CN104393731B - 一种新能源汽车及其永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机，包括定子铁芯(20)以及能够与所述定子铁芯(20)的定子齿插接配合的定子绕组(30)，所述定子绕组(30)包括绝缘骨架(310)以及绕制在所述绝缘骨架(310)外表面上的漆包线(320)。所述定子齿的齿顶部的端面宽度小于所述定子齿的齿根部的端面宽度。所述定子齿的齿顶位置的两侧齿壁上设置有支撑滑扣，所述支撑滑扣与所述定子齿的齿根之间设置有限位滑扣；所述定子绕组(30)的内侧壁具有能够与所述限位滑扣插接配合的限位凹槽(317)。上述永磁同步电机，能够提高电机的槽满率，使电机输出的转矩和功率得到有效保证。

Description

一种新能源汽车及其永磁同步电机

技术领域

本发明涉及电力工程技术领域，特别涉及一种永磁同步电机。本发明还涉及一种具有该永磁同步电机的新能源汽车。

背景技术

随着我国汽车产业的不断升级，汽车行业不再是传统的汽油车作为主导，新能源汽车作为迅速崛起的新军正在不断挑战汽油车的地位。

众所周知，新能源汽车与传统汽油车在诸多方面存在着不同之处；简单来说，传统的汽油车是用汽油作为动力来源，而新能源汽车则是利用电能或者太阳能等作为动力的主要来源。目前，大多数新能源汽车采用的是插电式混合动力；它的关键部件就是永磁同步电机。因此，永磁同步电机的性能将直接影响到新能源汽车的动力性能。

永磁同步电机，从结构上看大致包括电机壳体、定子铁芯、定子绕组、转子和磁钢。线材缠绕在定子铁芯的定子齿上，形成定子绕组；而定子绕组在一台永磁同步电机中往往有许多个，定子铁芯上的定子齿是为了缠绕定子绕组而设置；此外，转子与定子同轴，并在定子内部旋转，磁钢固定于转子外围的磁芯槽内；定子与转子均位于电机壳体内。由于受到新能源汽车车体结构等方面的限制，因此对永磁同步电机的使用性能提出了较高的要求。

现有的大多数永磁同步电机，绕组采用嵌线或是绕线的方式，将线材直接缠绕在定子齿上；这种方式导致了定子槽内绕组杂乱不齐，定子槽的利用率不高，不能有效保证电机的运行效率。

因此，如何解决永磁同步电机使用性能不高的问题，是本领域技术人员要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁同步电机，该电机可以解决槽满率不高的问题。本发明的另一目的是提供一种包括上述永磁同步电机的新能源汽车。

为解决上述技术问题，本发明提供一种永磁同步电机，包括定子铁芯以及能够与所述定子铁芯的定子齿插接配合的定子绕组，所述定子绕组包括绝缘骨架以及绕制在所述绝缘骨架外表面上的漆包线。

优选地，所述定子齿的齿顶位置的两侧齿壁上设置有支撑滑扣，所述支撑滑扣与所述定子齿的齿根之间设置有限位滑扣；所述定子绕组的内侧壁具有能够与所述限位滑扣插接配合的限位凹槽。

