CN105958679A - 一种电动汽车驱动用混合磁通永磁轮毂电机 - Google Patents

一种电动汽车驱动用混合磁通永磁轮毂电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车驱动用混合磁通永磁轮毂电机，包括电机轴，所述电机轴由左至右依次套设有内侧端盖、定子支架和右侧带固定螺栓的外侧端盖，所述定子支架左右两侧面均设置有圆环形的PCB绕组盘，所述内侧端盖的内表面和外侧端盖的内表面均设置有与PCB绕组盘相对的圆环形轴向永磁体，所述PCB绕组盘和轴向永磁体均与定子支架同轴线，所述定子支架的外圆周面套设有定子铁芯，所述定子铁芯的绕线槽内设置有绕线式绕组，所述内侧端盖和外侧端盖之间的外圆周套设有转子套，所述转子套内表面设置有与所述定子铁芯相对应的径向永磁体。本发明转矩密度和功率密度大、体积小、效率高、易于控制。

Description

一种电动汽车驱动用混合磁通永磁轮毂电机
技术领域
本发明涉及一种电机，更具体的说，是涉及一种电动汽车驱动用混合磁通永磁轮毂电机。
背景技术
电动汽车是人类社会新时代中具备清洁环保、能量可高效利用、能源可再生和可持续的交通工具。电动汽车作为一种道路交通工具，主要依靠电机驱动系统提供动力，高性能的驱动电机是现阶段电动汽车驱动系统发展的关键技术。
电动汽车用轮毂电机直接驱动系统具备机械结构简单、传动效率高、控制灵活、便于一体化设计等优点，成为电动汽车驱动系统技术发展的必然趋势。
由于轮毂电机直接安装于汽车车轮内部，轮毂电机的结构和尺寸受到车轮内部空间及汽车悬架结构的限制。轮毂电机脱离汽车车架而位于车轮内，势必会增加汽车的簧下质量，降低车轮的垂直振动频率，影响汽车的乘坐舒适性、行驶平顺性和操控稳定性。同时，轮毂电机需要满足电动汽车低速启动和爬坡时的大转矩需求以及高速行驶和超车时的高功率需求。综合分析，电动汽车驱动用轮毂电机应具备较高的转矩密度和功率密度。
针对于传统结构的轮毂电机，为了提升电机的力能指标，国内外专家在进行轮毂电机设计时，通常采用以下措施：电机采用外转子结构，有效利用车轮内空间；采用分数槽绕组结构，提高绕组的分布系数，减小齿谐波磁场，减小电机的转矩脉动，同时可有效减小电机的轴向长度；采用高性能的永磁体材料；采用导磁率高且损耗低的定转子铁芯材料，降低电机损耗，提高电机的效率。但是，由于结构的限制，电机性能及转矩密度和功率密度的提升非常有限。
申请号为200510047678.6的文献中公开了一种基于Halbach阵列的交流盘式无铁芯永磁同步电机，电机为单定子双转子结构，定子采用无铁芯结构，转子磁钢采用Halbach型永磁体阵列结构。无铁芯永磁电机轴向尺寸短、重量轻、噪声低、体积小、结构紧凑、电机运行效率高，适合于大转矩矩直接驱动的应用场合。但是由于定子采用无铁芯结构导致定子绕组电感值很小，使得基于电压型的控制器通入绕组内的电流不能连续，导致电机的电磁转矩脉动较大，从而限制了无铁芯永磁电机在驱动场合的应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种电动汽车驱动用混合磁通永磁轮毂电机，转矩密度和功率密度大、体积小、效率高、易于控制。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种电动汽车驱动用混合磁通永磁轮毂电机，包括电机轴，所述电机轴由左至右依次套设有内侧端盖、定子支架和右侧带固定螺栓的外侧端盖，所述内侧端盖通过内侧轴承套设于电机轴的左侧曲轴上，所述外侧端盖通过外侧轴承套设于电机轴的右侧曲轴上，所述定子支架左右两侧面均设置有圆环形的PCB绕组盘，所述内侧端盖的内表面和外侧端盖的内表面均设置有与PCB绕组盘相对的圆环形轴向永磁体，所述PCB绕组盘和轴向永磁体均与定子支架同轴线，所述定子支架的外圆周面套设有定子铁芯，所述定子铁芯的绕线槽内设置有绕线式绕组，所述内侧端盖和外侧端盖之间的外圆周套设有转子套，所述转子套内表面设置有与所述定子铁芯相对应的径向永磁体。
所述电机轴套设有位置检测装置，且所述位置检测装置设置于定子支架和外侧端盖之间。
所述轴向永磁体呈30° Halbach阵列分布。
