專利名稱：車用永磁同步電機以及可削弱磁阻力矩的定子鐵芯的制作方法
技術領域：
本發明涉及電機技術領域，尤其是一種車用永磁同步電機以及可削弱磁阻力矩的
定子鐵芯。
背景技術：
當前汽車工業可持續發展所面臨的兩大難題是環境污染、石油資源匱乏。汽 車的排氣污染、噪聲、燃油存放的火災隱患等問題，越來越引起人們的關注，環保和節能是 二十一世紀汽車技術的一個重要發展方向，電動汽車成為新一代清潔能源汽車。其中驅動 電機和傳動系統是電動汽車的心臟，電機是驅動系統的核心，電機的綜合性能直接影響電 動汽車的性能。目前電動汽車用驅動電機制約著中國電動汽車的研發及其產業化進程。
目前，國內外正在研發永磁直流無刷電機(PMBLM)，其電樞勵磁為"非圓形跳躍式" 的旋轉磁場，存在較大的力矩波動，影響電機高效、高精度、高速和平穩運行。然而，現有 的永磁直流無刷電機在使用過程中，由于無法阻止電樞反應磁通的上升，使系統過流保護 裝置沒有足夠時間動作，使靜態、動態電樞反應對磁鋼永久去磁，降低了啟動轉矩和峰值轉 矩；另外，由于現有用于同步電機中的定子鐵芯無法削弱磁阻力矩，抑制齒槽力矩的波動， 從而無法避免鐵芯斜槽的缺點。
發明內容
本發明提供一種可以防止靜態、動態電樞反應對磁鋼永久去磁，提高啟動轉矩和 峰值轉矩的一種車用永磁同步電機。 本發明還提供一種可以削弱磁阻力矩、抑制齒槽力矩波動，可避免鐵芯斜槽缺點 的一種應用于車用永磁同步電機中的可削弱磁阻力矩的定子鐵芯。 為實現上述目的，本發明提供一種車用永磁同步電機，在機殼的內部安裝有定子
與轉子，所述定子由固定在所述機殼內壁的定子鐵芯和定子繞組構成，所述定子鐵芯包括
定子磁軛、定子槽以及定子齒，所述轉子由轉軸與轉子鐵芯構成，在所述轉子鐵芯內部的圓
周方向均勻鑲嵌有徑向磁化的磁鋼，所述磁鋼與其外側的極靴形成永磁磁極，在所述極靴
的內部設有扇形空腔，在所述空腔的外緣表面設有弧形的導電啟動條。 所述空腔的內部填充有樹脂填料。 由所述磁鋼表面發出的磁力線向所述極靴延伸，并匯聚于磁極中心形成一個能夠 增加氣隙磁密的磁極。 所述氣隙設置所述極靴與所述定子齒之間。 所述磁鋼的形狀為一字形條狀結構、U形單層多段式結構或雙層多段式結構中的 一種。 本發明同時還提供一種應用于車用永磁同步電機中的可削弱磁阻力矩的定子鐵 芯，所述定子鐵芯包括定子磁軛、定子槽以及定子齒，所述定子鐵芯由三層定子沖片齒面不
同的鐵芯依次疊壓構成，所述第一層鐵芯為齒面右移e角的定子沖片構成，所述第二層鐵芯由齒面左、右移e/2角的定子沖片構成，所述第三層鐵芯由齒面左移e角的定子沖片構 成，三層鐵芯的齒面疊壓后形成斜齒，在所述定子齒的表面還設有半圓形的凹槽。
與現有技術相比，本發明具有以下優點 本發明提供一種車用永磁同步電機，其中，在轉子鐵芯內部的圓周方向均勻鑲嵌 有徑向磁化的磁鋼，磁鋼與極靴形成永磁磁極，在極靴的內部設有扇形空腔，在空腔的外緣 表面與內部分別設有弧形的導電啟動條與樹脂填料，此種結構可有效阻止電樞反應磁通的 上升，使系統過流保護裝置就有足夠時間動作，防止靜態、動態電樞反應對磁鋼永久去磁， 提高啟動轉矩和峰值轉矩，并且還可以減小轉子慣量與離心力，提高快速響應能力，便于高
速運行；應用于該同步電機中的定子鐵芯由三層定子沖片齒面不同的鐵芯依次疊壓構成，
