转子永磁型磁通切换轮毂电机制造技术

本发明专利技术公开了一种转子永磁型磁通切换轮毂电机，包括轮辋、定子铁芯、绕置于所述定子铁芯上的电枢绕组，以及复数个转子单元；所述转子单元固定在所述轮辋中，所述转子单元包括永磁体和设置在所述永磁体两侧的转子铁芯；所述永磁体的充磁方向为切向充磁且各永磁体的充磁方向相同。本发明专利技术的电机具有功率大、抗饱和与过载能力强、磁阻转矩大、弱磁性能好、调速范围宽、制造集成度高，以及适合模块化制造工艺等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电机制造
，尤其是一种基于磁通切换原理的转子永磁型电机。
技术介绍
随着全球化能源危机的日益加深，节能高效的电动交通工具越来越受到政府和社会的重视。当前，以电动汽车为代表的电动交通工具的驱动方式主要分为两大类：一种是分布式轮毂电机直接驱动，主要应用于电动自行车、电动踏板车，四轮独立驱动型电动汽车等领域；另一种是集中式电机配合变速箱间接驱动，主要见于功率集中型电动汽车，以及混合动力汽车领域。另一方面，随着国民经济的快速增长，居民汽车保有量逐年增加，城市交通拥堵以及停车难的问题正日益严重。毫无疑问，具有高度行驶灵活性的电动自行车和电动踏板车，以及具有丰富操作自由度的四轮独立驱动型电动汽车，在此大环境下极具市场竞争力。作为该类电动交通工具的动力来源，轮毂电机自然吸引了工业界和学术界的广泛重视。当前，已经有多种轮毂电机设计方案，包括表贴式永磁无刷电机、交替极型表贴式永磁无刷电机、开关磁阻电机、磁齿轮电机、定子永磁型磁通切换电机等。由于开关磁阻电机的转矩脉动太大，磁齿轮电机结构太复杂，定子永磁型磁通切换电机过载能力不足，所以，表贴式永磁电机是应用最广泛的轮毂电机。然而，表贴式永磁电机的电枢磁场直接穿过永磁体，电机面临很高的不可逆退磁风险；而且表贴式电机的绕组电感较小，电机的弱磁能力不足，交直轴电感非常接近，弱磁运行条件下，电机产生的磁阻转矩较小，弱磁带载能力差，这直接限制了表贴式电机的调速范围。例如有的方案以开关磁阻电机作为驱动电机，电枢绕组缠绕在内定子铁心上，外转子为简单的凸极结构，没有永磁体和绕组，且外转子与轮辋需要通过焊接或其他机械方式联接，并未实现转子与轮辋的一体化设计与加工。该方案的转矩脉动高达17％，并未有效解决开关磁阻电机转矩脉动大的问题。又如有的方案通过多段磁钢环、导磁环和磁感应元件的配合提升了电机的位置信号检测能力，然而该方案中的驱动电机为传统的表贴式永磁无刷电机，外转子由导磁环和永磁体组成，永磁体贴于导磁环表面，需要通过固定胶或固定环的方式确保电机运行时永磁体无法脱落。此外，该方案中外转子与轮辋需要通过焊接或其他机械方式联接，并未实现转子与轮辋的一体化设计与加工。而且，该方案并未解决表贴式永磁电机存在的调速范围窄，弱磁能力差的问题。再如，有些方案的驱动电机输出轴与轮辋之间通过减速齿轮联接，并未实现扭矩的直接传递，减速齿轮的存在降低了能量传递效率，而且系统结构比较复杂。
技术实现思路
专利技术目的：提供一种转子永磁型磁通切换轮毂电机，以解决现有技术存在的技术问题，使电机具有功率大、抗饱和与过载能力强、磁阻转矩大、弱磁性能好、调速范围宽、制造集成度高、适合模块化制造工艺等优点。技术方案：一种转子永磁型磁通切换轮毂电机，包括轮辋、定子铁芯、绕置于所述定子铁芯上的电枢绕组，以及复数个转子单元；所述转子单元固定在所述轮辋中，所述转子单元包括永磁体和设置在所述永磁体两侧的转子铁芯；所述永磁体的充磁方向为切向充磁且各永磁体的充磁方向相同。在进一步的实施例中，所述轮辋内侧设置有若干凸台，相邻凸台之间形成转子单元容置部，所述转子单元位于该转子单元容置部内。所述凸台与转子铁芯相邻的一侧设置有定位凸起或定位凹槽，所述转子铁芯对应设置有定位凹槽或定位凸起。或者，所述凸台和转子单元的内圆面具有凹槽，一不导磁箍条容置于该凹槽内并压紧所述转子单元。在进一步的实施例中，所述转子铁芯与永磁体相接触的一侧设有至少一个定位靴；所述永磁体上具有与所述定位靴适配的沟槽。