优选地，在所述定子齿的两侧齿壁上分别设置有一个所述支撑滑扣和一个所述限位滑扣。

优选地，所述定子齿的齿顶部的端面宽度小于所述定子齿的齿根部的端面宽度。

优选地，所述绝缘骨架的外表面设置有用以定位所述漆包线的定位凹槽。

优选地，所述绝缘骨架的端面上设置有用以固定漆包线的引出线的两个引出孔，以及绑扎中心环的三个绑扎孔。

优选地，所述绝缘骨架的材质为高强度绝缘材料。

优选地，所述定子绕组与所述定子铁芯的定子齿插接配合后，采用高导热灌封材料对所述定子绕组进行整体灌封固定。

优选地，所述永磁同步电机包括五段转子铁芯，每段所述转子铁芯的内圆上均设置有位置不同的三个安装定位槽，任意两个相邻的所述安装定位槽之间的夹角θ为：

式中，LCM(Z,2p)为定子齿数与转子极数的最小公倍数，p为转子极对数，n＝3。

并且所述转子铁芯的磁极为“人”字型。

本发明还提供一种新能源汽车，具有设置在车体内部的永磁同步电机，所述永磁同步电机为上述任一种所述的永磁同步电机。

相对于上述背景技术，本发明所提供的一种永磁同步电机，包括定子铁芯以及能够与定子铁芯的定子齿插接配合的定子绕组，定子绕组包括绝缘骨架以及绕制在绝缘骨架外表面上的漆包线。将漆包线绕制在绝缘骨架的外表面上，得到定子绕组；再将定子绕组与定子铁芯的定子齿插接配合，得到一个定子总成。采用这种方式，能够将漆包线充分的绕制在绝缘骨架上，不受定子槽内部空间的局限；同时，也易于将漆包线排列整齐，充分利用绝缘骨架的有效面积。当全部定子绕组绕制完成，并插接在定子铁芯的定子齿上，得到完整的定子总成后，采用这种方式能够使定子槽的内部空间紧凑，槽满率提升。由于提高了电机的槽满率，使得电机效率以及额定功率得到提升。

附图说明

图1为本发明中永磁同步电机整体结构的示意图；

图2为图1中定子铁芯的结构示意图；

图3为图2中的230位置的局部放大示意图；

图4为图3中的240位置的局部放大示意图；

图5为图1中定子绕组的结构示意图；

图6为图5中绝缘骨架的结构示意图；

图7为图6中的剖面示意图；

图8为图5中安装定子绕组的剖面示意图；

图9为图8中安装完成后的剖面示意图；

图10为图1中转子铁芯的结构示意图；

图11为图10中的420位置的局部放大示意图；

图12为图10中的440位置的局部放大示意图；

图13为图10中的430位置的局部放大示意图；

图14为图10中转子安装的结构示意图；

图15为图14中安装完成后的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种永磁同步电机，该电机可以提高槽满率；本发明的另一核心是提供一种包括上述永磁同步电机的新能源汽车。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图15；图1为本发明中永磁同步电机整体结构的示意图，图2为图1中定子铁芯的结构示意图，图3为图2中的230位置的局部放大示意图，图4为图3中的240位置的局部放大示意图，图5为图1中定子绕组的结构示意图，图6为图5中绝缘骨架的结构示意图，图7为图6中的剖面示意图，图8为图5中安装定子绕组的剖面示意图，图9为图8中安装完成后的剖面示意图，图10为图1中转子铁芯的结构示意图，图11为图10中的420位置的局部放大示意图，图12为图10中的440位置的局部放大示意图，图13为图10中的430位置的局部放大示意图，图14为图10中转子安装的结构示意图，图15为图14中安装完成后的结构示意图。

本发明所涉及的一种永磁同步电机，包括定子铁芯20以及能够与定子铁芯20的定子齿插接配合的定子绕组30，定子绕组30包括绝缘骨架310以及绕制在绝缘骨架310外表面上的漆包线320。

定子齿的齿顶位置的两侧齿壁上分别设置有一个支撑滑扣，分别为左支撑滑扣214和右支撑滑扣215，在支撑滑扣与定子齿的齿根之间设置有限位滑扣，分别为左限位滑扣212和右限位滑扣213；定子绕组30的内侧壁具有能够与左限位滑扣212和右限位滑扣213插接配合的限位凹槽317。

此外，定子齿的齿顶部的端面宽度小于定子齿的齿根部的端面宽度。

在这里，定子铁芯20包括冲片210和八个铆钉220，并且在定子铁芯20的外圆上均匀设置有三个用于焊接的焊接槽211；三个焊接槽211均匀的分布在定子铁芯20的外圆上。在定子铁芯20的齿顶部位和齿根部位分别有四个用于固定铆钉220的通孔；冲片210通过八个铆钉220铆接固定，在铆接固定后，在外圆上的焊接槽211处进行焊接，完成定子铁芯20的加工。其中，冲片210为厚度在0.35mm以下的整体式硅钢片。