第一層鐵芯為齒面右移e角的定子沖片構成，第二層鐵芯由齒面左、右移e/2角的定子沖 片構成，第三層鐵芯由齒面左移e角的定子沖片構成，三層鐵芯的齒面疊壓后形成斜齒，
本發明采用此種結構可削弱磁阻力矩，抑制齒槽力矩波動，可避免鐵芯斜槽的缺點；另外，
在定子齒的表面還設有半圓形的凹槽，可提高諧波頻率降低幅值，減小氣隙磁導的變化與 齒槽力矩波動，使電機實現高精度、高功率密度、高啟動轉矩、寬調速、快響應和平穩運行， 滿足電動汽車驅動要求。
圖1為本發明同步電機第一實施例的剖面圖； 圖2為圖1的另一實施例的剖面圖； 圖3為本發明同步電機第二實施例的剖面圖 圖4為本發明同步電機第三實施例的剖面圖 圖5為本發明同步電機力矩波動分析示意圖 圖6為本發明中三層鐵芯的分解示意圖； 圖7為本發明中定子鐵芯齒面的局部示意圖； 圖8為本發明中定子齒端面的結構圖。 主要元件符號說明如下
laU形單層多段式磁鋼 lb —字形條狀磁鋼
lc雙層多段式磁鋼 ld磁鋼端面
2磁鋼槽 3極靴 4氣隙
5定子磁軛 6定子槽 7定子齒
7a第一層鐵芯 7b第二層鐵芯 7c第三層鐵芯 L-7a齒面為左移e角的定子鐵芯段 L-7b齒面為左、右移e角的定子鐵芯段 L-7c齒面為右移e角的定子鐵芯段8永磁轉子 9空腔 IO導電啟動條 ll樹脂桿
12定子 13轉軸 14半圓槽
15定子鐵芯 16凹凸面
具體實施例方式
如圖1所示，本發明提供一種車用永磁同步電機，在機殼的內部安裝有定子與轉 子，定子由固定在機殼內壁的定子鐵芯和定子繞組構成，定子鐵芯包括定子磁軛5、定子槽 6以及定子齒7，轉子由轉軸與轉子鐵芯構成，在轉子鐵芯內部的圓周方向均勻鑲嵌有徑向 磁化的磁鋼，磁鋼與其外側的極靴3形成永磁磁極，形成后的永磁磁極起到聚磁、改善氣隙 磁場波形、降低轉矩波動、抑制靜態和動態電樞反應作用。由磁鋼表面發出的磁力線向極靴 延伸，并匯聚于磁極中心形成一個能夠增加氣隙磁密的磁極，提高了電機過載能力和功率 密度，使電機小型輕量化。該磁鋼的形狀為U形單層多段式磁鋼la，該U形單層多段式磁鋼 la固定于轉子鐵芯內部的磁鋼槽2中，U形單層多段式磁鋼la的兩端均延伸至轉子的內側 邊緣，使永磁磁路在達到飽和的同時，漏磁減少。在極靴3的內部設有扇形的空腔9，在空腔 9的內部填充有樹脂填料(圖中未描述)，因此可減小轉子慣量，提高快速響應能力，與磁鋼 結合后，可進一步減輕轉子重量，減小轉子離心力，便于高速運行。在空腔9的外緣設有弧 形條狀的導電啟動條10，因此可有效阻止電樞反應磁通的上升，使系統過流保護裝置就有 足夠時間動作，防止靜態、動態電樞反應對磁鋼永久去磁，提高啟動轉矩和峰值轉矩。定子 鐵芯設置于極靴3的外側，定子磁軛5為弧形結構，定子齒7由定子磁軛5的內側表面延伸 出，定子槽6設置于相鄰的兩個定子齒7之間。在定子齒7與極靴3之間還設有氣隙4。
如圖2所示，在U形單層多段式磁鋼la兩端的內部分別插入有樹脂桿ll，可避免 應力集中，減小高速運行時轉子鐵芯的應力，適合高速和高可靠性運行。將U形單層多段式 磁鋼la的兩端靠近永磁轉子8內緣的距離h可以控制的很窄，可保證磁路飽和，減少漏磁， 增加氣隙磁密，提高出力。 如圖3所示，固定于轉子鐵芯內部的磁鋼為雙層多段式磁鋼lc，該雙層多段式磁 鋼lc與極靴3形成永磁磁極，形成后的永磁磁極起到聚磁、改善氣隙磁場波形、降低轉矩波 動、抑制靜態和動態電樞反應作用。