CN102545515A - 基于Halbach阵列的电动汽车轮毂永磁电机 - Google Patents

基于Halbach阵列的电动汽车轮毂永磁电机 Download PDF

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窦汝振
王晓远
米彦青
高鹏
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Abstract

一种基于Halbach阵列的电动汽车轮毂永磁电机，包括外壳、内端盖、电枢绕组、外端盖和与汽车车身悬架固定连接的电机轴，还设置有转子表贴式磁钢，所述的内端盖和外端盖分别固定连接在外壳的两端，外转子表贴式磁钢贴于外壳的内表面上，所述的电枢绕组通过气隙相对的设置在外转子表贴式磁钢的内侧，所述的外壳、内端盖、外端盖和外转子表贴式磁钢同轴共转动，所述的外端盖通过螺钉与电动汽车轮辋固定连接，所述电机轴内设有用以施加三相交流电引出线的出线孔。本发明车辆结构更简单，可实现多种复杂的驱动方式，便于采用多种新能源车技术；实现电机的聚磁效应和磁密的提升，提高电机功率密度；给电机的生产和制造带来了极大的方便；提高电机的效率和功率密度。

Description

基于Halbach阵列的电动汽车轮毂永磁电机
技术领域
本发明涉及一种电动汽车轮毂永磁电机。特别是涉及一种外转子与电机的两端盖以及汽车轮辋相连，电机工作时，三者同轴转动的基于Halbach阵列的电动汽车轮毂永磁电机。
背景技术
目前，全世界的汽车生产量和使用量巨大，而且增长迅速，人类面临越来越多的环境问题和能源枯竭问题，将面临严峻挑战。设计和研发一种高效能、环保、安全的汽车是实现交通可持续发展的必由之路。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。轮毂电机技术又称车轮内装电机技术，它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此将电动车辆的机械部分大大简化，减少由于汽车传动机构、齿轮变速箱等带来的功率损耗，从而提高整车的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种重量轻、体积小、结构简单紧凑、转动惯量小、功率密度和转矩密度大、易于生产制造的基于Halbach阵列的电动汽车轮毂永磁电机。
本发明所采用的技术方案是：一种基于Halbach阵列的电动汽车轮毂永磁电机，包括外壳、内端盖、电枢绕组、外端盖和与汽车车身悬架固定连接的电机轴，还设置有转子表贴式磁钢，所述的内端盖和外端盖分别固定连接在外壳的两端，外转子表贴式磁钢贴于外壳的内表面上，所述的电枢绕组通过气隙相对的设置在外转子表贴式磁钢的内侧，所述的外壳、内端盖、外端盖和外转子表贴式磁钢同轴共转动，所述的外端盖通过螺钉与电动汽车轮辋固定连接，所述电机轴内设有用以施加三相交流电引出线的出线孔。
电机内定子采用分数槽绕组结构的内定子，所述的外转子表贴式磁钢采用Halbach阵列磁钢结构。
所述的外转子表贴式磁钢每极采用2块90°排列的Halbach型永磁体，每极的两块磁钢分别采用径向充磁和切向充磁，其中切向充磁磁钢长度小于径向充磁磁钢长度。
所述的外转子表贴式磁钢是由钕铁硼永磁材料制成。
本发明的基于Halbach阵列的电动汽车轮毂永磁电机，有益效果是：
1)采用外转子结构的轮毂永磁电机，省略大量传动部件，让车辆结构更简单，可实现多种复杂的驱动方式，便于采用多种新能源车技术。
2)磁钢采用表贴式Halbach型永磁体阵列结构，可以得到接近正弦的气隙磁密分布，实现电机的聚磁效应和磁密的提升，提高电机功率密度。
3)长度不均匀Halbach型永磁体阵列结构，减小每块切向充磁磁钢的长度，从而接近于矩形磁钢条，更容易进行充磁，给电机的生产和制造带来了极大的方便。
4)采用8极9槽的分数槽绕组结构，利用其等效分布作用和对齿谐波反电势的削弱作用，以达到改善电势波形和提高绕组利用率的效果，同时缩短线圈周长和端部伸出长度，减小电机绕组电阻，降低损耗，提高电机的效率和功率密度。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明外转子与外壳的结构示意图；
图3是本发明内侧端面示意图；
图4是本发明外侧与轮辋连接端面的示意图；
图5a是磁钢每极采用2块90°排列的Halbach型永磁体充磁方向示意图；
图5b是磁钢每极采用2块90°排列的Halbach型永磁体阵列磁力线图；
图6a是长度不均匀磁钢每极采用2块90°排列的Halbach型永磁体充磁方向示意图；
图6b是长度不均匀磁钢每极采用2块90°排列的Halbach型永磁体磁力线图。
图中：
1：外壳            2：外转子表贴式磁钢
3：内端盖          4：电枢绕组
5：外端盖          6：螺钉
7：电机轴          8：出线孔
9：过油孔
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的基于Halbach阵列的电动汽车轮毂永磁电机做出详细说明。
本发明的基于Halbach阵列的电动汽车轮毂永磁电机，包括外壳1、内端盖3、外端盖5、电枢绕组4和与汽车车悬架固定连接的电机轴7，所述的内端盖3和外端盖5分别固定连接在外壳1的两端，外转子表贴式磁钢2固定在外壳1的内表面上，所述的电枢绕组4通过气隙相对的设置在外转子表贴式磁钢2的内侧，电机工作时，所述的外壳1、内端盖3、外端盖5和外转子表贴式磁钢2同轴共转动，从而驱动电动汽车行驶。所述的外端盖5通过螺钉6与电动汽车轮辋固定连接，所述电机轴7内设有用以施加三相交流电引出线的出线孔8。
本发明的基于Halbach阵列的电动汽车轮毂永磁电机，电机内定子采用分数槽绕组结构的内定子，如电机内定子采用8极9槽分数槽绕组结构，利用其等效分布作用和对齿谐波反电势的削弱作用，以达到改善电势波形和提高绕组利用率的效果，同时缩短线圈周长和端部伸出长度，减小电机绕组电阻，降低损耗，提高电机的效率和功率密度。。所述的外转子表贴式磁钢2采用Halbach阵列磁钢结构，可以得到接近正弦的气隙磁密分布，实现电机的聚磁效应和磁密的提升，提高电机功率密度。所述的外转子表贴式磁钢2每极采用2块90°排列的Halbach型永磁体，其特点是采用长度不均匀Halbach磁钢阵列，每极的两块磁钢分别采用径向充磁和切向充磁，其中切向充磁磁钢长度小于径向充磁磁钢长度，减小每块切向充磁磁钢的长度，从而接近于矩形磁钢条，更容易进行充磁，给电机的生产和制造带来了极大的方便。。所述的外转子表贴式磁钢2是由钕铁硼永磁材料制成。
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)

