CN201130876Y - 一种电动汽车用永磁无刷轮电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电动汽车用永磁无刷轮电机，包括机壳和机壳内的定子和转子，定子包括固定在机壳内壁的定子铁芯和定子绕组，定子铁芯包括定子磁轭、定子槽和定子齿，转子包括转轴和转子铁芯，转子铁芯内圆周方向均匀镶有径向磁化矩形条状磁钢、或均匀镶有裂开型径向磁化矩形条状磁钢，径向磁化矩形条状磁钢或裂开型径向磁化矩形条状磁钢与极靴构成永磁磁极。转子极靴外圆为非同心弧形曲面，形成不均匀对称径向气隙；磁极间设置隔磁磁桥，保证隔磁磁桥截面处磁路高度饱和；调节磁钢在铁芯内径向插入深度、镶磁钢槽的空槽宽度、镶磁钢槽的空槽角度、极弧角等，实现高效、高出力、宽调速、快响应的平稳运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种永磁无刷轮电机，尤其涉及一种一种电动汽车用永磁无刷轮电机，属于电机技术领域。
背景技术
汽车的排气污染、噪声、燃油存放的火灾隐患等问题，越来越引起人们的关注，电动汽车成为汽车发展新发向，其中驱动电机和传动系统是电动汽车的心脏。电动车驱动电机主要有交流感应电动机和永磁直流无刷电机。电机转速较高，均不能直接驱动，必须通过传动链减速才能驱动车轮，在电动汽车能源(蓄电池)供给十分宝贵的情况下，不得不将一部分能量消耗于效率颇低的传动链，增加体积、重量、噪声和降低可靠性。目前也在研制直接驱动永磁无刷轮电机，但研究途径、思维方式还摆脱不了电动自行车和电动摩托车设计的要领上。
电动汽车的驱动与电动自行车、摩托车驱动是完全不同的设计概念，必须考虑如下功能：高效、宽调速、转矩波动、线性度、过载能力、快速响应等。永磁直流无刷电机(BLM)有很多优点，但电枢励磁为“非圆形跳跃式”的旋转磁场，存在较大的转矩波动，同时目前的电动汽车用永磁无刷轮电机存在机械特性差、效率低、启动转矩小、过载能力低、线性度差、调速范围窄等缺陷，影响电机平稳低噪运行。电动汽车用大功率永磁无刷轮电机(10KW-50KW)综合性能要求更高，更难以实现产业化。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种电动汽车用永磁无刷轮电机。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
一种电动汽车用永磁无刷轮电机，包括机壳和机壳内的定子和转子，所述定子包括固定在机壳内壁的定子铁芯和定子绕组，其特征在于：所述定子铁芯包括定子磁轭、定子槽和定子齿，所述转子包括转轴和转子铁芯，所述转子铁芯内圆周方向均匀镶有径向磁化矩形条状磁钢、或均匀镶有裂开型径向磁化矩形条状磁钢，所述径向磁化矩形条状磁钢或裂开型径向磁化矩形条状磁钢与极靴构成永磁磁极。极靴可防止电枢反应引起磁钢去磁危险。内置式永磁能产生磁阻转矩，利于高速运行和频繁启动，实现高效、高出力、宽调速、快响应的平稳运行。裂开型两块磁钢磁力线向极靴(磁极)靠近，并汇聚于磁极中心形成一个极，有弱磁扩速、恒功率调速、聚磁和提高出力功效。
进一步地，上述的一种电动汽车用永磁无刷轮电机，所述极靴的外圆为非同心弧形曲面，使定转子间形成不均匀对称径向气隙，使电机具有聚磁，改善气隙磁场波形、降低转矩波动、抑制静态和动态电枢反应、提高过载能力。
更进一步地，上述的一种电动汽车用永磁无刷轮电机，所述转子铁芯内圆周方向均匀镶有径向磁化矩形条状磁钢或裂开型径向磁化矩形条状磁钢与极靴构成的永磁磁极间设置隔磁磁桥，保证隔磁磁桥截面处磁路高度饱和，减少漏磁，增加有效磁通，提高出力。
更进一步地，上述的一种电动汽车用永磁无刷轮电机，所述转子铁芯内圆周方向均匀镶有的径向磁化矩形条状磁钢，磁钢在铁芯内径向插入深度不等，可增加永磁磁通、磁阻转矩和输出转矩，减少转矩波动，提高出力。
再进一步地，上述的一种电动汽车用永磁无刷轮电机，所述转子铁芯内圆周方向均匀镶有径向磁化矩形条状磁钢，其镶磁钢槽的空槽宽度不等，可增加磁阻转矩和输出转矩，减少转矩波动，实现高出力、宽调速的平稳运行。
再进一步地，上述的一种电动汽车用永磁无刷轮电机，所述转子铁芯内圆周方向均匀镶有径向磁化矩形条状磁钢，其镶磁钢槽的空槽角度即极弧角不同，可增加磁阻转矩和输出转矩，显著减少转矩波动，使电机综合品质提高，实现宽调速、快响应的平稳运行。
本实用新型技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
