一種永磁輪轂電機結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種應用于新能源汽車【技術領域】的永磁輪轂電機結構，所述的永磁輪轂電機結構的電機定子外圈設置電機轉子，電機轉子包括轉子機殼（5）、機殼后端蓋（4）、機殼前端蓋（6）、制動鼓（9），轉子機殼（5）、機殼后端蓋（4）、機殼前端蓋（6）、制動鼓（9）為一體式結構，電機定子內固定安裝電機軸（1），電機定子外圈安裝永磁體（3），永磁體（3）外圈固定安裝定子鐵芯組件（8）和定子電樞繞組（7），永磁體（3）為Halbach陣列，本實用新型的電機結構，引入了Halbach陣列的稀土永磁體材料，提高了輪轂電機結構的功率密度，降低了電磁噪音，實現平滑調速，提高使用效率。
【專利說明】一種永磁輪轂電機結構
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于新能源汽車【技術領域】，更具體地說，是涉及一種新能源汽車驅動用的永磁輪轂電機結構。
【背景技術】
[0002]Halbach陣列應用于電機具有如下優點:(I)功率密度大，相對于普通永磁體結構，由于Halbach列分解后的切向磁場與徑向磁場的相互重疊使得氣隙的磁感應強度大幅度提高，可有效的減小電機的體積，提高電機的功率密度。(2)定、轉子不再需要斜槽。在Halbach列電機中，由于氣隙磁場正弦分布，諧波含量小，定、轉子無需斜槽。(3)Halbach列自屏蔽效應，對于外磁場的Halbach電機,轉子可采用非鐵芯材料；對于內磁場的Halbach電機，殼體不需要導磁材料，甚至可不需要外殼，以減輕電機的體積重量。并使電機有較低的轉動慣量。(4)永磁體利用效率高。由于Halbach列分向磁化的結果，導致其永磁體工作點較高，一般均超過0.9，提高了永磁體的利用率。(5)可使用集中式繞組。在Halbach列電機中由于其磁場正弦分布，諧波磁場較小，可采用集中式繞組提高導電材料利用率。
[0003]雙凸極永磁電機(Doublysalient permanent magnet motor 簡稱 DSPM)是隨著功率電子學和微電子學的發展在上世紀90年代出現的一種新型的交流調速系統。該系統由雙凸極永磁電機、功率變換器、位置傳感器和控制器四部分組成。電機定轉子結構外形與開關磁阻電機相似，呈雙凸極結構，但它在轉子(或定子)上放有永磁體，從而使運行原理和控制策略與開關磁阻電機有本質區別。DSPM系統的主要優點是結構簡單、控制靈活、動態響應快、調速性能好、轉矩/電流比大，可實現各種特殊要求的轉矩\轉速特性，功率因數接近于1，效率高，是電工學科近年來繼開關磁阻電機之后又一全新的研究方向。
[0004]DSPM電機可以說是磁阻電機和永磁電機的有機結合體，是開關磁阻電機的創造性發展，它結合了兩者的優點，又解決了兩者的部分缺陷，特別是開關磁阻電機的三個缺陷:⑴由于主開關必須在電感較大處關斷，電流換相較慢，從而降低了轉矩輸出；⑵為了增加飽和度以提高開關磁阻電機出力，定轉子間氣隙較小，因此將產生噪聲和振動問題；⑶開關磁阻電機只能在半周內出力，即正半周電感增加時產生電動轉矩，而負半周電感減小時產生制動轉矩，材料利用率低。目前，應用較多的是定子永磁型雙凸極永磁電機，它又分為切向結構和徑向結構，但和Halbach陣列的電機比較，結構上明顯存在不足:切向結構永磁體向外漏磁較大，徑向結構必須有定子導磁殼體，限制了電機的氣隙磁密提高，功率重量比較低。
實用新型內容
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是:針對現有技術的不足，提供一種漏磁少，氣隙磁密高，功率密度高且工藝簡單的永磁輪轂電機結構。
[0006]要解決以上所述的技術問題，本實用新型采取的技術方案為:
[0007]本實用新型為一種永磁輪轂電機結構，包括電機轉子，電機定子外圈設置電機轉子，電機轉子包括轉子機殼、機殼后端蓋、機殼前端蓋、制動鼓，轉子機殼、機殼后端蓋、機殼前端蓋、制動鼓為一體式結構，電機定子內固定安裝電機軸，電機定子外圈安裝永磁體，永磁體外圈固定安裝定子鐵芯組件和定子電樞繞組，永磁體為Halbach陣列，制動鼓與輪胎輪轂固定連接。
[0008]優選地，所述的定子鐵芯組件的外圈設置多個定子凸極，電子轉子內圈設置轉子鐵芯，轉子鐵芯內壁上設置多個轉子凸極，定子鐵芯組件上按間隙設置多個組件間隙，每兩個定子凸極之間的凹槽內分別安裝一個定子電樞繞組，永磁體設置為沿電子定子一周布置的結構。
