專利名稱：表面安裝式永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子和包含該轉(zhuǎn)子的電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)，特別涉及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，本發(fā)明還涉及包含該轉(zhuǎn)子的電機(jī)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)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(yīng)用多種能源，使用維修方便，成為當(dāng)今汽車研發(fā)熱點(diǎn)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車行駛過程中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，其傳動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的心臟，電動(dòng)汽車中的燃料電池汽車(FCV)、混合動(dòng)力汽車(HEV)和純電動(dòng)汽車(EV)三大類都要用電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)車輪行駛，優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu)是提高各類電動(dòng)汽車性價(jià)比的重要因素。目前在適用于電動(dòng)汽車用高品質(zhì)永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)開發(fā)方面，還存在著各種各樣的技術(shù)瓶頸，存在噪音大、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)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
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種表面安裝式永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子和包含該轉(zhuǎn)子的電機(jī)，其具有響應(yīng)快、噪音低和可靠性高的優(yōu)勢，且提高了其過載能力。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是一種電機(jī)轉(zhuǎn)子，包括轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子鐵芯，在該轉(zhuǎn)子鐵芯表面設(shè)置永磁體，其徑向外表面呈波浪形。其中，所述永磁體的兩端設(shè)有斜角。所述永磁體為表面安裝式永磁體。所述永磁體為磁化磁鋼。一種電機(jī)，包括定子和上述轉(zhuǎn)子。由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)改善電機(jī)氣隙磁場波形，提高齒槽轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的基波次數(shù)，減小齒槽基波和高次諧波轉(zhuǎn)矩幅值，降低齒槽引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，使電機(jī)合成轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大幅降低(減少35-45% )，抑制靜態(tài)和動(dòng)態(tài)電樞反應(yīng)，使d軸與q軸徑向力趨于平衡，降低機(jī)械振動(dòng)，可顯著減小轉(zhuǎn)子高速運(yùn)行時(shí)的離心力，有利于電機(jī)頻繁啟動(dòng)，提高過載能力，使電機(jī)具有高出力、高可靠性、低波動(dòng)、快響應(yīng)、低噪、小型輕量化和平穩(wěn)運(yùn)行等特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的示意圖。圖2是永磁轉(zhuǎn)子優(yōu)化前后電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)角關(guān)系波形的圖表。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。由電磁原因引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，產(chǎn)生機(jī)械和電磁噪音，影響電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行和可靠性， 它分為兩種一種是齒槽轉(zhuǎn)矩，即定子齒槽與轉(zhuǎn)子永磁體相互作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩隨空間位置作周期性變化引起波動(dòng)，它與定子電流無關(guān)；另一種是紋波轉(zhuǎn)矩，即由電流和反電勢波形差異引起的諧波轉(zhuǎn)矩。車用永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)是齒槽轉(zhuǎn)矩和紋波轉(zhuǎn)矩的疊加。 世界各國電機(jī)行業(yè)和科研單位均在進(jìn)行力圖降低電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的研究，如采用分?jǐn)?shù)槽法、 輔助槽法、輔助齒法、斜槽法、斜極法、閉口槽法和磁化槽楔法等，各有利弊，消除齒槽效應(yīng)措施總不理想。斜槽或斜極也可以減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，但斜槽、斜極法對方波電機(jī)氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度平頂寬度有影響，同時(shí)定子斜槽會(huì)影響導(dǎo)體的占槽面積，使銅耗增加，兩者均降低出力， 并是使電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。圖1是本發(fā)明實(shí)施例的剖面示意圖。該車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其低噪低波動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子， 包括機(jī)殼和機(jī)殼內(nèi)的定子和轉(zhuǎn)子，定子包括固定在機(jī)殼內(nèi)壁的定子鐵芯和定子繞組，定子鐵芯包括定子繞組2、定子磁軛5、定子槽6和定子齒7，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸9和轉(zhuǎn)子鐵芯3。轉(zhuǎn)子鐵芯外放置的表面安裝式永磁體(SPM)，其徑向外表面呈波浪形，該永磁體可以是磁化磁鋼。即，該永磁體是表面安裝式波浪形磁鋼1。表面安裝式永磁同步電機(jī)采用波浪形磁鋼 1，有效地提高了齒槽轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的基波次數(shù)，減小齒槽基波和高次諧波轉(zhuǎn)矩幅值，降低齒槽弓I起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，使電機(jī)合成轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大幅降低。