[發(fā)明專利]永磁同步電機(jī)及其轉(zhuǎn)子

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410169240.4
• 申請(qǐng)日: 2014-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN103956873A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃文祥;韓明;暴捷;孔勇進(jìn);蔣大千;陳益輝;石佳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 聯(lián)合汽車電子有限公司
• 主分類號(hào): H02K21/02
• 分類號(hào): H02K21/02;H02K1/26
• 代理公司: 上海浦一知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 王江富

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)，特別涉及一種永磁同步電機(jī)及其轉(zhuǎn)子。

背景技術(shù)

永磁電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度、高效率區(qū)廣等優(yōu)勢(shì)，是混合動(dòng)力、純電動(dòng)和燃料電池等新能源汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的首選。尤其是對(duì)于內(nèi)置磁鋼的永磁同步電機(jī)，可以利用轉(zhuǎn)子的凸極效應(yīng)產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，可進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)矩水平，擴(kuò)大弱磁調(diào)速范圍，提高轉(zhuǎn)速。但是永磁轉(zhuǎn)子也會(huì)帶來(lái)齒槽轉(zhuǎn)矩，加之磁飽和帶來(lái)的非線性磁路等影響，永磁電機(jī)的反電勢(shì)諧波含量豐富，負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)水平要比一般的異步電機(jī)和表面磁鋼的永磁電機(jī)嚴(yán)重。這些還會(huì)造成一定的NVH(Noise、Vibration、Harshness，噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度)，增加乘客的不舒適感，必須加以解決。

現(xiàn)有一種有效降低反電勢(shì)諧波和齒槽轉(zhuǎn)矩，減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的方案，是選用合理的極槽配合。比如以豐田普銳斯(PRIUS)為代表的多數(shù)車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)都采用定子48槽(齒)，轉(zhuǎn)子8極的方案，而以本田IMA為代表的ISG電機(jī)多采用3:2槽極數(shù)比例的集中繞組方案。

豐田PRIUS所用的一種48槽8極永磁同步電機(jī)如圖1所示，由于定轉(zhuǎn)子沒有斜極，可以看到其反電勢(shì)波形里有豐富的諧波含量，如圖2所示。這不僅會(huì)增加鐵損，對(duì)匹配控制時(shí)確定轉(zhuǎn)子位置角也會(huì)造成一定的精度誤差，同時(shí)會(huì)伴隨有明顯的齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。

現(xiàn)有另一種有效降低諧波、齒槽轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的方案，是通過(guò)定子斜槽或轉(zhuǎn)子分段斜極的方法消除諧波含量和齒槽轉(zhuǎn)矩，降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，其工作原理相當(dāng)于將多個(gè)電機(jī)沿軸向錯(cuò)開疊加，使得各段電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩和趨近于零，反電勢(shì)諧波相互抵消。但其存在以下缺陷：

一.定子斜槽或轉(zhuǎn)子分段斜極要求在疊裝定子沖片或轉(zhuǎn)子疊片組時(shí)有定位工裝，增大設(shè)備投入成本，降低整機(jī)制造的效率；

二.斜槽后的定子會(huì)增加下線難度，繞組的有效長(zhǎng)度也會(huì)相應(yīng)增長(zhǎng)，增加銅線用量；

三.轉(zhuǎn)子分段斜極會(huì)使得相鄰疊片組間不同極性磁極距離縮短，極間漏磁增大，從而削弱電機(jī)的輸出性能，尤其是對(duì)于斜極程度較大的電機(jī)，性能下降水平更加明顯；

四.同樣的電機(jī)，完全斜槽和斜極后電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)矩和功率都會(huì)下降10％左右，如果要達(dá)到原有的性能水平，相當(dāng)于要增加10％的磁鋼用量，目前永磁同步電機(jī)的磁鋼主要是釹鐵硼，受稀土價(jià)格的影響，磁鋼一度占到整機(jī)成本的50％左右，磁鋼用量對(duì)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性影響敏感；

五.對(duì)于轉(zhuǎn)子分段斜極，一般分段數(shù)≥3時(shí)，對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的削弱程度變化不大，即只要分段數(shù)不是做到無(wú)窮大，就無(wú)法達(dá)到定子斜槽的效果，而且有些特定的齒槽轉(zhuǎn)矩不能被分段斜極的方法削弱；

六.對(duì)于ISG(Integrated?Starter?Generator，組合起動(dòng)/發(fā)電機(jī))等軸向長(zhǎng)度比較短或槽數(shù)比較少的電機(jī)，斜槽或斜極實(shí)現(xiàn)起來(lái)有一定難度，而且端部漏磁帶來(lái)的影響比例較大，由此帶來(lái)的齒槽轉(zhuǎn)矩等是無(wú)法通過(guò)斜槽或斜極有效削弱的；

七.斜槽或斜極都會(huì)在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生一周期性的軸向分力，增加軸承的失效概率，使壽命縮短，還會(huì)增加軸向的NVH。

日產(chǎn)聆風(fēng)(LEAF)所用的一種轉(zhuǎn)子分段斜極永磁同步電機(jī)如圖3所示，該轉(zhuǎn)子分段斜極永磁同步電機(jī)可以顯著的改善反電勢(shì)波形，降低齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，但對(duì)電機(jī)的峰值性能也會(huì)有所削弱，同時(shí)增加轉(zhuǎn)子的制造復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種永磁同步電機(jī)及其轉(zhuǎn)子，能有效降低負(fù)載工作時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)水平，尤其是中、高轉(zhuǎn)矩區(qū)域內(nèi)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制造，成本低。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的永磁同步電機(jī)，為分?jǐn)?shù)槽電機(jī)；其轉(zhuǎn)子包括一鐵芯；所述鐵芯，為圓柱形，鐵芯內(nèi)部繞軸線均勻設(shè)置有p個(gè)S極磁鋼片、p個(gè)N極磁鋼片，p為正整數(shù)；S極磁鋼片同N極磁鋼片相間隔排列；

所述鐵芯，在位于相鄰S極磁鋼片同N極磁鋼片的中間處的外表面沿軸向設(shè)置有q軸表面槽。

較佳的，所述鐵芯，還在位于相鄰S極磁鋼片同N極磁鋼片的中間處的內(nèi)部沿軸向設(shè)置有內(nèi)部孔。

較佳的，所述鐵芯，還在每個(gè)磁鋼片處的轉(zhuǎn)子鐵芯表面設(shè)置有兩個(gè)d軸表面槽；

對(duì)應(yīng)于一個(gè)磁鋼片的兩個(gè)d軸表面槽，對(duì)稱分布于該磁鋼片中心線的兩側(cè)；

對(duì)應(yīng)于一個(gè)磁鋼片的兩個(gè)d軸表面槽的軸線間距，為永磁同步電機(jī)的定子齒的齒端寬度的90％到110％。

較佳的，永磁同步電機(jī)為分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁同步電機(jī)；

分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁同步電機(jī)的每極每相槽數(shù)大于等于1/4并且小于等于1/2。

較佳的，所述分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁同步電機(jī)的定子，有24個(gè)定子齒；