转子冲片、电机的转子、电机和车辆的制作方法

1.本发明涉及车辆技术领域，更具体地，涉及一种转子冲片、电机的转子、电机和车辆。


背景技术：

2.在相关技术中，转子设有用于安装永磁体的永磁体安装槽，永磁体安装槽的结构导致应力集中，导致转子冲片易断裂，例如易使隔磁桥断裂失效，因此，为保证机械强度常常将隔磁桥的宽度设计较大，导致漏磁严重，且常常需要选择强度高、磁性能不佳的硅钢片用于加工转子冲片。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种转子冲片，所述转子冲片不易断裂。
4.本发明的另一个目的在于提出一种具有上述转子冲片的电机的转子。
5.本发明的另一个目的在于提出一种具有上述转子的电机。
6.本发明的另一个目的在于提出一种具有上述电机的车辆。
7.根据本发明实施例的转子冲片，所述转子冲片设有沿所述转子冲片的周向分布的多个槽组，所述槽组包括永磁体安装槽和两个第一气隙槽，在所述转子冲片的周向上，两个所述第一气隙槽分别设于所述永磁体安装槽的两侧且与所述永磁体安装槽连通，其中，所述槽组具有沿所述转子冲片的径向延伸的基线，所述基线经过所述永磁体安装槽的外槽壁的中点，所述第一气隙槽具有与所述永磁体安装槽的外槽壁相连的第一侧槽壁，所述第一侧槽壁向远离所述基线的方向且向外倾斜延伸，所述基线的垂线与所述第一侧槽壁的夹角为α，所述α满足：0
°
＜α≤75
°
。
8.根据本发明实施例的转子冲片，通过设置第一气隙槽20且0
°
＜α≤75
°
，使转子冲片的最大应力点发生偏移，且最大应力值得以显著降低，从而使永磁体安装槽的外槽壁处应力显著降低，转子冲片不易断裂，提高了使用寿命，且在满足机械强度要求的同时，能够选择磁性能更佳的硅钢片，有利于提高转子冲片的磁性能。
9.另外，根据本发明上述实施例的转子冲片还可以具有如下附加的技术特征：
10.根据本发明一些实施例的转子冲片，所述α满足：10
°
≤α≤45
°
。
11.根据本发明的一些实施例，在垂直于所述基线的方向上，两个所述第一气隙槽的彼此远离端的间距为w
22
，所述永磁体安装槽的宽度为w，其中，
12.根据本发明的一些实施例，在垂直于所述基线的方向上，两个所述第一气隙槽的所述第一侧槽壁的彼此靠近端的间距为w
21
，所述永磁体安装槽的宽度为w，其中，w
21
≤w。
13.根据本发明的一些实施例，所述第一气隙槽具有第三侧槽壁，所述第一侧槽壁连接所述第三侧槽壁和所述永磁体安装槽的外槽壁，所述第三侧槽壁的长度为l
21
，所述第一侧槽壁的长度为l
22
，所述第一侧槽壁和所述第三侧槽壁的夹角为α
21
，其中，
14.根据本发明的一些实施例，所述第一气隙槽具有与所述第一侧槽壁相对的第二侧槽壁，所述第二侧槽壁向远离所述基线的方向且向外倾斜延伸。
15.根据本发明的一些实施例，所述第一气隙槽还具有底槽壁，所述第一气隙槽的底槽壁与所述第二侧槽壁相连，所述第一气隙槽的底槽壁与所述基线平行。
16.根据本发明的一些实施例，所述永磁体安装槽的外侧设有第二气隙槽，所述第二气隙槽与所述永磁体安装槽连通，且所述第二气隙槽的内槽口形成于所述永磁体安装槽的外槽壁。
17.根据本发明的一些实施例，所述第二气隙槽的彼此相对的两个侧槽壁的间距沿所述基线向内递减。
18.根据本发明的一些实施例，所述第二气隙槽的侧槽壁与所述永磁体安装槽的外槽壁的夹角为α
11
，所述α和所述α
11
满足：
19.根据本发明的一些实施例，在垂直于所述基线的方向上，所述第二气隙槽的内槽口的开口尺寸为w
12
，所述第二气隙槽的底槽壁的尺寸为w
11
，所述永磁体安装槽的宽度为w，其中，
20.根据本发明的一些实施例，在垂直于所述基线的方向上，所述第二气隙槽的内槽口的开口尺寸为w
12
，两个所述第一气隙槽的所述第一侧槽壁的彼此靠近端的间距为w
21
，其中，
21.根据本发明的一些实施例，所述w
21
和所述w
12
满足：
22.根据本发明的一些实施例，所述永磁体安装槽关于所述基线对称，和/或，两个所述第一气隙槽关于所述基线对称。
23.根据本发明实施例的电机的转子包括：转子铁心，所述转子铁心由多个根据本发明实施例的转子冲片沿其轴向堆叠而成；永磁体，所述永磁体安装于多个所述转子冲片的永磁体安装槽内。
