转子结构及其形成方法、电机结构与流程

1.本发明涉及汽车制造技术领域，尤其涉及一种转子结构及其形成方法、电机结构。


背景技术：

2.新能源汽车要求电机转速高，转矩大以满足良好的启动或爬坡能力以及较高的车速；另一方面，由于乘用车空间有限，重量要求严格，电机必须高转矩和功率密度。pmsm由于良好的调速能力和高转矩密度，在新能源汽车中得到广泛应用。近年来，随着新能源汽车电驱技术的不断迭代，对电机的最高转速与转矩功率密度的要求也愈发提高，其中，由于气隙磁场中含有大量谐波成分，转子旋转时永磁体与气隙谐波磁场发生相对运动，导致在永磁体上产生涡流损耗，严重时甚至会造成永磁体的不可逆退磁。
3.目前新能源电机厂商都在积极发展定子扁铜线绕组技术，此技术可以较好地改善电机定子侧的温度。但是随着高速化的发展趋势，扁铜线绕组由于一般采用整距绕组，在气隙磁场谐波的作用下，电机高速段运行时会产生较大的交流损耗。
4.所以如何有效降低转子气隙磁场谐波分量，减小电机高速运行时绕组交流损耗和磁钢涡流损耗，这是目前急需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明解决的问题是提供一种转子结构的形成方法，将理想正弦气隙磁场波分割成n段，当所述齿部的中心线与位于相对应分割的部分所述理想正弦气隙磁场波内时，由于所述齿部的面积与相对应分割部分的正弦气隙磁场波的面积相等，在电机运作的过程中，利用模拟脉冲宽度调制原理形成接近所述理想正弦气隙磁场波的气隙磁场谐波，降低气隙磁场谐波分量，降低了电机高速运行时绕组交流损耗和磁钢涡流损耗，具有较广泛的应用范围。
6.为解决上述问题，本发明提供一种转子结构的形成方法，包括：多个磁钢单元，所述磁钢单元由磁钢单体组成，所述磁钢单体上具有多个齿部；将理想正弦气隙磁场波分割成n段，当所述齿部的中心线与位于相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波内时，所述齿部的面积与相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波的面积相等。
7.可选的，所述磁钢单体上还具有位于相邻所述齿部之间的凹槽，所述凹槽沿着所述转子的d轴对称分布。
8.可选的，在所述转子的周向上，所述齿部的宽度随着与所述转子的d轴之间的距离增大而减少。
9.可选的，所述磁钢单体上还具有轭部，所述齿部的一端连接在所述轭部上。
10.可选的，当所述凹槽的中心线位于相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波内时，所述齿部的面积与对应部分的所述轭部的面积之和与相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波的面积相等。
11.可选的，所述n与所述齿部的个数相等。
12.相应的，本发明还提供一种转子结构，采用上述的转子结构的形成方法形成。
13.可选的，还包括转子冲片，多个所述磁钢单元位于所述转子冲片上。
14.可选的，所述磁钢单体为一型磁钢单体或者“v”型磁钢单体。
15.相应的，本发明还提供一种电机结构，上述的转子结构。
16.与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
17.本技术方案的转子结构的形成方法中，将理想正弦气隙磁场波分割成n段，当所述齿部的中心线与位于相对应分割部分正弦气隙磁场波内时，由于所述齿部的面积与相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波的面积相等，在电机高速运作的过程中，利用模拟脉冲宽度调制原理形成接近所述理想正弦气隙磁场波的气隙磁场谐波，降低气隙磁场谐波分量，降低了电机高速运行时绕组交流损耗和磁钢涡流损耗、以及减小由于谐波磁场所产生的电机振动与噪声，具有较广泛的应用范围。
附图说明
18.图1为本发明一实施例中磁钢单体的结构示意图；
19.图2为本发明另一实施例中磁钢单体的结构示意图；
20.图3为本发明的转子结构的形成方法中原理分析图；
21.图4为本发明再一实施例中磁钢单体的结构示意图；
22.图5为本发明再另一实施例中磁钢单体的结构示意图。
具体实施方式
23.目前对于高速永磁电机来说，减小磁钢涡流损耗与绕组交流损耗的常用方法，一方面是通过磁钢分段斜极可以有效降低转子磁场谐波分量，降低涡流损耗，但是效果有限且工艺要求较高；另一方面通过采用短矩绕组方案从而降低定子磁场谐波分量，进而减小绕组交流损耗，但是绕组短矩会带来槽内绝缘问题，而且气隙磁场是由定转子磁场共同组成，短矩绕组虽可以减小定子磁场谐波分量，但由于转子磁场谐波的存在，绕组交流损耗的降低仍然有限。
24.发明人通过研究发现，通过将理想正弦气隙磁场波分割成n段，当所述齿部的中心线与位于相对应分割部分正弦气隙磁场波内时，由于所述齿部的面积与相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波的面积相等，在电机高速运作的过程中，利用模拟脉冲宽度调制原理形成接近所述理想正弦气隙磁场波的气隙磁场谐波，降低气隙磁场谐波分量，降低了电机高速运行时绕组交流损耗和磁钢涡流损耗、以及减小由于谐波磁场所产生的电机振动与噪声，具有较广泛的应用范围。
25.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
26.图1为本发明一实施例中磁钢单体的结构示意图；图2为本发明另一实施例中磁钢单体的结构示意图；图3为本发明的转子结构的形成方法中原理分析图；图4为本发明再一实施例中磁钢单体的结构示意图；图5为本发明再另一实施例中磁钢单体的结构示意图。
27.首先请参考图1，磁钢单体100，包括多个齿部101。
28.在本实施例中，所述齿部101为单独的个体。
29.在本实施例中，相邻的所述齿部101之间采用胶水102连接。
30.在本实施例中，多个所述齿部101构成所述磁钢单体100。
31.请继续参考图1，所述磁钢单体100为一型磁钢单体。
32.在其他实施例中，请参考图2，所述磁钢单体100还可为“v”型磁钢单体，所述“v”型磁钢单体由两个所述磁钢单体100呈“v”型分布构成。
