一种永磁同步电机

摘要

一种永磁同步电机，包括转子和设置于所述转子外的定子，所述转子包括转子铁芯，所述转子铁芯上设有磁槽，所述磁槽内嵌有磁钢组，其特征在于：所述磁槽均匀设置于所述转子铁芯的圆周方向上，所述磁槽包括第一磁槽和第二磁槽，所述第二磁槽相比于所述第一磁槽更靠近所述转子铁芯的圆周边缘，所述第一磁槽的数量是所述第二磁槽数量的一半，所述第一磁槽与所述第二磁槽交错对应，且设置于与所述第一磁槽相对应的所述第二磁槽和所述转子铁芯的转轴之间；所述第二磁槽内设置有外磁钢组，所述第一磁槽内设置有内磁钢组。本发明的电机在目前电动车辆的动力系统对驱动电机的特殊要求提出的，本电机具有高功率密度、宽调速范围和低普及成本的优点。

权利要求

1.一种永磁同步电机，包括转子（2）和设置于所述转子（2）外的定子（1），所述转子（2）包括转子铁芯，所述转子铁芯上设有磁槽，所述磁槽内嵌有磁钢组，其特征在于：所述磁槽均匀设置于所述转子铁芯的圆周方向上，所述磁槽包括第一磁槽（4）和第二磁槽（3），所述第二磁槽（3）相比于所述第一磁槽（4）更靠近所述转子铁芯的圆周边缘，所述第一磁槽（4）的数量是所述第二磁槽（3）数量的一半，所述第一磁槽（4）与所述第二磁槽（3）交错对应，且设置于与所述第一磁槽（4）相对应的所述第二磁槽（3）和所述转子铁芯的转轴（7）之间；所述第二磁槽（3）内设置有外磁钢组（5），所述第一磁槽（4）内设置有内磁钢组（6）。

2.根据权利要求1所述永磁同步电机，其特征在于：所述外磁钢组（5）包括一个横截面为矩形的外磁体，所述外磁体沿所述转子铁芯横截面圆周弦方向设置。

3.根据权利要求1所述永磁同步电机，其特征在于：所述外磁钢组（5）包括横截面为开口向外的“V”字形的外磁体，所述外磁体的夹角为钝角。

4.根据权利要求2或3所述永磁同步电机，其特征在于：所述第一磁槽（4）的横截面为开口指向所述转子铁芯横截面圆周的“V”字形、“U”字形或“W”字形，所述第一磁槽（4）两个侧边形成的夹角为锐角，该第一磁槽（4）与所述转子铁芯横截面圆周围绕于与所述第一磁槽（4）相对应的所述第二磁槽（3）。

5.根据权利要求4所述永磁同步电机，其特征在于：所述内磁钢组（6）为2块矩形的内磁体，分别设置于“V”字形的2个侧边；或者所述内磁钢组（6）为3块矩形的内磁体，分别设置于“U”字形的2个侧边和1个底边；或者所述内磁钢组（6）为4块矩形的内磁体，分别设置于“W”字形的4个侧边。

6.根据权利要求5所述永磁同步电机，其特征在于：所述外磁钢组（5）的磁极方向沿所述转子铁芯径向设置。

7.根据权利要求6所述永磁同步电机，其特征在于：所述内磁钢组（6）靠近与该内磁钢组（6）相对应的所述外磁钢组（5）一端的磁极与所述外磁钢组（5）靠近所述转子铁芯转轴（7）一端的磁极不同。

8.根据权利要求1所述永磁同步电机，其特征在于：所述外磁钢组（5）由稀土磁钢材料制成；所述内磁钢组（6）由铁氧体磁钢材料或稀土磁钢材料制成。

9.根据权利要求1或8所述永磁同步电机，其特征在于：所述内磁钢组（6）和所述外磁钢组（5）分别由内磁体和外磁体构成，所述内磁体和所述外磁体均为永磁体，所述内磁体的厚度小于所述外磁体的厚度。

说明书

一种永磁同步电机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电机，尤其涉及一种永磁同步电机。

背景技术

[0002] 为了节约能源，减小碳排放，电动、油电混动车型越来越多，这些车型大多采用永磁同步电机方案，永磁同步电机的输出扭矩正比于电机的工作电流和反电势系数。永磁同步电机需要采用专门的控制器才能连续运转，当永磁同步电机有宽调速范围运行要求时，工程上常遇到控制器驱动电流能力不足或器件耐电压能力不够，特别是电机最高转速时的空载反电势电压不够。为了兼顾电机的宽转速范围和动力性能，这类电机大多采用内置磁钢转子结构，依靠内嵌磁钢转子电机交轴电感大于直轴电感的特征产生凸极磁阻扭矩，实现电机的输出扭矩大于电流和反电势系数的乘积。

[0003] 但这种电机应用在汽车行业，对电机的峰值扭矩和调速范围要求越来越高，同时对电机体积小型化的要求越来越高，目前的永磁同步电机无法很好地满足要求。同时永磁同步电机的主要构成材料之一稀土磁钢资源有限，成本较高。

