CN108418373A - 一种同步磁阻电机直驱型铁心内嵌式轮辋一体化轮毂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了同步磁阻电机直驱型铁心内嵌式轮辋一体化轮毂，包括定子铁心、电枢绕组、不导磁轮辋、内嵌式导磁铁心、轮胎、转轴；其中，电枢绕组位于定子铁心上；内嵌式导磁铁心嵌入不导磁轮辋内；轮胎安装于不导磁轮辋上，并和内嵌式导磁铁心一同旋转；不导磁轮辋和内嵌式导磁铁心共同构成电机的转子。本发明的同步磁阻电机直驱型铁心内嵌式轮辋一体化轮毂，通过将电机转子与轮辋融合，实现了电机转子与车轮的融合，无需为电机外转子单独制作支撑部件，大大降低了车轮的复杂程度，节省了电机制造材料，减轻了电机的质量，缩小了电机的体积。

Description

一种同步磁阻电机直驱型铁心内嵌式轮辋一体化轮毂

技术领域

本发明涉及同步磁阻电机直驱型铁心内嵌式轮辋一体化轮毂，属于汽车结构、电机设计相关技术领域。

背景技术

传统的电动汽车或混合动力汽车大多采用集中式动力源，即整车只配备一台驱动电机及其控制器，通过一些传动结构将动力分配至不同的地方，这种传统的传动系统由于结构的复杂性，每一级传动都有传动效率的损失，总体传动效率的损失还是很大的，并且单独的驱动电机所占空间较大，占用了部分车内空间。而轮毂电机的出现改变了这一状况，直接驱动车轮，整车变为分布式驱动，避免了传递路径上效率的损失，可以提升效率，节省能量，同时也节省了传动结构的成本。数据显示，相对于传统的传动系统来说，轮毂电机可以提高8％～15％左右的效率。由于电机直接驱动车轮，电机控制器只需要一个简单的指令就可以直接控制车轮的转速和扭矩，而且控制精度非常高，可以很容易的实现非常复杂的控制。比如，可以通过左右轮不同转速甚至反向旋转来实现差动转向，可以大大减小车辆的转向半径，甚至可以实现原地转向。另外，对于装备有四轮轮毂电机的车辆，可以更容易实现更高水平的制动能量回收利用率。理论上，如果轮毂电机扭矩足够大，可以回收100％制动能量。采用安装于车轮的独立驱动的轮毂电机，省去了中间复杂的传动机构，可以节省前舱的布置空间，以及四驱车辆的后排座椅的凸起，乘客可以享受更大的车内空间。但是目前由于轮毂电机产业化还远远不够，轮毂电机成本还居高不下。不过随着轮毂电机前景被看好，一步步实现产业化，这部分优势会逐渐体现出来。

现阶段，比较成熟的轮毂电机应用场景在于低速大扭矩场合，和一些低端电动车中，前者例如矿用自卸车，而后者主要是生活中常见的电动自行车。此外，轮边电机也包含在广义的轮毂电机中，其应用正在起步阶段，相应的产品有比亚迪K9电动大巴，和比亚迪S9混动SUV中。其他国际著名汽车厂商，如丰田、三菱、沃尔沃、奥迪、福特、标致等也在积极推动轮毂直驱型汽车的研究，其中较为著名产品有福特嘉年华“eWheeldrive”款电动汽车。一些轮毂电机生产厂商也在探索和开发电动汽车用轮毂电机，如米其林电动轮和Protean轮毂电机。

现阶段，限制轮毂电机应用于电动汽车中的主要因素在于，一方面，将电机安装于车轮中必然会增加汽车簧下质量，从而影响汽车悬架的振动响应，车轮转动惯量增加也带来了加速响应变慢的问题。另一方面，现阶段的轮毂电机多采用表贴式永磁同步电机，电机工作热量以及制动热量难以散出，且车轮的振动，以及定转子间的磁通直接从永磁体穿过，也增加了永磁体退磁的风险。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种同步磁阻电机直驱型铁心内嵌式轮辋一体化轮毂，通过将内嵌式导磁铁心嵌入不导磁轮辋中，由转子导磁铁心和不导磁轮辋共同构成电机转子，实现了电动汽车中电机转子与轮辋的融合，减小了电机的体积与重量，降低了轮毂整体结构的复杂程度和成本。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种同步磁阻电机直驱型铁心内嵌式轮辋一体化轮毂，包括定子铁心、电枢绕组、不导磁轮辋、内嵌式导磁铁心、轮胎、转轴；所述电枢绕组位于定子铁心上，定子铁心位于转轴上；所述内嵌式导磁铁心嵌入不导磁轮辋内；轮胎安装于不导磁轮辋上，并和内嵌式导磁铁心一同旋转；不导磁轮辋和内嵌式导磁铁心共同构成电机的转子。

作为优选，所述不导磁轮辋的材料为铝合金或陶瓷。

作为优选，所述内嵌式导磁铁心由径向硅钢片压叠而成，或轴向硅钢片压叠而成，或是由整块导磁碳钢等导磁材料构成。

作为优选，所述电枢绕组为集中式绕组或是分布式绕组。

作为优选，所述电枢绕组为三相绕组或多项绕组。

作为优选，所述电枢绕组为三相绕组时，内部通入三相对称交流电；当电枢绕组为多相绕组时，内部通入相数相同的多相对称交流电。

在本发明中，所述内嵌式导磁铁心是一层或多层结构，所述内嵌式导磁铁心的边缘是直线，或是弧线。

作为优选，所述电枢绕组为三相绕组，或是多相绕组。

作为优选，所述电枢绕组为三相绕组时，内部通入三相对称交流电；当电枢绕组为多相绕组时，内部通入相数相同的多相对称交流电。

有益效果：本发明突破传统同步磁阻电机中在导磁铁心上添加磁障的思维，创造性的提出一种相反的思路，即在不导磁基座上添加导磁铁心，这样可以由轮辋充当不导磁基座，实现了电机转子与轮辋的融合，同时维持电机的性能基本不变。本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1.本发明通过将电机转子与轮辋融合，实现了电机转子与车轮的融合，无需为电机外转子单独制作支撑部件，大大降低了车轮的复杂程度，节省了电机制造材料，减轻了电机的质量，缩小了电机的体积。