雙層多段式磁鋼lc的兩端均延伸至轉子的內側邊緣， 使永磁磁路在達到飽和的同時，漏磁減少。由雙層多段式磁鋼lc表面發出的磁力線向極靴 3延伸，并匯聚于磁極中心形成一個能夠增加氣隙4磁密的磁極，提高了電機過載能力和功 率密度，使電機小型輕量化。定子鐵芯設置于極靴3的外側，定子磁軛5為弧形結構，定子 齒7由定子磁軛5的內側表面延伸出，定子槽6設置于相鄰的兩個定子齒7之間。在定子 齒7與極靴3之間還設有氣隙4。雙層多段式磁鋼的磁通線(箭頭方向)同時通過極靴3 擠向氣隙4，使聚磁效應顯著，有效地增加氣隙磁密，電機出力與氣隙磁密成正比，從而顯著 提高了出力，相應地也提高了過載能力和快速響應。同時，聚磁效應改善了氣隙磁場波形、 降低轉矩波動、抑制靜態和動態電樞反應去磁，實現高效、高精度、高功率密度的平穩運行。
如圖4所示，固定于轉子鐵芯內部的磁鋼為一字形條狀磁鋼lb，該一字形條狀磁 鋼lb與極靴3形成永磁磁極，形成后的永磁磁極起到聚磁、改善氣隙磁場波形、降低轉矩波 動、抑制靜態和動態電樞反應作用。為了增加轉子的強度，避免應力集中，相鄰的兩個一字 形條狀磁鋼lb的磁鋼通過凹凸面16相銜接，因此減少了高速運行時轉子鐵芯的應力，適合 高速和高可靠性運行。在實施例中，多個一字形條狀磁鋼lb銜接后形成環狀結構。另外， 在極靴3的中心還設有轉軸13，氣隙4設置于定子12與極靴3之間。 如圖5所示，永磁轉子8由箭頭方向K移動時，定子齒槽與磁鋼之間的氣隙磁導發 生變化，氣隙磁場儲能也發生變化，特別是在磁鋼端面ld齒槽定位力矩Tcog幅值變化最大。
5
如圖6與圖7所示，本發明提供一種應用于車用永磁同步電機中的可削弱磁阻力 矩的定子鐵芯，該定子鐵芯包括定子磁軛5、定子槽6以及定子齒7。定子磁軛5為弧形結 構，定子齒7由定子磁軛5的內側表面延伸出，定子槽6設置于相鄰的兩個定子齒7之間。 其中，定子鐵芯由三層定子沖片齒面不同的鐵芯依次疊壓構成，第一層鐵芯7a為齒面右移 9角的定子沖片構成，第二層鐵芯7b由齒面左、右移e/2角的定子沖片構成，第三層鐵芯 7c由齒面左移e角的定子沖片構成。在疊壓后的定子鐵芯的齒面上形成三個不同的鐵 芯段，三個鐵芯段分別為齒面為左移e角的鐵芯段L-7a與齒面為左、右移e角的鐵芯段 L-7b、以及齒面為右移e角的鐵芯段L-7c，三個鐵芯段的齒面疊壓后形成只斜齒，不斜槽 的定子鐵芯的齒面。采用此種結構可達到鐵芯軸向斜槽的同樣效果削弱了磁阻力矩，抑制 齒槽力矩波動；另外，還避免了鐵芯斜槽的缺點減少槽面積、銅耗增加、降低出力、無法自 動嵌線。由于沒有減少直槽的面積，同時便于定子繞組自動化嵌線。 如圖8所示，定子鐵芯包括定子磁軛5、定子槽6以及定子齒7，在定子齒的端面設 有半圓槽14，該半圓槽14可提高諧波頻率降低幅值，減小氣隙磁導的變化，顯著減小齒槽 力矩波動。由于齒槽力矩波動大小與半圓槽14數量有關，因此，半圓槽14的數量越多，諧波 的頻率也就越高，齒槽力矩幅值也就越低。齒槽力矩波動大小還與半圓槽的直徑①有關， 在本發明實例中，當半圓槽的直徑①為lmm時，齒槽力矩波動削弱3. 5% ;當半圓槽的直徑 ①為2mm時，齒槽力矩波動削弱14. 5% ，從而使電機高精度、高效、高功率密度的平穩運行。
