一种电动汽车内置式永磁驱动电机及其电磁振动削弱方法技术

本公开提供了一种电动汽车内置式永磁驱动电机及其电磁振动削弱方法，包括永磁转子套装于定子内部，与定子同轴布设，定子上设置有电枢绕组；永磁转子包括转子铁芯和永磁体，转子铁芯上设置有转子槽，转子槽内放置有永磁体，永磁体在转子铁芯上形成2p个转子磁极，转子磁极中有一个转子磁极所对应的极弧宽度与其他2p‑1个转子磁极所对应的极弧宽度不同，其他2p‑1个转子磁极的极弧宽度相同；永磁转子上的磁通沿定子和永磁转子之间的气隙进入到定子中，形成的主磁通与定子上的电枢绕组产生的磁场作用，电机产生转矩。通过新型转子磁极分段方法能够大幅度削弱内置式永磁电机的齿槽转矩、齿谐波电动势和转矩脉动，从而有效削弱内置式永磁电机的电磁振动。

A built-in permanent magnet drive motor for electric vehicle and its electromagnetic vibration reduction method

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车内置式永磁驱动电机及其电磁振动削弱方法
本公开属于电磁振动削弱
，涉及一种电动汽车内置式永磁驱动电机及其电磁振动削弱方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。近年来，随着永磁材料耐高温性能的提高与价格的降低，永磁电机在国防、工业、农业与日常生活中得到了广泛的应用，正在向大功率化，高功能化和微型化方向发展，永磁电机的品种和应用领域不断扩大。目前永磁电动机的功率从几毫瓦到几千千瓦，应用范围从小到玩具电机，大到舰船牵引用到的大型永磁电机，在国民经济、日常生活、军事工业、航空航天的各个方面得到了广泛的应用。由于电动汽车运行的复杂工况和电动汽车本身对电机的性能要求，电动汽车驱动电机通常需要满足以下特点：具有宽广的恒功率运行范围以满足变速性能；具有较大的低速转矩以满足起动与爬坡性能；具有较高的运行效率以提高汽车的续航能力；具有较高的功率密度以减小驱动电机的体积；具有较小的转矩脉动以降低传动系统的疲劳；具有较低的振动噪声以提高乘用人员的舒适度。在这之中，具有高功率密度是电动汽车对驱动电机的首要需求，相比于表贴式永磁同步电机，内置式永磁电机由于具有磁阻转矩分量，能够输出更高的转矩，内置式永磁电机的优点主要体现在以下方面：(1)内置式永磁同步电机的转矩输出在永磁转矩的基础上迭加了磁阻转矩，有利于提高电机的过载能力和功率密度，更适合于电动汽车复杂工况对驱动电机过载能力的需求和对电机高功率密度的需求。(2)内置式永磁同步电机具有不同的d轴和q轴电感，因而易于进行弱磁扩速，有助于电机扩大恒功率运行范围，更适合于电动汽车对永磁驱动电机宽转速范围的需求。(3)内置式永磁电机的永磁体嵌在转子的转子槽内，不直接面向定转子之间的气隙，因此在电机旋转时，可以有效的保护永磁体不受到撞击或意外脱落，增加了电机运行的可靠性，更适合于电动汽车对驱动电机高安全性和高可靠性的需求。然而，内置式永磁电机也具有永磁电机所具有的共同缺点，即具有齿槽转矩。齿槽转矩的存在会增大永磁电机的转矩脉动，给电机带来额外的电磁振动，增大传动系统的效率损耗，并引发机械疲劳损耗，不利于电动汽车的安全可靠运行，同时转矩脉动还会引发电机产生电磁噪声。目前工业上主要采用定子斜槽或转子斜极的方法来削弱永磁电机的齿槽转矩、转矩脉动和电磁振动，但是斜极或斜槽的方式增大了工业制造的难度与成本，在电机轴向长度较短时难以实现，因此需要低成本且具有通用性的非斜极斜槽条件下的内置式永磁电机转矩脉动和电磁振动的抑制方案。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了一种电动汽车内置式永磁驱动电机及其电磁振动削弱方法，通过这种新型转子磁极分段方法能够大幅度削弱内置式永磁电机的齿槽转矩、齿谐波电动势和转矩脉动，从而有效削弱内置式永磁电机的电磁振动，实现非斜极斜槽条件下的内置式永磁电机转矩脉动和电磁振动的抑制。