CN105896861A - 一种轮毂式轴向励磁永磁电机 - Google Patents

一种轮毂式轴向励磁永磁电机 Download PDF

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史立伟
张洪信
肖东
张学义
葛文庆
马超
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Abstract

本发明的一种轮毂式轴向励磁永磁电机，由轴承、轴、轮毂、定子铁心、永磁体、电枢绕组、定子极、转子极和轮毂盖组成。轮毂和轮毂盖可绕轴旋转，从而带动车轮旋转。呈圆盘式的定子铁心固定在轴的中间，定子铁心与轮毂盖相对的端面依次固定有永磁体和定子极。每个定子极上绕有电枢绕组。轮毂盖朝向定子极的内壁固定有沿轴向凸出的转子极。本发明的技术永磁体和电枢绕组皆位于定子上，转子结构简单、工作可靠；定转子之间接触面大，因此可导通的最大磁通量大，电机功率高；实现了驱动电机和轮毂的一体化设计，省掉了减速器，传动效率高。

Description

一种轮毂式轴向励磁永磁电机
技术领域
本发明涉及一种轮毂式轴向励磁永磁电机，属于汽车电器技术领域。
背景技术
轮毂电机是未来的电动汽车最核心部件之一，其最大的特点就是将驱动、传动和制动装置都整合到轮毂内，省略了离合器、变速器、传动轴、差速器、分动器等传动部件。随着消费者对新能源汽车的日益关注，轮毂电机技术也将走入人们的视野，并导致轮毂电机的需求爆发增长。
新能源车型无论是纯电动还是燃料电池电动车，或是增程电动车，都可以用轮毂电机作为主要驱动力，即便是混合动力车型，也可 以用轮毂电机作为起步或者急加速时助力。因此，轮毂电机驱动技术将是未来新能源车最具前景的底盘技术。
国外轮毂电机驱动技术的应用主要体现在两个方面：一是以轮胎生产商或汽车零部件生产商为代表的研发团队开发的集成化电动系统；二是整车生产商与轮毂电机驱动系统生产商联合开发的电动汽车。而在我国国内对于轮毂电机的研究多集中于高校，产品均为电动汽车，与此同时，自主品牌汽车厂商也纷纷推出了自己的轮毂电机技术产品
在相近的专利中，有东南大学获得授权的专利：一种双定子盘式混合励磁电机，专利号：201310301385.0，提出了一种包括 12 个 U 形定子铁心的盘式混合励磁电机，该U 形定子铁心和永磁体（4）交替放置构成定子圆盘，永磁体沿圆周方向交替充磁。
授权号为 201010190582.6的发明专利申请：电动自行车轮毂，提出了一种用外定子内转子结构的电动轮毂，该电动轮毂的定子固定在轮毂外壳内壁上并可随轮毂外壳一同旋转，转子与行星轮减速机构相连。
专利号为201110182371.2的授权发明专利：一种电动轮毂，提出了一种包括同轴线设 置的电机和组合结构的轮毂、主要用于支撑电机和轮毂的同轴线设置且相互固定的第一半轴和第 二半轴、用于将电机动力传递给轮毂的齿轮传动系统的电动轮毂。该齿轮传动系统设有两挡位电控换挡装置，结构较为复杂。
目前申请人尚未检索到有关使用具有盘式结构的径向永磁励磁的轮毂式电机的报道。
本发明的技术实现了永磁体和电枢绕组皆位于定子上的轮毂式电机设计，转子结构简单、工作可靠；盘式电机可有效利用轮毂直径大、轴向长度短的特点，提高轮毂电机的功率；且定转子之间接触面大，因此电机比功率高。
发明内容
为了发明一种轮毂式轴向励磁永磁电机，实现可靠地高功率密度的驱动，本发明采用如下技术方案：
一种轮毂式轴向励磁永磁电机，其特征在于：
由轴承(1)、轴(2)、轮毂(3)、定子铁心(4)、永磁体(6)、电枢绕组(7)、定子极(8)、转子极(9)和轮毂盖(10)组成；
呈圆盘式的定子铁心(4)固定在轴(2)的中间，两个轴承(1)的内圈分别固定在轴(2)的两端，两个轴承(1)的外圈分别固定在轮毂(3)和轮毂盖(10)的中心孔内，在轴承(1)的作用下，轮毂(3)和轮毂盖(10)可绕轴(2)旋转，从而带动车轮旋转；
定子铁心(4)与轮毂盖(10)相对的端面依次固定有永磁体(6)和定子极(8)，永磁体(6)和定子极(8)的端面形状相同且皆呈扇环形，永磁体(6)沿轴向充磁；
沿圆周方向上每三个永磁体(6)的充磁方向相同，相邻三个永磁体(6)的充磁方向相反；
定子极(8)沿轴向凸出，每个定子极(8)上绕有电枢绕组(7)；电枢绕组(7)的引线从轴(2)的中心孔穿出；
