槽114的第二端的宽度逐渐减小。这样设置可以使得磁力线的引导效果更佳，获得更大的q轴电感。
如图4所示，第一折槽114的靠近转子本体10的直轴的一侧的侧壁末端至第一外层磁钢槽111的远离转子本体10的直轴的一侧的侧壁的延长线的距离为Ga，其中，Ga＝N×g，g为定子与转子之间的气隙长度，N为整数。这样设置可以有效减少气隙的谐波磁场含量，降低电机的谐波损耗和转矩脉动。
在本实施例中，外层磁钢槽11还包括第二折槽115，第二折槽115的第一端与第二外层磁钢槽112的第二端相连通，第二折槽115的第二端朝向转子本体10的外边沿延伸并逐渐远离转子本体10的直轴设置，第二折槽115的几何中心线与第一外层磁钢槽111的几何中心线具有第二夹角。这样设置可以使得磁力线的引导效果更佳，获得更大的q轴电感。
在本实施例中，转子结构还包括永磁体20，永磁体20为多个，多个永磁体20分别设置于第一外层磁钢槽111、第二外层磁钢槽112和内层磁钢槽12内。可以更好的引导定子磁力线更均匀的进入各导磁通道。
其中，设置于第一外层磁钢槽111和第二外层磁钢槽112内的永磁体20的长度为L，设置于第一外层磁钢槽111和第二外层磁钢槽112内的永磁体20之间的最大宽度为C，其中，0.8×C≤L。这样设置可以在相同的转子内放置更多的永磁体，提升电机的效率和抗退磁能力。
在本实施例中，设置于第一外层磁钢槽111内的永磁体20，该永磁体20的靠近转子本体10的直轴一侧且靠近转子本体10的边沿处的侧壁，与转子本体10的转轴孔14的连线与转子本体10的直轴之间形成有第三夹角α1，设置于内层磁钢槽12内的永磁体20，该永磁体20的靠近转子本体10的直轴一侧且靠近转子本体10的边沿处的侧壁，与转子本体10的转轴孔14的连线与转子本体10的直轴之间形成有第四夹角α2，其中，1.5×(sinα1/sinα2)≤S1/S2≤1.8×(sinα1/sinα2)，S1为设置于第一外层磁钢槽111和第二外层磁钢槽112内的永磁体20的靠近转子本体10的直轴一侧的表面积之和，S2为设置于内层磁钢槽12内的永磁体20的靠近转子本体10的直轴一侧的表面积。通过将外层永磁体的排布形状以及内、外层永磁体厚度比值的设置，可以更好的调整永磁体的工作点，使得内、外层永磁的平均工作电机更高。
在本实施例中，空气槽113的靠近转子本体10的边沿的侧壁的中点至转子本体10的边沿处的连线的中点为P，以转子本体10的转轴孔14至点P的距离作为半径，并沿转子本体10的周向作圆弧，与圆弧相交处的永磁体20的厚度总和为M1，圆弧的周长为C1，其中，M1/C1＝T2，55％≤T2≤65％。这样设置既可以保证永磁体工作点较高，获得较大的抗退磁能力和较高的电机空载磁链，又可以使得电机获得较大的交、直轴电感差值，提升电机的磁阻转矩。
在本实施例中，导磁通道13的宽度沿转子本体10的径向方向向外逐渐减小。这样设置使得定子30的磁力线更多的进入导磁通道，可以使得转子获得更大的磁阻转矩，进而提高转子的工作效率。
其中，外层磁钢槽11和内层磁钢槽12中的至少一个为多个。这样设置可以使得转子获得更大的磁阻转矩，进而提高转子的工作效率。
在本实施例中，内层磁钢槽12呈U形结构，内层磁钢槽12的弧形部朝向转子本体10的转轴孔14处凸出地设置。这样设置可以进一步调节各导磁通道的磁力线分布，减少局部饱和。
上述实施例中的转子结构还可以用于电机设备技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种永磁辅助同步磁阻电机。该电机包括转子结构。转子结构为上述实施例中的转子结构。