①本实用新型设计独特、结构新颖，为内置式结构，生产工艺简单，采用镶入矩形条状磁钢，免氧化、易加工、充磁、省材并容易固定；转子表面平滑，动平衡好，结构稳定，特别有利于电动汽车用高功率驱动电机高速运行和频繁起动；转子为凸极效应(凸极率)显著，起动特性好，过载能力强，高功率比，便于弱磁扩速和恒功率调速，使电机能高功率、宽调速、快响应的平稳运行；
②电机定转子间为不均匀对称径向气隙，具有聚磁、改善气隙磁场波形、降低转矩波动、抑制静态和动态电枢反应、提高过载能力；
③裂开型两块磁钢有弱磁扩速、恒功率调速、聚磁和提高出力功效；
④电机磁极间设置隔磁磁桥，减少漏磁，增加有效磁通，提高出力、功率重量比、功率体积比和效率；
⑤在电机永磁转子中，调节磁钢在铁芯内径向插入深度，调节镶磁钢槽的空槽宽度和调节极弧角，增加永磁磁通、磁阻转矩和输出转矩，减少转矩波动。
附图说明
下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明：
图1a：内置式(径向磁化矩形磁钢)永磁无刷轮电机剖面示意图；
图1b：内置式(裂开型径向磁钢)永磁无刷轮电机剖面示意图；
图1c：内置式(转子极靴外圆为非同心弧形曲面)永磁无刷轮电机剖面示意图；
图2：内置式永磁转子剖面图；
图3：内置式裂开型永磁无刷轮电机剖面图；
图4：内置式裂开型永磁无刷轮电机转矩曲线示意图；
图5：内置式矩形和裂开型永磁无刷轮电机转矩-转速特性示意图；
图6：按箭头方向调节磁钢径向插入深度的内置式永磁无刷轮电机剖面图；
图7：磁钢空槽宽度不同的内置式永磁无刷轮电机剖面图；
图8：内置式永磁转子剖面示意图；
图9a、9b、9c：内置式永磁转子磁极极弧角示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
具体实施方式
一种电动汽车用永磁无刷轮电机，包括机壳和机壳内的定子和转子，定子包括固定在机壳内壁的定子铁芯和定子绕组，机壳兼作定子导磁磁轭，图1a、1b所示，定子铁芯包括定子磁轭1、定子槽2和定子齿3，转子包括转轴7和转子铁芯6，转子铁芯6内圆周方向均匀镶有径向磁化矩形条状磁钢5a，如图1a，或转子铁芯6内圆周方向均匀镶有裂开型径向磁化矩形条状磁钢5b，如图1b，径向磁化矩形条状磁钢5a或裂开型径向磁化矩形条状磁钢5b与极靴4构成永磁磁极，极靴4可防止电枢反应引起磁钢去磁危险。
图1b，裂开型径向磁化矩形条状磁钢5b与极靴4组成永磁磁极，裂开型两块磁钢有弱磁扩速、恒功率调速、聚磁和提高出力功效，两块径向磁钢的磁通同时通过极靴4挤向气隙，有效地增加气隙磁密，电机出力与气隙磁密成正比，从而显著提高了出力，相应地也提高了过载能力和快速响应。图3永磁转子铁芯内圆周方向均匀镶有裂开型径向磁钢5b，除了永磁回路A产生同步转矩外，内置式永磁转子还有磁阻回路B产生磁阻转矩，其曲线如图4所示，同步转矩C1与磁阻转矩C2叠加成合成转矩C3，有弱磁扩速和恒功率调速作用。
如图1c所示，转子铁芯内圆周方向均匀镶有径向磁化矩形条状磁钢5a，永磁转子极靴4外圆为经过优化设计的非同心弧形曲面，极靴4中央气隙小，向两边气隙逐渐变大，使定转子间形成不均匀对称径向气隙，使电机具有聚磁，改善气隙磁场波形、使气隙磁场接近正弦波，降低电机噪音、转矩波动，抑制静态和动态电枢反应、提高过载能力，同时内置式永磁能产生磁阻转矩，利于高速运行和频繁启动，实现高效、高出力、宽调速、快响应的平稳运行。
转子磁极由内置式径向或裂开型径向磁钢和极靴组成，导磁极靴漏磁会很大，因此，在磁极间设置隔磁磁桥8，如图2，保证隔磁磁桥截面处磁路高度饱和，导磁系数减小，减少磁桥处分流磁通，减少漏磁，增加有效磁通，提高出力。
图5内置式永磁无刷轮电机的转矩-转速特性，曲线D为内置式径向磁钢，曲线E为内置式裂开型径向磁钢，可见，内置式裂开型有明显的弱磁扩速和恒功率特性。
图6所示按箭头方向调节磁钢径向插入深度的内置式永磁无刷轮电机剖面，转子铁芯内圆周方向均匀镶有径向磁化矩形条状磁钢5a，调节磁钢5a在铁芯内径向插入深度，可增加永磁磁通、磁阻转矩和输出转矩，减少转矩波动。
图7所示磁钢空槽宽度不同的内置式永磁无刷轮电机剖面，转子铁芯内圆周方向均匀镶有径向磁化矩形条状磁钢5a，调节磁钢槽9的空槽宽度，可增加磁阻转矩和输出转矩，减少转矩波动，使电机综合品质提高。
