電動汽車用低轉矩波動永磁電的制造方法
【專利摘要】一種電動汽車用低轉矩波動永磁電機，涉及電機【技術領域】，所解決的是現(xiàn)有電機力矩波動高且電機效率低的技術問題。該電機包括定子和轉子，定子與轉子之間具有均勻的徑向氣隙，所述轉子的外周面軸對稱的固定有多個凸弧形彎曲的永磁磁極，所述永磁磁極由多塊徑向磁化的凸弧形磁鋼沿轉子的周向依序拼接而成，其中的位于中間位置的磁鋼為中心磁鋼，其它磁鋼為側部磁鋼，側部磁鋼有偶數(shù)塊，各側部磁鋼對稱布設在中心磁鋼兩側，且各側部磁鋼的厚度一致；各磁鋼的厚度一致且中心磁鋼的寬度大于側部磁鋼的寬度，或中心磁鋼的厚度大于側部磁鋼的厚度。本發(fā)明提供的電機，特別適用于電動汽車。
【專利說明】電動汽車用低轉矩波動永磁電機

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電機技術，特別是涉及一種電動汽車用低轉矩波動永磁電機的技術。

【背景技術】
[0002] 電動汽車作為清潔、節(jié)能的新型交通工具，其最大的優(yōu)勢是"零排放"。由于它在行 駛過程中沒有污染，熱輻射低，噪音小，不消耗汽油，可應用多種能源，使用維修方便，成為 當今汽車研發(fā)熱點。電機是電氣驅動系統(tǒng)的核心，電機的性能、效率直接影響電動汽車的性 能。目前在適用于電動汽車用高品質永磁驅動電機開發(fā)方面，還存在著各種各樣的技術瓶 頸，存在噪音大、轉矩波動大、功率密度低、過載能力低和可靠性差等缺陷，難以滿足產(chǎn)業(yè)化 的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種轉矩及 力矩波動低，且電機效率高的電動汽車用低轉矩波動永磁電機。
[0004] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明所提供的一種電動汽車用低轉矩波動永磁電機， 包括定子和轉子，定子與轉子之間具有均勻的徑向氣隙，所述轉子的外周面軸對稱的固定 有多個沿轉子的周向凸弧形彎曲的表面安裝式永磁磁極，各永磁磁極沿轉子的周向間隔布 設； 其特征在于：所述永磁磁極由多塊徑向磁化的凸弧形磁鋼沿轉子的周向依序拼接而 成，其中的位于中間位置的磁鋼為中心磁鋼，其它磁鋼為側部磁鋼，側部磁鋼有偶數(shù)塊，各 側部磁鋼對稱布設在中心磁鋼兩側，且各側部磁鋼的厚度一致； 各磁鋼的厚度一致且中心磁鋼的寬度大于側部磁鋼的寬度，或中心磁鋼的厚度大于側 部磁鋼的厚度。
[0005] 進一步的，所述中心磁鋼的厚度大于側部磁鋼的厚度，設中心磁鋼的厚度為hi，側 部磁鋼的厚度均為h2,則有hi大于等于h2的1. 5倍，且小于等于h2的2倍。
[0006] 進一步的，所述側部磁鋼有兩塊。
[0007] 進一步的，各磁鋼的厚度一致且中心磁鋼的寬度大于側部磁鋼的寬度； 各側部磁鋼中，如果兩塊側部磁鋼分別布設在中心磁鋼的兩側對稱位置上，則該兩塊 側部磁鋼的寬度一致，如果兩塊側部磁鋼與中心磁鋼的間距相異，則距中心磁鋼近的側部 磁鋼的寬度，大于距中心磁鋼遠的側部磁鋼的寬度。
[0008] 進一步的，所述側部磁鋼有四塊。
[0009] 進一步的，設中心磁鋼的寬度夾角為4 Θ，則與中心磁鋼相鄰的兩塊側部磁鋼的寬 度夾角均為3 Θ，另兩塊側部磁鋼的寬度夾角均為Θ。
[0010] 進一步的，相鄰磁鋼之間留有〇· 5?1 · 5mm的間隙。
[0011] 進一步的，所述定子的定子鐵心槽槽底中心具有朝向轉子方向凸出的輔助齒，所 述輔助齒在定子的周向上將其所在的定子鐵心槽等分成兩個子槽，輔助齒的齒端延伸至其 所在的定子鐵心槽的槽口。