2.本发明与现有的电动轮毂相比，在同等性能下，采用更小更轻的电机，一方面减轻了汽车整体的簧下质量，提高颠簸路况下悬架响应速度，改善汽车操控性能，另一方面，可以为车内让出更多空间，提升舒适度，并且有利于提升汽车的续航能力，在相同的续航能力下，可以将电池做小，进一步扩大车内空间。

3.本发明采用集中式电枢绕组时，定子与转子均可以采用模块化制造与安装，依据实际的电机性能和尺寸要求，可以选用不同的模块组合成电机，避免了电机的重复开发，并缩短开发周期和费用。

4.本发明的转子上既无永磁体又无绕组，一方面，避免了永磁体因温升或振动而失磁的风险，相应地，提高了电机的抗震性能，降低了散热要求，且进一步降低了电机成本。另一方面，由于没有绕组，无需考虑线圈发热，进一步增加了安全性。

综合上述可知，本发明的同步磁阻电机直驱型铁心内嵌式轮辋一体化轮毂在分布式电动汽车驱动领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是含有单层内嵌式导磁铁心的转子示意图，其中有不导磁轮辋和内嵌式导磁铁心，其中内嵌式导磁铁心沿径向为单层分布。

图3是含有三层内嵌式导磁铁心的转子示意图，其中有不导磁轮辋和内嵌式导磁铁心，其中内嵌式导磁铁心沿径向为三层分布。

具体实施方式

本发明的同步磁阻电机直驱型铁心内嵌式轮辋一体化轮毂，包括定子铁心1、电枢绕组2、不导磁轮辋3、内嵌式导磁铁心4、轮胎5、转轴6；所述电枢绕组2采用分布式绕组，位于定子铁心1上；所述内嵌式导磁铁心4嵌入不导磁轮辋3内；所述内嵌式导磁铁心4沿径向分为内外两层；所述轮胎5安装于不导磁轮辋3上，并和内嵌式导磁铁心4一同旋转；所述不导磁轮辋3和内嵌式导磁铁心4共同构成电机的转子。

图2所示含有单层内嵌式导磁铁心的转子示意图，其中有不导磁轮辋3和内嵌式导磁铁心4，其中内嵌式导磁铁心4沿径向为单层分布。

图3所示含有单层内嵌式导磁铁心的转子示意图，其中有不导磁轮辋3和内嵌式导磁铁心4，其中内嵌式导磁铁心4沿径向为三层分布。

本发明内嵌式导磁铁心4不限于所述的单层、两层、三层结构，且导磁铁心的边缘不限于弧形，通过调整内嵌式导磁铁心4的形状和间距，可以提升电机的电磁性能。

在本发明中，同步磁阻电机的运行原理是，通过在导磁铁心中设置磁障来增大电机的直轴电感和交轴电感的差异，进而提高电机的磁阻转矩。从原理上讲，本发明也是通过设置导磁铁心和磁障来提升交轴电感和直轴电感的差异，符合同步磁阻电机的运行原理。本发明没有永磁体，依靠磁阻转矩运行，有助于减轻轮毂电机质量，减小轮毂电机体积，并避免永磁体退磁风险。

Claims (6)

1.一种同步磁阻电机直驱型铁心内嵌式轮辋一体化轮毂，其特征在于：包括定子铁心(1)、电枢绕组(2)、不导磁轮辋(3)、内嵌式导磁铁心(4)、轮胎(5)、转轴(6)；所述电枢绕组(2)位于定子铁心(1)上，定子铁心(1)位于转轴(6)上；所述内嵌式导磁铁心(4)嵌入不导磁轮辋(3)内；轮胎(5)安装于不导磁轮辋(3)上，并和内嵌式导磁铁心(4)一同旋转；不导磁轮辋(3)和内嵌式导磁铁心(4)共同构成电机的转子。

2.根据权利要求1所述的同步磁阻电机直驱型铁心内嵌式轮辋一体化轮毂，其特征在于：所述不导磁轮辋的材料为铝合金或陶瓷。

3.根据权利要求1所述的同步磁阻电机直驱型铁心内嵌式轮辋一体化轮毂，其特征在于：所述内嵌式导磁铁心(4)由径向硅钢片压叠而成，或轴向硅钢片压叠而成，或是由整块导磁碳钢导磁材料构成。

4.根据权利要求1所述的同步磁阻电机直驱型铁心内嵌式轮辋一体化轮毂，其特征在于：所述电枢绕组(2)为集中式绕组或是分布式绕组。

5.根据权利要求1所述的同步磁阻电机直驱型铁心内嵌式轮辋一体化轮毂，其特征在于：所述电枢绕组(2)为三相绕组或多项绕组。

6.根据权利要求1所述的同步磁阻电机直驱型铁心内嵌式轮辋一体化轮毂，其特征在于：所述电枢绕组(3)为三相绕组时，内部通入三相对称交流电；当电枢绕组(3)为多相绕组时，内部通入相数相同的多相对称交流电。