[0009]優選地，所述的電機定子外圈設置永磁體支架，永磁體安裝在永磁體支架上，所述的永磁輪轂電機為三相電機或多相電機，永磁輪轂電機為多相電機時，永磁輪轂電機為6K/4K結構，K為整數，K=l、2、3…。
[0010]優選地，所述的制動鼓與電機軸之間通過軸承活動連接，電機定子上還設置有制動蹄固定盤，制動蹄固定盤與電機軸之間固定連接。
[0011]優選地，所述的制動鼓外側設置多個車輪螺栓，輪胎輪轂通過車輪螺栓與制動鼓連接，所述的定子永磁體支架采用導磁或非導磁材料制作而成。
[0012]采用本實用新型的技術方案，能得到以下的有益效果:
[0013]本實用新型的永磁輪轂電機結構，引入了 Halbach陣列的稀土永磁體材料，提高了輪轂電機結構的功率密度，降低了電磁噪音，實現平滑調速，提高使用效率。其主要優點有:1)結構簡單牢固，電子轉子無繞組，只是硅鋼片沖制疊壓而成，電機定子上集中電樞繞組和Halbach陣列分布的永磁體；2)外轉子結構無需減速機構，可方便將輪胎輪轂直接固定在機體外殼上，只需拆裝螺栓便可，方便換胎維修；3)力矩/電流大:啟動時，只需額定電流的30%左右就可獲得10 —150%的額定力矩；4)效率高:在很寬的速度范圍內，其效率^ 85%，最高可達90%以上；5)無啟動死角:24/16極，且轉子極弧等于定子極弧，任意位置均可啟動:6)噪音低，轉矩脈動小；7)電流能方便地實現快速換向，由于引入永磁體，使在磁鏈的上升區和下降區都有正向轉矩產生，提高了效率和材料利用率；8)工藝簡單合理，電機內部融合了剎車制動鼓，方便車輛安裝。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]下面對本說明書各附圖所表 達的內容及圖中的標記作出簡要的說明:
[0015]圖1為本實用新型所述的永磁輪轂電機結構的剖視結構示意圖；
[0016]圖2為本實用新型所述的永磁輪轂電機結構的外部結構示意圖；
[0017]圖3為本發明的永磁電機結構的原理結構示意圖；
[0018]圖4為本發明所述的永磁體的合成磁場的Halbach陣列示意圖；
[0019]圖5為本發明所述的永磁體的外磁場的Halbach陣列不意圖；
[0020]圖6為本發明所述的永磁體的內磁場的Halbach陣列示意圖；
[0021]附圖中標記分別為:1、電機軸；2、永磁體支架；3、永磁體；4、后端蓋；5、轉子機殼；6、前端蓋；7、定子電樞繞組；8、定子鐵芯組件；9、制動鼓；10、車輪螺栓；11、制動蹄固定盤；12、軸承；13、定子凸極；14、轉子凸極；15、組件間隙；16、轉子鐵芯。【具體實施方式】
[0022]下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本實用新型的【具體實施方式】如所涉及的各構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理等作進一步的詳細說明:
[0023]如附圖1一附圖6所示，本實用新型為一種永磁輪轂電機結構，包括電機轉子，電機定子外圈設置電機轉子，所述的電機轉子包括轉子機殼5、機殼后端蓋4、機殼前端蓋6、制動鼓9,轉子機殼5、機殼后端蓋4、機殼前端蓋6、制動鼓9為一體式結構，電機定子內固定安裝電機軸I，電機定子外圈安裝永磁體3,永磁體3外圈固定安裝定子鐵芯組件8和定子電樞繞組7，永磁體 3為Halbach陣列，制動鼓9與輪胎輪轂固定連接。
[0024]優選地，所述的定子鐵芯組件8的外圈設置多個定子凸極13，電子轉子內圈設置轉子鐵芯16，轉子鐵芯16內壁上設置多個轉子凸極14，定子鐵芯組件8上按間隙設置多個組件間隙15，每兩個定子凸極13之間的凹槽內分別安裝一個定子電樞繞組7，永磁體3設置為沿電子定子一周布置的結構。
[0025]優選地，所述的電機定子外圈設置永磁體支架2，永磁體3安裝在永磁體支架2上，所述的永磁輪轂電機為三相電機或多相電機，永磁輪轂電機為多相電機時，永磁輪轂電機為6K/4K結構，K為整數，K=l、2、3…。
[0026]優選地，所述的制動鼓9與電機軸I之間通過軸承12活動連接，電機定子上還設置有制動蹄固定盤11，制動蹄固定盤11與電機軸I之間固定連接。
[0027]優選地，所述的制動鼓9外側設置多個車輪螺栓10，輪胎輪轂通過車輪螺栓10與制動鼓9連接，定子永磁體支架2采用導磁或非導磁材料制作而成。