[0012] 本發(fā)明提供的電動汽車用低轉矩波動永磁電機，通過對永磁磁極結構的優(yōu)化及在 定子鐵心槽內(nèi)增設輔助齒的方式，降低了電機的轉矩及力矩波動，提高了電機效率，使電機 綜合品質大幅度提高，能滿足電動、混合動力汽車驅動要求，實現(xiàn)高功率密度、低噪、低、寬 調(diào)速、快響應、頻繁啟動和平穩(wěn)運行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明第一實施例的電動汽車用低轉矩波動永磁電機的結構示意圖； 圖2是本發(fā)明第一實施例的電動汽車用低轉矩波動永磁電機中的永磁磁極結構示意 圖； 圖3是本發(fā)明第一實施例的電動汽車用低轉矩波動永磁電機中的永磁磁極的安裝示 意圖； 圖4是本發(fā)明第一實施例的電動汽車用低轉矩波動永磁電機的氣隙磁場波形圖； 圖5是本發(fā)明第二實施例的電動汽車用低轉矩波動永磁電機中的永磁磁極結構示意 圖； 圖6是本發(fā)明第二實施例的電動汽車用低轉矩波動永磁電機的工作特性圖，該電機的 額定功率為40KW，額定轉速為3000KW ; 圖7是本發(fā)明第三實施例的電動汽車用低轉矩波動永磁電機的結構示意圖； 圖8是本發(fā)明第三實施例的電動汽車用低轉矩波動永磁電機的原理圖； 圖9是本發(fā)明其它實施例的電動汽車用低轉矩波動永磁電機中，定子鐵心槽采用開口 槽的不意圖； 圖10是本發(fā)明其它實施例的電動汽車用低轉矩波動永磁電機中，定子鐵心槽采用帶 切口型開口槽的示意圖； 圖11是現(xiàn)有電機與本發(fā)明第一、第二實施例的轉矩波動波形對比圖。

【具體實施方式】
[0014] 以下結合【專利附圖】

【附圖說明】對本發(fā)明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限 制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結構及其相似變化，均應列入本發(fā)明的保護范圍。
[0015] 如圖1-3所示，本發(fā)明第一實施例所提供的一種電動汽車用低轉矩波動永磁電 機，包括定子1和轉子2,定子與轉子之間具有均勻的徑向氣隙，所述轉子2的外周面軸對稱 的固定有多個沿轉子的周向凸弧形彎曲的表面安裝式永磁磁極3,各永磁磁極3沿轉子的 周向間隔布設； 其特征在于：所述永磁磁極3由三塊徑向磁化的凸弧形磁鋼301、302、303沿轉子的周 向依序拼接而成，其中的位于中間位置的磁鋼302為中心磁鋼，另兩塊磁鋼301、303為側部 磁鋼，兩塊側部磁鋼301、303對稱布設在中心磁鋼302兩側，且兩塊側部磁鋼301、303的厚 度一致； 所述中心磁鋼302的厚度大于側部磁鋼301、303的厚度，設中心磁鋼302的厚度為hl， 兩塊側部磁鋼301、303的厚度均為h2,則有hi大于等于h2的1. 5倍，且小于等于h2的2 倍。
[0016] 圖3是本發(fā)明第一實施例中的永磁磁極安裝在轉子2外周面的示意圖，圖中的α 為永磁極夾角，β為極弧角；車用永磁電機定子齒槽與轉子永磁體相互作用引起轉矩波 動，產(chǎn)生機械和電磁噪音，影響電機平穩(wěn)運行和可靠性，在定轉子間保持均勻徑向氣隙情況 下，采用三塊凸弧形磁鋼拼接成中間厚兩側薄的凸弧形永磁磁極3能改善電機氣隙磁場波 形，其氣隙磁場波形如圖4所示，從圖4可以看出，電機的氣隙磁場波形由方波（圖4中的曲 線m)趨于正弦波（圖4中的曲線η)，從而有效降低電機機械和電磁噪音和抑制轉矩波動。