[0004] 公开号CN104011974的专利公开了一种电机转子，能够起到增大磁阻转矩从而实现高输出的效果。但显然该电机在体积、成本上未作考虑，同时功率密度仍有提升空间。

发明内容

[0005] 本发明为解决现有技术问题，提供一种具有更高功率密度、更宽调速范围同时成本低廉的用于永磁同步电机。

[0006] 本发明的技术方案是：一种永磁同步电机，包括转子和设置于所述转子外的定子，所述转子包括转子铁芯，所述转子铁芯上设有磁槽，所述磁槽内嵌有磁钢组，其特征在于：所述磁槽均匀设置于所述转子铁芯的圆周方向上，所述磁槽包括第一磁槽和第二磁槽，所述第二磁槽相比于所述第一磁槽更靠近所述转子铁芯的圆周边缘，所述第一磁槽的数量是所述第二磁槽数量的一半，所述第一磁槽与所述第二磁槽交错对应，且设置于与所述第一磁槽相对应的所述第二磁槽和所述转子铁芯的转轴之间；所述第二磁槽内设置有外磁钢组，所述第一磁槽内设置有内磁钢组。

[0007] 作为优选，所述外磁钢组包括一个横截面为矩形的外磁体，所述外磁体沿所述转子铁芯横截面圆周弦方向设置。

[0008] 作为优选，所述外磁钢组包括横截面为开口向外的“V”字形的外磁体，所述外磁体的夹角为钝角。作为优选，：所述第一磁槽的横截面为开口指向所述转子铁芯横截面圆周的“V”字形、“U”字形或“W”字形，所述第一磁槽两个侧边形成的夹角为锐角，该第一磁槽与所述转子铁芯横截面圆周围绕于与所述第一磁槽相对应的所述第二磁槽。作为优选，所述内磁钢组可以为2块矩形的内磁体，分别设置于“V”字形的2个侧边；3块矩形的内磁体，分别设置于“U”字形的2个侧边和1个底边；4块矩形的内磁体，分别设置于“W”字形的4个侧边这三种情况中的任意一种。

[0009] 作为优选，所述外磁钢组的磁极方向沿所述转子铁芯径向设置。

[0010] 作为优选，所述内磁钢组靠近与该内磁钢组相对应的所述外磁钢组一端的磁极与所述外磁钢组靠近所述转子铁芯转轴一端的磁极不同。

[0011] 作为优选，所述外磁钢组由稀土磁钢材料制成；所述内磁钢组由铁氧体磁钢材料或稀土磁钢材料制成。

[0012] 作为优选，所述内磁钢组和所述外磁钢组分别由内磁体和外磁体构成，所述内磁体和所述外磁体均为永磁体，所述内磁体的厚度小于所述外磁体的厚度。

[0013] 永磁同步电机的转子上的磁体常规结构有三种，外贴式、内贴式和内嵌式。其中，外贴式具有制造方便、转动惯性小、结构简单等优点，但功率密度不高，磁利用率较低；内贴式相比于外贴式，充分利用了磁链结构的不对称性所生成的独特的磁阻转矩，能够很好改善电机的运行性能，提升电机的功率密度，但其缺点也很突出，成本较高，漏磁系数较大；内嵌式结构其磁体安置在转子的内部，结构较为复杂，但优点是有较高气隙的磁通密度，因此能产生较大转矩。本电机的转子采用内嵌磁钢结构，同时本电机采用两组不同规格的磁体。背景技术提及的专利的转子中，两组不同规格的磁体采用简单的层叠结构，因此其效果仅相当于一组磁体的简单加强。

[0014] 本电机的两组磁钢组结构，创造性地采用了交错对应设置，即外磁钢组的数量是内磁钢组的两倍，外磁钢组沿转子圆周均匀分布，每间隔一个的外磁钢组和转轴之间设置一个内磁钢组，形成交错对应。交错对应的外磁钢组和内磁钢组，可使得磁力线交替通过一层或两层磁钢组，该结构能有效扼制反电势系数，而永磁同步电机的输出扭矩反比于反电势系数。内磁钢组在截面上形成一个半包围结构，连同转子外圆形成全包围结构，将外磁钢组包裹于内。所有外磁钢组的磁极均为同一极指向转子外圆，即径向设置，内磁钢组的磁极为，靠近外磁极内端的磁极与外磁极内端的磁极不同，也即当所有外磁钢组指向转子外圆的一端为N极时，外磁钢组指向转子转轴的一端为S极，内磁钢组靠近外磁钢组的一端为N极；反之，当外磁钢组指向转子外圆的一端为S极时，内磁钢组靠近外磁钢组的一端为S极，使得外磁钢组和内磁钢组形成一个磁力线的串联。