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：第一方面，本公开提供一种电动汽车内置式永磁驱动电机，包括定子、永磁转子和电枢绕组，所述永磁转子套装于定子内部，与定子同轴布设，所述定子和永磁转子之间存在气隙，定子上设置有电枢绕组；所述永磁转子包括转子铁芯和永磁体，所述转子铁芯上设置有转子槽，转子槽内放置有永磁体，永磁体在转子铁芯上形成2p个转子磁极，其中p为电机的极对数，所述转子磁极中有一个转子磁极所对应的极弧宽度与其他2p-1个转子磁极所对应的极弧宽度不同，其他2p-1个转子磁极的极弧宽度相同；所述永磁转子上的磁通沿定子和永磁转子之间的气隙进入到定子中，形成主磁通，所述主磁通与定子上的电枢绕组产生的磁场作用，使电机产生转矩。作为可能的一些实现方式，所述永磁转子沿轴向方向分为两段，两段永磁转子的结构完全相同，每段永磁转子上设置有转子槽，转子槽内放置有永磁体。作为可能的一些实现方式，所述两段永磁转子沿轴向错开180°安装，具有不等极弧宽度的转子磁极沿转子中心对称分布，永磁转子整体的磁通沿转子对称分布。作为可能的一些实现方式，永磁转子轴上设置有两个上下对称的键槽，便于加工装配中的两段永磁转子的错开安装。作为可能的一些实现方式，具有不同磁极宽度的永磁体的极弧宽度的调整通过改变转子槽位置实现，仅改变转子冲片的形状，不改变永磁体的尺寸。作为可能的一些实现方式，所述定子包括定子槽、定子齿和定子轭部，所述定子轭部为圆环状，定子齿沿定子轭部圆周均匀分布，定子齿之间有定子槽，所述定子槽内放置有电枢绕组，永磁转子与定子同心布设。作为可能的一些实现方式，所述定子上设置有多个定子槽，且定子槽为直槽结构。第二方面，本公开提供一种电动汽车内置式永磁驱动电机电磁振动削弱方法，包括：将永磁转子套装于定子内部，与定子同轴布设；所述永磁转子包括转子铁芯和永磁体，在转子铁芯上设置有转子槽，转子槽内放置有永磁体，永磁体在转子铁芯上形成2p个转子磁极，其中p为电机的极对数；所述转子磁极中有一个转子磁极所对应的极弧宽度与其他2p-1个转子磁极所对应的极弧宽度不同，其他2p-1个转子磁极的极弧宽度相同；在所述定子和永磁转子之间存在气隙，定子上设置有电枢绕组，永磁转子上的磁通沿定子和永磁转子之间的气隙进入到定子中，形成主磁通，所述主磁通与定子上的电枢绕组产生的磁场作用，使电机产生转矩。作为可能的一些实现方式，设具有不同磁极宽度的转子磁极所对应的极弧宽度为θa，其他2p-1个相同磁极宽度的转子磁极所对应的极弧宽度为θb，相邻两个磁极之间的极间宽度为θc，并设Kt为极弧宽度不同的转子磁极与其他磁极的极弧宽度之比，则各永磁体所对应的极弧宽度的确定过程包括：根据解析计算，齿槽转矩的表达式表示为:式中，La为电枢铁芯的轴向长度，R1和R2分别为电枢外半径和定子轭内半径，n为使nz/2p为整数的整数，z为定子齿数，μ0为真空磁导率，当转子磁极具有不等极弧宽度时，其Brn的傅里叶展开式为：式中，Kt为极弧宽度不同的转子磁极与其他磁极的极弧宽度之比，p为极对数，θc为两个磁极之间的极间宽度；所述永磁体所对应的极弧宽度θa和θb通过Brn的展开式中Kt的选择和原始电机的极弧系数确定，考虑到电机的性能与设计原则，选取Kt时，应选取最接近1且使Brn＝0的Kt值，使θa和θb的差值最小。作为可能的一些实现方式，具有不同极弧宽度的转子磁极对应的定子槽数为：作为可能的一些实现方式，2p-1个具有相同极弧宽度的转子磁极对应的定子槽数为：式中，Z为定子齿数，p为极对数，Kt为极弧宽度不同的转子磁极与其他磁极的极弧宽度之比。与现有技术相比，本公开的有益效果为：1、本公开电机定子为直槽结构，与目前工业上削弱齿槽转矩常用的定子斜槽的方法相比，加工成本低，加工工艺简单，能够有效增加电机制造的效率并降低电机制造的成本。同时，直槽结构相比于定子斜槽结构，不会带来额外的轴向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动汽车内置式永磁驱动电机，其特征在于，包括定子、永磁转子和电枢绕组，所述永磁转子套装于定子内部，与定子同轴布设，所述定子和永磁转子之间存在气隙，定子上设置有电枢绕组；/n所述永磁转子包括转子铁芯和永磁体，所述转子铁芯上设置有转子槽，转子槽内放置有永磁体，永磁体在转子铁芯上形成2p个转子磁极，其中p为电机的极对数，所述转子磁极中有一个转子磁极所对应的极弧宽度与其他2p-1个转子磁极所对应的极弧宽度不同，其他2p-1个转子磁极的极弧宽度相同；/n所述永磁转子上的磁通沿定子和永磁转子之间的气隙进入到定子中，形成主磁通，所述主磁通与定子上的电枢绕组产生的磁场作用，使电机产生转矩。/n