提高齒槽轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的基波次數(shù)(頻率)，就能有效減小齒槽基波和高次諧波轉(zhuǎn)矩幅值，降低齒槽引起的力矩波動(dòng)，長期以來，提高降低力矩波動(dòng)的措施之一就是增加定子槽數(shù)，提高齒槽轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的基波次數(shù)(頻率)，但這樣生產(chǎn)工藝復(fù)雜，定子槽下線困難增加， 效率也降低；長期以來，提高降低力矩波動(dòng)的措施之二就是定子鐵芯斜槽(定子鐵心軸向扭轉(zhuǎn)一定的角度)，但這樣同樣使生產(chǎn)工藝復(fù)雜，而且使定子槽面積減小，降低出力，得不償失。表面安裝式永磁同步電機(jī)采用波浪形磁鋼1，相當(dāng)于增加電機(jī)的槽數(shù)，其巧妙就在于 在不增加電機(jī)槽數(shù)的條件下，可提高齒槽轉(zhuǎn)矩(力矩)波動(dòng)的基波次數(shù)(頻率)，減小齒槽基波和高次諧波轉(zhuǎn)矩幅值，降低齒槽引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)速平穩(wěn)運(yùn)行；表面安裝式永磁電機(jī)的波浪形磁鋼相當(dāng)于數(shù)量較多的半圓凹槽，顯著提高齒槽轉(zhuǎn)矩(力矩)波動(dòng)的基波次數(shù)(頻率)，減小齒槽基波和高次諧波轉(zhuǎn)矩幅值；負(fù)載下電樞反應(yīng)最厲害處就在磁鋼(磁極)兩端(極尖處)，波浪形磁鋼設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于使磁鋼左右兩端的過渡有自然傾斜(有斜角)，形成磁鋼左右兩端(極尖處)氣隙加大，顯著減少電樞反應(yīng)磁通引起的氣隙磁場波形的變形，改善電機(jī)氣隙磁密波形，有利于抑制力矩波動(dòng)。上述結(jié)構(gòu)不但可以有效地提高了齒槽轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的基波次數(shù)，減小齒槽基波和高次諧波轉(zhuǎn)矩幅值，降低齒槽引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，使電機(jī)合成轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大幅降低，而且可以使磁極中間(d軸)與相鄰磁極間(q軸)的徑向力趨于平衡，降低機(jī)械振動(dòng)，可顯著減小轉(zhuǎn)子高速運(yùn)行時(shí)的離心力，有利于電機(jī)頻繁啟動(dòng)，提高過載能力。徑向離心力分布的變化，會(huì)引起機(jī)械振動(dòng)。電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，徑向離心力的大小差異和不斷交替變化，引起較大的機(jī)械振動(dòng)。因此， 減少徑向力的差異，使兩者大小趨于接近，能有效降低齒槽引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。因?yàn)闇p小了氣隙磁導(dǎo)的變化，從而減小了當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)氣隙磁場儲能的變化，削弱了磁阻力矩，抑制了齒槽引起的力矩波動(dòng)。齒槽力矩也稱磁阻力矩，是電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中致命缺陷。
圖2是永磁轉(zhuǎn)子優(yōu)化前后電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)角關(guān)系波形。N是常規(guī)同類永磁電機(jī)(表面安裝式永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鋼不開半圓凹槽)的齒槽轉(zhuǎn)矩波形，M是轉(zhuǎn)子設(shè)置波浪形磁鋼(相當(dāng)于數(shù)量較多的半圓凹槽)的齒槽轉(zhuǎn)矩波形，后者，顯著降低齒槽引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，使電機(jī)合成轉(zhuǎn)矩波動(dòng)降低減少35-45%?？傊鲜鼍C合措施，改善電機(jī)氣隙磁場波形，提高齒槽轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的基波次數(shù)，減小齒槽基波和高次諧波轉(zhuǎn)矩幅值，降低齒槽引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，使電機(jī)合成轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大幅降低(減少35-45% )，抑制靜態(tài)和動(dòng)態(tài)電樞反應(yīng)，使徑向力趨于平衡，降低機(jī)械振動(dòng)，抗高速離心力，減小轉(zhuǎn)子高速運(yùn)行時(shí)的離心力，可顯著減小轉(zhuǎn)子高速運(yùn)行時(shí)的離心力和有利于電機(jī)頻繁啟動(dòng)，提高過載能力，使電機(jī)具有低噪、低波動(dòng)、高功率密度、轉(zhuǎn)矩密度、高可靠性、快響應(yīng)、小型輕量化和平穩(wěn)運(yùn)行等特點(diǎn)。上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明的范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)轉(zhuǎn)子，包括轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子鐵芯，其特征在于在該轉(zhuǎn)子鐵芯表面設(shè)置永磁體， 其徑向外表面呈波浪形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于所述永磁體的兩端設(shè)有斜角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于所述永磁體為表面安裝式永磁體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于所述永磁體為磁化磁鋼。
5.一種電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，其特征在于，該轉(zhuǎn)子是權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種表面安裝式永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子，包括轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子鐵芯，在該轉(zhuǎn)子鐵芯表面設(shè)置永磁體，其徑向外表面呈波浪形。永磁體可以采用表面安裝式的磁化磁鋼。本發(fā)明還公開一種電機(jī)，包括定子和上述的轉(zhuǎn)子。本發(fā)明改善電機(jī)氣隙磁場波形，提高齒槽轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的基波次數(shù)，減小齒槽基波和高次諧波轉(zhuǎn)矩幅值，降低齒槽引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。
文檔編號H02K1/27GK102355072SQ20111030241
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者何平, 林德芳, 胡崗 申請人:蘇州和鑫電氣股份有限公司