一种电动汽车驱动用多层分段内置式永磁同步电机转子制造技术

本发明专利技术是一种电动汽车驱动用多层分段内置式永磁同步电机转子，该内置式转子部分包括转子铁心、三层分段式钕铁硼磁钢和磁障，通过优化每层永磁体的极弧系数，使得内置式永磁同步电机转子气隙磁密的谐波含量最小，从而减小内置式永磁同步电机的转矩脉动和铁芯损耗，且由于采用多层机构，使电机凸极率达到三以上，提高电机的弱磁能力；将每块永磁体分成四段，减小永磁体涡流损耗，减小永磁体的发热，提高抗不可逆退磁能力，提高电机可靠性。本发明专利技术与现有技术相比，可以减小永磁同步电机的转矩脉动、铁芯损耗和永磁体涡流损耗，降低电机运行的噪声，提高电动汽车驱动电机的运行效率和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是同步电机
，具体涉及一种应用于电动汽车驱动系统的低气隙磁密谐波含量的多层分段内置式永磁同步电机转子。
技术介绍
与内燃机汽车相比，电动汽车具有高效、无污染、低噪声等优点。开发高性能的电动汽车得到各国政府、汽车制造商、科研院所的高度重视,纷纷制定电动汽车研制计划,掀起全球范围内的电动汽车开发热潮。同时，电动汽车对驱动电机的效率、功率密度、性价比及安全性等提出了越来越高的要求。内置式永磁同步电机以其功率密度高、低速输出转矩大、体积小、可利用其磁阻效应来提高电机效率和改善调速特性等优点,特别适宜用作电动汽车的驱动电机。普通的内置式永磁同步电机由于隔磁磁桥的高饱和特性，使得气隙磁密中含有大量的低次谐波谐波。这些低次谐波在电机低速运行时，使得转矩脉动变大，电机噪声变大。在高速弱磁运行时，使得定子铁芯损耗变大，电机定子发热严重，效率降低，也会使得转子永磁体涡流损耗增加，永磁体温升变大，增加永磁体不可逆退磁风险。所以需要提出一种能够降低气隙磁密低次谐波含量的结构，来降低转矩脉动和铁芯损耗。
技术实现思路
本专利技术提出的是一种应用于电动汽车驱动系统的低气隙磁密谐波含量的多层分段内置式永磁同步电机转子，其目的旨在减少气隙磁密中的谐波含量，特别是5次、7次、11次和13次谐波。该转子可实现低转矩脉动、低铁芯损耗、低永磁体涡流损耗，实现高功率密度、高效率和高可靠性的运行。本专利技术的技术解决方案：一种电动汽车驱动用多层分段内置式永磁同步电机转子，该内置式转子部分包括转子铁心、三层分段式钕铁硼磁钢和磁障，通过优化每层永磁体的极弧系数，使得内置式永磁同步电机转子气隙磁密的谐波含量最小，从而减小内置式永磁同步电机的转矩脉动和铁芯损耗，且由于采用多层机构，使电机凸极率达到三以上，提高电机的弱磁能力；将每块永磁体分成4段，减小永磁体涡流损耗，减小永磁体的发热，提高抗不可逆退磁能力，提高电机可靠性。本专利技术的优点：1）可使内置式永磁同步电机转子气隙磁密的谐波含量最小，从而减小内置式永磁同步电机的转矩脉动和铁芯损耗；2）且由于采用多层机构，使电机凸极率达到三以上，增大了磁阻转矩的比重，提高电机的弱磁能力；3）每层磁钢的尺寸都一样，这样可以减少设计参数及磁钢的价格，同一极下的磁钢极性相同，具有加工简单，制成方便地特点；4）在每层磁钢中间加入了中间隔磁桥，提高电机的弱磁能力满足了转子弱磁高速运行时的机械强度，还增大了d轴电感，提高电机的弱磁能力；5）将每块永磁体进行分段处理，中间加入环氧树脂，可以减小高速运行时永磁体的涡流损耗，减小永磁体的发热量，降低永磁体的不可逆退磁风险，提高电机的可靠性。附图说明图1是本专利技术一极下的结构示意图。图2是本专利技术一极下的三层极弧系数示意图。图3是本专利技术48槽8极结构的气隙磁密波形。图4是本专利技术48槽8极结构的气隙磁密波形的谐波含量。附图中1(1)，1(2)，1(3)为第一层永磁体，1(4)，1(5)，1(6)为第一层永磁体磁障，1(7)，1(8)为第一层永磁体隔磁磁桥。2(1)，2(2)为第二层永磁体，2(3)，2(4)为第二层永磁体磁障，2(5)，2(6)为第二层永磁体隔磁磁桥。3(1)为第三层永磁体，3(2)为第三层永磁体磁障，3(3)为第三层永磁体隔磁磁桥。4为转子铁芯。ap1为第一层永磁体的极弧系数，ap2为第二层永磁体的极弧系数，ap3为第三层永磁体的极弧系数。具体实施方式如附图1所示，一种电动汽车驱动用多层分段内置式永磁同步电机转子，该内置式转子部分包括转子铁心、三层分段式钕铁硼磁钢和磁障，其特征在于，通过优化每层永磁体的极弧系数，使得内置式永磁同步电机转子气隙磁密的谐波含量最小，从而减小内置式永磁同步电机的转矩脉动和铁芯损耗，且由于采用多层机构，使电机凸极率达到三以上，提高电机的弱磁能力；将每块永磁体分成4段，减小永磁体涡流损耗，减小永磁体的发热，提高抗不可逆退磁能力，提高电机可靠性。