1.一种基于Halbach阵列的电动汽车轮毂永磁电机，包括外壳(1)、内端盖(3)、电枢绕组(4)、外端盖(5)和与汽车车身悬架固定连接的电机轴(7)，其特征在于，还设置有转子表贴式磁钢(2)，所述的内端盖(3)和外端盖(5)分别固定连接在外壳(1)的两端，外转子表贴式磁钢(2)贴于外壳(1)的内表面上，所述的电枢绕组(4)通过气隙相对的设置在外转子表贴式磁钢(2)的内侧，所述的外壳(1)、内端盖(3)、外端盖(5)和外转子表贴式磁钢(2)同轴共转动，所述的外端盖(5)通过螺钉(6)与电动汽车轮辋固定连接，所述电机轴(7)内设有用以施加三相交流电引出线的出线孔(8)。
2.根据权利要求1所述的基于Halbach阵列的电动汽车轮毂永磁电机，其特征在于，电机内定子采用分数槽绕组结构的内定子，所述的外转子表贴式磁钢(2)采用Halbach阵列磁钢结构。
3.根据权利要求2所述的基于Halbach阵列的电动汽车轮毂永磁电机，其特征在于，所述的外转子表贴式磁钢(2)每极采用2块90°排列的Halbach型永磁体，每极的两块磁钢分别采用径向充磁和切向充磁，其中切向充磁磁钢长度小于径向充磁磁钢长度。
4.根据权利要求1所述的基于Halbach阵列的电动汽车轮毂永磁电机，其特征在于，所述的外转子表贴式磁钢(2)是由钕铁硼永磁材料制成。
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