这样设置的目的在于，将漆包线320绕制在绝缘骨架310上，得到定子绕组30，然后将定子绕组30插接到定子铁芯20的定子齿上。并且定子绕组30的内侧壁上的限位凹槽317与定子齿的两侧壁上的左限位滑扣212和右限位滑扣213配合，从而固定定子绕组30，使定子绕组30与定子铁芯20的相对位置保持不变，得到定子总成。而定子齿上的左支撑滑扣214和右支撑滑扣215对定子绕组30起到支撑作用，从而保证定子绕组30不会由于振动而从定子齿上脱落。

同时，为了避免定子绕组30与定子齿在插接配合时发生干涉，设置定子齿的齿顶部的端面宽度小于定子齿的齿根部的端面宽度，这样一来，当定子绕组30从定子齿的齿顶部的方向安装到定子齿上时，由于定子齿为梯形结构，齿顶部的宽度小于齿根部的宽度，因此在安装过程中不会产生干涉现象。

采用这种方式加工而成的定子总成，能够提高电机的槽满率，保证电机的转矩输出和功率输出。

此外，绝缘骨架310的外表面设置有用以定位所述漆包线320的定位凹槽313。并且，绝缘骨架310的端面上设置有用以固定漆包线320的引出线的两个引出孔，以及绑扎中心环的三个绑扎孔。

为了使漆包线320整齐的绕制在绝缘骨架310的外表面上，在绝缘骨架310的外表面上设置有定位凹槽313，该定位凹槽313能够卡住漆包线320，使漆包线320整齐有序的绕制在绝缘骨架310的外表面上。

同时，绝缘骨架310的端面上设置有左引出孔311和右引出孔312。这两个引出孔用来引出漆包线320。当漆包线320绕制在绝缘骨架310的外表面后，漆包线320的端部从引出孔引出。此外，绑扎中心环的三个绑扎孔也设置在绝缘骨架310的端面上。中心环是的一个环形铜棒，用来连接绕组，中心环往往需要固定。本文中是将中心环绑扎到绝缘骨架310的端面上的三个绑扎孔处，这三个绑扎孔分别为左绑扎孔316、中绑扎孔315和右绑扎孔314。

此外，本文中绝缘骨架310的材质为高强度绝缘材料。并且当定子绕组30与定子铁芯20的定子齿插接配合后，采用高导热灌封材料对定子绕组30进行整体灌封固定。

本文中的绝缘骨架310采用高强度绝缘材料一次注塑成型，在保证绝缘骨架310具有所需强度的同时，具有良好的绝缘性能。

此外，当定子绕组30与定子铁芯20的定子齿插接配合后，采用高导热灌封材料，也就是BMC，对定子绕组30进行整体灌封固定。由于采用BMC灌封，能够提升电机的散热性能，在同等功率扭矩下，电机的温升会更低，从而提高额定功率以及转矩。

此外，永磁同步电机包括五段转子铁芯40，每段所述转子铁芯40的内圆上均设置有位置不同的三个安装定位槽，任意两个相邻的所述安装定位槽之间的夹角θ为：

式中，LCM(Z,2p)为定子齿数与转子极数的最小公倍数，p为转子极对数，n＝3。

并且转子铁芯40的磁极为“人”字型。

在这里，转子铁芯40采用分段叠压的方式，分段数量为五段。我们以其中一段分段铁芯410为例，其余四段分段铁芯的结构与分段铁芯410的结构相同。

在分段铁芯410的内圆上，设置有三个安装定位槽，分别为左安装定位槽421、中安装定位槽422和右安装定位槽423。并且在内圆上均匀设置有用于焊接的焊接凹槽441；在分段铁芯410的外圆上，均匀分布有激光焊槽431；焊接凹槽441与激光焊槽431的个数均等于p，p为转子极对数。并且相邻的焊接凹槽441与激光焊槽431之间的角度为π/p，p为转子极对数。

