CN106374645A - 电动汽车用三相交流伺服轮毂电机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种电动汽车用三相交流伺服轮毂电机，由定子、转子、轴、盖板、电枢绕组、永磁体组成；定子和转子均为凸极结构，永磁体和电枢绕组都布置在定子，定子凸极成U型槽结构，永磁体镶嵌在U型槽中，电枢绕组围绕在定子凸极，盖板通过螺栓压紧在定子凸极中镶嵌的永磁体和围绕在定子凸极上的电枢绕组，定子通过键和轴固定连接，在键槽两侧安装挡圈限制定子轴向移动，转子通过轴承支撑在轴上，转子通过螺栓和轮毂连接，本发明是利用磁通轴向切换原理进行工作，永磁体的磁化方向是沿定、转子的圆周方向，永磁体和电枢绕组形成的磁通并行分布互不干扰，该轮毂电机的容错性好，具有结构紧凑、输出转矩大、控制简易、鲁棒性好、制造工艺简单、成本低廉、方便安装的优点。

Description

电动汽车用三相交流伺服轮毂电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种电动汽车用三相交流伺服轮毂电机，电机的永磁体和电枢绕组都布置在定子上，定子、转子都为双凸极的轮毂电机。
背景技术
随着汽车工业的发展和石油资源的短缺，替代以汽油、柴油等为燃料的内燃汽车的电动汽车迎来了发展的机遇。电动汽车的驱动技术和传统内燃机汽车有很大的区别，电动汽车以可再生的电能为能量来源，具有零排放的突出优点，是未来汽车工业发展的方向之一。驱动电机作为电动汽车核心部件，其性能直接影响电动汽车的整体性能。轮毂电机技术作为纯电动汽车电机直驱化发展趋势，成为现代电动汽车技术研究的一个重要方向。轮毂电机技术就是将电机内嵌在驱动车轮轮毂内，驱动车轮的轮毂成为电机的一部分，其最大特点就是将动力、传动和制动装置整合于轮毂内，真正的实现电机和驱动轮之间的直接连接和直接驱动。
轮毂电机驱动技术在国外民用汽车工业领域中开始进入产品应用阶段。国外主要汽车公司均开发了轮毂电机驱动汽车，国内轮毂电机驱动电动汽车处于技术研究阶段。采用轮毂电机驱动的混合动力汽车技术已成为新一代军用车辆动力驱动技术的重要发展方向。在全球兴起的新能源汽车应用领域中，无论是油电混合汽车，还是纯电动汽车，都需要两个或多个重量轻、功率大的轮毂电机进行驱动。但现有轮毂电机永磁体安装于转子，电枢绕组布置于定子，而且电机启动转矩波动大，调速范围窄、控制困难，驱动转矩不足等问题阻碍了轮毂电机及其驱动技术的应用。而且这些现有的车用轮毂电动机多采用直流控制，直流轮毂动机的共同缺点是体积较大，重量较重。
因此，为了适应新能源汽车的发展需求，开发一种电动汽车用三相交流伺服轮毂电机，实现节能、高效、成本低、结构紧凑、控制简易的电动汽车驱动效果，同时该轮毂电机具有结构强度大，刚性好的特点。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动汽车用三相交流伺服轮毂电机，具有制造工艺简单、制造成本低，控制简易、输出扭矩大、调速范围宽等优点，为现代电机直驱型电动汽车提供一种选择。
本发明所采用的技术方案是：
一种电动汽车用三相交流伺服轮毂电机，其特征包括定子2、转子1、轴3、盖板4；所述定子包含单侧定子2-5、定子凸极2-2、连接孔2-1、螺栓孔2-3、定子键槽2-4；所述定子分为左单侧定子和右单侧定子，定子整体结构为圆盘状结构，单侧定子2-5的凸极设计成U型槽结构，并沿单侧定子2-5圆盘的圆周方向均匀分布在单侧定子2-5一侧，单侧定子2-5的另一侧设计有隔磁槽，单侧定子2-5的相邻U型槽之间有扇形槽区，扇形槽区用于布置电枢绕组6，单侧定子2-5的中心有轴孔，轴孔有定子键槽2-4，沿单侧定子2-5外径边缘有连接孔2-1，单侧定子2-5内径边缘有螺栓孔2-3；永磁体9镶嵌于U型槽内，相邻U型槽内镶嵌的永磁体9极性相反，电枢绕组6围绕在定子凸极2-2上；左单侧定子和右单侧定子通过螺栓连接在一起，螺栓穿过单侧定子2-5上的连接孔2-1；右侧盖板4通过紧固螺栓8压紧右单侧定子凸极2-2中的永磁体9和电枢绕组6；左侧盖板4通过紧固螺栓8压紧左单侧定子凸极2-2中的永磁体9和电枢绕组6；左单侧定子和右单侧定子通过键和轴3连接，轴3的键槽3-2两侧有挡圈槽3-1，挡圈5安装在轴3上的挡圈槽3-1中防止键沿轴向移动；