内置式转子部分包括转子铁心4，第一层磁钢有1(1)磁钢、1(2)磁钢、1(3)磁钢，第二层磁钢有2(1)磁钢、2(2)磁钢，第三层磁钢有3(1)磁钢，第一层磁障有1(4)磁障、1(5)磁障、1(6)磁障，第二层磁障有2(3)磁障、2(4)磁障，第三层磁障有3(2)磁障。电机凸极率达到三以上的要求，采用三层永磁体设计，d轴磁通需要穿过6层永磁体或磁障、转子铁芯、定子铁芯和2层气隙，而q轴磁通只需要穿过转子铁芯、定子铁芯和2层气隙，使得d轴磁路磁阻远大于q轴磁路磁阻。转子铁心为三层内置式结构，每层磁钢的尺寸都一样，这样可以减少设计参数及磁钢的价格，同一极下的磁钢极性相同，具有加工简单，制成方便地特点。每块永磁体进行分段处理，中间加入环氧树脂，减小高速运行时永磁体的涡流损耗，减小永磁体的发热量，降低永磁体的不可逆退磁风险，提高电机的可靠性、安全性。为了满足转子弱磁高速运行时的机械强度，第一层磁钢表面隔磁桥1(7)，第二层磁钢表面隔磁桥2(5)，第三层磁钢表面隔磁桥3(3)需要的宽度，满足，第一层磁钢表面隔磁桥1(7)>第二层磁钢表面隔磁桥2(5)>第三层磁钢表面隔磁桥3(3)；且在第一层磁钢中间加入了中间隔磁桥1(8)，在第二层磁钢中间加入了中间隔磁桥2(6)，可以增大d轴电感，提高电机的弱磁能力。如图2所示，将第一层永磁体的极弧系数ap1设计为0.85，第二层永磁体的极弧系数ap2设计为0.525，第三层永磁体的极弧系数ap3设计为0.25。如图4所示，可以大大降低气隙磁密中5次、7次、11次和13次谐波含量，使得气隙磁密中的总谐波含量为16.5%，相比于现有的V型和三角形结构，气隙磁密中的低次谐波含量大为降低。由于气隙磁密谐波含量的降低，可以减小电机的转矩脉动和铁芯损耗。使内置式永磁同步电机运行的噪声降低、效率提高。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动汽车驱动用多层分段内置式永磁同步电机转子，该内置式转子部分包括转子铁心、三层分段式钕铁硼磁钢和磁障，其特征在于，通过优化每层永磁体的极弧系数，使得内置式永磁同步电机转子气隙磁密的谐波含量最小，从而减小内置式永磁同步电机的转矩脉动和铁芯损耗，且由于采用多层机构，使电机凸极率达到三以上，提高电机的弱磁能力；将每块永磁体分成四段，减小永磁体涡流损耗，减小永磁体的发热，提高抗不可逆退磁能力，提高电机可靠性。

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车驱动用多层分段内置式永磁同步电机转子，该内置式转子部分包括转子铁心、三层分段式钕铁硼磁钢和磁障，其特征在于，通过优化每层永磁体的极弧系数，使得内置式永磁同步电机转子气隙磁密的谐波含量最小，从而减小内置式永磁同步电机的转矩脉动和铁芯损耗，且由于采用多层机构，使电机凸极率达到三以上，提高电机的弱磁能力；将每块永磁体分成四段，减小永磁体涡流损耗，减小永磁体的发热，提高抗不可逆退磁能力，提高电机可靠性。2.根据权利要求1所述的一种电动汽车驱动用多层分段内置式永磁同步电机转子，其特征在于，内置式转子部分包括转子铁心，三层分段式钕铁硼磁钢和磁障；其中三层分段式钕铁硼磁钢和磁障：第一层磁钢有1(1)磁钢、1(2)磁钢、1(3)磁钢，第二层磁钢有2(1)磁钢、2(2)磁钢，第三层磁钢有3(1)磁钢，第一层磁障有1(4)磁障、1(5)磁障、1(6)磁障，第二层磁障有2(3)磁障、2(4)磁障，第三层磁障有3(2)磁障；第一层磁钢表面隔磁桥1(7)，第二层磁钢表面隔磁桥2(5)，第三层磁钢表面隔磁桥3(3)。3.根据权利要求1所述的一种电动汽车驱动用多层分段内置式永磁同步电机转子，其特征在于，采用三层永磁体设计，对每层永磁体极弧系数进行优化，第一层永磁体的极弧系数ap1为0.85，第二层永磁体的极弧系数ap2为0.525，第三层永磁体的极弧系数ap3为0.25，此时的气隙磁密总谐波含量为16...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡耀华，刘闯，朱姝姝，干兴业，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32