本發明實現了高精度、高效、高功率密度、快響應、頻繁啟動和平穩運行。使電機綜 合品質大幅度提高，滿足電動汽車驅動要求。可實現產業化生產，打破驅動電機制約電動汽 車發展的局面，提高電動汽車的整體技術水平。 惟以上所述者，僅為本發明的較佳實施例而已，舉凡熟悉此項技藝的專業人 士.在了解本發明的技術手段之后，自然能依據實際的需要，在本發明的教導下加以變化。 因此凡依本發明申請專利范圍所作的同等變化與修飾，曾應仍屬本發明專利涵蓋的范圍 內。
權利要求
一種車用永磁同步電機，在機殼的內部安裝有定子與轉子，所述定子由固定在所述機殼內壁的定子鐵芯和定子繞組構成，所述定子鐵芯包括定子磁軛、定子槽以及定子齒，所述轉子由轉軸與轉子鐵芯構成，在所述轉子鐵芯內部的圓周方向均勻鑲嵌有徑向磁化的磁鋼，所述磁鋼與其外側的極靴形成永磁磁極，其特征在于，在所述極靴的內部設有扇形空腔，在所述空腔的外緣表面設有弧形的導電啟動條。
2. 如權利要求1所述的一種車用永磁同步電機，其特征在于，所述空腔的內部填充有 樹脂填料。
3. 如權利要求1所述的一種車用永磁同步電機，其特征在于，由所述磁鋼表面發出的 磁力線向所述極靴延伸，并匯聚于磁極中心形成一個能夠增加氣隙磁密的磁極。
4. 如權利要求3所述的一種車用永磁同步電機，其特征在于，所述氣隙設置所述極靴 與所述定子齒之間。
5. 如權利要求1或3所述的一種車用永磁同步電機，其特征在于，所述磁鋼的形狀為一 字形條狀結構、U形單層多段式結構或雙層多段式結構中的一種。
6. 如權利要求5所述的一種車用永磁同步電機，其特征在于，在所述一字形條狀結構 磁鋼的兩端設有凹凸面，相鄰的兩個一字形條狀結構的磁鋼通過凹凸面相銜接。
7. 如權利要求5所述的一種車用永磁同步電機，其特征在于，所述U形單層多段式磁鋼 與所述雙層多段式磁鋼的兩端均延伸至所述轉子的內側邊緣。
8. 如權利要求5所述的一種車用永磁同步電機，其特征在于，所述U形單層多段式結構 磁鋼兩端的內部分別插入有樹脂桿。
9. 如權利要求1所述的一種應用于車用永磁同步電機中的可削弱磁阻力矩的定子鐵 芯，所述定子鐵芯包括定子磁軛、定子槽以及定子齒，其特征在于，所述定子鐵芯由三層定 子沖片齒面不同的鐵芯依次疊壓構成，所述第一層鐵芯為齒面右移e角的定子沖片構成，所述第二層鐵芯由齒面左、右移e/2角的定子沖片構成，所述第三層鐵芯由齒面左移e角的定子沖片構成，三層鐵芯的齒面疊壓后形成斜齒，在所述定子齒的表面還設有半圓形的 凹槽。
全文摘要
本發明涉及一種車用永磁同步電機，其中，在轉子鐵芯內部的圓周方向均勻鑲嵌有徑向磁化的磁鋼，磁鋼與極靴形成永磁磁極，在極靴的內部設有扇形空腔，在空腔的外緣與內部分別設有弧形的導電啟動條與樹脂填料，此種結構可防止靜態、動態電樞反應對磁鋼永久去磁，提高啟動轉矩和峰值轉矩，減小轉子慣量與離心力，提高快速響應能力；應用于該同步電機中的定子鐵芯由三層定子沖片齒面不同的鐵芯依次疊壓構成，第一層鐵芯為齒面右移θ角的定子沖片構成，第二層鐵芯由齒面左、右移θ/2角的定子沖片構成，第三層鐵芯由齒面左移θ角的定子沖片構成，三層鐵芯的齒面疊壓后形成斜齒，此種結構可削弱磁阻力矩，抑制齒槽力矩波動，避免鐵芯斜槽的缺點。
文檔編號H02K21/14GK101789663SQ20101000043
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月8日 優先權日2010年1月8日
發明者李嘉琛, 林德芳 申請人:李嘉琛;林德芳