[0017] 如圖5所示，本發(fā)明第二實施例與第一實施例的區(qū)別在于：第二實施例中的永磁 磁極由五塊徑向磁化的凸弧形磁鋼311、312、313、314、315沿轉子的周向依序拼接而成，該 五塊磁鋼的厚度一致，且相鄰磁鋼之間留有0. 5?I. 5mm的間隙，其中的位于中間位置的磁 鋼313為中心磁鋼，另四塊磁鋼311、312、314、315為側部磁鋼，其中的中心磁鋼313的寬度 大于側部磁鋼的寬度，四塊側部磁鋼311、312、314、315對稱布設在中心磁鋼313兩側； 各側部磁鋼中，如果兩塊側部磁鋼分別布設在中心磁鋼的兩側對稱位置上，則該兩塊 側部磁鋼的寬度一致，如果兩塊側部磁鋼與中心磁鋼的間距相異，則距中心磁鋼近的側部 磁鋼的寬度，大于距中心磁鋼遠的側部磁鋼的寬度； 艮P :分別布設在中心磁鋼313的兩側對稱位置上的兩塊側部磁鋼312、314的寬度一致， 分別布設在中心磁鋼313的兩側對稱位置上的兩塊側部磁鋼311、315的寬度一致；與中心 磁鋼313相鄰的兩塊側部磁鋼312、314的寬度，大于另兩塊側部磁鋼311、315的寬度； 設中心磁鋼313的寬度夾角為4 Θ，則與中心磁鋼313相鄰的兩塊側部磁鋼312、314的 寬度夾角均為3 Θ，另兩塊側部磁鋼311、315的寬度夾角均為Θ。
[0018] 本發(fā)明第二實施例根據(jù)電機功率大小和轉子外徑調(diào)整，采用五塊等厚且不等寬的 凸弧形磁鋼拼接成凸弧形永磁磁極，并在相鄰磁鋼間留有間隙，該結構的永磁磁極能改善 電機氣隙磁場波形，顯著減少永磁渦流損耗，提高電機效率，降低齒槽引起的轉矩波動，降 低機械振動，有利于電機頻繁啟動，提高過載能力。
[0019] 圖6是本發(fā)明第二實施例的電動汽車用低轉矩波動永磁電機的工作特性圖，該電 機的額定功率Pn為40KW，額定轉速為3000KW (本發(fā)明其它實施例中，額定功率及額定轉速 也可以是其它值)，其中的Ρ、Ι、Π 、Θ分別為輸出功率、電流、效率、電機轉矩角，從圖6可 以看出，額定電流In為114. 2A，額定點效率ηη為97. 2%，充分顯示了高效、低轉矩波動的 特點。
[0020] 如圖7所示，本發(fā)明第三實施例與第一實施例的區(qū)別在于：第三實施例中的永磁 磁極由單塊瓦型磁鋼構成，在定子的定子鐵心槽101的槽底中心具有朝向轉子方向凸出的 輔助齒102,所述輔助齒102在定子的周向上將其所在的定子鐵心槽101等分成兩個子槽， 輔助齒102的齒端延伸至其所在的定子鐵心槽101的槽口。
[0021] 本發(fā)明第三實施例在定子的定子鐵心槽槽底設置輔助齒，相當于增加了電機槽 數(shù)，能在不增加電機槽數(shù)的條件下，提高齒槽轉矩波動的基波次數(shù)(頻率)，減小齒槽基波和 高次諧波轉矩幅值，降低齒槽引起的轉矩波動，其工作原理如圖8所示，圖8中的rl為永磁 極夾角，r2為極弧角，在定子的定子鐵心槽槽底設置輔助齒，能使磁極中心d軸與極間q軸 徑向力趨于平衡，使電機合成轉矩波動大幅降低(減少30?45%)，降低機械振動、噪音和反 電勢諧波，減少鐵心損耗，實現(xiàn)電機高效、高功率密度、高可靠性、低噪、低波動平穩(wěn)運行等 特點。
[0022] 本發(fā)明第三實施例在定子的定子鐵心槽槽底設置輔助齒的方式也可用于第一實 施例及第二實施例的定子。
[0023] 本發(fā)明第三實施例中，定子鐵心槽是槽口向內(nèi)（即朝向輔助齒方向）收縮的半閉口 槽； 如圖9所示，本發(fā)明其它實施例中，定子鐵心槽111也可以是槽口與槽壁齊平的開口 槽，輔助齒112設置在定子鐵心槽111中心。
[0024] 如圖10所示，本發(fā)明其它實施例中，定子鐵心槽121也可以是槽口與槽壁齊平，并 在定子鐵心槽121槽壁的近槽口部開設有切口 123 (安放槽楔）的帶切口型開口槽，輔助齒 122設置在定子鐵心槽121中心。
