CN110048568A - 一种电动汽车用外转子游标电机-磁齿轮复合电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车用外转子游标‑磁齿轮复合电机，在中心轴上套装有内定子，内定子沿周向向外均匀分布定子齿，定子齿上绕有集中绕组，定子齿的末端具有个调磁极；内定子的外侧依次空套有内转子、调制齿和外转子，内转子的内圈沿周向等间距嵌有永磁体，内转子的外圈沿周向等间距贴有永磁体；外转子的内圈沿周向贴有永磁体；调制齿设于永磁体与永磁体之间，分别与永磁体和永磁体之间留有气隙，本发明将游标电机与磁齿轮相结合，利用游标电机及磁齿轮的磁场调制效应，能够有效提升复合电机输出转矩密度。

Description

一种电动汽车用外转子游标电机-磁齿轮复合电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，尤其涉及一种电动汽车用外转子游标电机-磁齿轮复合电机。
背景技术
21世纪以来，随着化石能源的不断减少与全球温室效应的迅速加剧，环境问题越来越成为了当今人类最受关注的话题之一。而汽车的尾气排放正是引起环境污染的主要原因之一。所以在严格控制汽车尾气的排放和节约化石能源的今天，电动汽车的优越性愈加凸显，因此，电动汽车必将成为二十一世纪主流的交通工具。
由于机械变速机构的一些弊端，直接驱动技术逐渐被大多数发达国家所接受。而磁齿轮具有效率高、便于维护、可靠性高以及过载保护等优点，可以用来代替机械齿轮，同时磁齿轮结构简单，转矩密度大的特点更适合于低速大转矩的电动汽车。
电机的输出转矩是衡量电机性能的重要指标之一，永磁游标电机利用磁场调制原理，有着不俗的输出转矩密度，将游标电机与磁齿轮相结合，整个系统的输出能力得到进一步提升。
发明内容
本发明根据现有技术中存在的问题，提出了一种电动汽车用外转子游标-磁齿轮复合电机，目的在于提升复合电机输出转矩密度，使电动汽车能够应对更加复杂的路况。
本发明所采用的技术方案如下：
一种电动汽车用外转子游标-磁齿轮复合电机，包括中心轴，所述中心轴上套装有内定子，所述内定子沿周向向外均匀分布定子齿，所述定子齿上绕有集中绕组，所述定子齿的末端具有个调磁极；所述内定子的外侧依次空套有内转子、调制齿和外转子，所述内转子的内圈沿周向等间距嵌有永磁体，所述内转子的外圈沿周向等间距贴有永磁体；所述外转子的内圈沿周向贴有永磁体；所述调制齿设于永磁体与永磁体之间，分别与永磁体和永磁体之间留有气隙。
进一步，所述调制齿的个数为Ns，永磁体B的极对数为P内，永磁体C的极对数为P外，三者的数量关系表示为：Ns＝P外±P内；
进一步，所述内定子设有9个定子齿；
进一步，所述内转子两侧的永磁体C与永磁体B数量不相等；
进一步，所述内转子的外圈的永磁体A为单极性结构。
本发明的有益效果：
1.本发明将游标电机与磁齿轮相结合，利用游标电机及磁齿轮的磁场调制效应，其复合电机具有较大的输出转矩密度。
2本发明内转子采用内嵌-表贴混合结构，且内侧永磁体为单极性结构，减少了永磁体的用量，提高了永磁体的利用率，阻断了涡流回路，从而减小了内转子上的涡流损耗。
3.本发明内转子两侧永磁体数目不同，磁齿轮的传动比较大，因此复合电机外转子的输出转矩得到了提升。
4.本发明采用集中绕组，嵌线方便，端部较短，因此减小了铜耗。
附图说明
图1传统磁齿轮结构示意图；
图2为本发明一种电动汽车用外转子游标电机-磁齿轮复合电机结构示意图；
图3为本发明实施例磁场分布图；
图4为本发明实施例空载反电势波形图；
图5为本发明实施例齿槽转矩波形图；
图6为本发明实施例内外转子输出转矩波形图；
图中：1、中心轴，2、内定子，3、内转子，4、调制齿，5、外转子，6A、永磁体A，6B、永磁体B，6C、永磁体C，7、调磁极，8、集中绕组。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1为传统的磁齿轮结构图，它是由内转子、调制齿、外转子及永磁体组成。内转子永磁体极对数、调制齿个数与外转子永磁体极对数必须满足：P内＝Ns±P外。磁齿轮需要外部电机作为其驱动电机，因此其体积较大，输出转矩密度小。
基于现有技术中所存在的问题，本发明提出了如图2所示的一种电动汽车用外转子游标-磁齿轮复合电机，中心轴1上套装有内定子2，内定子2沿周向向外均匀设有9个定子齿，每个定子齿都绕有一套集中绕组8，集中绕组8分为A、B、C三组，A1与A2、A3，B1与B2、B3，C1与C2、C3对应匝链在定子齿上；在每个定子齿的末端分裂出3个调磁极7。