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车内置式永磁驱动电机，其特征在于，包括定子、永磁转子和电枢绕组，所述永磁转子套装于定子内部，与定子同轴布设，所述定子和永磁转子之间存在气隙，定子上设置有电枢绕组；
所述永磁转子包括转子铁芯和永磁体，所述转子铁芯上设置有转子槽，转子槽内放置有永磁体，永磁体在转子铁芯上形成2p个转子磁极，其中p为电机的极对数，所述转子磁极中有一个转子磁极所对应的极弧宽度与其他2p-1个转子磁极所对应的极弧宽度不同，其他2p-1个转子磁极的极弧宽度相同；
所述永磁转子上的磁通沿定子和永磁转子之间的气隙进入到定子中，形成主磁通，所述主磁通与定子上的电枢绕组产生的磁场作用，使电机产生转矩。


2.如权利要求1所述的一种电动汽车内置式永磁驱动电机，其特征在于，
所述永磁转子沿轴向方向分为两段，两段永磁转子的结构完全相同，每段永磁转子上设置有转子槽，转子槽内放置有永磁体。


3.如权利要求2所述的一种电动汽车内置式永磁驱动电机，其特征在于，
所述两段永磁转子沿轴向错开180°安装，具有不等极弧宽度的转子磁极沿转子中心对称分布，永磁转子整体的磁通沿转子对称分布。


4.如权利要求1所述的一种电动汽车内置式永磁驱动电机，其特征在于，
永磁转子轴上设置有两个上下对称的键槽，便于加工装配中的两段永磁转子的错开安装。


5.如权利要求1所述的一种电动汽车内置式永磁驱动电机，其特征在于，
具有不同磁极宽度的转子磁极的极弧宽度的调整通过改变转子槽位置实现，仅改变转子冲片的形状，不改变永磁体的尺寸。


6.如权利要求1所述的一种电动汽车内置式永磁驱动电机，其特征在于，
所述定子包括定子槽、定子齿和定子轭部，所述定子轭部为圆环状，定子齿沿定子轭部圆周均匀分布，定子齿之间有定子槽，所述定子槽内放置有电枢绕组，永磁转子与定子同心布设。


7.如权利要求1所述的一种电动汽车内置式永磁驱动电机，其特征在于，
所述定子上设置有多个定子槽，且定子槽为直槽结构。


8.一种电动汽车内置式永磁驱动电机电磁振动削弱方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王道涵，彭晨，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37