CN101764489A - 电动汽车轮毂用盘式永磁同步电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车轮毂用盘式永磁同步电动机，包括固定心轴、支承在所述固定心轴上的转子外壳和与所述固定心轴固接的定子电枢盘，在所述转子外壳内左右两侧对称固接有相互平行的磁钢盘，所述磁钢盘之间形成截面为矩形的环形气隙，所述环形气隙内设有所述定子电枢盘，所述定子电枢盘设有引出线，所述定子电枢盘无铁心是直接注塑而成的，所述磁钢盘采用Halbach型永磁体阵列结构。本发明采用电枢盘无铁心直接注塑、磁钢盘采用Halbach型永磁体阵列结构，可大大提高电机的功率密度，降低电机的损耗，电机体积小且结构紧凑，低速运行十分稳定，可控性好；具有重量轻、转子涡流损耗小、转动惯量小、功率密度大、机电时间常数小等优点。

Description

电动汽车轮毂用盘式永磁同步电动机
技术领域
本发明涉及一种永磁同步电动机，特别涉及一种电动车辆用直驱车轮永磁同步电动机。
背景技术
近年来，随着人们对地球资源的大肆攫取与污染物的肆意排放，地球已经不堪负荷。其中汽车数量的激增是大气污染的主要因数之一，传统的燃油汽车尾气的大量排放已经成为人类必须面对的重要问题。电能作为一种新型清洁能源，将成为未来能源发展的必然趋势，电动汽车也将必然取代传统的燃油汽车成为新时代的主宰。随着人们对节能环保的日益关注，人们期待着动力强劲而又拥有出众燃油效益性的汽车的出现。目前普通电动汽车电机所产生的旋转动力在经过一组齿轮或一个传动系统驱动车轮转动的过程中，有10％以上的能量被损耗掉。采用轮毂电机可以直接获取电能而使能量损耗被降到最低，并且立即产生旋转动力，减少了加速时间。同时可以对每个车轮实施单独控制，具有非常高的灵敏度。随着数控机床、工业机器人、计算机等高科技产品的兴起和一些特殊应用系统的需求，对伺服驱动电动机提出了更高的性能指标和薄型安装的要求，盘式永磁同步电动机开始逐步地取代传统地伺服电机产品。
发明内容
本发明的目的正是为了克服上述现有技术中的不足，提供一种重量轻、体积小、结构紧凑、转子涡流损耗小、转动惯量小、功率密度大、机电时间常数小的电动汽车轮毂用盘式永磁同步电动机。
本发明是通过下述技术方案予以实现的：一种电动汽车轮毂用盘式永磁同步电动机，包括固定心轴、支承在所述固定心轴上的转子外壳和与所述固定心轴固接的定子电枢盘，在所述转子外壳内左右两侧对称固接有相互平行的磁钢盘，所述磁钢盘之间形成截面为矩形的环形气隙，所述环形气隙内设有所述定子电枢盘，所述定子电枢盘设有引出线，其特征在于，所述定子电枢盘无铁心是直接注塑而成的，所述磁钢盘采用Halbach型永磁体阵列结构。
所述磁钢盘每极采用至少4块Halbach型永磁体排列而成。
所述磁钢盘每极采用4块45°的Halbach型永磁体排列而成。
所述磁钢盘是由钕铁硼永磁材料制成的。
本发明的有益效果是：1)汽车轮毂用盘式永磁同步电动机是一种轴向磁场电动机，具有较高的功率密度；利用钕铁硼永磁高矫顽力的优异特性制成无铁心电机，体积小、结构紧凑、电机重量大幅度降低、降低振动噪声、低速运行平稳、提高效率；2)定子电枢盘采用无铁心结构，直接由绕组注塑而成。定子电枢盘采用无槽无铁心结构，可以减少由齿槽效应引起的电磁转矩脉动，不受磁路饱和的影响，降低损耗、增加效率，并且减轻了质量；3)磁钢盘采用Halbach型永磁体阵列结构，磁钢直接粘在转子外壳内壁上，电机运行时磁钢盘和转子外壳一起转动，避免了磁钢盘和转子外壳相互运动产生的涡流损耗。两侧磁钢盘采用Halbach型永磁体阵列结构，将径向与切向阵列结合在一起，合成的结果使一边的磁场增强而另一边的磁场减弱。采用Halbach型永磁体阵列一方面可以提高气隙磁密，另外还可以很容易地得到正弦分布的气隙磁场，减小转矩波动，减小轭部磁通。气隙磁密的增加意味着电磁转矩的增大、电机出力提高，在保持出力不变时则可以减小电枢电流、降低绕组损耗、提高电机效率。同时，采用Halbach型永磁体阵列结构使有效部分的气隙磁密明显增强，背部磁密显著的下降，所以不采用背铁减少了电机的体积和重量。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明磁钢盘每极采用4块45°排列的Halbach型永磁体阵列结构示意图；