在内定子2的外侧依次空套有内转子3、调制齿4和外转子5，内定子2与内转子3之间存在气隙，在内转子3的内圈沿周向等间距嵌有永磁体A6A，在内转子3的外圈沿周向等间距贴有永磁体B6B，永磁体B6B的极对数为P内，在本实施例中P内＝4，极弧系数为0.85，永磁体A6A采用单极性结构，能够减少了永磁体的用量，提高了永磁体的利用率，阻断了涡流回路，从而减小了内转子上的涡流损耗。转子3两侧永磁体C6C与永磁体B6B数目不同，磁齿轮的传动比较大，因此复合电机外转子5的输出转矩得到了提升。
永磁体B6B的外侧还设有调制齿4，调制齿4个数为Ns，在本实施例中Ns＝31，调制齿4与永磁体B6B之间具有气隙，在调制齿4的外侧为外转子5，外转子5的内圈沿周向等间距贴有永磁体C6C，永磁体C6C的极对数为P外，在本实施例中P外＝27，极弧系数为1；永磁体C6C与调制齿4之间也存在气隙；永磁体C6C极对数、永磁体B6B的极对数和调制齿4个数为之间的关系为：Ns＝P外±P内。
如图3所示，本发明所设计的一种电动汽车用外转子游标-磁齿轮复合电机所能带来的技术效果，磁力线能够穿过3层气隙进行转矩传递。由于内转子3内外两侧永磁体C 6C与永磁体B6B极对数不等，因此所述内转子上磁路为串-并联混合结构。内转子3内侧采用单极性结构的永磁体A6A，可以减少永磁体的用量，减少了相邻磁极间的漏磁，从而提高了永磁体的利用率。
如图4所示，与传统的磁齿轮复合电机相比，该复合电机反电势的正弦度较高，主要是由于游标电机的优化较好以及内转子的磁力线有并联结构的原因。
如图5所示，该复合电机的齿槽转矩约为125mN·m，该复合电机的齿槽转矩较小，故有利于减小电机的输出转矩脉动、震动以及噪声。
如图6所示，该复合电机外转子5平均输出转矩为49.01N·m，内转子3的平均输出转矩为7.239N·m，其转矩之比复合传动比，由于所述电机体积较小，且采用了复合电机的形式，因此其输出转矩密度较大。
综上所述，该结构是由游标电机及磁齿轮复合而成，利用磁场调制效应，大大提高了电机的输出转矩，且采用了复合电机的形式，减小了电机的体积和质量，因此，该复合电机具有较大的输出转矩密度。内转子采用表嵌-表贴混合结构，且内转子内侧采用单极性内嵌式结构，减小了电机的体积，增大了输出转矩密度，减少了永磁体的用量以及相邻磁极间的漏磁，提升了永磁体的利用率。本发明具有较大的输出转矩密度，较大的传动比，较好的反电势波形，较小的齿槽转矩，适用于电动汽车领域。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电动汽车用外转子游标-磁齿轮复合电机，其特征在于，包括中心轴(1)，所述中心轴(1)上套装有内定子(2)，所述内定子(2)沿周向向外均匀分布定子齿，所述定子齿上绕有集中绕组(8)，所述定子齿的末端具有3个调磁极(7)；所述内定子(2)的外侧依次空套有内转子(3)、调制齿(4)和外转子(5)，所述内转子(3)的内圈沿周向等间距嵌有永磁体A(6A)，所述内转子(3)的外圈沿周向等间距贴有永磁体B(6B)；所述外转子(5)的内圈沿周向贴有永磁体C(6C)；所述调制齿(4)设于永磁体C(6C)与永磁体B(6B)之间，分别与永磁体C(6C)和永磁体B(6B)之间留有气隙。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用外转子游标-磁齿轮复合电机，其特征在于，所述调制齿(4)个数为Ns，所述永磁体B(6B)的极对数为P内，永磁体C(6C)的极对数为P外，三者之间的数量关系为：Ns＝P外±P内。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车用外转子游标-磁齿轮复合电机，其特征在于，所述内定子(2)设有9个定子齿。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车用外转子游标-磁齿轮复合电机，其特征在于，所述内转子(3)两侧的永磁体C(6C)与永磁体B(6B)数量不相等。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车用外转子游标-磁齿轮复合电机，其特征在于，所述永磁体A(6A)为单极性结构。
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