所述转子1包括转子凸极1-1、轴承座孔1-3、螺纹孔1-2，转子成圆盘状结构，转子凸极1-1为矩形结构，且沿圆周方向均匀分布；转子凸极1-1的数量少于定子凸极2-2的数量，转子1外圆沿径向有螺纹孔1-2，转子1通过螺栓和轮毂连接，转子1和轴3通过轴承7支承连接。
所述轴3包括轴肩3-3、挡圈槽3-1、键槽3-2，轴肩3-3用于安装定子2，挡圈槽3-1用于安装挡圈5，键槽3-2中安装的键固定定子2。
所述盖板4包括凸齿4-1、螺栓孔2-3，盖板4为非导磁材料，凸齿4-1压紧镶嵌在定子凸极2-2中的永磁体9，通过穿过螺栓孔2-3的紧固螺栓8将盖板4和左单侧定子及右单侧定子连接。
本发明的有益效果是：轮毂电机的定子、转子均采用双凸极结构，永磁体和电枢绕组均布置于定子上，转子通过螺栓直接和轮毂电机连接，永磁体的磁化方向是沿定、转子的圆周方向，永磁体和电枢绕组形成的磁通并行分布互不干扰，该轮毂电机的容错性好，具有结构紧凑、输出转矩大、控制简易、鲁棒性好、制造工艺简单、成本低廉、方便安装的优点。
附图说明
图1是电动汽车用三相交流伺服轮毂电机的结构图；
图2是电动汽车用三相交流伺服轮毂电机半剖视图；
图3是电动汽车用三相交流伺服轮毂电机轴的结构图；
图4是电动汽车用三相交流伺服轮毂电机挡圈的结构图；
图5是电动汽车用三相交流伺服轮毂电机单侧定子的结构图；
图6是电动汽车用三相交流伺服轮毂电机转子的结构图；
图7是电动汽车用三相交流伺服轮毂电机盖板的结构图；
图8是电动汽车用三相交流伺服轮毂电机工作位置1；
图9是电动汽车用三相交流伺服轮毂电机工作位置2。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明:
如图1和图2，一种电动汽车用三相交流伺服轮毂电机，包括转子1、转子凸极1-1、螺纹孔1-2、轴承座1-3、定子2、连接孔2-1、定子凸极2-2、螺栓孔2-3、定子键槽2-4、单侧定子2-5、轴3、挡圈槽3-1、键槽3-2、轴肩3-3、盖板4、凸齿4-1、挡圈5、电枢绕组6、轴承7、紧固螺栓8、永磁体9；定子2通过键固定于轴肩3-3，挡圈5通过卡簧钳安装于轴肩3-3上的挡圈槽3-1，用于限制键沿轴3轴向移动，沿轴向布置于定子2两侧的转子1通过轴承7支撑于轴3两端，轴承内圈端面于轴肩3-3端面接触，转子1通过螺栓固定连接在车轮轮毂内。
如图3，轴3包括挡圈槽3-1、键槽3-2、轴肩3-3，通过键将定子2固定于轴肩3-3，通过卡簧钳将挡圈5安装于轴肩3-3上挡圈槽3-1中。
如图5，定子2包括连接孔2-1、定子凸极2-2、螺栓孔2-3、定子键槽2-4、单侧定子2-5，单侧定子2-5的结构为圆盘状结构，单侧定子凸极2-2设计成U型槽结构，并沿单侧定子2-5圆周方向均匀分布于单侧定子2-5一侧，单侧定子2-5另一侧设计有隔磁槽，相邻定子U型槽之间有扇形槽区，扇形槽区用于方便布置电枢绕组6，单侧定子2-5中心有轴孔，轴孔加工有定子键槽2-4，沿单侧定子2-5外径边缘加工有连接孔2-1，沿单侧定子2-5内径边缘加工有螺栓孔2-3；永磁体9镶嵌于定子凸极2-2的U型槽中，相邻定子凸极2-2中镶嵌的永磁体9极性相反，电枢绕组6缠绕于定子凸极2-2，单侧定子2-5沿轴向分为左单侧定子和右单侧定子，并通过穿过连接孔2-1的螺栓将左单侧定子和右单侧定子固定连接在一起组成定子2，由单侧定子2-5组合形成的定子2中形成较大隔磁空间，保证两侧单侧定子2-5中永磁体9和电枢绕组6所形成的磁通互不干扰，定子2通过键安装于轴肩3-3，盖板4通过穿过螺栓孔2-3的紧固螺栓8分别压紧镶嵌在左单侧定子和右单侧定子中的永磁体9和电枢绕组6。
如图6，转子1包含转子凸极1-1、螺纹孔1-2、轴承座孔1-3，转子1成圆盘状结构，转子凸极1-1沿转子圆周方向均匀布置，转子凸极数少于定子凸极数，沿转子1外径端面径向设计有螺纹孔1-2，转子1分别对称布置于定子2轴向两侧，转子凸极1-1和定子凸极2-2之间保持0.5-1mm间隙，轴承安装于转子轴承座孔1-3，转子1和轴3通过轴承密封连接，通过螺栓将转子1安装于车轮轮毂内部。
