電動汽車用三相交流伺服輪轂電機的制作方法

本實用新型屬于電機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電動汽車用三相交流伺服輪轂電機，電機的永磁體和電樞繞組都布置在定子上，定子、轉(zhuǎn)子都為雙凸極的輪轂電機。

背景技術(shù)：

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和石油資源的短缺，替代以汽油、柴油等為燃料的內(nèi)燃汽車的電動汽車迎來了發(fā)展的機遇。電動汽車的驅(qū)動技術(shù)和傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車有很大的區(qū)別，電動汽車以可再生的電能為能量來源，具有零排放的突出優(yōu)點，是未來汽車工業(yè)發(fā)展的方向之一。驅(qū)動電機作為電動汽車核心部件，其性能直接影響電動汽車的整體性能。輪轂電機技術(shù)作為純電動汽車電機直驅(qū)化發(fā)展趨勢，成為現(xiàn)代電動汽車技術(shù)研究的一個重要方向。輪轂電機技術(shù)就是將電機內(nèi)嵌在驅(qū)動車輪輪轂內(nèi)，驅(qū)動車輪的輪轂成為電機的一部分，其最大特點就是將動力、傳動和制動裝置整合于輪轂內(nèi)，真正的實現(xiàn)電機和驅(qū)動輪之間的直接連接和直接驅(qū)動。

輪轂電機驅(qū)動技術(shù)在國外民用汽車工業(yè)領(lǐng)域中開始進入產(chǎn)品應用階段。國外主要汽車公司均開發(fā)了輪轂電機驅(qū)動汽車，國內(nèi)輪轂電機驅(qū)動電動汽車處于技術(shù)研究階段。采用輪轂電機驅(qū)動的混合動力汽車技術(shù)已成為新一代軍用車輛動力驅(qū)動技術(shù)的重要發(fā)展方向。在全球興起的新能源汽車應用領(lǐng)域中，無論是油電混合汽車，還是純電動汽車，都需要兩個或多個重量輕、功率大的輪轂電機進行驅(qū)動。但現(xiàn)有輪轂電機永磁體安裝于轉(zhuǎn)子，電樞繞組布置于定子，而且電機啟動轉(zhuǎn)矩波動大，調(diào)速范圍窄、控制困難，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩不足等問題阻礙了輪轂電機及其驅(qū)動技術(shù)的應用。而且這些現(xiàn)有的車用輪轂電動機多采用直流控制，直流輪轂動機的共同缺點是體積較大，重量較重。

因此，為了適應新能源汽車的發(fā)展需求，開發(fā)一種電動汽車用三相交流伺服輪轂電機，實現(xiàn)節(jié)能、高效、成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、控制簡易的電動汽車驅(qū)動效果，同時該輪轂電機具有結(jié)構(gòu)強度大，剛性好的特點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種電動汽車用三相交流伺服輪轂電機，具有制造工藝簡單、制造成本低，控制簡易、輸出扭矩大、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點，為現(xiàn)代電機直驅(qū)型電動汽車提供一種選擇。

本實用新型所采用的技術(shù)方案是：

一種電動汽車用三相交流伺服輪轂電機，其特征包括定子2、轉(zhuǎn)子1、軸3、蓋板4；所述定子包含單側(cè)定子2-5、定子凸極2-2、連接孔2-1、螺栓孔2-3、定子鍵槽2-4；所述定子分為左單側(cè)定子和右單側(cè)定子，定子整體結(jié)構(gòu)為圓盤狀結(jié)構(gòu)，單側(cè)定子2-5的凸極設計成U型槽結(jié)構(gòu)，并沿單側(cè)定子2-5圓盤的圓周方向均勻分布在單側(cè)定子2-5一側(cè)，單側(cè)定子2-5的另一側(cè)設計有隔磁槽，單側(cè)定子2-5的相鄰U型槽之間有扇形槽區(qū)，扇形槽區(qū)用于布置電樞繞組6，單側(cè)定子2-5的中心有軸孔，軸孔有定子鍵槽2-4，沿單側(cè)定子2-5外徑邊緣有連接孔2-1，單側(cè)定子2-5內(nèi)徑邊緣有螺栓孔2-3；永磁體9鑲嵌于U型槽內(nèi)，相鄰U型槽內(nèi)鑲嵌的永磁體9極性相反，電樞繞組6圍繞在定子凸極2-2上；左單側(cè)定子和右單側(cè)定子通過螺栓接在一起，螺栓穿過單側(cè)定子2-5上的連接孔2-1；右側(cè)蓋板4通過緊固螺栓8壓緊右單側(cè)定子凸極2-2中的永磁體9和電樞繞組6；左側(cè)蓋板4通過緊固螺栓8壓緊左單側(cè)定子凸極2-2中的永磁體9和電樞繞組6；左單側(cè)定子和右單側(cè)定子通過鍵和軸3連接，軸3的鍵槽3-2兩側(cè)有擋圈槽3-1，擋圈5安裝在軸3上的擋圈槽3-1中防止鍵沿軸向移動。