24.根据本发明实施例的电机包括根据本发明实施例的电机的转子。
25.根据本发明实施例的车辆包括根据本发明实施例的电机。
26.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
27.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
28.图1是根据本发明实施例的转子冲片的结构示意图；
29.图2是图1中框示a处的放大结构示意图；
30.图3是不设有第一气隙槽的转子的应力分布图；
31.图4是根据本发明实施例的转子的应力分布图。
32.附图标记：
33.转子冲片100；
34.永磁体安装槽10；永磁体安装槽10的外槽壁11；永磁体安装槽10的侧槽壁12；
35.第一气隙槽20；第一侧槽壁21；第二侧槽壁22；第一气隙槽20的底槽壁23；第三侧槽壁24；
36.隔磁桥30；
37.第二气隙槽40；第二气隙槽40的侧槽壁41；第二气隙槽40的底槽壁42；倒角面43。
具体实施方式
38.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
40.下面参考附图描述根据本发明实施例的转子冲片100、电机的转子、电机和车辆。
41.在永磁电机转子拓扑结构设计过程中，必然存在着一定程度的漏磁，这将会导致永磁体利用率的降低。为了有效的控制漏磁，常用的技术手段是采用隔磁桥结构。通过隔磁桥内的磁通饱和来有效的限制漏磁。从降低漏磁的角度来说，隔磁桥的宽度越小，漏磁越小，但同样也会导致转子机械强度的下降。
42.目前的永磁同步电机，尤其是新能源汽车驱动电机往往在高转速工况下运行，特别是在辐式(spoke)拓扑结构中，永磁体安装槽的外侧形成隔磁桥，永磁体安装槽的外槽壁的拐角处及拐角附件应力集中，导致隔磁桥会承受较大的离心力影响，如果隔磁桥的机械强度不足，则会断裂失效。在一些相关技术中，为保证机械强度常常将隔磁桥的宽度设计较大，导致转子漏磁严重，或者选用强度更高的硅钢片，难以兼顾硅钢片的强度和磁性能的需求，不利于磁性能的提升。
43.因此，本发明提出一种针对减小冲片应力集中的转子冲片100，该转子冲片100不易发生断裂，即使在隔磁桥宽度较小的情况下隔磁桥也不易断裂失效。
44.参照图1和图2所示，根据本发明实施例的转子冲片100上设置有多个槽组，多个槽组沿转子冲片100的周向分布。每个槽组槽组包括永磁体安装槽10和两个第一气隙槽20。在转子冲片100的周向上，两个第一气隙槽20分别设于永磁体安装槽10的两侧且与永磁体安装槽10连通。永磁体可以安装于永磁体安装槽10内。
45.另外，如图2所示，槽组具有沿转子冲片100的径向延伸的基线(例如图2中所示的虚线)，基线经过永磁体安装槽10的外槽壁的中点。第一气隙槽20具有第一侧槽壁21，第一侧槽壁21与永磁体安装槽10的外槽壁11相连，换言之，两个第一气隙槽20分别设于永磁体安装槽10的外端的两个拐角处，使永磁体安装槽10的外端不具有相关技术中角度较小的拐
角结构。
46.需要说明的是，在本发明中，“外”是指沿着转子冲片100的径向向远离转子冲片100的中心点的方向，“内”是指沿着转子冲片100的径向向靠近转子冲片100的中心点的方向。例如，“永磁体安装槽10的外槽壁11”是指永磁体安装槽10的多个槽壁中远离转子冲片100的中心点的一个槽壁。
47.另外，需要说明的是，在本发明的一些实施例中，基线可以为槽组的对称线，即永磁体安装槽10关于基线对称，且两个第一气隙槽20也关于基线对称；在另一些实施例中，永磁体安装槽10可以不关于基线对称，例如永磁体安装槽10可以为瓦状槽，此时基线为瓦状槽的外槽壁的中点和内槽壁的中点的连线；在又一些实施例中，两个第一气隙槽20可以不关于基线对称，也就是说，在本发明的实施例中，两个第一气隙槽20的结构可以相同或者不相同，这都在本发明的保护范围之内。
48.在一些实施例中，如图2所示，第一侧槽壁21向远离基线的方向且向外倾斜延伸，使得第一侧槽壁21的延伸方向与永磁体安装槽10的外槽壁11和侧槽壁12的延伸方向均不相同，且第一侧槽壁21与永磁体安装槽10的外槽壁11所成夹角为钝角，进而可以减少第一气隙槽20与永磁体安装槽10连接处的应力集中，提高机械强度。