所述定子铁芯的绕线槽数和所述PCB绕组盘的等效槽数相等。
所述轴向永磁体的极数和径向永磁体的极数相等。
所述定子铁芯的绕线槽数和所述径向永磁体的极数呈分数槽绕组配比，所述PCB绕组盘的等效槽数和所述轴向永磁体的极数呈分数槽绕组配比。
所述绕线式绕组和PCB绕组盘之间串联或并联连接。
所述电机轴左侧内部设有出线孔。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明中，定子支架左右两侧面均设置有PCB绕组盘，内侧端盖的内表面和外侧端盖的内表面均设置有与PCB绕组盘相对的圆环形轴向永磁体，PCB绕组盘和轴向永磁体共同形成轴向磁通永磁电机单元，为电机提供轴向磁通，无铁芯，不存在定子的磁滞损耗和涡流损耗，电机整体的损耗少，有利于提升电机整体的运行效率；
(2)本发明中，定子支架外圆周面套设有定子铁芯，绕线槽内设置有绕线式绕组，内侧端盖和外侧端盖之间的外圆周套设有转子套，转子套内表面设置有与定子铁芯相对应的径向永磁体，定子铁芯、绕线式绕组、转子套和径向永磁体共同形成径向磁通永磁电机单元，与轴向磁通永磁电机单元共同出力，产生驱动电机运转的电磁转矩；
(3)本发明中，绕线式绕组和PCB绕组盘之间串联连接，解决了无铁芯永磁电机定子绕组电感小难于控制的问题；
(4)本发明中，径向磁通永磁电机单元，定子铁芯的绕线槽数和径向永磁体的极数呈分数槽绕组配比，同时轴向磁通永磁电机单元不存在齿槽结构，电机整体的齿槽转矩小，有利于改善电机的振动噪声；
(5)本发明中，电机轴套设有位置检测装置，能够检测电机的运行转速和位置信号；
(6)本发明充分利用车轮内部空间，在有限的空间内产生高于普通永磁电机的电磁转矩和功率，有效提升永磁电机的转矩密度和功率密度。
附图说明
图1为本发明的剖面图；
图2为本发明的电机轴示意图；
图3为本发明的内侧端盖示意图；
图4为本发明的外侧端盖示意图；
图5为本发明的定子支架示意图；
图6为本发明的PCB绕组盘示意图；
图7为本发明的轴向永磁体示意图；
图8为本发明的定子铁芯示意图；
图9为本发明的径向永磁体示意图。
附图标记:1转子套；2绕线式绕组；3定子铁芯；4PCB绕组盘；5轴向永磁体；6内侧轴承；7出线孔；8电机轴；9内侧端盖；10定子支架；11外侧轴承；12固定螺栓；13位置检测装置；14外侧端盖；15径向永磁体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1至图9所示，本发明的一种电动汽车驱动用混合磁通永磁轮毂电机，包括电机轴8，所述电机轴8左侧内部设有出线孔7，三相电源线及信号线均由所述出线孔7引出。所述电机轴8由左至右依次套设有内侧端盖9、定子支架10和右侧带固定螺栓12的外侧端盖14。所述内侧端盖9设置为圆环形，且通过内侧轴承6套设于电机轴8的左侧曲轴上。所述外侧端盖14设置为圆形，且通过外侧轴承11套设于电机轴8的右侧曲轴上，本发明通过固定螺栓12与汽车车轮的轮辋固定连接。
所述定子支架10设置为圆环形，所述定子支架10左右两侧面均固定设置有圆环形状的PCB绕组盘4，所述PCB绕组盘4的等效槽数可设置为27个，但不局限于此，所述定子支架10和PCB绕组盘4上分别设置安装孔，并通过螺栓固定连接。所述内侧端盖9的内表面和外侧端盖14的内表面均设置有圆环形状的轴向永磁体5，所述轴向永磁体5的位置与所述PCB绕组盘4相对应，用于产生轴向磁通，所述轴向永磁体5均可粘贴设置于内侧端盖9的内表面和外侧端盖14的内表面，所述轴向永磁体5由呈30°Halbach阵列分布的充磁的钕铁硼永磁体构成，可设置为24极，但不局限于此。所述PCB绕组盘4和轴向永磁体2均与定子支架10同轴线。