33.在本实施例中，请参考图3，将理想正弦气隙磁场波分割成n段，当所述齿部101的中心线与位于相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波内时，所述齿部101的面积与相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波的面积相等。
34.在本实施例中，以半周期正弦气隙磁场波为例子进行说明。
35.由于电机在运作过程中在产生基波的同时还会产生一系列谐波磁动势，比如气隙磁场波，理想的气隙磁场波为正弦波形，理想正弦气隙磁场波具有较小的谐波分量，对减少电机的振动和噪声，电机所能产生的损耗少，所以设计师在设计转子结构的过程中希望在电机运作的过程中能够产生理想的气隙磁场波，从而解决噪声、振动以及损耗的问题。
36.在本实施例中，先将理想正弦气隙磁场波分割成n段，当所述齿部101的中心线与位于相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波内时，所述齿部101的面积与相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波的面积相等，再利用模拟脉冲宽度调制原理形成接近所述理想正弦气隙磁场波的气隙磁场谐波，这样就使得气隙磁场谐波的分量得到降低，从而使得电机高速运行时绕组交流损耗和磁钢涡流损耗得到很好的降低、以及减小由于谐波磁场所产生的电机振动与噪声，使得形成的转子结构以及对应的电机结构都具有较广泛的应用范围。
37.在本实施例中，图3包括图3a和3b，其中图3a表示在半个周期内，理想正弦气隙磁场波形图，图3b表示用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列。
38.图3b中每个矩形脉冲具有的面积与相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波的面积相等。
39.从而利用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中，通过查表的方式生成pwm信号控制开关器件的通断，准确地计算出各开关器件的通断时刻，其所得的的波形很接近正弦波。
40.其中，图3b中s
i’表示矩形脉冲的面积，i＝n。
41.图3b中s
i’与所述对应位置的所述齿部101的面积相等。
42.在本实施例中，所述n与所述齿部101的个数相等，以半周期的所述理想正弦气隙磁场波为例，n为9，所述齿部101的数量为9。
43.具体的，理想正弦气隙磁场波分割成9，那么对应具有9个所述齿部，以d轴为对称轴，那么请结合参考图1，矩形脉冲的面积对应为s5’
、s4’
、s3’
、s2’
、s1’
、s2’
、s3’
、s4’
、s5’
与对应的所述磁钢单体100上的齿部的面积排布为s5、s4、s3、s2、s1、s2、s3、s4、s5，其中s5’
＝s5、s4’
＝s4、s3’
＝s3、”44.s2＝s2、s1＝s1。
45.在其他实施例中，当所述磁钢单体100还可为“v”型磁钢单体时，同样所述磁钢单体100被分成9分，其中最靠近d轴两侧的所述齿部101的面积s1被分成一半，即s1＝s
1/2
+s
1/2
。以d轴为对称轴，那么对应所述磁钢单体100上的齿部的面积排布为s5、s4、s3、s2、s
1/2
、s
1/2
、
s2、s3、s4、s5。
46.在本实施例中，所述齿部101的中心线与位于相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波的中心线重合。
47.请参考图4，所述磁钢单体100上还具有轭部103，所述齿部101的一端连接在所述轭部103上。
48.在本实施例中，当所述磁钢单体100上具有所述轭部103时，相邻所述齿部101之间不用所述胶水102连接。
49.在本实施例中，相邻所述齿部101之间的凹槽104，所述凹槽104沿着所述转子的d轴对称分布。
50.请继续参考图4，所述磁钢单体100为一型磁钢单体。
51.在图4中凹槽内的虚线表示凹槽的中心线。
52.在其他实施例中，请参考图5，所述磁钢单体100为“v”型磁钢单体。
53.在本实施例中，在所述转子的周向上，所述齿部101的宽度随着与所述转子的d轴之间的距离增大而减少。
54.在本实施例中，由于所述齿部101之间具有所述凹槽104，在保证电机性能的前提，既保证了所述磁钢单体100的性能，又进一步降低磁钢的用量，达到降本的目的；同时由于所述磁钢单体的设计变轻量化，还能进一步降低所述磁钢单元的涡流损耗，既减小热源，又提升了电机的工作效率。
55.在本实施例中，当所述凹槽的中心线位于相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波内时，所述齿部的面积与对应部分的所述轭部的面积之和与相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波的面积相等。
56.在本实施例中，所述磁钢单体组成磁钢单元，多个磁钢单元位于转子冲片上，形成转子结构。
57.本发明还提供一种转子结构，包括上述的磁钢单体100，利用所述齿部101的面积与相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波的面积相等或者所述齿部的面积与对应部分的所述轭部的面积之和与相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波的面积相等，再利用模拟脉冲宽度调制原理形成接近所述理想正弦气隙磁场波的气隙磁场谐波，这样就使得气隙磁场谐波的分量得到降低，从而使得电机高速运行时绕组交流损耗和磁钢涡流损耗得到很好的降低、以及减小由于谐波磁场所产生的电机振动与噪声，使得形成的转子结构具有较广泛的应用范围。
58.相应的，本发明还提供一种电机结构，包括上述的转子结构，由于转子结构在设计的过程中，消除了气隙磁场谐波的分量，消除了气隙磁场谐波的分量所引起的电机振动以及噪声的影响，降低了电机高速运行时绕组交流损耗和磁钢涡流损耗，大大地扩大了电机的适用范围。
59.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

