CN104753302B - 一种电动车用低成本永磁无刷直流电机 - Google Patents

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Abstract

一种电动车用低成本永磁无刷直流电机，其特征在于：包括定子铁心、定子绕组、轴、转子铁心、永磁磁钢和假极等，其中凸形软铁制成的假极和永磁磁钢间隔排列粘结在转子铁心上组成一对极，所有的永磁磁钢产生的磁场方向一致，都朝向转子内侧或都朝向转子外侧，永磁磁钢弧长约占一对极的弧长的0.4倍；所述假极贴在转子铁心的一侧弧长为一对极的弧长与永磁磁钢弧长之差，假极靠近定子铁心的一侧弧长与永磁磁钢相等，即呈“凸”形的假极凸出部分弧长也约占一对极的弧长的0.4倍，假极凸出部分的厚度与永磁磁钢相等；所述假极是中心对称的，其两侧较薄的部分约占永磁磁钢厚度的三分之一。本发明的技术虽然扭矩减少10%，但磁钢用量减少40%，成本降低约17%。

Description

一种电动车用低成本永磁无刷直流电机
技术领域
本发明涉及一种电动车用低成本永磁无刷直流电机，属于特种电机领域。
背景技术
目前，无刷直流电机在是用半导体逆变器取代一般直流电动机中的机械换向器，没有换向器，结构简单，运行可靠，没有火花，电磁噪声低，在电动车上具有广泛的应用。无刷直流电机定子绕组多做成三相对称星形接法，其反电势多为方波，因此可用直流经过逆变器换相后驱动。
目前在电动自行车和其它低速电动车上应用最广泛的电机为46极51槽电机，该电机为集中分数槽绕组，极数多，两个极之间的漏磁较为严重。
另外，传统的8极24槽的永磁同步电机在伺服系统上也有广泛的应用。由于一个极对应三个槽，因此每个线圈绕在三个齿上，每个齿外侧有三个线圈，线圈之间在径向上有重叠，因此槽满率难以提高。而且这种整数槽绕组的电机还存在着齿槽转矩大等缺点。
目前，也有数项专利公开了可以应用于电动车的永磁无刷直流电机。例如，授权的中国发明专利：船用无刷三相同步发电机分数槽绕组ZL200910115721.6，公开了一种船用无刷三相同步发电机分数槽绕组，其特征是将定子槽数108槽、极数8极、相数3相，并联支路数为4，线圈节距为11；授权的中国发明专利：低速大转矩永磁无刷电机的分数槽绕组ZL200510093634.7，涉及了磁极数P与铁芯槽数Z及相数M和分布数Q满足如下条件永磁无刷电机： 1)当分布数Q为奇数时，铁芯槽数Z＝Q×M×K，磁极数P＝Z±K；其中K为自然数；2)当分布数Q为偶数时，铁芯槽数Z＝Q×M×K，磁极数P＝Z±2K；其中 K为自然数。
随着我国稀土资源的过量开采和稀土永磁体需求量的逐年增加，稀土永磁材料的价格也越来越贵，甚至占到了一台电动车电机的40%。因此，减少稀土永磁材料的使用量可以大幅度的降低企业的生产成本。本发明的技术在磁极结构、定转子匹配等方面具有优化的新型电磁拓扑结构。
发明内容
为了发明一种电动车用低成本永磁无刷直流电机，降低电机永磁材料的用量，提高电机的效率和性价比，本发明采用如下技术方案：
包括定子铁心、定子绕组、轴、转子铁心、永磁磁钢和假极，其中凸形软铁制成的假极和永磁磁钢间隔排列粘结在转子铁心上，一个假极和一个永磁磁钢组成一对极，所有的永磁磁钢产生的磁场方向一致，都朝向转子内侧或都朝向转子外侧，永磁磁钢弧长约占一对极的弧长的0.4倍；