49.参照图2所示，第一侧槽壁21与基线的垂线的夹角为α，且α满足：0
°
＜α≤75
°
。在上述角度范围内，转子冲片100的最大应力点位于第一气隙槽20的槽壁上，并且最大应力值有效降低，而永磁体安装槽10的与永磁体接触的位置(即永磁体安装槽10的外槽壁11)应力值得以显著降低，使转子冲片100即使在高速运转时也不易断裂。并且，对于用于加工转子冲片100的硅钢片而言，不同规格的硅钢片难以同时兼顾强度高和磁性能好，而本发明的实施例，在上述角度范围内，满足机械强度的前提下，硅钢片可以选择磁性能更佳的规格，以提高转子冲片100的高速性能。
50.例如，如图3所示为不设置第一气隙槽20的转子的应力分布图，即永磁体安装槽的外端具有拐角结构的转子的应力分布图，图4所示为本发明中设有永磁体安装槽10和第一气隙槽20的转子的应力分布图。图3和图4的应力分布情况也很好地印证了上述有益效果。
51.例如，在一些具体实施例中，α为10
°
、20
°
、30
°
、40
°
、50
°
、60
°
和70
°
等。在一些实施例中，α满足：10
°
≤α≤45
°
，在该角度范围内，最大应力值更小，且永磁体安装槽10的外槽壁11处的应力更小，槽组加工也更容易。
52.需要说明的是，在图1和图2所示的示例中，永磁体安装槽10为沿转子冲片100的径向延伸的矩形槽仅用于示例说明的目的，在另一些实施例中，永磁体安装槽10的外槽壁11可以为平面或者弧面，永磁体安装槽10的侧槽壁12也可以为平面或者弧面，这都在本发明的保护范围之内。
53.根据本发明实施例转子冲片100，通过设置第一气隙槽20且0
°
＜α≤75
°
，使转子冲片100的最大应力点发生偏移，且最大应力值得以显著降低，从而使永磁体安装槽10的外槽壁11处应力显著降低，转子冲片100不易断裂，提高了使用寿命，且在满足机械强度要求的同时，能够选择磁性能更佳的硅钢片，有利于提高转子冲片100的磁性能。
54.根据本发明的一些实施例，如图2所示，在垂直于基线的方向(例如图2中所示的转子冲片100的切向)上，两个第一气隙槽20的彼此远离端的间距为w
22
，永磁体安装槽10的宽
度为w，其中，例如，在一些具体实施例中，可以为1.35、1.4、1.45、1.5、1.55、1.6、1.65、1.7、1.75和1.8等。在上述比值范围内，转子冲片100的位于槽组外侧的部分在转子冲片100的周向上的延伸尺寸更大，此处转子冲片100上的应力分布区域扩展足够大，以提高应力分散的均匀性，最大应力点与永磁体安装槽10的外槽壁11的距离更大，外槽壁11上与永磁体接触的位置更不易断裂；并且防止转子冲片100的位于槽组外侧的部分的长度过大，进而防止第一气隙槽20内出现角度较小的拐角导致第一气隙槽20内出现应力集中的情况。
55.根据本发明的一些实施例，如图2所示，在垂直于基线的方向上，两个第一气隙槽20的第一侧槽壁21的彼此靠近端的间距为w
21
，且w
21
小于或者等于永磁体安装槽10的宽度w，即w
21
≤w。使得永磁体安装于永磁体安装槽10内后，永磁体的外端的两个尖角处是位于第一气隙槽20内的，即与永磁体安装槽10的外槽壁11、第一气隙槽20的第一侧槽壁21均不接触，可以避免永磁体的两个尖角处受力较大而损坏，有利于提高永磁体的结构稳定性。
56.在一些实施例中，参照图2所示，第一气隙槽20具有第二侧槽壁22，第二侧槽壁22与第一侧槽壁21彼此相对，且第二侧槽壁22向远离基线的方向且向外倾斜延伸。
57.通过设置上述结构，使第二侧槽壁22的延伸方向与永磁体安装槽10的外槽壁11和侧槽壁12的延伸方向均不相同，第二侧槽壁22与永磁体安装槽10的侧槽壁12所成夹角为钝角，进而可以减少第一气隙槽20与永磁体安装槽10的侧槽壁12的连接处的应力集中，提高机械强度。
58.根据本发明的一些实施例，如图2所示，第一气隙槽20还具有第三侧槽壁24，第一侧槽壁21连接第三侧槽壁24和永磁体安装槽10的外槽壁11，且第一侧槽壁21和第三侧槽壁24所在平面不共面。其中，在如图2所示的径向截面内，第三侧槽壁24的长度为l
