CN104201854A - 车用外转子永磁同步轮毂径向磁场电机电磁结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车用外转子永磁同步轮毂径向磁场电机电磁结构，包括定子与转子，其中定子包括定子铁心和定子绕组，转子包括轮辋及永磁铁，定子铁心采用铁钴钒软磁合金，永磁铁贴设在轮辋的内侧，永磁体采用Halbach阵列，永磁体充磁方向采用平行充磁；轮辋采用非导磁铝合金轮辋。与现有技术相比，本发明的电磁结构融入做成产品后具有整体结构紧凑、易于与轮辋一体化即轮辋与外转子一体化、重量轻、输出转矩大、散热较好的特点。

Description

车用外转子永磁同步轮毂径向磁场电机电磁结构

技术领域

本发明涉及一种车用永磁同步轮毂电机，尤其是涉及一种车用外转子永磁同步轮毂径向磁场电机电磁结构。

背景技术

当今汽车产业蓬勃发展，但是能源和环境问题给汽车发展提出了严峻的挑战，轮毂电机作为一种环保节能驱动部件越来越受到人们的重视。我国稀土资源比较丰富，发展永磁同步轮毂电机具有一定的优势。目前电动汽车用的驱动方式有：1.主动力电机通过减速驱动；2.轮边减速驱动；3.轮毂电机直接驱动。第一种方式中主动力电机充当发动机的角色，鉴于电机本身的速度调节功能，减速部分可以简化很多，缺点是对电机的性能要求很高，单电机功率要求很大。第二种方式中电机要求的功率小，但是转速要求高，一般减速机构是定传动比减速，另外轮边安装空间要求较大。第三种方式中轮毂电机外转子直接驱动轮辋，要求电机在转速不高时输出大转矩，并且响应迅速，如果在汽车各轮上安装轮毂电机，由于电机可以互不影响的输出动力，汽车的动力学特性将会产生很大的变化，汽车操纵性能也会很大的提高。从轮毂电机装车来看，为了实现车辆的轻量化和环保性，永磁同步轮毂电机会向着轻量化、一体化、高单位质量转矩输出的方向发展。

专利CN103647378A介绍了一种双转子轮毂电动汽车电机，该电机是双转子结构，外转子与车轮连接，内转子为对称分布，定子内外表面双面开槽，在槽中镶嵌有对称的八组绕组线圈，八组绕组分别控制，使得电机在对称方向上的受力可以抵消，减少对轴及轴承摩擦，延长了电机的使用寿命。

专利CN103683782A介绍了一种无轴轮毂电机，该电机的端盖直接通过轴承与转子连接，车体可直接与电机端盖相连，定子内部为中空结构，可以把控制电路和电池放在该空内，有效减小车体体积，从而减轻总体重量，节约材料和成本。

专利CN103795181A介绍了一种多电机并联的轮毂电机，每个内电机的转子轴上都固定安装有一个齿轮，所有的齿轮均与一个内齿圈啮合，内齿圈与外转子固连，该电机能够降低电机的转速同时提高轮毂电机的扭矩，且同时工作的电机数可控，从而可使轮毂电机满足电动汽车在不同工况下的需求，提高电动汽车的动力性及经济性。

专利CN103532292A介绍了一种电动汽车用的轮毂电机，轮辋内环侧壁中部设有转子槽，电机转子套装在转子槽内；轮辋两侧分别通过外侧端盖、内侧端盖密封，内侧端盖外壁上设有轴承座，电机轴套装在内侧端盖内侧，其一端穿过轴承座与外部部件连接，另一端穿过电机转子后套装在外侧端盖中心处的外端盖轴承内。该轮毂电机工作气隙大，电机运行更加平稳；采用较为简单的连接关系方式，优化了磁路和齿部，使轮毂电机更适用于四轮电动汽车驱动系统；电机的位置传感和定子结构一体化，无须调整。

专利CN103595204A介绍了一种双定子永磁轮毂电机，该电机的主要特征为外定子和内定子之间有永磁体，永磁体通过支架连接转子，该电机充分利用了转子部位较大的空间，使得产生更大的驱动转矩；极大削弱了齿槽转矩，使电机启动更加容易，运行更平稳；绕组反电动势谐波含量小，端部更短，工艺更容易，散热更好，工作更可靠。

专利CN203522432U介绍了一种轮毂电机，该轮毂电机包括一个具有空腔的轮毂体，轮毂体的轴心处穿有一固定轴，轮毂体的空腔内设有电机总成和变速箱总成，解决了现有轮毂电机装配效率低等技术问题。

专利CN102545515A介绍了一种基于Halbach阵列的电动汽车轮毂永磁电机，永磁体贴于外转子的内表面，每极采用2块90度排列的Halbach型永磁体，每极的两块永磁体分别采用径向和切向充磁，其中切向充磁永磁体长度小于径向充磁永磁体长度。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。

