转子结构、电机及新能源汽车的制作方法

1.本发明涉及车辆技术领域，具体而言，涉及一种转子结构、电机及新能源汽车。


背景技术：

2.电动汽车用永磁同步电机向高速化发展，高速电机旋转时，转子需承受更大离心力，在电机设计过程中亟需解决转子离心力强度问题。现有技术中，转子冲片采用高强硅钢材料，但高强硅钢材料磁感低、铁损高，影响电机效率及出力能力。通过增加转子隔磁桥厚度降低转子应力，但会大幅影响电机动力性及nvh性能。通过增大转子磁钢槽圆角降低转子应力，但转子应力改善效果有限。通过增加转子去重孔降低转子转动惯量，但去重孔数量过多或过大会影响转子形变量，影响转子刚度。高速永磁同步电机转子采用碳纤维护套包裹，电机气隙增大，致使电机动力性降低，同时目前碳纤维包裹工艺技术不完善，无法应用于量产产品中。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于提供一种转子结构、电机及新能源汽车，以解决现有技术中转子承受应力过大的问题。
4.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种转子结构包括：转子铁芯，转子铁芯的周向设置有多个磁极，各磁极内设置有多层磁钢槽，多层磁钢槽沿转子铁芯的径向方向间隔地设置，同一层磁钢槽中均包括至少两个磁钢槽单元，两个磁钢槽单元具有距离地设置，以形成隔磁部，每一层磁钢槽单元之间形成的隔磁部的宽度，沿转子铁芯的径向方向逐渐变化地设置。
5.进一步地，隔磁部包括第一隔磁桥，多层磁钢槽包括内层磁钢槽和外层磁钢槽，内层磁钢槽位于转子铁芯的几何中心一侧设置，外层磁钢槽位于内层磁钢槽的外侧设置，外层磁钢槽包括两个第一磁钢槽单元，两个第一磁钢槽单元位于d轴的两侧设置，两个第一磁钢槽单元之间形成第一隔磁桥，第一隔磁桥的宽度沿转子铁芯的径向方向向内逐渐增加地设置。
6.进一步地，两个第一磁钢槽单元中至少一个的端部侧壁的延长线与d轴具有第一夹角β1，其中，0＜β1≤30
°
。
7.进一步地，隔磁部包括第二隔磁桥，内层磁钢槽包括两个第二磁钢槽单元，两个第二磁钢槽单元位于d轴的两侧设置，两个第二磁钢槽单元的靠近转子铁芯的几何中心一侧的端部之间形成第二隔磁桥，第二隔磁桥上开设有隔磁孔，隔磁孔将第二隔磁桥分割成两个隔磁桥单元，隔磁孔的宽度沿转子铁芯的径向方向向内逐渐增加地设置，以使两个隔磁桥单元的总宽度，沿转子铁芯的径向方向向内逐渐减小地设置。
8.进一步地，两个隔磁桥单元和隔磁孔关于d轴对称地设置，其中，d轴穿过隔磁孔设置。
9.进一步地，隔磁孔的孔边缘型线包括依次连接的第一组成段、第二组成段、第三组
成段和第四组成段，其中，第一组成段为直线段，第一组成段位于转子铁芯外边缘一侧设置，第一组成段与d轴相垂直，第二组成段与第四组成段相对地设置，第二组成段与第四组成段之间的距离沿转子铁芯的径向方向向内逐渐增加地设置，第三组成段与第一组成段相平行地设置，且第三组成段位于转子铁芯的几何中心一侧设置。
10.进一步地，第二组成段与第四组成段中的至少一个的延长线与d轴具有第二夹角β2，其中，0＜β2≤60
°
。
11.进一步地，隔磁孔的沿转子铁芯的径向方向的最大长度，与两个隔磁桥单元的沿转子铁芯的径向方向的长度相同地设置。
12.进一步地，隔磁孔的沿转子铁芯的径向方向的最大长度为d1，其中，4mm≤d1≤7mm。
13.进一步地，两个第二磁钢槽单元的端部均设置有折槽，折槽朝向转子铁芯的几何中心一侧延伸设置，且两个第二磁钢槽单元上的折槽相对地设置，各折槽均具有第一侧壁、第二侧壁和第三侧壁，第一侧壁与第二侧壁和第三侧壁的横截面的型线均为直线，第一侧壁与d轴相平行地设置，第一侧壁与第二侧壁之间通过第一弧面连接，第二侧壁和第三侧壁之间通过第二弧面连接，其中，第二隔磁桥位于两个第二磁钢槽单元的折槽之间。
14.根据本发明的另一方面，提供了一种电机，包括转子结构，转子结构为上述的转子结构。
15.根据本发明的另一方面，提供了一种新能源汽车，包括电机，电机为上述的电机。