所述定子支架10的外圆周面套设有定子铁芯3，所述定子支架10和定子铁芯3上分别设置安装孔，并通过螺栓固定连接。所述定子铁芯3由硅钢片叠置而成，可均布27个绕线槽，但不局限于此。所述定子铁芯3的绕线槽内设置有绕线式绕组2，所述绕线式绕组2是集中式绕组。所述内侧端盖9和外侧端盖14之间的外圆周套设有转子套1，所述转子套1左右两端可分别通过螺栓与内侧端盖9和外侧端盖14固定连接，所述转子套1内表面粘贴设置有与所述定子铁芯3相对应的径向永磁体15，用于产生径向磁通，所述径向永磁体15设置为圆环形，由充磁的钕铁硼永磁体构成，可设置为24极，但不局限与此。所述径向永磁体15、转子套1、内侧端盖9、外侧端盖14和轴向永磁体5相对于电机轴8同步旋转。所述电机轴8套设有位置检测装置13，且所述位置检测装置13设置于定子支架10和外侧端盖14之间，所述位置检测装置13由磁阻式旋转变压器构成，用于检测电机的运行转速和位置信号。
所述定子铁芯3的绕线槽数和所述PCB绕组盘4的等效槽数相等。所述轴向永磁体5的极数和径向永磁体15的极数相等。为减小电机的齿槽转矩，在保证电机加工工艺的前提下，可以采用任意极槽组合的分数槽绕组配比。所述定子铁芯3的绕线槽数和所述径向永磁体15的极数呈分数槽绕组配比，所述PCB绕组盘4的等效槽数和所述轴向永磁体5的极数呈分数槽绕组配比。
所述定子铁芯3、绕线式绕组2、转子套1和径向永磁体15共同形成径向磁通永磁电机单元，所述PCB绕组盘4和轴向永磁体5共同形成轴向磁通永磁电机单元，所述绕线式绕组2和PCB绕组盘4之间串联或并联连接，所述径向磁通永磁电机单元和轴向磁通永磁电机单元共同出力，产生驱动电机运转的电磁转矩。电机的外侧端盖14通过固定螺栓12与汽车车轮的轮辋固定连接，电机运行时，电机与汽车车轮同轴旋转。发明中，所述轴向磁通永磁电机单元采用的是双转子双定子的形式，根据需要，其形式也可选择为单定子双转子的形式。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，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，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种电动汽车驱动用混合磁通永磁轮毂电机，包括电机轴，所述电机轴由左至右依次套设有内侧端盖、定子支架和右侧带固定螺栓的外侧端盖，所述内侧端盖通过内侧轴承套设于电机轴的左侧曲轴上，所述外侧端盖通过外侧轴承套设于电机轴的右侧曲轴上，其特征在于，所述定子支架左右两侧面均设置有圆环形的PCB绕组盘，所述内侧端盖的内表面和外侧端盖的内表面均设置有与PCB绕组盘相对的圆环形轴向永磁体，所述PCB绕组盘和轴向永磁体均与定子支架同轴线，所述定子支架的外圆周面套设有定子铁芯，所述定子铁芯的绕线槽内设置有绕线式绕组，所述内侧端盖和外侧端盖之间的外圆周套设有转子套，所述转子套内表面设置有与所述定子铁芯相对应的径向永磁体。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车驱动用混合磁通永磁轮毂电机，其特征在于，所述电机轴套设有位置检测装置，且所述位置检测装置设置于定子支架和外侧端盖之间。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车驱动用混合磁通永磁轮毂电机，其特征在于，所述轴向永磁体呈30°Halbach阵列分布。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车驱动用混合磁通永磁轮毂电机，其特征在于，所述定子铁芯的绕线槽数和所述PCB绕组盘的等效槽数相等。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车驱动用混合磁通永磁轮毂电机，其特征在于，所述轴向永磁体的极数和径向永磁体的极数相等。
6.根据权利要求1所述的一种电动汽车驱动用混合磁通永磁轮毂电机，其特征在于，所述定子铁芯的绕线槽数和所述径向永磁体的极数呈分数槽绕组配比，所述PCB绕组盘的等效槽数和所述轴向永磁体的极数呈分数槽绕组配比。
7.根据权利要求1所述的一种电动汽车驱动用混合磁通永磁轮毂电机，其特征在于，所述绕线式绕组和PCB绕组盘之间串联或并联连接。
8.根据权利要求1所述的一种电动汽车驱动用混合磁通永磁轮毂电机，其特征在于，所述电机轴左侧内部设有出线孔。
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