图8、图9a、9b、9c所示内置式永磁转子磁极，其极弧角10、极距11，转子铁芯内圆周方向均匀镶有径向磁化矩形条状磁钢5a，调节镶磁钢槽的空槽角度，即调节每极的极弧角10，相邻极的极弧角均不相等，合理调节极弧角10可增加磁阻转矩和输出转矩，显著减少转矩波动。调节极弧角10可使转矩波动减少70％，使电机综合品质大幅度提高，实现宽调速、快响应的平稳运行。
综上所述，本实用新型内置式结构与现有技术表面贴装式(磁钢贴于转子铁芯外圆表面)相比，具有以下优点：①生产工艺简单，采用矩形条状磁钢，易加工、充磁、省材并容易固定；②转子表面平滑，动平衡好，结构稳定，有利于高速运行和频繁起动；③转子为典型的凸极结构，凸极效应(凸极率)显著，起动特性好，过载能力强，便于弱磁扩速和恒功率调速，使电机能高功率、宽调速、快响应的平稳运行。
需强调的是，本实用新型一种电动汽车用永磁无刷轮电机，电机定转子间为不均匀对称径向气隙，具有聚磁、改善气隙磁场波形、降低转矩波动、抑制静态和动态电枢反应、提高过载能力。裂开型两块磁钢有弱磁扩速、恒功率调速、聚磁和提高出力功效。电机磁极间设置隔磁磁桥，减少漏磁，增加有效磁通，提高出力、功率重量比、功率体积比和效率。在电机永磁转子中，调节磁钢在铁芯内径向插入深度，调节镶磁钢槽的空槽宽度和调节极弧角，增加永磁磁通、磁阻转矩和输出转矩，减少转矩波动。功能卓越，使用方便，经济效益和社会效应显著，应用前景看好。
以上仅是本实用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本实用新型权利保护范围之内。
Claims (5)
1.一种电动汽车用永磁无刷轮电机，包括机壳和机壳内的定子和转子，所述定子包括固定在机壳内壁的定子铁芯和定子绕组，其特征在于：所述定子铁芯包括定子磁轭(1)、定子槽(2)和定子齿(3)，所述转子包括转轴(7)和转子铁芯(6)，所述转子铁芯(6)内圆周方向均匀镶有径向磁化矩形条状磁钢(5a)、或均匀镶有裂开型径向磁化矩形条状磁钢(5b)，所述径向磁化矩形条状磁钢(5a)或裂开型径向磁化矩形条状磁钢(5b)与极靴(4)构成永磁磁极。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用永磁无刷轮电机，其特征在于：所述极靴(4)的外圆为非同心弧形曲面。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车用永磁无刷轮电机，其特征在于：所述径向磁化矩形条状磁钢(5a)或裂开型径向磁化矩形条状磁钢(5b)与极靴(4)构成的永磁磁极间设置隔磁磁桥(8)。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车用永磁无刷轮电机，其特征在于：所述转子铁芯(6)内圆周方向均匀镶有的径向磁化矩形条状磁钢(5a)，磁钢(5a)在铁芯内径向插入深度不等。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车用永磁无刷轮电机，其特征在于：所述转子铁芯(6)内圆周方向均匀镶有径向磁化矩形条状磁钢(5a)，其镶磁钢槽(9)的空槽宽度不等。
6.根据权利要求1所述的一种电动汽车用永磁无刷轮电机，其特征在于：所述转子铁芯(6)内圆周方向均匀镶有径向磁化矩形条状磁钢(5a)，其镶磁钢槽的空槽角度即极弧角(10)不同。
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2007
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20110325 Address after: 215122 No. 239, cross spring road, Suzhou Industrial Park, Jiangsu Patentee after: Suzhou Hexin Electric Co., Ltd. Address before: 215122 No. 239, cross spring road, Suzhou Industrial Park, Jiangsu Patentee before: Hexin Electric Appliance Co., Ltd., Suzhou Industry Region |
|
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20081008 |