CN206077186U - 电动汽车用外转子永磁同步轮毂电动机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电动汽车用外转子永磁同步轮毂电动机，包括外转子、内定子、固定轴、轮毂、轴承、支架；内定子安装固定轴上，轴承配置于固定轴的内侧，固定轴与支架连接，轮毂则装在轴承上，轮毂内安装外转子；其中外转子和内定子的铁芯由冷轧硅钢片冲制叠压而成，内定子上有12个绕有线圈的齿部，齿冠开有2个辅助凹槽，外转子内侧圆周均布10块NdFeB磁钢。磁钢的极弧系数优化值em0＝0.833，因而该轮毂电动机的齿槽转矩幅值最小，额定输出稳定，性能明显改善。
Description
技术领域
本实用新型属于电动汽车驱动技术领域，具体涉及一种装于电动汽车上的驱动用外转子永磁同步轮毂电动机。
背景技术
随着能源利用紧张、石油价格上涨，以及生态环境等问题的日益突出，电动汽车以其节能、高效、零污染获得了人们良好的评价和快速稳定的发展。目前正在应用或开发的电动汽车用电动机主要有直流电动机(DCM)、感应电动机(IM)、永磁电动机(PM)、开关磁阻电动机(SRM)四类。
直流电动机结构简单、易于控制、具有良好的电磁转矩控制特性。但由于采用机械换向结构，维护困难，并产生火花，容易对无线电产生干扰，这对高度智能化的未来电动汽车是最大弱点。此外，直流电动机驱动系统体积大、制造成本高、速度范围有限、能量密度较低，这些都限制了DCM在电动汽车驱动系统中的进一步应用。
感应电动机现普遍采用变频驱动方式，以往主要以PWM实现V/F控制和转差频率控制，但这两种控制技术因转速控制范围小、转矩特性不理想而对于频繁起动、加减速的电动汽车不太适用。
开关磁阻电动机具有转子结构简单可靠、在较宽转速和转矩范围内高效运行、响应速度快等优点。但SRM在振动、噪音、转矩脉动、控制方式等方面还有许多问题需要解决。目前尚存在应用的局限性。
永磁电动机既具有交流电动机的无电刷结构、运行可靠等优点，又具有直流电动机的调速性能好的优点，且无需励磁绕阻，可做到体积小、控制效率高，是当前电动汽车驱动用电动机研发与应用的热点。尤其是永磁同步电动机(PMSM)系统具有高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性以及低噪音等特点。通过合理设计永磁磁路结构，能获得较高的弱磁性能，扩展电动机的调速范围。本实用新型采用的就是这种PMSM结构。
发明内容
本实用新型采用的外转子永磁同步电动机，其结构组成如下：一种外转子永磁同步轮毂电动机，包括内定子、内定子固定轴、支架、外转子、轮毂、轴承，其中，内定子安装在固定轴上，轴承配置于固定轴的内侧，固定轴与支架连接，轮毂则安装在轴承上，轮毂内安装外转子；轮毂和外转子为转动部件，与内定子保持均匀的气隙g(＝0.5mm)，以确保足够的气隙磁密；定子齿数(极数)Zs大于转子极数Zr，我们选用Zs＝12，Zr＝10；而且，内定子上嵌有分布式3相双层绕组，每槽有10个导线束，每个导线束用90根铜线并绕；外转子沿圆周方向均布10块磁钢，相邻磁钢的极性(N极、S极)相反，磁钢材料选用NdFeB N38UH，磁钢厚度5mm，其剩磁感应强度1.24T，矫顽力为2600KA/m；外转子上无绕阻，磁钢结构为表贴式，即径向励磁方式，电机整体结构简单，可靠性强。
永磁同步电动机的特有问题之一是存在所谓的齿槽转矩。齿槽转矩是指永磁电机在绕阻不通电时永磁体和铁芯之间相互作用产生的转矩，是由永磁体和定子齿之间相互作用力的切向分量引起的。本实用新型通过对磁钢的极弧系数进行优化和在定子铁心齿冠开辅助槽的方法，用以降低齿槽转矩。当极弧系数(磁极极弧宽和磁极极距之比)em0＝0.833时，齿槽转矩幅值为最小，Tcog·min＝0.088N·m。在此基础上，由仿真分析得出开辅助凹槽的齿槽转矩曲线，其齿槽转矩幅值为0.012N.m，对比不开辅助凹槽的齿槽转矩辅值0.088N·m，仅为其幅值的13.6％。故明显削弱了齿槽转矩，改善了电机性能。
附图说明
图1为外转子永磁同步轮毂电动机的结构图，其中，1-外转子；2-磁钢；3-定子铁芯齿部；4-线圈槽部；5-辅助凹槽；6-固定轴
图2为外转子断面图，其中，1-外转子；2-磁钢；
图3为定子断面图，其中3-定子铁芯齿部；4-线圈槽部；6-固定轴
图4为外转子永磁同步轮毂电动机模型的侧视图，其中1-外转子；6-固定轴；7-轮毂；8-轴承；9-支架；10-内定子
具体实施方式
本实用新型的外转子永磁同步轮毂电动机包括：外转子(1)、内定子(2)、定子固定轴(6)、支架(9)、轴承(8)、轮毂(7)；该轮毂电动机由外转子(1)和内定子(2)两个主要部分组成，定、转子铁芯均由0.5mm的硅钢片冲制叠压而成，外转子具有内圆均布的十块磁钢，内定子则有12个绕有线圈的齿部，为降低永磁同步电机的齿槽转矩幅值，利用Ansoft软件对磁钢的极弧系数进行优化分析，将极弧系数设为变量(em)，其他参数不变，对其进行扫描，得到不同极弧系数的齿槽转矩曲线，记录各极弧系数对应的齿槽转矩幅值(Tcog)。在一定范围内存在一个最佳的极弧系数em0使得齿槽转矩幅值最小，结果当em0＝0.833时Tcog.min＝0.088N.m。在选取磁钢的最佳极弧系数的基础上，为进一步降低齿槽转矩幅值，通过仿真分析，在定子铁芯齿冠开辅助凹槽(5)，得到开辅助凹槽(5)以后的齿槽转矩曲线，对比不开幅值凹槽的齿槽转矩曲线，齿槽转矩明显削弱，齿槽转矩幅值由原来的0.088Nm减少到0.012Nm，约为原幅值的13.6％，因此大幅度改善了轮毂电动机的性能。
Claims (1)
1.一种外转子永磁同步轮毂电动机，包括外转子(1)、固定轴(6)、轮毂(7)、轴承(8)、支架(9)、内定子(10)，其特征在于内定子(10)安装在固定轴(6)上，轴承(8)配置于固定轴的内侧，固定轴(6)与支架(9)连接，轮毂(7)则装在轴承上，轮毂内部安装外转子(1)，外转子(1)的内圆均布磁钢(2)，内定子和外转子的铁芯均由冷轧硅钢片冲制叠压而成，该外转子永磁同步轮毂电动机的内定子齿和外转子磁钢都为圆周均布结构，外转子磁钢的极弧系数为0.92，为进一步降低齿槽转矩幅值，内定子每个齿部均开有2个辅助凹槽(5)，该外转子永磁同步轮毂电动机内定子的齿数ZS＝12，外转子的磁极数Zr＝10，且内定子上嵌有3相双层绕组，每槽有10个导线束，每个导线束用90根铜线并绕；磁钢结构为表贴式，即径向励磁方式，相邻磁钢的极性相反。
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