所述假极贴在转子铁心的一侧弧长为一对极的弧长与永磁磁钢弧长之差，假极靠近定子铁心的一侧弧长与永磁磁钢相等，即呈“凸”形的假极凸出部分弧长也约占一对极的弧长的0.4倍，所述假极是轴对称的，中间凸出部分的厚度与永磁磁钢相等，两侧较薄的部分的厚度小于永磁磁钢厚度的0.4倍；
所述转子铁心固定在电动车轮毂上，可以绕轴旋转；所述定子铁心固定在轴上。
如上所述的一种电动车用低成本永磁无刷直流电机，由较厚部分过渡到较薄部分的倒角可以为圆弧倒角，也可以为直角倒角，还可以为无倒角的台阶。
如上所述的一种电动车用低成本永磁无刷直流电机，其转子极数为16极，定子槽数为30槽，每个电枢线圈跨两个定子齿绕制；A相绕组从第1槽开始绕入，连续绕5个线圈后从第11槽绕出，再从第16槽开始绕入，连续绕5个线圈后从第26槽绕出；B相绕组从第6槽开始绕入，连续绕5个线圈后从第16槽绕出，再从第21槽开始绕入，连续绕5个线圈后从第1槽绕出；C相绕组从第11槽开始绕入，连续绕5个线圈后从第21槽绕出，再从第26槽开始绕入，连续绕5个线圈后从第6槽绕出。
本发明的有益效果如下：
⑴虽然扭矩减少10%，但磁钢用量减少40%，成本降低约17%；
⑵与传统的电动自行车电机相比，极数少，极间漏磁少；
⑶与传统的整数槽电机相比，绕组重叠少，槽满率高；
⑷与传统的少极数的分数槽绕组电机相比，绕组的分布因数大。
附图说明
图1是本发明一种电动车用低成本永磁无刷直流电机横向剖视图。其中：1、永磁磁钢，2、假极，3、转子铁心；4、定子铁心，5、定子绕组，6、轴。
图2是本发明一种电动车用低成本永磁无刷直流电机的无倒角的台阶结构的假极和永磁磁钢。
图3为本发明一种电动车用低成本永磁无刷直流电机圆弧倒角的假极和永磁磁钢。
图4为本发明一种电动车用低成本永磁无刷直流电机直角倒角的假极和永磁磁钢。
图5为本发明一种电动车用低成本永磁无刷直流电机三相反电势仿真图。
图6为本发明一种电动车用低成本永磁无刷直流电机输出转矩仿真图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
图1所示本发明一种电动车用低成本永磁无刷直流电机横向剖视图，包括定子铁心、定子绕组、轴、转子铁心、永磁磁钢和假极，其中凸形软铁制成的假极和永磁磁钢间隔排列粘结在转子铁心上组成一对极，所有的永磁磁钢产生的磁场方向一致，都朝向转子内侧或都朝向转子外侧，永磁磁钢弧长约占一对极的弧长的0.4倍；所述假极贴在转子铁心的一侧弧长为一对极的弧长与永磁磁钢弧长之差，假极靠近定子铁心的一侧弧长与永磁磁钢相等，即呈“凸”形的假极凸出部分弧长也约占一对极的弧长的0.4倍，假极凸出部分的厚度与永磁磁钢相等；所述假极是轴对称的，其两侧较薄的部分小于永磁磁钢厚度的0.4倍。
所述电机的转子极数为16极，定子槽数为30槽，每个电枢线圈跨两个定子齿绕制；A相绕组从第1槽开始绕入，连续绕5个线圈后从第11槽绕出，再从第16槽开始绕入，连续绕5个线圈后从第26槽绕出；B相绕组从第6槽开始绕入，连续绕5个线圈后从第16槽绕出，再从第21槽开始绕入，连续绕5个线圈后从第1槽绕出；C相绕组从第11槽开始绕入，连续绕5个线圈后从第21槽绕出，再从第26槽开始绕入，连续绕5个线圈后从第6槽绕出。
图2是本发明一种电动车用低成本永磁无刷直流电机的无倒角的台阶结构的永磁磁钢。在本实施例中，永磁磁钢弧长占一对极的弧长的0.4倍；假极靠近定子铁心的一侧弧长与永磁磁钢相等，即呈“凸”形的假极凸出部分弧长也占一对极的弧长的0.4倍；假极是轴对称的，其两侧较薄的部分小于永磁磁钢厚度的0.4倍。假极由较厚部分过渡到较薄部分为无倒角的台阶。