所述轉(zhuǎn)子1包括轉(zhuǎn)子凸極1-1、軸承座孔1-3、螺紋孔1-2，轉(zhuǎn)子成圓盤狀結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子凸極1-1為矩形結(jié)構(gòu)，且沿圓周方向均勻分布；轉(zhuǎn)子凸極1-1的數(shù)量少于定子凸極2-2的數(shù)量，轉(zhuǎn)子1外圓沿徑向有螺紋孔1-2，轉(zhuǎn)子1通過螺栓和輪轂連接，轉(zhuǎn)子1和軸3通過軸承7支承連接。

所述軸3包括軸肩3-3、擋圈槽3-1、鍵槽3-2，軸肩3-3用于安裝定子2，擋圈槽3-1用于安裝擋圈5，鍵槽3-2中安裝的鍵固定定子2。

所述蓋板4包括凸齒4-1、螺栓孔2-3，蓋板4為非導磁材料，凸齒4-1壓緊鑲嵌在定子凸極2-2中的永磁體9，通過穿過螺栓孔2-3的緊固螺栓8將蓋板4和左單側(cè)定子及右單側(cè)定子連接。

本實用新型的有益效果是：輪轂電機的定子、轉(zhuǎn)子均采用雙凸極結(jié)構(gòu)，永磁體和電樞繞組均布置于定子上，轉(zhuǎn)子通過螺栓直接和輪轂電機連接，永磁體的磁化方向是沿定、轉(zhuǎn)子的圓周方向，永磁體和電樞繞組形成的磁通并行分布互不干擾，該輪轂電機的容錯性好，具有結(jié)構(gòu)緊湊、輸出轉(zhuǎn)矩大、控制簡易、魯棒性好、制造工藝簡單、成本低廉、方便安裝的優(yōu)點。

附圖說明

圖1是電動汽車用三相交流伺服輪轂電機的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是電動汽車用三相交流伺服輪轂電機半剖視圖；

圖3是電動汽車用三相交流伺服輪轂電機軸的結(jié)構(gòu)圖；

圖4是電動汽車用三相交流伺服輪轂電機擋圈的結(jié)構(gòu)圖；

圖5是電動汽車用三相交流伺服輪轂電機單側(cè)定子的結(jié)構(gòu)圖；

圖6是電動汽車用三相交流伺服輪轂電機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)圖；

圖7是電動汽車用三相交流伺服輪轂電機蓋板的結(jié)構(gòu)圖；

圖8是電動汽車用三相交流伺服輪轂電機工作位置1；

圖9是電動汽車用三相交流伺服輪轂電機工作位置2。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式進行詳細說明:

如圖1和圖2，一種電動汽車用三相交流伺服輪轂電機，包括轉(zhuǎn)子1、轉(zhuǎn)子凸極1-1、螺紋孔1-2、軸承座1-3、定子2、連接孔2-1、定子凸極2-2、螺栓孔2-3、定子鍵槽2-4、單側(cè)定子2-5、軸3、擋圈槽3-1、鍵槽3-2、軸肩3-3、蓋板4、凸齒4-1、擋圈5、電樞繞組6、軸承7、緊固螺栓8、永磁體9；定子2通過鍵固定于軸肩3-3，擋圈5通過卡簧鉗安裝于軸肩3-3上的擋圈槽3-1，用于限制鍵沿軸3軸向移動，沿軸向布置于定子2兩側(cè)的轉(zhuǎn)子1通過軸承7支撐于軸3兩端，軸承內(nèi)圈端面于軸肩3-3端面接觸，轉(zhuǎn)子1通過螺栓固定連接在車輪輪轂內(nèi)。