上述实施例中的转子结构还可以用于车辆设备技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种电动汽车，包括转子结构，转子结构为上述的转子结构。
如图1所示，现有的永磁辅助同步磁阻电机为了增加转子的机械强度，通常会在转子上设置连接孔，并在连接孔中放置铆钉或螺钉等结构加强杆。通常转子连接孔有两种布置方式，一种是转子连接孔的位置位于磁钢槽与轴孔之间，如图1中的底部转子连接孔，但当转子高速旋转时，转子容易变形的区域是磁钢槽外侧的区域，这种底部转子连接孔在抑制转子变形上效果较差。另一种转子连接孔是设置方式是放置在磁钢槽的最外侧区域，可以有效的减少转子这一区域的变形，但这容易阻挡永磁体的磁力线进入定子，会导致电机效率降低。
为此，本发明提出一种具有全新的转子连接孔布置方式的电机，电机包含定子和转子，定子包含定子铁芯及其嵌入的定子绕组31，转子上含有磁钢槽以及放置在槽中的永磁体，转子同一个磁极上包含多层永磁体，本方案多层是指层数大于等于2，同一磁极内的永磁体朝定子方向具有相同的极性，磁钢槽具朝转子内侧凸起的形状，磁钢槽的两端靠近转子外圆，磁钢槽的中心靠近转子内侧。同一磁极内任意两个相邻磁钢槽之间形成导磁通道，导磁通道在靠近转子底部存在厚度加大区域，在此区域中放置有转子连接孔，具体如图2和图3所示。通过将转子连接孔设置在导磁通道底部，可以有效减少转子高速旋转时的变形，有可以避免转子连接孔对磁通的阻挡，提高了电机的效率。
在本实施例中，通过将导磁通道13加厚区域的厚度DT2设置成不小于1.3倍导磁通道靠近转子外圆处的宽度DT1，或者导磁通道宽度DT2不小于导磁通道宽度DT1与连接孔直径DK之和，可以有效缓解导磁通道放置转子连接孔这一区域的磁饱和，提升电机的q轴电感，增大电机的磁阻转矩。
其中，放置转子连接孔的导磁通道相邻且靠近转子中心一侧的磁钢槽底部具有朝转子内侧凸起的弧形。通过将磁钢槽设置成弧形，可以在形成相同导磁通道宽度DT2条件下，放置更多的永磁体，提升电机空载磁链。
其中，放置转子连接孔的导磁通道相邻且靠近转子外侧的磁钢槽大致程V型，可以更容易形成厚度较大的导磁通道宽度DT2。
如图4所示，以转子最内层永磁体为第一层，从内朝外计算的第二层磁钢槽的末端具有一段朝内层磁钢槽末端方向偏转的转折。
如图5所示，研究发现电机定子通入三相对称的交流电时，定子各个齿上的磁力线并不均匀，越靠近分界线的位置，定子齿上的磁力线越多。
进一步地，q轴磁链线分别从定子齿进入转子的3个导磁通道，导磁通道f3是由两个相邻磁极的最内层磁钢槽之间形成，导磁通道f2是由最内层磁钢槽和第二层磁钢槽之间形成，导磁通道f1是第二层磁钢槽到转子外圆之间的导磁区域形成，由于磁力线在定子齿上的不均匀分布，进入导磁通道f3的磁力线最多，进入导磁通道f1的磁力线最少，导磁通道f3和导磁通道f2的磁路较为饱和，当电机负载较重时，电机的q轴电感会大幅度下降，影响电机的磁阻转矩利用。尤其是采用铁氧体的永磁辅助同步磁阻电机，为了提升电机的效率和抗退磁能力，永磁体较厚，导磁通道的宽度很难增加时，这一现象变得更为严重。为此，本方案提出了导磁通道末端朝内层永磁体方向偏转的转折，该电机的q轴磁力线f分布示意图如图7所示。通过在导磁通道末端设置一段朝内层磁钢槽末端偏转的转折，可以有效引导定子q轴磁力线f的走向，将原来进入高磁饱和区域的磁力线，如图中进入磁通道f2的磁力线，改为进入低磁饱和区域，如图中的磁通道f1，在相同的激磁电流下产生了更多的磁通，提高了电机的q轴电感，增大了电机的磁阻转矩，提高了电机的效率和功率密度。