21
，第一侧槽壁21的长度为l
22
，第一侧槽壁21和第三侧槽壁24的夹角为α
21
，其中，
59.由此，可以增大第三侧槽壁24与第一气隙槽20的底槽壁23之间的夹角，同时增大第一侧槽壁21与永磁体安装槽10的外槽壁11之间的夹角，从而降低这两处的应力集中，降低应力幅值。
60.在一些实施例中，如图2所示，第一气隙槽20还具有底槽壁23，第一气隙槽20的底槽壁23与第二侧槽壁22连接。在具有第三侧槽壁24的实施例中，底槽壁23连接第三侧槽壁24和第二侧槽壁22，在不具有第三侧槽壁24的实施例中，底槽壁23连接第一侧槽壁21和第二侧槽壁22。此外，第一气隙槽20的底槽壁23与基线平行。与第一侧槽壁21(或第三侧槽壁24)直接与第二侧槽壁22连接相比，通过设置底槽壁23，使底槽壁23与第一侧槽壁21(或第三侧槽壁24)所成夹角、底槽壁23与第二侧槽壁22所成夹角均大于第一侧槽壁21(或第三侧槽壁24)与第二侧槽壁22直接连接所成的夹角，进一步降低了第一气隙槽20内的应力集中。
61.在本发明的一些实施例中，如图2所示，永磁体安装槽10的外侧设有设有第二气隙槽40，第二气隙槽40与永磁体安装槽10连通，且第二气隙槽40的内槽口(第二气隙槽40的靠近转子冲片100的中心点的槽口)形成于永磁体安装槽10的外槽壁11上。
62.在一些实施例中，转子冲片100的位于第二气隙槽40的外侧的部分可以形成为隔磁桥30，由于转子冲片100的位于第一气隙槽40和第二气隙槽40之间的部分能够为永磁体提供稳定的支撑，保证机械强度。因此通过设置第二气隙槽40，隔磁桥30的宽度可以设置地
更小，以有效降低漏磁，提高材料利用率。在另一些实施例中，在保证机械强度的前提下，第二气隙槽40还可以具有外槽口，外槽口形成于转子冲片100的外周面，降低漏磁的效果更好。
63.根据本发明的一些实施例，参照图2所示，第二气隙槽40的彼此相对的两个侧槽壁41的间距沿永磁体安装槽10的长度方向向内递减，以增大隔磁桥30沿转子冲片100的周向的延伸长度，从而提高降低漏磁的效果，并且转子冲片100的位于第二气隙槽40的侧槽壁41与永磁体安装槽10的外槽壁11之间的部分可以形成尺寸更大的凸起结构，凸起结构可以对永磁体形成有效的径向支撑，提高稳定性。
64.根据本发明的一些实施例，参照图2所示，第二气隙槽40的侧槽壁41和永磁体安装槽10的外槽壁11的夹角为α
11
，α和α
11
满足：在α一定的情况下，该比值过小，会导致夹角α
11
过大，第二气隙槽40的侧槽壁41的倾斜角度过小，隔磁桥30沿转子冲片100的周向的延伸尺寸过小，隔磁效果降低。该比值过大，会导致夹角α
11
过小，降低凸起部分的结构强度，且增大第二气隙槽40的加工难度。
65.因此，在上述尺寸范围内，既有利于增大隔磁桥30在转子冲片100周向上的延伸尺寸，以提高隔磁效果，减少漏磁，又有利于提高凸起部分的机械强度，更不易断裂。例如，在一些具体实施例中，α/α
11
可以为0.4、0.5、0.6、0.7、0.8和0.9等。在一些实施例中，α和α
11
满足：
66.在本发明的实施例中，各壁面的连接处可以通过倒角连接，例如图2中所示的圆倒角，以降低各壁面连接处的应力集中。例如在图2中，第一气隙槽20的第一侧槽壁21和永磁体安装槽10的外槽壁11之间、第一气隙槽20的第二侧槽壁22和永磁体安装槽10的侧槽壁12之间、第一气隙槽20的第一侧槽壁21和第三侧槽壁24之间、第一气隙槽20的第三侧槽壁24和底槽壁23之间、第一气隙槽20的第二侧槽壁22和底槽壁23之间、永磁体安装槽10的外槽壁11和第二气隙槽40的侧槽壁41之间、第二气隙槽40的底槽壁42和两个侧槽壁41之间的连接处均通过倒角连接。
67.需要说明的是，在本发明的描述中，各参数均是基于未设置倒角的实施例。例如，如图2所示，第二气隙槽40的内槽口在垂直于基线的方向的开口尺寸w
12
是指第二气隙槽40的两个侧槽壁41分别与永磁体安装槽10的外槽壁11的延长线的交点的间距。