如圖3，軸3包括擋圈槽3-1、鍵槽3-2、軸肩3-3，通過鍵將定子2固定于軸肩3-3，通過卡簧鉗將擋圈5安裝于軸肩3-3上擋圈槽3-1中。

如圖5，定子2包括連接孔2-1、定子凸極2-2、螺栓孔2-3、定子鍵槽2-4、單側(cè)定子2-5，單側(cè)定子2-5的結(jié)構(gòu)為圓盤狀結(jié)構(gòu)，單側(cè)定子凸極2-2設計成U型槽結(jié)構(gòu)，并沿單側(cè)定子2-5圓周方向均勻分布于單側(cè)定子2-5一側(cè)，單側(cè)定子2-5另一側(cè)設計有隔磁槽，相鄰定子U型槽之間有扇形槽區(qū)，扇形槽區(qū)用于方便布置電樞繞組6，單側(cè)定子2-5中心有軸孔，軸孔加工有定子鍵槽2-4，沿單側(cè)定子2-5外徑邊緣加工有連接孔2-1，沿單側(cè)定子2-5內(nèi)徑邊緣加工有螺栓孔2-3；永磁體9鑲嵌于定子凸極2-2的U型槽中，相鄰定子凸極2-2中鑲嵌的永磁體9極性相反，電樞繞組6纏繞于定子凸極2-2，單側(cè)定子2-5沿軸向分為左單側(cè)定子和右單側(cè)定子，并通過穿過連接孔2-1的螺栓將左單側(cè)定子和右單側(cè)定子固定連接在一起組成定子2，由單側(cè)定子2-5組合形成的定子2中形成較大隔磁空間，保證兩側(cè)單側(cè)定子2-5中永磁體9和電樞繞組6所形成的磁通互不干擾，定子2通過鍵安裝于軸肩3-3，蓋板4通過穿過螺栓孔2-3的緊固螺栓8分別壓緊鑲嵌在左單側(cè)定子和右單側(cè)定子中的永磁體9和電樞繞組6。

如圖6，轉(zhuǎn)子1包含轉(zhuǎn)子凸極1-1、螺紋孔1-2、軸承座孔1-3，轉(zhuǎn)子1成圓盤狀結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子凸極1-1沿轉(zhuǎn)子圓周方向均勻布置，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)少于定子凸極數(shù)，沿轉(zhuǎn)子1外徑端面徑向設計有螺紋孔1-2，轉(zhuǎn)子1分別對稱布置于定子2軸向兩側(cè)，轉(zhuǎn)子凸極1-1和定子凸極2-2之間保持0.5-1mm間隙，軸承安裝于轉(zhuǎn)子軸承座孔1-3，轉(zhuǎn)子1和軸3通過軸承密封連接，通過螺栓將轉(zhuǎn)子1安裝于車輪輪轂內(nèi)部。

如圖7，蓋板4包含凸齒4-1、螺栓孔2-3，蓋板4為非導磁材料制作，蓋板4中的凸齒4-1通過穿過螺栓孔2-3的緊固螺栓8壓緊在右單側(cè)定子和左單側(cè)定子中鑲嵌的永磁體9 上。

本實用新型電動汽車用三相交流伺服輪轂電機的工作過程是：

電動汽車用三相交流伺服輪轂電機按照磁通軸向切換的原理進行工作，工作過程中利用磁通切換形成旋轉(zhuǎn)力矩，磁通的切換過程通過電機的定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯的展開模型來表述。電樞繞組6的匝鏈磁鏈方向為：當電機轉(zhuǎn)子運動到如圖8所示位置I時，從電樞繞組6經(jīng)過定子凸極2-2到轉(zhuǎn)子凸極1-1；當電機轉(zhuǎn)子運動到如圖9所示的位置II時，從轉(zhuǎn)子凸極1-1經(jīng)過定子凸極2-2進入電樞繞組6。在電機轉(zhuǎn)子1從位置I到位置II的運動過程中，電樞繞組6的匝鏈磁通方向相反、大小相等。

電動汽車用三相交流伺服輪轂電機每相繞組的永磁磁鏈均為雙極性，根據(jù)電磁感應原理，當電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時電樞繞組6中所匝的永磁磁鏈按照理想的正弦變化，而電樞繞組6中的反電動勢也是理想的正弦波。當電機轉(zhuǎn)子凸極1-1與兩相鄰的電機定子凸極2-2其中一齒對齊時，電機定子2中電樞繞組6的匝鏈磁通方向相反且達到最大。電動汽車用三相交流伺服輪轂電機每相電樞繞組6的磁場和永磁體9的磁場是并聯(lián)關(guān)系，使得每相電樞繞組6的磁通沒有穿過永磁體9，永磁體9工作點的影響較小，不會造成永磁體9的不可逆退磁。因此，電動汽車用三相交流伺服輪轂電機適合做無刷交流電機進行弱磁控制，電機的調(diào)速或伺服控制可以通過磁場的定向矢量變換實現(xiàn)。

在不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員對本實用新型的各種改進和變形，擴展后的輪轂電機也是本實用新型的保護內(nèi)容。