專利名稱：用于電動汽車輪轂的多盤式永磁同步電動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁同步電動機(jī)，特別涉及一種電動車輛用直驅(qū)車輪永磁同步電
動機(jī)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著人們對地球資源的大肆攫取與污染物的肆意排放，地球已經(jīng)不堪負(fù) 荷。其中汽車數(shù)量的激增是大氣污染的主要因數(shù)之一，傳統(tǒng)的燃油汽車尾氣的大量排放已 經(jīng)成為人類必須面對的重要問題。電能作為一種新型清潔能源，將成為未來能源發(fā)展的必 然趨勢，電動汽車也將必然取代傳統(tǒng)的燃油汽車成為新時代的主宰。隨著人們對節(jié)能環(huán)保 的日益關(guān)注，人們期待著動力強(qiáng)勁而又擁有出眾燃油效益性的汽車的出現(xiàn)。目前普通電動 汽車電機(jī)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)動力在經(jīng)過一組齒輪或一個傳動系統(tǒng)驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動的過程中，有 10%以上的能量被損耗掉。采用輪轂電機(jī)可以直接獲取電能而使能量損耗被降到最低，并 且立即產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動力，減少了加速時間。同時可以對每個車輪實(shí)施單獨(dú)控制，具有非常高的 靈敏度。隨著數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、計算機(jī)等高科技產(chǎn)品的興起和一些特殊應(yīng)用系統(tǒng)的需 求，對伺服驅(qū)動電動機(jī)提出了更高的性能指標(biāo)和薄型安裝的要求，盤式永磁同步電動機(jī)開 始逐步地取代傳統(tǒng)地伺服電機(jī)產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種重量輕、體積小、結(jié) 構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)子渦流損耗小、轉(zhuǎn)動慣量小、功率密度大、機(jī)電時間常數(shù)小的用于電動汽車輪轂 的多盤式永磁同步電動機(jī)。 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種用于電動汽車輪轂的多盤式永磁 同步電動機(jī)，包括固定心軸、支承在所述固定心軸上的轉(zhuǎn)子外殼和與所述轉(zhuǎn)子外殼固接的 轉(zhuǎn)子電樞盤，其特征是，所述固定心軸上固接有至少兩對磁鋼盤，每對磁鋼盤之間形成環(huán) 形氣隙，所述環(huán)形氣隙中設(shè)有所述轉(zhuǎn)子電樞盤，所述每對磁鋼盤和與其對應(yīng)的轉(zhuǎn)子電樞盤 形成磁路相對獨(dú)立的單元電機(jī)，所述轉(zhuǎn)子電樞盤無鐵心是直接注塑而成，所述磁鋼盤采用 Halbach型永磁體陣列結(jié)構(gòu)。 所述磁鋼盤每極采用至少4塊Halbach型永磁體排列而成。
所述磁鋼盤每極采用4塊45 °的Halbach型永磁體排列而成。
所述磁鋼盤是由釹鐵硼永磁材料制成的。
所述每對磁鋼盤間形成截面為楔形的環(huán)形氣隙。
所述每對磁鋼盤間形成截面為矩形的環(huán)形氣隙。 本發(fā)明的有益效果是l)該電動機(jī)是一種軸向磁場電動機(jī)，具有較高的功率密 度；利用釹鐵硼永磁高矯頑力的優(yōu)異特性制成無鐵心電機(jī)，體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、電機(jī)重量大 幅度降低、降低振動噪聲、低速運(yùn)行平穩(wěn)、提高效率；2)定子電樞盤采用無鐵心結(jié)構(gòu)，直接 由繞組注塑而成。定子電樞盤采用無槽無鐵心結(jié)構(gòu)，可以減少由齒槽效應(yīng)引起的電磁轉(zhuǎn)矩脈動，不受磁路飽和的影響，降低損耗、增加效率，并且減輕了質(zhì)量；3)磁鋼盤采用Halbach 型永磁體陣列結(jié)構(gòu)，磁鋼直接粘在轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)壁上，電機(jī)運(yùn)行時磁鋼盤和轉(zhuǎn)子外殼一起轉(zhuǎn) 動，避免了磁鋼盤和轉(zhuǎn)子外殼相互運(yùn)動產(chǎn)生的渦流損耗。兩側(cè)磁鋼盤采用Halbach型永磁 體陣列結(jié)構(gòu)，將徑向與切向陣列結(jié)合在一起，合成的結(jié)果使一邊的磁場增強(qiáng)而另一邊的磁 場減弱。采用Halbach型永磁體陣列一方面可以提高氣隙磁密，另外還可以很容易地得到 正弦分布的氣隙磁場，減小轉(zhuǎn)矩波動，減小軛部磁通。