技术特征：
1.一种转子结构的形成方法，其特征在于，包括：多个磁钢单元，所述磁钢单元由磁钢单体组成，所述磁钢单体上具有多个齿部；将理想正弦气隙磁场波分割成n段，当所述齿部的中心线与位于相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波内时，所述齿部的面积与相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波的面积相等。2.如权利要求1所述的转子结构的形成方法，其特征在于，所述磁钢单体上还具有位于相邻所述齿部之间的凹槽，所述凹槽沿着所述转子的d轴对称分布。3.如权利要求1所述的转子结构的形成方法，其特征在于，在所述转子的周向上，所述齿部的宽度随着与所述转子的d轴之间的距离增大而减少。4.如权利要求2所述的转子结构的形成方法，其特征在于，所述磁钢单体上还具有轭部，所述齿部的一端连接在所述轭部上。5.如权利要求4所述的转子结构的形成方法，其特征在于，当所述凹槽的中心线位于相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波内时，所述齿部的面积与对应部分的所述轭部的面积之和与相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波的面积相等。6.如权利要求1所述的转子结构的形成方法，其特征在于，所述n段的n数值与所述齿部的个数相等。7.一种转子结构，其特征在于，采用权利要求1至权利要求6任一项所述的转子结构的形成方法。8.如权利要求7所述的转子结构，其特征在于，还包括转子冲片，多个所述磁钢单元位于所述转子冲片上。9.如权利要求7所述的转子结构，其特征在于，所述磁钢单体为一型磁钢单体或者“v”型磁钢单体。10.一种电机结构，其特征在于，包括：如权利要求7至权利要求9任一项所述的转子结构。

技术总结
本发明提供一种转子结构及其形成方法、电机结构，其中转子结构的形成方法，将理想正弦气隙磁场波分割成N段，当所述齿部的中心线与位于相对应分割部分正弦气隙磁场波内时，由于所述齿部的面积与相对应分割部分的所述理想正弦气隙磁场波的面积相等，在电机高速运作的过程中，利用模拟脉冲宽度调制原理形成接近所述理想正弦气隙磁场波的气隙磁场谐波，降低气隙磁场谐波分量，降低了电机高速运行时绕组交流损耗和磁钢涡流损耗、以及减小由于谐波磁场所产生的电机振动与噪声，具有较广泛的应用范围。围。围。


技术研发人员：李良梓
受保护的技术使用者：浙江方正电机股份有限公司
技术研发日：2022.03.16
技术公布日：2023/9/22