如图7，盖板4包含凸齿4-1、螺栓孔2-3，盖板4为非导磁材料制作，盖板4中的凸齿4-1通过穿过螺栓孔2-3的紧固螺栓8压紧在右单侧定子和左单侧定子中镶嵌的永磁体9上。
本发明电动汽车用三相交流伺服轮毂电机的工作过程是：
电动汽车用三相交流伺服轮毂电机按照磁通轴向切换的原理进行工作，工作过程中利用磁通切换形成旋转力矩，磁通的切换过程通过电机的定子铁芯和转子铁芯的展开模型来表述。电枢绕组6的匝链磁链方向为：当电机转子运动到如图8所示位置I时，从电枢绕组6经过定子凸极2-2到转子凸极1-1；当电机转子运动到如图9所示的位置II时，从转子凸极1-1经过定子凸极2-2进入电枢绕组6。在电机转子1从位置I到位置II的运动过程中，电枢绕组6的匝链磁通方向相反、大小相等。
电动汽车用三相交流伺服轮毂电机每相绕组的永磁磁链均为双极性，根据电磁感应原理，当电机转速稳定时电枢绕组6中所匝的永磁磁链按照理想的正弦变化，而电枢绕组6中的反电动势也是理想的正弦波。当电机转子凸极1-1与两相邻的电机定子凸极2-2其中一齿对齐时，电机定子2中电枢绕组6的匝链磁通方向相反且达到最大。电动汽车用三相交流伺服轮毂电机每相电枢绕组6的磁场和永磁体9的磁场是并联关系，使得每相电枢绕组6的磁通没有穿过永磁体9，永磁体9工作点的影响较小，不会造成永磁体9的不可逆退磁。因此，电动汽车用三相交流伺服轮毂电机适合做无刷交流电机进行弱磁控制，电机的调速或伺服控制可以通过磁场的定向矢量变换实现。
在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种改进和变形，扩展后的轮毂电机也是本发明的保护内容。

Claims (4)

1.一种电动汽车用三相交流伺服轮毂电机，其特征包括定子（2）、转子（1）、轴（3）、盖板（4）；所述定子包含单侧定子（2-5）、定子凸极（2-2）、连接孔（2-1）、螺栓孔（2-3）、定子键槽（2-4）；所述定子分为左单侧定子和右单侧定子，定子整体结构为圆盘状结构，单侧定子（2-5）的凸极设计成U型槽结构，并沿单侧定子（2-5）圆盘的圆周方向均匀分布在单侧定子（2-5）一侧，单侧定子（2-5）的另一侧设计有隔磁槽，单侧定子（2-5）的相邻U型槽之间有扇形槽区，扇形槽区用于布置电枢绕组（6），单侧定子（2-5）的中心有轴孔，轴孔有定子键槽（2-4），沿单侧定子（2-5）外径边缘有连接孔（2-1），单侧定子（2-5）内径边缘有螺栓孔（2-3）；永磁体（9）镶嵌于U型槽内，相邻U型槽内镶嵌的永磁体(9)极性相反，电枢绕组（6）围绕在定子凸极（2-2）上；左单侧定子和右单侧定子通过螺栓接在一起，螺栓穿过单侧定子（2-5）上的连接孔（2-1）；右侧盖板（4）通过紧固螺栓（8）压紧右单侧定子凸极（2-2）中的永磁体（9）和电枢绕组（6）；左侧盖板（4）通过紧固螺栓（8）压紧左单侧定子凸极（2-2）中的永磁体（9）和电枢绕组（6）；左单侧定子和右单侧定子通过键和轴（3）连接，轴（3）的键槽（3-2）两侧有挡圈槽（3-1），挡圈（5）安装在轴（3）上的挡圈槽（3-1）中防止键沿轴向移动。
2.如权利要求1所述转子（1）包括转子凸极（1-1）、轴承座孔（1-3）、螺纹孔（1-2），转子成圆盘状结构，转子凸极（1-1）为矩形结构，且沿圆周方向均匀分布；转子凸极（1-1）的数量少于定子凸极（2-2）的数量，转子（1）外圆沿径向有螺纹孔（1-2），转子（1）通过螺栓和轮毂连接，转子（1）和轴（3）通过轴承（7）支承连接。
3.如权利要求1所述轴（3）包括轴肩（3-3）、挡圈槽（3-1）、键槽（3-2），轴肩（3-3）用于安装定子（2），挡圈槽（3-1）用于安装挡圈（5），键槽（3-2）中安装的键固定定子（2）。
4.如权利要求1所述盖板（4）包括凸齿（4-1）、螺栓孔（2-3），盖板（4）为非导磁材料，凸齿（4-1）压紧镶嵌在定子凸极（2-2）中的永磁体（9），通过穿过螺栓孔（2-3）的紧固螺栓（8）将盖板（4）和左单侧定子及右单侧定子连接。
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