氣隙磁密的增加意味著電磁轉(zhuǎn)矩的增 大、電機(jī)出力提高，在保持出力不變時則可以減小電樞電流、降低繞組損耗、提高電機(jī)效率。 同時，采用Halbach型永磁體陣列結(jié)構(gòu)使有效部分的氣隙磁密明顯增強(qiáng)，背部磁密顯著的 下降，所以不采用背鐵減少了電機(jī)的體積和重量。4)該電機(jī)采用至少兩個磁路相互獨(dú)立的 單元電機(jī)排列組成的結(jié)構(gòu)，使多盤式電機(jī)的制作工藝相對簡單。制成多個單元電機(jī)組合式 結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高輸出功率，來用于要求大功率高轉(zhuǎn)矩的特殊應(yīng)用場合。5)為了充分利用電 機(jī)外徑處的空間，用截面為楔形的環(huán)形氣隙結(jié)構(gòu)來代替截面為矩形的環(huán)形氣隙，將電機(jī)內(nèi) 外徑處的槽滿率設(shè)計成相同值，電機(jī)外徑處的氣隙長度變小，整個電機(jī)的等效氣隙長度也 相應(yīng)變小，進(jìn)一步提高氣隙磁密，有利于電機(jī)力能指標(biāo)的提高。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明磁鋼轉(zhuǎn)子盤每極采用4塊45。排列的Halbach型永磁體陣列結(jié)構(gòu)示 意圖； 圖3為本發(fā)明磁鋼轉(zhuǎn)子盤每極采用2塊90°排列的Halbach型永磁體陣列磁路示 意圖； 圖4為本發(fā)明磁鋼轉(zhuǎn)子盤每極采用3塊60°排列的Halbach型永磁體陣列磁路示 意圖； 圖5為本發(fā)明磁鋼轉(zhuǎn)子盤每極采用4塊45°排列的Halbach型永磁體陣列磁路示 意圖； 圖6a為磁鋼盤軸向充磁永磁體的磁力線分布圖； 圖6b為本發(fā)明磁鋼盤采用Halbach型永磁陣列結(jié)構(gòu)永磁體的磁力線分布圖； 圖7a為本發(fā)明磁鋼盤每極采用2塊90°排列的Halbach型永磁體陣列氣隙磁場 波形圖； 圖7b為本發(fā)明磁鋼盤每極采用3塊60°排列的Halbach型永磁體陣列氣隙磁場 波形圖； 圖7c為本發(fā)明磁鋼盤每極采用4塊45°排列的Halbach型永磁體陣列氣隙磁場 波形圖； 圖8a為是本發(fā)明截面為矩形的環(huán)形氣隙結(jié)構(gòu)的氣隙磁密波形圖； 圖8b是本發(fā)明截面為楔形的環(huán)形氣隙結(jié)構(gòu)的氣隙磁場波形圖。 附圖標(biāo)記1、轉(zhuǎn)子外殼轉(zhuǎn)子，2、電樞盤磁鋼盤，3、磁鋼支架，4、支架，5、固定心軸，
6、鍵，7、軸承，8、平頭螺釘。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述 如圖1所示，本發(fā)明一種用于電動汽車輪轂的多盤式永磁同步電動機(jī)，包括轉(zhuǎn)子 外殼1、轉(zhuǎn)子電樞盤2、磁鋼盤3、支架4、固定心軸5、鍵6、軸承7、平頭螺釘8，該電動機(jī)為外 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子外殼1通過平頭螺釘8連接成一體，轉(zhuǎn)子外殼1通過軸承7支承在固定心軸 5上，磁鋼盤3固定在支架4上，支架4通過鍵6固接在固定心軸5上，磁鋼盤3采用如圖2 所示的Halbach型永磁體陣列結(jié)構(gòu)，每對磁鋼盤3之間形成環(huán)形氣隙結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生軸向磁場， 轉(zhuǎn)子電樞2采用無鐵心結(jié)構(gòu)，直接由繞組注塑而成，轉(zhuǎn)子電樞盤2固定在轉(zhuǎn)子外殼1上并與 轉(zhuǎn)子外殼一起旋轉(zhuǎn)。磁鋼盤3是由釹鐵硼永磁材料制成的。在本實(shí)施例中，包括2對磁鋼 盤3，但本發(fā)明并不局限于2對磁鋼盤，磁鋼盤還可以是3對或4對，成對磁鋼盤的數(shù)量可根 據(jù)電機(jī)體積、輸出功率等因素具體確定。在本實(shí)施例中，對稱設(shè)置的成對磁鋼盤3不平行， 二者成一定角度，形成的是截面為楔形的環(huán)形氣隙；對稱設(shè)置的成對磁鋼盤還可以采用相 互平行的結(jié)構(gòu)，二者之間形成的是截面為矩形的環(huán)形氣隙。 本發(fā)明選擇了至少兩個磁路相互獨(dú)立的單元電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式來實(shí)現(xiàn)。單元電機(jī)的 永磁體陣列均為Halbach陣列，這樣既保證了氣隙磁密的正弦分布，制作工藝又相對簡單。
