电机转子、电机和电动汽车的制作方法

1.本技术涉及电机技术领域，具体涉及一种电机转子、电机和电动汽车。


背景技术：

2.驱动电机作为新能源汽车能量转换的关键一环，对新能源汽车有着很大的影响。永磁同步电机因为具有转矩密度大，效率高，稳态性好及可靠性高等优点而被广泛应用在纯电动或混动新能源汽车领域中。
3.在开发磁阻电机过程中，常有谐波含量较高，转矩脉动较大等问题，导致电机性能降低。


技术实现要素：

4.因此，本技术要解决的技术问题在于提供一种电机转子、电机和电动汽车，能够使电机空载反电动势正弦化，降低电机谐波含量和转矩脉动，提高电机性能。
5.为了解决上述问题，本技术提供一种电机转子，包括转子铁芯，在垂直于转子铁芯的中心轴线的横截面内，在一个极下，转子铁芯的转子外圆包括沿着周向从两侧向中间依次设置的第一圆弧段、第二圆弧段和第三圆弧段，位于磁极中心线两侧的第一圆弧段、第二圆弧段和第三圆弧段关于磁极中心线对称，第一圆弧段与转子铁芯同轴设置，第二圆弧段内凹，且第二圆弧段的圆心位于转子铁芯的外圆外侧，第三圆弧段相对于第一圆弧段偏心设置，且第三圆弧段的直径小于第一圆弧段。
6.优选地，第一圆弧段的半径为r1，第二圆弧段的圆心所在的圆弧半径为r4， r4的圆心与第一圆弧段的圆心重合，r4-r1＝0.9mm～1.4mm。
7.优选地，第一圆弧段的半径为r1，第三圆弧段的半径为r3，r3+rl＝r1， rl＝0.6mm～0.7mm。
8.优选地，位于磁极中心线两侧的第二圆弧段的圆心与转子铁芯的圆心之间的连线所形成的夹角为ra，ra＝35
°‑
36.3
°
。
9.优选地，转子铁芯包括u形安装槽和v形安装槽，v形安装槽位于u形安装槽的内侧区域。
10.优选地，v形安装槽靠近磁极中心线的两个内侧边之间的夹角为ad，u 形安装槽靠近磁极中心线的两个内侧边之间的夹角为aa，ad-aa＝21
°‑
22.3
°
。
11.优选地，v形安装槽和u形安装槽内设置有磁钢，v形安装槽还包括位于磁钢靠近转子外圆一侧的第一外槽，u形安装槽还包括位于磁钢靠近转子外圆一侧的第二外槽。
12.优选地，第一外槽的外侧边和第二外槽的内侧边之间的最小距离为k，第二圆弧段的半径为r2，k-r2＝1.7mm～2mm。
13.优选地，v形安装槽靠近磁极中心线的两个内侧边之间的夹角为ad，u 形安装槽靠近磁极中心线的两个内侧边之间的夹角为aa，第一外槽远离磁极中心线的两个侧边之间的夹角为af，第二外槽靠近磁极中心线的两个侧边之间的夹角为ab，(ad-aa)/(ab-af)＝
3.95-4.0。
14.优选地，第一外槽远离磁极中心线的两个侧边之间的夹角为af，第一外槽靠近磁极中心线的两个侧边之间的夹角为ae，ae/af＝1.22-1.23。
15.优选地，u形安装槽靠近磁极中心线的两个内侧边之间的夹角为aa，第二外槽靠近磁极中心线的两个侧边之间的夹角为ab，第二外槽远离磁极中心线的两个侧边之间的夹角为ac，ab/aa＝2.75-2.83，ac/aa＝1.9-1.96。
16.优选地，aa＝44
°‑
45
°
。
17.优选地，v形安装槽内的两个磁钢靠近磁极中心线的距离最近的两个端点之间的连线中点为m，u形安装槽内的磁钢靠近v形安装槽的一边的中点为n， m与n之间的径向距离为h，u形安装槽内的磁钢厚度为mab，v形安装槽内的磁钢厚度为mbb，h/(mbb-mab)＝36.5-38.8。
18.根据本技术的另一方面，提供了一种电机，包括电机转子，该电机转子为上述的电机转子。
19.优选地，电机的定子外径为230mm，峰值功率70kw-80kw，峰值转矩 270nm-300nm，峰值转速9000rpm-12000rpm。
20.根据本技术的另一方面，提供了一种电动汽车，包括电机，该电机为上述的电机。
21.本技术提供的电机转子，包括转子铁芯，在垂直于转子铁芯的中心轴线的横截面内，在一个极下，转子铁芯的转子外圆包括沿着周向从两侧向中间依次设置的第一圆弧段、第二圆弧段和第三圆弧段，位于磁极中心线两侧的第一圆弧段、第二圆弧段和第三圆弧段关于磁极中心线对称，第一圆弧段与转子铁芯同轴设置，第二圆弧段内凹，且第二圆弧段的圆心位于转子铁芯的外圆外侧，第三圆弧段相对于第一圆弧段偏心设置，且第三圆弧段的直径小于第一圆弧段。该电机转子对转子外圆的结构进行优化，采用多段圆弧段相配合的方式来调控电机空载的反电动势，使得电机空载的反电动势正弦化，大幅减低电机谐波含量和转矩脉动，提高电机性能。