[0015] 本电机之所以采用磁钢组而不是简单的单个磁体，是因为磁钢组可有若干个磁体构成，也可由1个磁体构成。其中，外磁钢组可由1个或2个磁体构成，采用1个磁体时，该磁体横截面为矩形，沿转子的截面圆周切线方向设置；采用2个磁体时，每个磁体的横截面为形状面积相同的矩形，拼接成一个开口向外夹角为钝角且均匀设置的“V”字形，该钝角的角度较大，比较接近于180度。内磁钢组可由2个、3个或4个磁体构成，采用2个磁体时，这2个磁体形成一个跨外磁体两侧且两个侧边之间的夹角为锐角的“V”字形，2个磁体分别设置于“V”的两个侧边；采用3个磁体时，形成一个包围外磁体且两个侧边之间的夹角为锐角的“U”字形，3个磁体分别设置于“U”的两个侧边和底边；同理可得，采用4个磁体时，形成两个侧边之间的夹角为锐角的“W”形。

[0016] 本电机工作时，外磁钢组能汇集内磁钢组产生的磁通，使得内磁钢组的磁通有效汇集，当内磁钢组采用3个磁体时，外磁钢组的电机空载磁密超过其剩磁，使得电机具备更高的功率密度。同时内磁钢组所在的极弧避免了电枢磁力线绕开同一个磁级的作用，即电枢的直轴磁通通路被有效阻断，导致了较小的直轴电感，电枢的交轴磁通可以在同一磁级的外磁钢组外侧转子冲片和外磁钢组与内磁钢组之间的转子冲片同时通过，相比于常规的内置磁路结构磁通通路更畅通且更有效，形成了较大数值的交轴电感。

[0017] 本电机的内磁钢组采用厚度较薄的磁体，也可采用铁氧磁钢材料。其中减小厚度，最直接的效果就是降低成本，其次，内磁钢组的磁体厚度减小，可有效减小内磁钢组占用的体积，在相同性能下，有效减小电机的体积，而在相同体积的电机转子上，能布置更多极数的小体积的内磁钢组，在相同体积的电机内可提供更大扭矩，或在相同扭矩下可设计成更小体积的电机。占转子内一半以上永磁体数量的内磁体可采用成本更低廉、资源更丰富的铁氧体磁钢材料，相比于常规仅能采用稀土磁钢材料的电机相比，成本可得到有效控制。

[0018] 综上所述，本发明的电机在目前电动车辆的动力系统对驱动电机的特殊要求提出的，本电机具有高功率密度、宽调速范围和低普及成本的优点。

附图说明

[0019] 图1为本发明实施例一结构示意图；

[0020] 图2为本发明实施例二结构示意图；

[0021] 图3为本发明实施例三结构示意图；

[0022] 图4为本发明空载磁力线及聚磁效果图。

[0023] 图中，1、定子，2、转子，3、外磁槽，4、内磁槽，5、外磁钢组，6、内磁钢组，7、转轴。

具体实施方式

[0024] 下面以实施例对本发明作进一步说明。

[0025] 实施例一：

[0026] 一种永磁同步电机，如图1所示，包括转子2和设置于转子2内的定子1，转子2包括作为支撑件的转子铁芯，转子铁芯上刻有若干磁槽，磁槽内嵌有磁钢组，磁槽均匀设置于转子铁芯横截面的圆周上，磁槽包括第一磁槽4和第二磁槽3，第二磁槽3靠近转子铁芯横截面的圆周边缘，第一磁槽4的数量是第二磁槽3数量的一半，第一磁槽4与第二磁槽3交错对应且设置于与之相对应的第二磁槽3和转子铁芯的转轴7之间。

[0027] 第二磁槽3内设置有外磁钢组5，外磁钢组5包括一横截面为矩形的外磁体，外磁体沿转子铁芯横截面圆周弦方向设置，外磁钢组5的磁极方向沿转子铁芯径向设置。外磁钢组5由稀土磁钢材料制成的永磁体。

[0028] 第一磁槽4内设置有内磁钢组6，第一磁槽4的横截面为开口指向转子铁芯横截面圆周的“V”字形，第一磁槽4的夹角为锐角，内磁钢组6包括2块矩形的内磁体，分别设置于“V”字形的2个侧边，该第一磁槽4和转子铁芯横截面圆周形成一个包围，围绕于与这个第一磁槽4相对应的第二磁槽3。内磁钢组6的磁极方向沿转子铁芯圆周方向设置；内磁钢组6靠近与该内磁钢组6相对应的外磁钢组5一端的磁极与外磁钢组5靠近转子铁芯转轴7一端的磁极不同。内磁钢组6由铁氧体磁钢材料或稀土磁钢材料制成的永磁体。

[0029] 内磁体的厚度小于外磁体的厚度。

[0030] 本电机空载时，通过仿真模拟，可得本电机转子磁力线及聚磁效果图如图4所示。

[0031] 实施例二：

[0032] 与实施例一的不同之处在于，如图2所示，外磁钢组5包括一横截面为开口向外的“V”字形的外磁体，外磁体的夹角为钝角。

[0033] 第一磁槽4的横截面为开口指向转子铁芯横截面圆周的“U”字形，内磁钢组6包括3块内磁体，分别设置于“U”字形的2个侧边和1个底边。

[0034] 实施例三：

[0035] 与实施例一的不同之处在于，如图3所示，第一磁槽4的横截面为开口指向转子铁芯横截面圆周的“W”字形，内磁钢组6包括4块矩形的内磁体，4块矩形的内磁体分别设置于“W”字形的4个侧边。