[发明专利]电机转子、永磁电机和电动汽车

说明书

本申请提供一种电机转子、永磁电机和电动汽车。该电机转子包括转子铁芯(1)，转子铁芯(1)上设置有安装槽(2)，安装槽(2)形成V形结构，形成V形结构的两个安装槽(2)之间的夹角为△，安装槽(2)内设置有永磁体(3)，永磁体(3)的厚度为L4，永磁体(3)的宽度为L5，其中110°≤△≤140°，△＝(18～20)*L4，L5≥2L4。根据本申请的电机转子，能够有效控制反电势谐波，提升电机输出转矩，提高电机工作性能。

技术领域

本申请涉及电机技术领域，具体涉及一种电机转子、永磁电机和电动汽车。

背景技术

电动汽车是当前新能源汽车的主要类型，相比传统内燃机汽车，电动汽车的动力传动系统在动力源以及结构上都有较大变动，从而使传动系的扭转振动具有新的特点。研究如何降低电动汽车动力传动系统的扭转振动，对提高整车的安全性和舒适性有重要意义，驱动电机是传动系稳态扭振的主要激励源，其转矩波动的大小和频率特性直接影响动力传动系的稳态扭振响应。

作为电动汽车的核心动力系统，驱动电机对电动汽车的动力性能好坏和续航里程长短起着决定性作用。而目前，永磁同步电机，特别是内置式永磁同步电机因为其调速范围宽、效率高、功率密度高、结构紧凑和响应能力快等优点，被广泛应用到电动汽车的驱动系统中，例如丰田普锐斯、宝马I3、本田思域等电动车的驱动电机均为内置式永磁同步电机。此外，与之对应的控制技术也逐渐发展成熟。因此内置式永磁同步电机在电动汽车驱动电机领域有了更大的发展空间，又因为它的转子结构对电机性能有较大的影响，并且具有极大的设计灵活性，因此研宄转子拓扑结构对电机性能的影响对促进内置式永磁同步电机的开发与应用有着重要的意义。

永磁同步电机转子拓扑结构的不同对电机的性能有着很大的影响。相较于表贴式永磁体的转子结构，内置式由于其转子路的不对称性具有更高的永磁体利用率和更宽的恒功率速度范围。与此同时，内置式永磁同步电机还具有转子设计灵活性大的特点，因此，可以通过改变转子拓扑结构的方式来提高电机的过载能力、效率和功率密度，并改善其调速能力。内置式永磁同步电机的转子结构较为灵活，设计性多样，并且不同的转子拓扑结构对内置式永磁同步电机的性能影响也很大。

永磁同步电机转矩波动的原因主要有两种：电机本体结构非理想导致的磁场谐波、电感谐波，以及逆变器非线性特性电压谐波、电流谐波。磁场谐波、电感谐波也将导致电机控制系统出现电压和电流谐波，谐波电流最终导致电机转矩波动。

对于永磁同步电机，本体结构主要包括定子铁芯及永磁体，永磁体会产生磁通，分径向和切向磁通。磁通通过电机气隙进入定子铁芯，而沿切向通过的磁通较少。主极磁通形成的气隙磁场会作用于转子，使电机定子铁芯和转子发生形变，形成循环性振动。电机径向电磁力即是定子铁芯与转子相互作用的力，径向电磁力是永磁同步电机电磁振动噪声的主要来源，而电机径向电磁力波与电机气隙磁场谐波成分密切相关。

永磁电机的运行谐波主要分为时间谐波和空间谐波。时间谐波主要是因为与电机相连的电源在非正弦供电的情况下，在电机内部产生谐波电压和谐波电流。电源供电的非线性原因主要是因为电力电子器件在实际逆变过程中的非线性，主要包括电力电子器件死区时间和导通压降。空间谐波产生的原因主要是由电机本体导致的，在电机的本体设计上由于电机的极对数和齿槽数有限，导致电机运行过程中定子绕组产生的旋转磁场不是标准的旋转磁场。影响电机空间谐波的主要因素有齿槽效应、绕组分布形式、磁路磁饱和程度、转子拓扑结构等。另外，在电机的制造工艺上不可避免的会存在误差，不可能与理想状态相同，会存在绕组误差、永磁转子同轴度偏差等，这些因素都会造成电机产生高次谐波，危害电机的运行。造成永磁同步电机运行谐波的原因主要有两个方面：⑴电机内部存在气隙磁场产生畸变导致的谐波；⑵由于电力电子器件不是理想器件，在逆变过程中会存在导通压降，产生谐波。