專利名稱：車用高功率密度高效率的永磁同步電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及新能源汽車電機技術，特別涉及一種車用高功率密度高效率的永磁同步電機。
背景技術：
永磁同步電機由于轉矩轉速特性好、效率相對于其他種類電機較高和控制方便等優點，一般電動汽車，尤其是電動轎車大多采用永磁電機。永磁材料釹鐵硼剩余磁感應強度高、磁感應矯頑力大，最大磁能極高，是目前磁性能最高的永磁材料。電動汽車車用永磁電機一般采用釹鐵硼作為永磁材料。電動轎車由于空間與整車質量的限制,要求電機有較大的功率密度,而傳統永磁同步電機采用“一字型”和“V型”的永磁體結構，由于磁路結構的限制，限制了氣隙磁密的增高，其功率密度相對較低。并且，車用電機采用矢量控制，這樣電機的驅動電流中包含高次諧波分量，會增加電機的鐵損，高次諧波電流還會影響永磁材料的工作點發生變化，引起永磁體材料的渦流損耗。再者，車用電機要求很寬的調速范圍，要求在電機在寬轉速范圍內有較好的效率。車輛的郊區工況車速很高，對電機的高速區的效率有很大的需求。但是電機在高速區采用弱磁控制，并且電機工作頻率很高，電機的硅鋼片損耗與永磁材料的渦流損耗均較高，一般傳統的永磁同步電機的高速時效率往往較低。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是要提供一種提高電機功率密度與轉矩密度，提高電機效率的車用高功率密度高效率的永磁同步電機。為了解決以上的技術問題，本發明提供了一種車用高功率密度高效率的永磁同步電機，該永磁同步電機包括電機轉軸、軸承、端蓋、機座、旋轉變壓器、定子繞組、定子鐵芯、銅環、釹鐵硼永磁體、轉子鐵 芯、平鍵，所述轉子鐵芯由硅鋼片疊壓而成，轉子鐵芯靠平鍵固定在轉軸上，轉子非輸出軸伸端還安裝有旋轉變壓器，其定子與傳統永磁同步電機相同。其轉子包括轉軸、釹鐵硼永磁體、銅環及轉子鐵芯；由硅鋼片疊成的轉子鐵芯和轉軸與傳統永磁同步電機相同。所述轉子的釹鐵硼永磁體以Halbach陣列形式放置，每極邊緣的兩段采用切向充磁，中間的兩段采用對角充磁，用以提高電機的氣隙磁密，增加電機的功率密度和轉矩密度，加大永磁材料的磁阻；在永磁體上部增加銅環，每極在永磁體上部增加的銅環焊接在一起構成環形回路結構，減少電機定子諧波電流對永磁材料工作點的影響。本發明的優越功效在于:轉子每極下永磁體采用四段式Halbach陣列形式放置，充分利用Halbach陣列的聚磁效應,使永磁體的磁通充分向定子側聚集，提高電機的氣隙磁密，從而增加電機的轉矩密度和功率密度；并且Halbach陣列形式永磁體的磁阻高，抵抗定子諧波電流能力強，永磁體工作點穩定性好，即能保證永磁體渦流損耗較小，又能保證電機輸出轉矩穩定(電機轉矩脈動小)；再者永磁體工作點穩定性好，保證轉子磁通穩定，可以有效的降低轉子的鐵芯損耗，提高電機效率。在每極永磁體上方增加一個銅環，利用電磁感應原理，但轉子永磁體受到定子高次諧波電流影響時，會在銅環上產生感應電流，抵消一部分定子高次諧波電流；這樣進一步減少定子諧波電流對轉子永磁體材料的影響，減少永磁材料的渦流損耗和電機轉矩脈動，增加電機高速時的效率。
圖1為本發明的結構示意 圖2為本發明同步電機的結構剖視 圖中標號說明
I一定子繞組；2—釹鐵硼永磁材料；
3—銅環；4一定子鐵芯；
5—電機轉軸；6—轉子鐵芯；
7—平鍵；8—軸承；
9一端蓋；10 —電機機座；
11一旋轉變壓器。