相同方向充磁的永磁体(6)对应的电枢绕组(7)绕向相同，电枢绕组(7)可根据相位不同分为三相；
轮毂盖(10)朝向定子极(8)的内壁固定有沿轴向凸出的转子极(9)，转子极(9)的端面也呈扇环形；
定子铁心(4)、定子极(8)、转子极(9)和轮毂盖(10)由导磁材料制成。
如上所述的一种轮毂式轴向励磁永磁电机，其特征在于：定子极(8)的极数为6N，转子极的极数为4N或8N。
如上所述的一种轮毂式轴向励磁永磁电机，其特征在于：相邻的相同充磁方向的三个永磁体(6)之间的间隙为零，即可用整体式永磁体(6)取代相邻的相同充磁方向的三个永磁体(6)。
本发明的有益效果如下：
⑴有效的实现了轮毂和驱动电机的集成，减小了驱动系统的体积和重量；
⑵转子无永磁体和励磁绕组，减小了永磁体受冲击退磁的可能性。
⑶电枢绕组与励磁绕组都采用集中绕组，端部较短，铜耗较小。。
⑷盘式电机的轴向尺寸较小，很适合应用作严格要求薄型安装的轮毂驱动电机。
⑸永磁体轴向励磁，输出的磁通量大，电机功率密度高。
附图说明
图1是本发明一种轮毂式轴向励磁永磁电机的纵剖图。其中：1、轴承，2、轴，3、轮毂，4、定子铁心，5、引线，6、永磁体，7、电枢绕组，8、定子极，9、转子极，10、轮毂盖。
图2是本发明一种轮毂式轴向励磁永磁电机定子绕组侧视图，其中：2、轴，4、定子铁心，7、电枢绕组，8、定子极。
图3为本发明一种轮毂式轴向励磁永磁电机永磁体侧视图，其中：2、轴，4、定子铁心，6、永磁体。
图4为本发明一种轮毂式轴向励磁永磁电机转子极侧视图，其中：2、轴，9、转子极，10、轮毂盖。
图5为本发明一种轮毂式轴向励磁永磁电机三个相邻相同方向充磁的永磁体合为一个永磁体的示例图。其中，2、轴，4、定子铁心，6、永磁体。
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是本发明一种轮毂式轴向励磁永磁电机的纵剖图。
由轴承(1)、轴(2)、轮毂(3)、定子铁心(4)、永磁体(6)、电枢绕组(7)、定子极(8)、转子极(9)和轮毂盖(10)组成；
呈圆盘式的定子铁心(4)固定在轴(2)的中间，两个轴承(1)的内圈分别固定在轴(2)的两端，两个轴承(1)的外圈分别固定在轮毂(3)和轮毂盖(10)的中心孔内，在轴承(1)的作用下，轮毂(3)和轮毂盖(10)可绕轴(2)旋转，从而带动车轮旋转；
定子铁心(4)与轮毂盖(10)相对的端面依次固定有永磁体(6)和定子极(8)，永磁体(6)和定子极(8)的端面形状相同且皆呈扇形，永磁体(6)沿轴向充磁；
定子极(8)沿轴向凸出。电枢绕组(7)的引线从轴(2)的中心孔穿出；
轮毂盖(10)朝向定子极(8)的内壁固定有沿轴向凸出的转子极(9)，转子极(9)的端面也呈扇形。
定子铁心(4)、定子极(8)、转子极(9)和轮毂盖(10)由导磁材料制成。
图2是本发明一种轮毂式轴向励磁永磁电机定子绕组侧视图。
每个定子极(8)上绕有电枢绕组(7)。相同方向充磁的永磁体(6)对应的电枢绕组(7)绕向相同，电枢绕组(7)可根据相位不同分为三相。
图3为本发明一种轮毂式轴向励磁永磁电机永磁体侧视图。
如上所述的一种轮毂式轴向励磁永磁电机的实施例，其定子极(8)的极数为6N，N为自然数。本实施例中，N=2。
永磁体(6)和定子极(8)的端面形状相同且皆呈扇形，永磁体(6)沿轴向充磁。
沿圆周方向上每三个永磁体(6)的充磁方向相同，相邻三个永磁体(6)的充磁方向相反。
图4为本发明一种轮毂式轴向励磁永磁电机转子极侧视图。
一种轮毂式轴向励磁永磁电机的转子极(9)的端面也呈扇形。
如上所述的一种轮毂式轴向励磁永磁电机的实施例，其定子极(8)的极数为6N，转子极的极数为4N。本实施例中，N=2。
图5为本发明一种轮毂式轴向励磁永磁电机工作原理图。
相邻的相同充磁方向的三个永磁体(6)之间的间隙为零，用整体式永磁体(6)取代相邻的相同充磁方向的三个永磁体(6)。
下面对本发明提出的两相电励磁双凸极电动天窗驱动电机进行工作原理的说明。
如果忽略局部饱和，随着转子的转动，定子凸极和转子凸极的重叠面积发生变化，它的磁阻也会发生相应的变化，从而改变流过各个定子凸极的磁通比例，磁链的周期变化， 就会在定子侧的电枢绕组中感应出空载反电动势。
控制器控制三相桥式变换器给反电动势为正的一相绕组通正向电流，则该绕组可以产生正的转矩；给反电动势为负的一相绕组通负向电流正向电流，则该绕组也可以产生正的转矩。