发明内容

本发明的目的就是为了针对轮毂电机装车时需要的轻量化、一体化、高单位质量转矩输出的要求而提供一种车用外转子永磁同步轮毂径向磁场电机电磁结构。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种车用外转子永磁同步轮毂径向磁场电机电磁结构，包括定子与转子，其中定子包括定子铁心和定子绕组，转子包括轮辋及永磁铁，所述的定子铁心采用高导磁高饱和性的铁钴钒软磁合金，定子齿的宽度和定子槽的参数根据所需的性能调节，定子绕组采用普通铜线，本发明的定子绕组的节距为1，根据不同的槽极配合会有不同的变化。所述的永磁铁贴设在轮辋的内侧，永磁体只在结构上贴于轮辋内表面，在电磁方面不起作用。因此可以将电机与轮辋一体化。所述的永磁体采用Halbach阵列，永磁体充磁方向采用平行充磁。

所述的轮辋采用非导磁铝合金轮辋，为用无铁心结构。

由于本轮毂电机直接驱动轮子，所以对电机最大的要求就是转矩大，为了产生大的转矩，必须采用高导磁高饱和性的材料，同时高导磁高饱和性的材料要发挥出应有的性能还必须有高的气隙磁密，根据磁场中安培力的产生原理F＝nBIL，也可以得到，增加磁感应强度可以有效的增大转矩，而Halbach阵列有很强的聚磁作用提高磁感应强度，因此选择Halbach阵列。选用需要的Halbach阵列后，得到转子轭部的磁密很低，也就是说，转子轭部可以去掉。所以可以通过选用新材料即钴基软磁材料和高性能永磁体材料以及Halbach阵列永磁体布置提高电机输出转矩，通过采用外转子无铁心结构实现轮毂电机和轮辋的一体化和轻量化。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

1、本发明采用的新型软磁材料充分考虑了轮毂电机低转速的特征和软磁材料高导磁、高饱和性特征，大幅度的提高电机转矩输出。

2、本发明在外转子上采用特别的Halbach阵列，Halbach型永磁体阵列可提高气隙磁密，并很容易得到近似正弦型分布的气隙磁密波形，减小转矩波动，减小轭部磁通。

3、本发明在外转子上采用无铁心结构，由于Halbach阵列的存在，转子轭部磁通很小，采用非导磁的铝合金对电机性能的影响极小，因而可以采用非导磁的铝合金，因为轮辋一般都是铝合金，所以可以将轮毂电机外转子与轮辋一体化。

4、本发明是基于传统径向磁场电机加工工艺，装配技术成熟度高。

5、本发明的无铁心结构不限于只用非导磁的铝合金，其他的非导磁材料均可与外转子一体化。

6、本发明结构简单，与轮辋一体化后重量和安装空间都很小。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为平行充磁方式示意图；

图3为磁力线的分布示意图；

图4为本发明的结构应用时结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种车用外转子永磁同步轮毂径向磁场电机电磁结构，如图1所示，包括定子与转子，其中定子包括定子铁心1和定子绕组2，转子包括轮辋4及永磁铁3，定子铁心1采用高导磁高饱和性的铁钴钒软磁合金，定子齿的宽度和定子槽的参数根据所需的性能调节，定子绕组2采用普通铜线，本实施例中定子绕组2的节距为1，根据不同的槽极配合会有不同的变化。永磁铁3贴设在轮辋4的内侧，永磁体3只在结构上贴于轮辋4内表面，在电磁方面不起作用。因此可以将电机与轮辋4一体化。永磁体采用Halbach阵列，永磁体充磁方向采用平行充磁，平行充磁方式如图2所示。

图3所示为磁力线的分布图，通过分析磁力线分布图可以得出，转子轭部的磁通量很小，极少量的磁力线分布可以看作漏磁，这样就可以在不损失转矩的情况下将转子轭部用非导磁铝合金代替，而这样带来的好处就是可以将转子和轮辋做成一体即电机和车轮一体化。因此，轮辋4采用非导磁铝合金轮辋，为用无铁心结构。

将本发明的电磁结构实际应用时，如图4所示，将定子铁心1安装在支撑轴6上，定子绕组2缠绕在定子铁心1上，轮辋4设在定子铁心1外部，且一侧封住支撑轴6，另一侧与支撑轴6之间设有轴承5，永磁铁3贴设在轮辋4的内侧，且永磁体3采用Halbach阵列。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种车用外转子永磁同步轮毂径向磁场电机电磁结构，包括定子与转子，其中定子包括定子铁心和定子绕组，转子包括轮辋及永磁铁，其特征在于，所述的定子铁心采用铁钴钒软磁合金，所述的永磁铁贴设在轮辋的内侧，所述的永磁体采用Halbach阵列，永磁体充磁方向采用平行充磁。

2.根据权利要求1所述的一种车用外转子永磁同步轮毂径向磁场电机电磁结构，其特征在于，所述的轮辋采用非导磁铝合金轮辋。

3.根据权利要求1所述的一种车用外转子永磁同步轮毂径向磁场电机电磁结构，其特征在于，所述的定子绕组采用普通铜线。

4.根据权利要求1所述的一种车用外转子永磁同步轮毂径向磁场电机电磁结构，其特征在于，所述的定子绕组的节距为1。