具體實施例方式請參閱附圖所示，對本發明作進一步地描述。如圖1所示，本發 明提供了一種電動車用Halbach陣列加銅環轉子結構的永磁同步電機，該永磁同步電機包括電機轉軸5、軸承8、端蓋9、機座10、旋轉變壓器11、定子繞組
1、定子鐵芯4、銅環3、釹鐵硼永磁體2、轉子鐵芯6、平鍵7，轉子鐵芯6由硅鋼片疊壓而成，轉子鐵芯6靠花鍵固定在轉軸I上，轉子非輸出軸伸端還安裝有旋轉變壓器11。該電機定子形式與傳統永磁同步電機相同，其永磁轉子包括轉軸5、釹鐵硼永磁體2、銅片3及轉子鐵芯6。轉子每極下永磁體2采用四段式Halbach陣列形式放置，每極邊緣的兩段采用切向充磁，中間的兩段采用對角充磁，有利于極與極之間的磁場銜接，減少轉子軛部磁密，達到Ha I b a c h陣列形式的的聚磁效應,使永磁體的磁通充分向定子側聚集,提高電機的氣隙磁密，從而增加電機的轉矩密度和功率密度。并且Halbach陣列形式永磁體的磁阻高，抵抗定子諧波電流能力強，減少永磁體渦流損耗及轉矩脈動。在每極永磁體上方增加一個銅環3,進一步減少定子諧波電流對轉子永磁體材料的影響，從而減少永磁材料的渦流損耗和轉矩脈動。圖1中每極的釹鐵硼永磁體2共三十二塊，所標注的箭頭方向即為其充磁方向，每極處于兩邊的兩塊為切向充磁，處于中間的兩快為對角充磁。釹鐵硼永磁體2加工時，所選永磁體的預充磁方向應與圖1中釹鐵硼永磁體2內所標注的箭頭方向一致，經外形加工和電鍍防銹處理后，再按加工時所選的預充磁方向充磁，充磁后再按要求嵌入各自的槽中。圖1中每極的銅環3共有八個，在每極的端部銅環3可焊接在一起組成一個環形回路結構，圖2所示3即為銅環端部回路。銅環3可以采用純銅，也可以采用并聯繞組的形式實現。但在采用繞組的形式時為了減小銅環的電感，應該采用并聯繞組形式，而不能采用串聯繞組形式。
權利要求
1.一種車用高功率密度高效率的永磁同步電機，該永磁同步電機包括電機轉軸、軸承、端蓋、機座、旋轉變壓器、定子繞組、定子鐵芯、銅環、釹鐵硼永磁體、轉子鐵芯、平鍵，所述轉子鐵芯由硅鋼片疊壓而成，轉子鐵芯靠平鍵固定在轉軸上，轉子非輸出軸伸端還安裝有旋轉變壓器，其特征在于:該電機永磁轉子每極下以四段式Halbach陣列形式放置和每極在永磁體上部增加銅環；每極邊緣的兩段采用切向充磁，中間的兩段采用對角充磁。
2.根據權利要求1所述的車用高功率密度高效率的永磁同步電機，其特征在于:所述每極在永磁體上部增加的銅環焊接在一起構成環形回路結構。
全文摘要
本發明公開了一種車用高功率密度高效率的永磁同步電機，該電機永磁轉子每極下以四段式Halbach陣列形式放置和在每極在永磁體上部增加銅環；每極邊緣的兩段采用切向充磁，中間的兩段采用對角充磁。本發明的優點是有利于極與極之間的磁場銜接，減少轉子軛部磁密，達到Halbach陣列形式的聚磁效應，使永磁體的磁通充分向定子側聚集，提高電機的氣隙磁密，從而增加電機的轉矩密度和功率密度；Halbach陣列形式永磁體的磁阻高，抵抗定子諧波電流能力強，減少永磁體渦流損耗及轉矩脈動；Halbach陣列永磁體工作點穩定性好，轉子磁通比較穩定，有效地降低轉子的鐵芯損耗，提高電機效率。
文檔編號H02K21/14GK103166406SQ20111040693
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月9日 優先權日2011年12月9日
發明者王心堅, 王業勤, 衛鏡周, 鐘再敏, 陳辛波, 余卓平, 喬良, 王曉斌 申請人:同濟大學