Claims (3)

1.一种轮毂式轴向励磁永磁电机，其特征在于：
由轴承(1)、轴(2)、轮毂(3)、定子铁心(4)、永磁体(6)、电枢绕组(7)、定子极(8)、转子极(9)和轮毂盖(10)组成；
呈圆盘式的定子铁心(4)固定在轴(2)的中间，两个轴承(1)的内圈分别固定在轴(2)的两端，两个轴承(1)的外圈分别固定在轮毂(3)和轮毂盖(10)的中心孔内，在轴承(1)的作用下，轮毂(3)和轮毂盖(10)可绕轴(2)旋转，从而带动车轮旋转；
定子铁心(4)与轮毂盖(10)相对的端面依次固定有永磁体(6)和定子极(8)，永磁体(6)和定子极(8)的端面形状相同且皆呈扇环形，永磁体(6)沿轴向充磁；
沿圆周方向上每三个永磁体(6)的充磁方向相同，相邻三个永磁体(6)的充磁方向相反；
定子极(8)沿轴向凸出，每个定子极(8)上绕有电枢绕组(7)；电枢绕组(7)的引线从轴(2)的中心孔穿出；
相同方向充磁的永磁体(6)对应的电枢绕组(7)绕向相同，电枢绕组(7)可根据相位不同分为三相；
轮毂盖(10)朝向定子极(8)的内壁固定有沿轴向凸出的转子极(9)，转子极(9)的端面也呈扇环形；
定子铁心(4)、定子极(8)、转子极(9)和轮毂盖(10)由导磁材料制成。
2.如权利要求1所述的一种轮毂式轴向励磁永磁电机，其特征在于：定子极(8)的极数为6N，转子极的极数为4N或8N，N为自然数。
3.如权利要求1所述的一种轮毂式轴向励磁永磁电机，其特征在于：相邻的相同充磁方向的三个永磁体(6)之间的间隙为零，即可用整体式永磁体(6)取代相邻的相同充磁方向的三个永磁体(6)。
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