附图说明
22.图1为本技术一个实施例的电机转子的结构示意图；
23.图2为本技术一个实施例的电机转子的一个极的结构示意图；
24.图3为本技术一个实施例的电机转子的尺寸结构图；
25.图4为本技术一个实施例的电机转子的尺寸结构图；
26.图5为本技术一个实施例的电机转子的尺寸结构图；
27.图6为本技术一个实施例的电机转子的尺寸结构图；
28.图7为本技术实施例电机的空载反电势仿真图；
29.图8为相关技术的电机的空载反电势仿真图。
30.附图标记表示为：
31.1、转子铁芯；2、第一圆弧段；3、第二圆弧段；4、第三圆弧段；5、u 形安装槽；6、v形安装槽；7、磁钢；8、第一外槽；9、第二外槽。
具体实施方式
32.结合参见图1至图6所示，根据本技术的实施例，电机转子包括转子铁芯 1，在垂直于转子铁芯1的中心轴线的横截面内，在一个极下，转子铁芯1的转子外圆包括沿着周向从两侧向中间依次设置的第一圆弧段2、第二圆弧段3 和第三圆弧段4，位于磁极中心线两侧的第一圆弧段2、第二圆弧段3和第三圆弧段4关于磁极中心线对称，第一圆弧段2与转子铁芯1同轴设置，第二圆弧段3向着转子铁芯1的中心凹陷，使得第二圆弧段3的凹面朝向转子外圆，且第二圆弧段3的圆心位于转子铁芯1的外圆外侧，第三圆弧段4相对于第一圆弧段2偏心设置，且第三圆弧段4的直径小于第一圆弧段2的直径。
33.该电机转子对转子外圆的结构进行优化，采用多段圆弧段相配合的方式来调控电机空载的反电动势，使得电机空载的反电动势正弦化，大幅减低电机谐波含量和转矩脉动，提高电机性能。
34.在本实施例中，转子铁芯1的第一圆弧段2位于一个磁极的转子外圆周向方向的两侧，第二圆弧段3与第一圆弧段2相连，第三圆弧段4与第二圆弧段 3相连，两个第三圆弧段4在磁极中心线处相接。
35.在一个实施例中，第一圆弧段2的半径为r1，第二圆弧段3的圆心o1所在的圆弧半径为r4，r4的圆心与第一圆弧段2的圆心o重合， r4-r1＝0.9mm～1.4mm。优选地，r4-r1＝1.1mm。
36.在一个实施例中，第一圆弧段2的半径为r1，第三圆弧段4的圆心为o2， o2相对于o1偏心设置，第三圆弧段4的半径为r3，r3+rl＝r1， rl＝0.6mm～0.7mm。优选地，rl＝0.65mm。
37.上述关于转子外圆的结构设计，能够对转子外圆处的结构进行优化，从而使电机空载反电动势正弦化。结合参见图7和图8所示，相对于相关技术的电机而言，采用本技术实施例的电机转子制作的电机，电机空载反电动势正弦化效果更好，电机谐波含量从6％下降到2.55％，因此大幅度降低了电机谐波含量，降低电机的转矩脉动，提高电机性能。
38.在一个实施例中，位于磁极中心线两侧的第二圆弧段3的圆心与转子铁芯 1的圆心之间的连线所形成的夹角为ra，ra＝35
°‑
36.3
°
，优选地，ra＝36.1
°
。
39.在一个实施例中，转子铁芯1包括u形安装槽5和v形安装槽6，v形安装槽6位于u形安装槽5的内侧区域。在本实施例中，v形安装槽6关于磁极中心线对称，且v形开口朝向转子外圆，u形安装槽5关于磁极中心线i对称，且开口朝向转子外圆，v形安装槽6位于u形安装槽5的u形区域内侧，u 形安装槽5的开口呈外扩结构，u形安装槽5的底槽垂直于磁极中心线i，且位于u形安装槽5远离转子外圆的末端。
40.u形安装槽5的径向外侧边与转子外圆之间形成第一隔磁桥q1，第一隔磁桥q1能够减少漏磁，提高磁阻阻抗。u形安装槽5的径向外侧边远离磁极中心线的一侧与u形安装槽5的远离磁极中心线的侧边之间由圆弧过渡连接，靠近磁极中心线的一端与u形安装槽5的靠近磁极中心线的侧边之间由圆弧过渡连接。
41.v形安装槽6的径向外侧边与转子外圆之间形成第二隔磁桥q2，第二隔磁桥q2能够减少漏磁，提高磁阻阻抗。v形安装槽6的径向外侧边远离磁极中心线的一侧与v形安装槽6的远离磁极中心线的侧边之间由圆弧过渡连接，靠近磁极中心线的一端与v形安装槽6的靠近磁极中心线的侧边之间由圆弧过渡连接。
