[发明专利]永磁同步电机及其转子

说明书

技术领域

本发明涉及电机，特别涉及一种永磁同步电机及其转子。

背景技术

永磁电机具有高转矩密度、高功率密度、高效率区广等优势，是混合动力、纯电动和燃料电池等新能源汽车用驱动电机的首选。尤其是对于内置磁钢的永磁同步电机，可以利用转子的凸极效应产生的磁阻转矩，可进一步提高转矩水平，扩大弱磁调速范围，提高转速。但是永磁转子也会带来齿槽转矩，加之磁饱和带来的非线性磁路等影响，永磁电机的反电势谐波含量丰富，负载时的转矩波动水平要比一般的异步电机和表面磁钢的永磁电机严重。这些还会造成一定的NVH(Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度)，增加乘客的不舒适感，必须加以解决。

现有一种有效降低反电势谐波和齿槽转矩，减小转矩波动的方案，是选用合理的极槽配合。比如以丰田普锐斯(PRIUS)为代表的多数车用驱动电机都采用定子48槽(齿)，转子8极的方案，而以本田IMA为代表的ISG电机多采用3:2槽极数比例的集中绕组方案。

丰田PRIUS所用的一种48槽8极永磁同步电机如图1所示，由于定转子没有斜极，可以看到其反电势波形里有丰富的谐波含量，如图2所示。这不仅会增加铁损，对匹配控制时确定转子位置角也会造成一定的精度误差，同时会伴随有明显的齿槽转矩和转矩波动。

现有另一种有效降低谐波、齿槽转矩及转矩波动的方案，是通过定子斜槽或转子分段斜极的方法消除谐波含量和齿槽转矩，降低转矩波动，其工作原理相当于将多个电机沿轴向错开叠加，使得各段电机的齿槽转矩和趋近于零，反电势谐波相互抵消。但其存在以下缺陷：

一.定子斜槽或转子分段斜极要求在叠装定子冲片或转子叠片组时有定位工装，增大设备投入成本，降低整机制造的效率；

二.斜槽后的定子会增加下线难度，绕组的有效长度也会相应增长，增加铜线用量；

三.转子分段斜极会使得相邻叠片组间不同极性磁极距离缩短，极间漏磁增大，从而削弱电机的输出性能，尤其是对于斜极程度较大的电机，性能下降水平更加明显；

四.同样的电机，完全斜槽和斜极后电机的峰值转矩和功率都会下降10％左右，如果要达到原有的性能水平，相当于要增加10％的磁钢用量，目前永磁同步电机的磁钢主要是钕铁硼，受稀土价格的影响，磁钢一度占到整机成本的50％左右，磁钢用量对产品经济性影响敏感；

五.对于转子分段斜极，一般分段数≥3时，对齿槽转矩和转矩波动的削弱程度变化不大，即只要分段数不是做到无穷大，就无法达到定子斜槽的效果，而且有些特定的齿槽转矩不能被分段斜极的方法削弱；

六.对于ISG(Integrated Starter Generator，组合起动/发电机)等轴向长度比较短或槽数比较少的电机，斜槽或斜极实现起来有一定难度，而且端部漏磁带来的影响比例较大，由此带来的齿槽转矩等是无法通过斜槽或斜极有效削弱的；

七.斜槽或斜极都会在转子上产生一周期性的轴向分力，增加轴承的失效概率，使寿命缩短，还会增加轴向的NVH。

日产聆风(LEAF)所用的一种转子分段斜极永磁同步电机如图3所示，该转子分段斜极永磁同步电机可以显著的改善反电势波形，降低齿槽转矩和转矩波动，但对电机的峰值性能也会有所削弱，同时增加转子的制造复杂度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种永磁同步电机及其转子，能降低电机凸极效应引起的转矩波动，并可以提高电机的磁钢利用率，增强磁钢的抗退磁性能，而且结构简单，易于加工制造，成本低。

为解决上述技术问题，本发明提供的永磁同步电机，其转子包括铁芯；所述铁芯，为圆柱形，铁芯内部绕轴线均匀设置有p个S极磁钢片、p个N极磁钢片，p为正整数；S极磁钢片同N极磁钢片相间隔排列；

所述铁芯，在位于相邻S极磁钢片同N极磁钢片的中间处的内部沿轴向设置有内部孔。

较佳的，所述永磁同步电机为分数槽电机；

所述铁芯，在位于相邻S极磁钢片同N极磁钢片的中间处的外表面沿轴向设置有q轴表面槽。

较佳的，所述铁芯，还在每个磁钢片处的转子铁芯表面设置有两个d轴表面槽；

对应于一个磁钢片的两个d轴表面槽，对称分布于该磁钢片中心线的两侧；

对应于一个磁钢片的两个d轴表面槽的轴线间距，为永磁同步电机的定子齿的齿端宽度的90％到110％。

较佳的，永磁同步电机为分数槽集中绕组永磁同步电机；

分数槽集中绕组永磁同步电机的每极每相槽数大于等于1/4并且小于等于1/2。