此外，分段铁芯410的外周部位设置有铁芯槽，磁钢50粘贴在铁芯槽内。而用于固定五段分段铁芯的转子支架60，其外圆上设置有用于安装定位棒的凹槽610。

在本文中，各段分段铁芯与转子支架60安装时，分别利用自身内圆上的左安装定位槽421、中安装定位槽422、右安装定位槽423、中安装定位槽422和左安装定位槽421，以及定位棒进行定位。

各段分段铁芯与转子支架60通过热套进行连接，各段分段铁芯热套在转子支架60的外侧壁上；定位棒在用以固定各段分段铁芯的相对位置的同时，又用来固定各段分段铁芯与转子支架60的相对位置。

这样一来，对于定位后的转子铁芯40，其铁芯槽内的磁钢50呈现出“人”字型，并且各段分段铁芯与转子支架60之间的相对位置固定不变，从而完成装配。

完成装配后，采用氩弧对五段分段铁芯内圆处的焊接凹槽进行焊接，并且利用激光对五段分段铁芯外圆处的激光焊槽进行焊接，这样便将五段分段铁芯焊接为一个整体，完成转子部分的加工并取出位于凹槽610内的定位棒。

最后，将加工完成转子部分放置于定子铁芯20的内侧，并将电机壳体10设置于定子铁芯20的外侧，得到完整的永磁同步电机。

采用上述方式生产的永磁同步电机，磁钢50呈现出“人”字型的设置，能够有消除电机在运行时所产生的轴向力，并减少电机的转矩脉动。

本发明所提供的一种具有设置在车体内部的永磁同步电机的新能源汽车，包括上述具体实施例所描述的永磁同步电机；新能源汽车的其他部分可以参照现有技术，本文不再展开。

以上对本发明所提供的新能源汽车及其永磁同步电机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种永磁同步电机，其特征在于，包括：

定子铁芯(20)以及能够与所述定子铁芯(20)的定子齿插接配合的定子绕组(30)，所述定子绕组(30)包括绝缘骨架(310)以及绕制在所述绝缘骨架(310)外表面上的漆包线(320)；

五段转子铁芯(40)，每段所述转子铁芯(40)的内圆上均设置有位置不同的三个安装定位槽，任意两个相邻的所述安装定位槽之间的夹角θ为：

$\mathrm{\θ}=\frac{2p\mathrm{\π}}{LCM(Z,2p)}\×\frac{n-1}{n}\÷p\×\frac{1}{2}$

式中，LCM(Z,2p)为定子齿数与转子极数的最小公倍数，p为转子极对数，n＝3，

并且所述转子铁芯(40)的磁极为“人”字型。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，所述定子齿的齿顶位置的两侧齿壁上设置有支撑滑扣，所述支撑滑扣与所述定子齿的齿根之间设置有限位滑扣；所述定子绕组(30)的内侧壁具有能够与所述限位滑扣插接配合的限位凹槽(317)。

3.根据权利要求2所述的永磁同步电机，其特征在于，在所述定子齿的两侧齿壁上分别设置有一个所述支撑滑扣和一个所述限位滑扣。

4.根据权利要求3所述的永磁同步电机，其特征在于，所述定子齿的齿顶部的端面宽度小于所述定子齿的齿根部的端面宽度。

5.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，所述绝缘骨架(310)的外表面设置有用以定位所述漆包线(320)的定位凹槽(313)。

6.根据权利要求5所述的永磁同步电机，其特征在于，所述绝缘骨架(310)的端面上设置有用以固定漆包线(320)的引出线的两个引出孔，以及绑扎中心环的三个绑扎孔。

7.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，所述绝缘骨架(310)的材质为高强度绝缘材料。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的永磁同步电机，其特征在于，所述定子绕组(30)与所述定子铁芯(20)的定子齿插接配合后，采用高导热灌封材料对所述定子绕组(30)进行整体灌封固定。

9.一种新能源汽车，具有设置在车体内部的永磁同步电机，其特征在于，所述永磁同步电机为上述权利要求1至8中任意一项所述的永磁同步电机。