[0028]在本實用新型所述的永磁輪轂電機結構中，包括電機轉子和電機定子，電機軸I外周固定有定子永磁體支架2,環繞定子永磁體支架2設置為永磁體3,并與安裝在永磁體3外周的定子鐵芯組件8及定子電樞繞組7固定成為定子一體。電機定子外周是電子轉子，轉子機殼5、機殼后端蓋4、機殼前端蓋6、制動鼓9為一體式結構,制動鼓9上設有四顆車輪螺栓10，可以直接安裝輪胎輪轂，且轉動的制動鼓9與電機軸之間有軸承12相連，而制動蹄固定盤11是用軸鍵與電機軸I固定成一體不轉動的，從而能達到制動效果。所述永磁體3為Halbach陣列，定子鐵芯組件8和轉子機殼5均為凸極式結構，其中轉子機殼5即為電子轉子，無繞組，定子鐵芯組件8上有定子電樞繞組7。
[0029]所述的永磁輪轂電機結構可以是三相電機，也可以是多相電機，當電機結構為三相電機時，為6Κ/4Κ結構，K為整數，K=l、2、3…。當Κ=2時，為12/8結構，即定子鐵芯為12個齒，轉子鐵芯為8個齒，附圖3就是本發明采用的Κ=5時外轉子雙凸極永磁電機的原理結構圖，為30/20結構，為三相或多相時，電機的定子齒數Ns、轉子齒數Nr同樣滿足:Ns/Nr=2mK/(Ns±2K)，其中m為電機的相數，K為正整數。其定子齒槽均勻分布于定子鐵芯，其定子齒寬等于定子槽寬，而轉子齒槽同樣是均勻分布于轉子鐵芯，一般轉子齒寬大于或等于定子齒寬，從而保證電流換向并抑制轉矩脈動。
[0030]本實用新型的永磁輪轂電機結構，引入了 Halbach陣列的稀土永磁體材料，其主要優點有:1)結構簡單牢固，電子轉子無繞組，只是硅鋼片沖制疊壓而成，電機定子上集中電樞繞組和Halbach陣列分布的永磁體；2)外轉子結構無需減速機構，可方便將輪胎輪轂直接固定在機體外殼上，只需拆裝螺栓便可，方便換胎維修；3)力矩/電流大:啟動時，只需額定電流的30%左右就可獲得10 —150%的額定力矩；4)效率高:在很寬的速度范圍內，其效率> 85%，最高可達90%以上；5)無啟動死角:24/16極，且轉子極弧等于定子極弧，任意位置均可啟動:6)噪音低，轉矩脈動小；7)電流能方便地實現快速換向，由于引入永磁體，使在磁鏈的上升區和下降區都有正向轉矩產生，提高了效率和材料利用率；8)電機內部融合了剎車制動鼓，方便車輛安裝。
[0031] 上面結合附圖對本實用新型進行了示例性的描述，顯然本實用新型具體的實現并不受上述方式的限制，只要采用了本實用新型的方法構思和技術方案進行的各種改進，或未經改進將本實用新型的構思和技術方案直接應用于其他場合的，均在本實用新型的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種永磁輪轂電機結構,包括電機轉子，電機定子外圈設置電機轉子，其特征在于:所述的電機轉子包括轉子機殼(5)、機殼后端蓋(4)、機殼前端蓋(6)、制動鼓(9),轉子機殼(5)、機殼后端蓋(4)、機殼前端蓋(6)、制動鼓(9)為一體式結構，電機定子內固定安裝電機軸(I)，電機定子外圈安裝永磁體(3 ),永磁體(3 )外圈固定安裝定子鐵芯組件(8 )和定子電樞繞組(7)，永磁體(3)為Halbach陣列，制動鼓(9)與輪胎輪轂固定連接。
2.根據權利要求1所述的永磁輪轂電機結構，其特征在于:所述的定子鐵芯組件(8)的外圈設置多個定子凸極(13)，電子轉子內圈設置轉子鐵芯(16)，轉子鐵芯(16)內壁上設置多個轉子凸極(14)，定子鐵芯組件(8)上按間隙設置多個組件間隙(15)，每兩個定子凸極(13)之間的凹槽內分別安裝一個定子電樞繞組(7)，永磁體(3)設置為沿電子定子一周布置的結構。
3.根據權利要求1或2所述的永磁輪轂電機結構，其特征在于:所述的電機定子外圈設置永磁體支架(2),永磁體(3)安裝在永磁體支架(2)上,所述的永磁輪轂電機為三相電機或多相電機，永磁輪轂電機為多相電機時，永磁輪轂電機為6K/4K結構，K為整數，K=l、2、3…。
4.根據權利要求3所述的永磁輪轂電機結構，其特征在于:所述的制動鼓(9)與電機軸(I)之間通過軸承(12)活動連接，電機定子上還設置有制動蹄固定盤(11)，制動蹄固定盤(11)與電機軸(I)之間固定連接。
5.根據權利要求4所述的永磁輪轂電機結構，其特征在于:所述的制動鼓(9)外側設置多個車輪螺栓(10)，輪胎輪轂通過車輪螺栓(10)與制動鼓(9)連接，所述的定子永磁體支架(2)采用導磁或非導磁材料制作而成。
【文檔編號】H02K1/17GK203522484SQ201320563012
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月11日 優先權日:2013年9月11日
【發明者】金浙勇, 李世明, 李偉 申請人:眾泰控股集團有限公司