图3为本发明一种电动车用低成本永磁无刷直流电机圆弧倒角的假极和永磁磁钢。在本实施例中，永磁磁钢弧长占一对极的弧长的0.4倍；假极靠近定子铁心的一侧弧长与永磁磁钢相等，即呈“凸”形的假极凸出部分弧长也占一对极的弧长的0.4倍；假极是轴对称的，其两侧较薄的部分小于永磁磁钢厚度的0.4倍。假极由较厚部分过渡到较薄部分为无倒角的台阶。假极由较厚部分过渡到较薄部分的倒角可以为圆弧倒角。
图4为本发明一种电动车用低成本永磁无刷直流电机直角倒角的假极和永磁磁钢。在本实施例中，永磁磁钢弧长占一对极的弧长的0.4倍；假极靠近定子铁心的一侧弧长与永磁磁钢相等，即呈“凸”形的假极凸出部分弧长也占一对极的弧长的0.4倍；假极是轴对称的，其两侧较薄的部分小于永磁磁钢厚度的0.4倍。假极由较厚部分过渡到较薄部分为无倒角的台阶。假极由较厚部分过渡到较薄部分的倒角可以为直角倒角。
图5为本发明一种电动车用低成本永磁无刷直流电机三相反电势仿真图。仿真图显示本发明的技术与全部用磁钢的对比样机相比反电势电压下降10%。
图6为本发明一种电动车用低成本永磁无刷直流电机输出转矩仿真图。仿真图显示本发明的技术与全部用磁钢的对比样机相比扭矩减少10%。但本发明的技术磁钢用量减少了40%，成本降低约17%。
下面对本发明提出的电动车用低成本永磁无刷直流电机进行工作原理的说明。
本发明的永磁无刷直流电机基本工作原理与传统的电机相同。
传统的电动自行车极数多，极间漏磁严重。而本发明的技术极数相对较少，而且极间有假极形成的软铁凹槽，因此极间漏磁少。
本发明的技术利用一个磁极便可以形成一个磁回路，这与传统的电机相比，永磁体个数少一半。但通过提高磁势，其输出功率下降较少，因此可以大幅度的降低稀土永磁材料的使用量，即降低企业生产成本。
需要指出的是，以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化和替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种电动车用低成本永磁无刷直流电机，其特征在于：
包括定子铁心、定子绕组、轴、转子铁心、永磁磁钢和假极，其中凸形软铁制成的假极和永磁磁钢间隔排列粘结在转子铁心上，一个假极和一个永磁磁钢组成一对极，所有的永磁磁钢产生的磁场方向一致，都朝向转子内侧或都朝向转子外侧，永磁磁钢弧长占一对极的弧长的0.4倍；
所述假极贴在转子铁心的一侧弧长为一对极的弧长与永磁磁钢弧长之差，假极靠近定子铁心的一侧弧长与永磁磁钢相等，即呈“凸”形的假极凸出部分弧长也占一对极的弧长的0.4倍，所述假极是轴对称的，中间凸出部分的厚度与永磁磁钢相等，两侧较薄的部分的厚度小于永磁磁钢厚度的0.4倍；
所述转子铁心固定在电动车轮毂上，可以绕轴旋转；所述定子铁心固定在轴上；
所述的一种电动车用低成本永磁无刷直流电机，其转子极数为16极，定子槽数为30槽，每个电枢线圈跨两个定子齿绕制；
A相绕组从第1槽开始绕入，连续绕5个线圈后从第11槽绕出，再从第16槽开始绕入，连续绕5个线圈后从第26槽绕出；B相绕组从第6槽开始绕入，连续绕5个线圈后从第16槽绕出，再从第21槽开始绕入，连续绕5个线圈后从第1槽绕出；C相绕组从第11槽开始绕入，连续绕5个线圈后从第21槽绕出，再从第26槽开始绕入，连续绕5个线圈后从第6槽绕出。
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