16.应用本发明的技术方案，在转子铁芯的轴向设置的磁极内设置了多层的磁钢槽，并且，磁钢槽中均包括至少两个间隔设置的磁钢槽单元使得生成隔磁部，隔磁部的宽度沿转子铁芯的径向方向逐渐变化，使得可以调整转子应力较大位置处隔磁桥的宽度，分散转子应力，有效根据转子应力分布优化转子应力，保证电机输出能力的同时有效降低转子应力。
附图说明
17.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
18.图1示出了根据本发明的一种转子结构的第一实施例的结构示意图；
19.图2示出了现有技术中转子结构的第一实施例的结构示意图；
20.图3示出了根据图2中转子结构应力仿真示意图；
21.图4示出了根据本发明的一种转子结构的实施例的仿真示意图。
22.其中，上述附图包括以下附图标记：
23.10、转子铁芯；
24.20、内层磁钢槽；21、第二磁钢槽单元；22、折槽；221、第一侧壁；222、第二侧壁；223、第三侧壁；
25.30、外层磁钢槽；31、第一磁钢槽单元；
26.41、第一隔磁桥；42、第二隔磁桥；421、隔磁桥单元；
27.50、隔磁孔；51、第一组成段；52、第二组成段；53、第三组成段；54、第四组成段；
28.61、第一弧面；62、第二弧面。
具体实施方式
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
30.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
31.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
32.现在，将参照附图更详细地描述根据本技术的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本技术的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
33.结合图1至图4所示，根据本技术的具体实施例，提供了一种转子结构。
34.具体地，一种转子结构包括：转子铁芯10，转子铁芯10的周向设置有多个磁极，各磁极内设置有多层磁钢槽，多层磁钢槽沿转子铁芯10的径向方向间隔地设置，同一层磁钢槽中均包括至少两个磁钢槽单元，两个磁钢槽单元具有距离地设置，以形成隔磁部，每一层磁钢槽单元之间形成的隔磁部的宽度，沿转子铁芯10的径向方向逐渐变化地设置。
35.本实施例中，在转子铁芯的轴向设置的磁极内设置了多层的磁钢槽，并且，磁钢槽中均包括至少两个间隔设置的磁钢槽单元使得生成隔磁部，隔磁部的宽度沿转子铁芯的径向方向逐渐变化，使得可以调整转子应力较大位置处隔磁桥的宽度，分散转子应力，有效根据转子应力分布优化转子应力，保证电机输出能力的同时有效降低转子应力。
36.进一步地，隔磁部包括第一隔磁桥41，多层磁钢槽包括内层磁钢槽20和外层磁钢槽30，内层磁钢槽20位于转子铁芯10的几何中心一侧设置，外层磁钢槽30位于内层磁钢槽20的外侧设置，外层磁钢槽30包括两个第一磁钢槽单元31，两个第一磁钢槽单元31位于d轴的两侧设置，两个第一磁钢槽单元31之间形成第一隔磁桥41，第一隔磁桥41的宽度沿转子铁芯10的径向方向向内逐渐增加地设置。如图1所示，本实施例中，第一隔磁桥41为两个第一磁钢槽单元31之间的a部分。这样设置使得第一隔磁桥41厚度沿d轴方向向转子冲片内边缘逐渐增加，有效的分散第一次钢槽的应力。
37.具体地，两个第一磁钢槽单元中至少一个的端部侧壁的延长线与d轴具有第一夹角β1，其中，0＜β1≤30
°
。本实施例中，第一夹角β1取值范围为0＜β1≤30
°
，且倾斜角度小于磁钢与d轴夹角角度，此结构有效分散第一磁钢槽单元的应力，对转子起到保护的作用。
38.在本技术的另一实施例中，如图1、图2所示，隔磁部包括第二隔磁桥42，内层磁钢槽20包括两个第二磁钢槽单元21，两个第二磁钢槽单元21位于d轴的两侧设置，两个第二磁钢槽单元21的靠近转子铁芯10的几何中心一侧的端部之间形成第二隔磁桥42，第二隔磁桥42上开设有隔磁孔50，隔磁孔50将第二隔磁桥42分割成两个隔磁桥单元421，隔磁孔50的宽度沿转子铁芯10的径向方向向内逐渐增加地设置，以使两个隔磁桥单元421的总宽度，沿转子铁芯10的径向方向向内逐渐减小地设置。本实施例中，隔磁桥单元421为隔磁孔50与第二磁钢槽单元21之间的b部分。这样设置根据改变隔磁孔的宽度使得根据转子所受应力的分布从而优化转子应力，有效降低转子应力。