本發(fā)明的磁鋼盤3每極可以采用一定角度的Halbach型永磁體陣列結(jié)構(gòu)，即可以 采用如圖3所示的每極為2塊90°角度排列的Halbach型永磁體陣列結(jié)構(gòu)，也可以采用如 圖4所示的每極為3塊60°排列的Halbach型永磁體陣列結(jié)構(gòu)，還可以采用如圖5所示的 每極為4塊45°排列的Halbach型永磁體陣列結(jié)構(gòu)。比較圖6a和圖6b，可以看出Halbach 型永磁體陣列結(jié)構(gòu)的明顯優(yōu)勢(與軸向充磁永磁體比較)。每極永磁體塊數(shù)的增加，氣隙 磁場波形正弦化變化如圖7a、圖7b和圖7c所示，圖7a、圖7b和圖7c分別為每極兩塊永磁 體、每極三塊永磁體、每極四塊永磁體的氣隙磁場波形。從圖7a、圖7b和圖7c可以得出隨 著構(gòu)成Halbach型永磁體陣列每極永磁體塊數(shù)的增加，氣隙磁場波形正弦化的趨勢越來越 理想，這也正是同步電動機(jī)所要求達(dá)到的。通過圖8a與圖8b的比較可以看出，將磁鋼間的 氣隙截面變?yōu)樾ㄐ?，電機(jī)內(nèi)外徑處的槽滿率成為相同值，則在電機(jī)外徑處的氣隙長度變小， 整個電機(jī)的等效氣隙長度也相應(yīng)變小，進(jìn)一步提高氣隙磁密，有利于電機(jī)力能指標(biāo)的提高。 在本實(shí)施例中，采用如圖1所示兩個單元電機(jī)的結(jié)構(gòu)，綜合考慮永磁體尺寸和其極數(shù)，磁鋼 盤3采用如圖2所示的每極4塊45°排列的Halbach型永磁體陣列結(jié)構(gòu)，每對磁鋼盤之間 均形成截面為楔形的環(huán)形氣隙，楔形截面最大寬度為12mm，最小寬度為8mm，永磁體單側(cè)厚 度為6mm，長度為76mm，寬度為17. 7mm，兼顧氣隙磁場的正弦度與磁鋼盤的制造工藝。
盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上 述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可 以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于電動汽車輪轂的多盤式永磁同步電動機(jī)，包括固定心軸、支承在所述固定心軸上的轉(zhuǎn)子外殼和與所述轉(zhuǎn)子外殼固接的轉(zhuǎn)子電樞盤，其特征是，所述固定心軸上固接有至少兩對磁鋼盤，每對磁鋼盤之間形成環(huán)形氣隙，所述環(huán)形氣隙中設(shè)有所述轉(zhuǎn)子電樞盤，所述每對磁鋼盤和與其對應(yīng)的轉(zhuǎn)子電樞盤形成磁路相對獨(dú)立的單元電機(jī)，所述轉(zhuǎn)子電樞盤無鐵心是直接注塑而成，所述磁鋼盤采用Halbach型永磁體陣列結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動汽車輪轂的多盤式永磁同步電動機(jī)，其特征是，所述磁鋼盤每極采用至少4塊Halbach型永磁體排列而成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于電動汽車輪轂的多盤式永磁同步電動機(jī)，其特征是，所述磁鋼盤每極采用4塊45°的Halbach型永磁體排列而成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動汽車輪轂的多盤式永磁同步電動機(jī)，其特征是，所述磁鋼盤是由釹鐵硼永磁材料制成的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動汽車輪轂的多盤式永磁同步電動機(jī)，其特征是，所述每對磁鋼盤間形成截面為矩形的環(huán)形氣隙。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動汽車輪轂的多盤式永磁同步電動機(jī)，其特征是，所述每對磁鋼盤間形成截面為楔形的環(huán)形氣隙。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于電動汽車輪轂的多盤式永磁同步電動機(jī)，包括固定心軸、支承在所述固定心軸上的轉(zhuǎn)子外殼和與所述轉(zhuǎn)子外殼固接的轉(zhuǎn)子電樞盤，所述固定心軸上固接有至少兩對磁鋼盤，每對磁鋼盤之間形成環(huán)形氣隙，所述環(huán)形氣隙中設(shè)有所述轉(zhuǎn)子電樞盤，所述每對磁鋼盤和與其對應(yīng)的轉(zhuǎn)子電樞盤形成磁路相對獨(dú)立的單元電機(jī)，所述轉(zhuǎn)子電樞盤無鐵心是直接注塑而成，所述磁鋼盤采用Halbach型永磁體陣列結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用若干個磁路相互獨(dú)立的單元電機(jī)組成，增大了電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與功率；電樞盤無鐵心直接注塑、磁鋼盤采用Halbach型永磁體陣列結(jié)構(gòu)，可大大提高電機(jī)的功率密度，降低電機(jī)的損耗，體積小且結(jié)構(gòu)緊湊，低速運(yùn)行十分穩(wěn)定，可控性好。
文檔編號H02K1/27GK101764490SQ20101010570
公開日2010年6月30日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月4日
發(fā)明者王曉遠(yuǎn), 陳靜 申請人:天津大學(xué)