[0025] 圖11為現(xiàn)有電機與本發(fā)明第一、第二實施例的轉矩波動波形對比圖，圖11中的Tr 為合成波動轉矩，Θ為電機轉矩角，曲線A為永磁磁極由多塊等厚等寬磁鋼構成的現(xiàn)有電 機的轉矩波動波形，其峰值合成波動轉矩為I. 5Nm ;曲線B為本發(fā)明第一實施例的轉矩波動 波形，其峰值合成波動轉矩為I. 25Nm ;曲線C為本發(fā)明第二實施例的轉矩波動波形，其峰值 合成波動轉矩為I. ONm ; 從圖11可以看出，相比現(xiàn)有電機，本發(fā)明第一、第二實施例的峰值齒槽轉矩得到有效 的抑制，使電機綜合品質大幅度提1?，實現(xiàn)1?功率密度、1?效、低噪、低波動平穩(wěn)運行。
[0026] 本發(fā)明第一、第二、第三實施例與兩種同規(guī)格現(xiàn)有電機的電機性能比較如表1所 示,表1中,Dl為永磁磁極由單塊瓦型磁鋼構成的現(xiàn)有電機，D2為永磁磁極由多塊等厚等寬 磁鋼構成的現(xiàn)有電機，D3為本發(fā)明第一實施例的電機，D4為本發(fā)明第二實施例的電機，D5 為本發(fā)明第三實施例的電機； 表1 :

【權利要求】
1. 一種電動汽車用低轉矩波動永磁電機，包括定子和轉子，定子與轉子之間具有均勻 的徑向氣隙，所述轉子的外周面軸對稱的固定有多個沿轉子的周向凸弧形彎曲的表面安裝 式永磁磁極，各永磁磁極沿轉子的周向間隔布設； 其特征在于：所述永磁磁極由多塊徑向磁化的凸弧形磁鋼沿轉子的周向依序拼接而 成，其中的位于中間位置的磁鋼為中心磁鋼，其它磁鋼為側部磁鋼，側部磁鋼有偶數(shù)塊，各 側部磁鋼對稱布設在中心磁鋼兩側，且各側部磁鋼的厚度一致； 各磁鋼的厚度一致且中心磁鋼的寬度大于側部磁鋼的寬度，或中心磁鋼的厚度大于側 部磁鋼的厚度。
2. 根據(jù)權利要求1所述的電動汽車用低轉矩波動永磁電機，其特征在于：所述中心磁 鋼的厚度大于側部磁鋼的厚度，設中心磁鋼的厚度為h 1，側部磁鋼的厚度均為h2，則有h 1 大于等于h2的1. 5倍，且小于等于h2的2倍。
3. 根據(jù)權利要求2所述的電動汽車用低轉矩波動永磁電機，其特征在于：所述側部磁 鋼有兩塊。
4. 根據(jù)權利要求1所述的電動汽車用低轉矩波動永磁電機，其特征在于：各磁鋼的厚 度一致且中心磁鋼的寬度大于側部磁鋼的寬度； 各側部磁鋼中，如果兩塊側部磁鋼分別布設在中心磁鋼的兩側對稱位置上，則該兩塊 側部磁鋼的寬度一致，如果兩塊側部磁鋼與中心磁鋼的間距相異，則距中心磁鋼近的側部 磁鋼的寬度，大于距中心磁鋼遠的側部磁鋼的寬度。
5. 根據(jù)權利要求4所述的電動汽車用低轉矩波動永磁電機，其特征在于：所述側部磁 鋼有四塊。
6. 根據(jù)權利要求5所述的電動汽車用低轉矩波動永磁電機，其特征在于：設中心磁鋼 的寬度夾角為4 0，則與中心磁鋼相鄰的兩塊側部磁鋼的寬度夾角均為3 0，另兩塊側部磁 鋼的寬度夾角均為Q。
7. 根據(jù)權利要求4所述的電動汽車用低轉矩波動永磁電機，其特征在于：相鄰磁鋼之 間留有0. 5?1. 5mm的間隙。
8. 根據(jù)權利要求1或2或4所述的電動汽車用低轉矩波動永磁電機，其特征在于：所 述定子的定子鐵心槽槽底中心具有朝向轉子方向凸出的輔助齒，所述輔助齒在定子的周向 上將其所在的定子鐵心槽等分成兩個子槽，輔助齒的齒端延伸至其所在的定子鐵心槽的槽 □。
【文檔編號】H02K1/27GK104333159SQ201410567551
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權日:2014年10月22日
【發(fā)明者】林德芳 申請人:上海特波電機有限公司, 上海川也電機有限公司, 寧德特波電機有限公司