在本实施例中，转折后的第二层磁钢槽末端边线的靠近外侧的端点与转折前的第二层磁钢槽末端边线的靠近内侧的端点相比，更靠近转子的q轴。这样设置是为了实现更好的磁力线引导效果。
导磁通道末端未转折前的形状由下述方法确定，当磁钢槽内安装平板永磁体时，延长磁钢槽的两条边线，磁钢槽靠近转子的外边线与转子外圆的距离与磁钢槽转折后相同；当磁钢槽内安装弧形永磁体时，在弧形磁钢槽的端点作弧形的相切线，并延长切线，磁钢槽靠近转子的外边线与转子外圆的距离与转折后相同。进一步的，转折后的第二层磁钢槽折槽边线靠近外侧的端点与转折前的第二层磁钢槽折槽边线靠近内侧的端点的距离为Ga，Ga的距离大致等于定转子气隙长度g的整数倍。通过将Ga的距离设置成定转子气隙长度g的整数倍，有可以有效减少气隙的谐波磁场含量，降低电机的谐波损耗和转矩脉动，这里大致等于的范围是0.95倍-1.05倍。另外磁钢槽末端发生转折的部分不放置永磁体，可以有效减缓末端永磁体的局部退磁，提升电机的抗退磁能力。
如图6和图7所示，电机转子永磁体为铁氧体永磁体，以转子中心为圆心作圆弧，圆弧经过从最外层永磁体外边线的中心点P，圆弧处转子永磁体厚度的总和与该圆弧圆周长的比值为55％-65％。在电机转子永磁体为铁氧体时，通过将永磁体的厚度设置在这个范围内，使得永磁体厚度比导磁通道厚度的比值处于比较优的范围，既可以保证永磁体工作点较高，获得较大的抗退磁能力和较高的电机空载磁链，又可以使得电机获得较大的交、直轴电感差值，提升电机的磁阻转矩。
进一步地，为了增强转子的机械强度，各层磁钢槽中间具有1个或多个隔磁桥。
进一步的，转子内层磁钢槽靠近转子外圆的两端放置平板永磁体。第二层磁钢槽靠近转子外圆的末端放置平板永磁体。通过在磁钢槽末端放置平板永磁体，可以在相同的转子内放置更多的永磁体，提升电机的效率和抗退磁能力。
如图6所示，转子永磁体层数为两层，外层磁钢槽大致程V型，V型磁钢槽中一侧永磁体的长度为L，V型排布永磁体的最大宽度为C，满足0.8×C≤L。外层磁钢槽大致程U型，至少由三段永磁体组成，外层永磁体和内层永磁体靠近转子外侧的表面积比值为S1/S2，外层永磁体和内层永磁体靠近转子外表面末端的外侧顶点与转子中心形成的夹角分别为2×α1、2×α2，满足以下关系：1.3×(sinα1/sinα2)≤S1/S2≤2×(sinα1/sinα2)。
如图8所示，通过将外层永磁体的排布形状以及内、外层永磁体面积比值的设置，可以更好的调整永磁体的工作点，使得内、外层永磁的平均工作电机更高，内层永磁体中磁力线进入外层永磁体和直接进入定子30的比例更加合理，增加了电机的永磁体磁链，提升了电机的效率和功率因数。内、外层永磁体表面积比值对电机磁链的影响如图所示，通过将内、外层永磁体表面积比值设置成1.3×(sinα1/sinα2)≤S1/S2≤2×(sinα1/sinα2)，可以获得较大的电机空载磁链。优选地，1.5×(sinα1/sinα2)≤S1/S2≤1.8×(sinα1/sinα2)。
进一步地，内、外层矩形永磁体形成导磁通道宽度不相等，导磁通道宽度靠近转子外表面宽度越小。通过逐渐变小的磁通道宽度设计，所有转子磁极在圆周上均匀分布。可以更好的调节内、外层永磁体的磁通面积，实现内、外层永磁体工作点的一致性调节。
另外，本实施例的电机作为电动车的驱动电机，可以有效降低电机的成本，减少新能源电动汽车对稀土资源的依赖，同时，本电机兼顾了稀土永磁体电机效率高和异步电机可靠性高的特点，可以更好的推动新能源汽车的发展。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。