39.进一步地，两个隔磁桥单元421和隔磁孔50关于d轴对称地设置，其中，d轴穿过隔磁孔50设置。这样设置保证了两个隔磁桥单元的宽度一致，防止因应力分布优化不均与导致的电机损坏。
40.具体地，隔磁孔50的孔边缘型线包括依次连接的第一组成段51、第二组成段52、第三组成段53和第四组成段54，其中，第一组成段51为直线段，第一组成段51位于转子铁芯10外边缘一侧设置，第一组成段51与d轴相垂直，第二组成段52与第四组成段54相对地设置，第二组成段52与第四组成段54之间的距离沿转子铁芯10的径向方向向内逐渐增加地设置，第三组成段53与第一组成段51相平行地设置，且第三组成段53位于转子铁芯10的几何中心一侧设置。本实施例中，隔磁孔形状保持梯形形状，并且保证了两个隔磁桥单元的宽度一致，各直线段通过圆弧过渡连接，使得可以调整圆弧半径调整隔磁孔处应力分布，有效降低转子应力。
41.进一步地，第二组成段52与第四组成段54中的至少一个的延长线与d轴具有第二夹角β2，其中，0＜β2≤60
°
。这样设置通过调整圆弧半径调整隔磁孔处应力分布，保证电机输出能力的同时有效降低转子应力，并且加工简单便于实现。
42.具体地，隔磁孔50的沿转子铁芯10的径向方向的最大长度，与两个隔磁桥单元421的沿转子铁芯10的径向方向的长度相同地设置。这样设置防止出现应力转子铁芯左右两侧的应力分布不均匀，导致的转子铁芯的损坏，并且还能保证通过调整圆弧半径调整隔磁孔处应力分布，保证电机输出能力的同时有效降低转子应力。
43.进一步地，隔磁孔50的沿转子铁芯10的径向方向的最大长度为d1，其中，4mm≤d1≤7mm。这样设置使得可以根据应力分布调整隔磁孔的大小保证了保证电机输出能力的同时有效降低转子应力。
44.在本技术的另一实施例中，两个第二磁钢槽单元21的端部均设置有折槽22，折槽22朝向转子铁芯10的几何中心一侧延伸设置，且两个第二磁钢槽单元21上的折槽22相对地设置，各折槽22均具有第一侧壁221、第二侧壁222和第三侧壁223，第一侧壁221与第二侧壁222和第三侧壁223的横截面的型线均为直线，第一侧壁221与d轴相平行地设置，第一侧壁221与第二侧壁222之间通过第一弧面61连接，第二侧壁222和第三侧壁223之间通过第二弧面62连接，其中，第二隔磁桥42位于两个第二磁钢槽单元21的折槽22之间。本实施例中第一侧壁221与第二侧壁222和第三侧壁223通过第一弧面61与第二弧面62连接，使得可以通过调整第一弧面61与第二弧面62半径调整磁钢槽处应力分布，由于折槽22结构变化小，在保证了优化转子应力的同时也保证了对电机电磁性能影响较小。
45.如图3、图4所示，转子应力优化后应力分布结果，优化后转子结构有效分散隔磁桥
处应力分布，优化后转子最大应力为365mpa，相比优化前，转子最大应力值降低9％，其中，第一磁钢槽转子应力降低至327mpa，第二磁钢槽转子应力降低至365mpa，低于硅钢片屈服强度保证值400mpa，且留有较大裕量。这种低应力变隔磁桥厚度的转子结构在保证转子离心力强度的同时，提高电机电磁性能，适用于高速高性能车用驱动电机。
46.在本技术的另一实施例中，还提供了一种电机，包括转子结构，转子结构为上述实施例中的转子结构。
47.在本技术的另一实施例中，还提供了一种新能源汽车，包括电机，电机为上述实施例中的电机。
48.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
49.除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本技术概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
50.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
51.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。