68.再例如，如图2所示，第二气隙槽40的底槽壁42和两个侧槽壁41可以通过倒角面43连接，两个倒角面43的间距沿基线向内递增。与第二气隙槽40的底槽壁42与侧槽壁41直接连接相比，通过设置倒角面43，使倒角面43与第二气隙槽40的底槽壁42、倒角面43与第二气隙槽40的侧槽壁41所成夹角均大于第二气隙槽40的底槽壁42与侧槽壁41直接连接所成的夹角，降低了第二气隙槽40内的应力集中。
69.根据本发明的一些实施例，如图2所示，在垂直于基线的方向上，第二气隙槽40的内槽口的开口尺寸为w
12
，第二气隙槽40的底槽壁42的尺寸为w
11
，永磁体安装槽10的宽度为w，其中，使得永磁体安装槽10的外槽壁11有足够面积为永磁体提供稳定支撑，同时第二气隙槽40的侧槽壁41的倾斜角度更适宜，提高转子冲片
100结构强度的效果更好。例如，在一些具体实施例中，为0.31、0.4、0.5和0.6等，为1.15、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8和1.9等。
70.在本发明的一些实施例中，继续参照图2所示，在垂直于基线的方向上，两个第一气隙槽20的第一侧槽壁21的彼此靠近端的间距为w
21
，其中，在上述比值范围内，永磁体安装槽10的外槽壁11与永磁体的接触面积足够大，以保证永磁体固定的稳定性，同时有利于降低应力集中，且便于第二气隙槽40的加工。在一些实施例中，固定永磁体的稳定性效果更好，且更易于加工。在一些具体实施例中，可以为0.3、0.4、0.5、0.6和0.7等。
71.此外，在本发明中，第一气隙槽20和第二气隙槽40的内壁面未构成整体曲面，易于实现参数化，一方面在设计过程转入加工过程时便于更准确地表示具体结构参数，另一方便在加工完成后易于检测，由此有利于提高转子冲片100生产的合格率。
72.根据本发明实施例的电机的转子包括转子铁心和永磁体，其中转子铁心由多个根据本发明实施例的转子冲片100沿其轴向堆叠而成，永磁体安装于多个转子冲片的永磁体安装槽10内。由于根据本发明实施例的转子冲片100具有上述有益的技术效果，因此根据本发明实施例的电机的转子，通过设置第一气隙槽20且0
°
＜α≤75
°
，使转子冲片100的最大应力点发生偏移，且最大应力值得以显著降低，从而使永磁体安装槽10的外槽壁11处应力显著降低，转子冲片100不易断裂，提高了使用寿命，且在满足机械强度要求的同时，能够选择磁性能更佳的硅钢片，有利于提高转子冲片100的磁性能。
73.根据本发明实施例的电机包括根据本发明实施例的电机的转子。由于根据本发明实施例的电机的转子具有上述有益的技术效果，因此根据本发明实施例的电机，通过设置第一气隙槽20且0
°
＜α≤75
°
，使转子冲片100的最大应力点发生偏移，且最大应力值得以显著降低，从而使永磁体安装槽10的外槽壁11处应力显著降低，转子冲片100不易断裂，提高了使用寿命，且在满足机械强度要求的同时，能够选择磁性能更佳的硅钢片，有利于提高转子冲片100的磁性能。
74.根据本发明实施例的车辆包括根据本发明实施例的电机。由于根据本发明实施例的电机具有上述有益的技术效果，因此根据本发明实施例的车辆，通过设置第一气隙槽20且0
°
＜α≤75
°
，使转子冲片100的最大应力点发生偏移，且最大应力值得以显著降低，从而使永磁体安装槽10的外槽壁11处应力显著降低，转子冲片100不易断裂，提高了使用寿命，且在满足机械强度要求的同时，能够选择磁性能更佳的硅钢片，有利于提高转子冲片100的磁性能。
75.根据本发明实施例的电机、转子和车辆的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
76.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
发明中的具体含义。
77.在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“具体实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
78.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。