42.在一个实施例中，v形安装槽6和u形安装槽5内设置有磁钢7，v形安装槽6还包括位于磁钢7靠近转子外圆一侧的第一外槽8，u形安装槽5还包括位于磁钢7靠近转子外圆一侧的第二外槽9。
43.在本实施例中，第一外槽8朝向磁钢7的槽口宽度小于磁钢7的厚度，使得第一外槽8与磁钢7所在的主槽之间形成台阶，磁钢7与该台阶的台阶面贴合。该台阶的宽度为0.8mm～1.1mm，优选地为1mm，该宽度可以对位于v形安装槽6内的磁钢7形成有效限位，保证电机转子的机械强度，提高转子的安全性，同时能够减少v形安装槽6的漏磁，提高磁阻转矩。
44.v形安装槽6的两个侧边之间间隔设置，在v形安装槽6的两个侧边之间形成第三隔磁桥q3，第三隔磁桥q3能够减少漏磁，提高磁阻转矩。
45.在一个实施例中，第一外槽8的外侧边和第二外槽9的内侧边之间的最小距离为k，第二圆弧段3的半径为r2，k-r2＝1.7mm～2mm。优选地，k-r2＝1.8mm。与前述的转子外圆的限定结构相结合，可以更加有效地使得电机空载的反电动势正弦化，大幅减低电机谐波含量和转矩脉动，提高电机性能。
46.在一个实施例中，v形安装槽6靠近磁极中心线的两个内侧边之间的夹角为ad，u形安装槽5靠近磁极中心线的两个内侧边之间的夹角为aa，第一外槽8远离磁极中心线的两个侧边之间的夹角为af，第二外槽9靠近磁极中心线的两个侧边之间的夹角为ab，(ad-aa)/(ab-af)＝3.95-4.0。优选地，(ad-aa) /(ab-af)＝4.02。
47.在一个实施例中，第一外槽8远离磁极中心线的两个侧边之间的夹角为 af，第一外槽8靠近磁极中心线的两个侧边之间的夹角为ae，ae/af＝1.22-1.23。优选地，ae/af＝1.226。
48.在一个实施例中，v形安装槽6靠近磁极中心线的两个内侧边之间的夹角为ad，u形安装槽5靠近磁极中心线的两个内侧边之间的夹角为aa，ad-aa＝21
°ꢀ‑
22.3
°
。优选地，ad-aa＝21.7
°
。
49.上述约束能够对安装磁钢7的安装槽的形状和位置进行优化设计，从而增加q轴电感，减少漏磁，提升磁阻转矩，减小转矩脉动，提升电机效率，保证转子的机械强度，提高转子的安全性。
50.在一个实施例中，u形安装槽5靠近磁极中心线的两个内侧边之间的夹角为aa，第二外槽9靠近磁极中心线的两个侧边之间的夹角为ab，第二外槽9 远离磁极中心线的两个侧边之间的夹角为ac，ab/aa＝2.75-2.83， ac/aa＝1.9-1.96。优选地，ab/aa＝2.8，ac/aa＝1.93
°
。
51.在一个实施例中，aa＝44
°‑
45
°
，优选地，aa＝44.8。
52.通过使得aa、ab和ac之间相互关联，使得三者之间能够互相形成约束，使外侧两块磁钢靠近转子外沿一端的空气槽朝向往外张开，且夹角ab》ac，能够增加q轴电感，减少漏磁，提升磁阻转矩，减小转矩脉动。
53.在一个实施例中，v形安装槽6内的两个磁钢7靠近磁极中心线的距离最近的两个端点之间的连线中点为m，u形安装槽5内的磁钢7靠近v形安装槽 6的一边的中点为n，m与n之间的径向距离为h，u形安装槽5内的磁钢7 厚度为mab，v形安装槽6内的磁钢7厚度为mbb，h/(mbb-mab)＝36.5-38.8。优选地，h/(mbb-mab)＝37.5。该约束关系可以减少磁钢b末端的局部退磁，提高电机整体的抗退磁能力，提高电机效率。
54.根据本技术的实施例，电机包括电机转子，该电机转子为上述的电机转子。
55.本技术针对电机输出转矩、转矩脉动、空载反电势正弦化、谐波含量、抗退磁能力等问题，通过转子铁芯外沿、磁钢槽、磁钢设计一款用于3-4.5t物流车电机，电机定子外径230mm、峰值功率70kw-80kw，峰值转矩270nm-300nm，峰值转速9000rpm-12000rpm。
56.根据本技术的实施例，电动汽车包括电机，该电机为上述的电机。
57.本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
58.以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。以上仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本技术的保护范围。