图3为本发明磁钢盘每极采用2块90°排列的Halbach型永磁体阵列磁路示意图；
图4为本发明磁钢盘每极采用3块60°排列的Halbach型永磁体阵列磁路示意图；
图5为本发明磁钢盘每极采用4块45°排列的Halbach型永磁体阵列磁路示意图；
图6a为磁钢盘为轴向充磁永磁体的磁力线分布图；
图6b为本发明磁钢盘为Halbach型永磁阵列结构永磁体的磁力线分布图；
图7a为本发明磁钢盘每极采用2块90°排列的Halbach型永磁体阵列气隙磁场波形图；
图7b为本发明磁钢盘每极采用3块60°排列的永磁体Halbach型永磁体阵列气隙磁场波形图；
图7c为本发明磁钢盘每极采用4块45°排列的永磁体Halbach型永磁体阵列气隙磁场波形图。
图中：1、转子外壳，2、定子电枢盘，3、磁钢盘，4、固定心轴，5、键，6、轴承 7、内六方螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
如图1所示，本发明一种轮毂盘式无铁心永磁同步电动机包括转子外壳1、定子电枢盘2、磁钢盘3、固定心轴4、键5、轴承6、内六方螺钉7。该电动机为外转子结构，转子外壳1包括通过内六方螺钉7固定连接的两部分，转子外壳1的每部分通过轴承6支承在固定心轴4上，相互平行的两个磁钢盘3对称地固定在转子外壳1的内壁上，两个磁钢盘3之间形成截面为矩形的环形气隙。两个磁钢盘3产生轴向磁场，定子电枢2采用无铁心结构，直接由绕组注塑而成，定子电枢盘2通过键5连接固定在固定心轴4上，定子电枢盘2设有引出线，用以施加三相交流电。
本发明的磁钢盘3每极可以采用一定角度的Halbach型永磁体阵列结构，即可以采用如图3所示的每极为2块90°角度排列的Halbach型永磁体阵列结构，也可以采用如图4所示的每极为3块60°排列的Halbach型永磁体阵列结构，还可以采用如图5所示的每极为4块45°排列的Halbach型永磁体阵列结构。比较图6a和图6b，可以看出Halbach型永磁体阵列结构的明显优势(与轴向充磁永磁体比较)。每极永磁体块数的增加，气隙磁场波形正弦化变化如图7a、图7b和图7c所示，图7a、图7b和图7c分别为每极两块永磁体、每极三块永磁体、每极四块永磁体的气隙磁场波形。从图7a、图7b和图7c可以得出：随着构成Halbach型永磁体阵列每极永磁体块数的增加，气隙磁场波形正弦化的趋势越来越理想，这也正是同步电动机所要求达到的。在本实施例中，综合考虑永磁体尺寸和其极数，磁钢盘3采用如图2所示的每极4块45°排列的Halbach型永磁体阵列结构，确定气隙长度为12mm，永磁体单侧厚度为6mm，长度为76mm。宽度为17.7mm，兼顾气隙磁场的正弦度与磁钢盘的制造工艺。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电动汽车轮毂用盘式永磁同步电动机，包括固定心轴、支承在所述固定心轴上的转子外壳和与所述固定心轴固接的定子电枢盘，在所述转子外壳内左右两侧对称固接有相互平行的磁钢盘，所述磁钢盘之间形成截面为矩形的环形气隙，所述环形气隙内设有所述定子电枢盘，所述定子电枢盘设有引出线，其特征在于，所述定子电枢盘无铁心是直接注塑而成的，所述磁钢盘采用Halbach型永磁体阵列结构。
2.根据权利要求1所述的电动汽车轮毂用盘式永磁同步电动机，其特征是，所述磁钢盘每极采用至少4块Halbach型永磁体排列而成。
3.根据权利要求1或2所述的电动汽车轮毂用盘式永磁同步电动机，其特征是，所述磁钢盘每极采用4块45°的Halbach型永磁体排列而成。
4.根据权利要求1所述的电动汽车轮毂用盘式永磁同步电动机，其特征是，所述磁钢盘是由钕铁硼永磁材料制成的。
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