所述转子铁芯、永磁体和凸台的数量关系满足Nr＝2*Np＝2*Nt，其中，Nr为转子铁芯的数目，Np为磁体的数目，Nt为辋凸台的数目。所述转子铁芯和定子铁芯为导磁材料，所述轮辋为不导磁材料。所述电枢绕组以集中式绕组的方式缠绕于所述定子铁芯上。有益效果：实施本专利技术的技术方案，可获得以下有益效果：1、通过将转子单元直接嵌在轮辋上，电磁转矩通过轮辋内部的凸台由转子铁芯传递到轮辋，进而到轮胎，提高了电磁转矩传递的可靠性。2、在该实施例中，转子由一系列独立的转子单元构成，实现了转子的模块化加工，提高了制造效率。3、在该方案中，将永磁体放在转子上，释放了定子电枢绕组的空间，解决了定子永磁型磁通切换电机定子齿过饱和的问题，使得更多的电枢电流可以注入，提高了电机的抗饱和能力，增大了转矩输出能力。4、转子铁芯与永磁体的“三明治”设计方案，使得电机的交直轴磁阻差异明显，进而使得交直轴电感差异明显，保证了电机弱磁运行时可以输出较大的磁阻转矩，大大提高了电机的弱磁带载能力。5、由于电机的结构特性，当转子运行到直轴时，定子齿正对转子齿，导致该电机具有较大的直轴电感，使得电机的弱磁能力十分突出。6、由于出色的弱磁带载能力和弱磁能力，该电机具有较宽的调速范围，同时提高了在恒功率区的运行效率。7、由于电机保留了传统定子永磁型电机的聚磁特性，空载气隙磁通密度较大，电机具有较强的转矩输出能力，功率密度较高。8、电枢绕组是集中绕组，端部短，电阻较小，效率较高。9、通过调整永磁体的径向长度，可以实现气隙磁密的调节，使得电机设计的灵活性得到大幅提高，工况适应能力强。附图说明图1所示为转子永磁型磁通切换轮毂电机结构图。图2所示为轮辋与转子铁芯的配合图。图3为一种转子单元的结构图。图4为另一种转子单元的结构图。图5为不导磁箍条与转子单元及轮辋凸台的配合图。图6为定子绕组的示意图。图7为转子永磁型磁通切换轮毂电机的运行原理图。图8为转子永磁型磁通切换轮毂电机的三相反电势波形图。图9为转子永磁型磁通切换轮毂电机的聚磁特性示意图。图10为转子永磁型磁通切换轮毂电机磁链与电感波形图。图11为现有的转子表贴式永磁轮毂电机电感与磁链波形图。图12为转子永磁型磁通切换轮毂电机和现有的转子表贴式永磁轮毂电机的“转矩-相角”曲线。图13为转子永磁型磁通切换轮毂电机定子轴示意图。具体实施方式如图1所示，在本专利技术所述转子永磁型磁通切换轮毂电机中，以转子永磁型磁通切换电机作为驱动电机，电机定子、转子的排布方式为外转子-内定子形式，即内侧为定子，外周为转子。在当前已见各类轮毂电机方案中，电机转子与轮辋的联接方式为以下两种：外转子与轮辋以焊接的方式直接联接；内转子通过齿轮变速箱与轮辋间接联接。本专利技术的转子永磁型磁通切换轮毂电机抛弃了上述两类方式。如图2所示的实施例中，转子单元直接嵌在轮辋1上，具体加工方法为：在转子铁芯2与轮辋的凸台6上开设相互匹配的燕尾槽2a，以燕尾槽配合的方式将转子铁芯固定于轮辋1上。与现有焊接联接方式相比，本专利技术所述联接方式不会产生以气孔、夹渣等形式存在的不可靠联接，在高速大扭矩输出工况下，扭矩传输可靠性更高；与现有齿轮变速箱间接联接相比，本专利技术所述联接方式避免了因齿轮摩擦等因素造成的能量损失，能量传输效率更高。如图3所示，本专利技术所述转子铁芯由硅钢片叠压而成，转子铁芯中间设有第一定位靴2b用于固定永磁体3，永磁体夹在两块转子铁芯之间。转子铁芯与永磁体的配合形式也可以为图4所示的形式，即转子铁芯的两侧设置第二定位靴2c，永磁体夹在转子铁芯中间。每个转子单元实现了模块化加工，提高了制造效率。电机定子由定子铁芯4和电枢绕组5组成；电机转子为无轭部结构，由数块转子单元构成，每块转子单元由两块转子铁芯和一块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转子永磁型磁通切换轮毂电机，包括轮辋、定子铁芯、绕置于所述定子铁芯上的电枢绕组，以及复数个转子单元，其特征在于，所述转子单元固定在所述轮辋中，所述转子单元包括永磁体和设置在所述永磁体两侧的转子铁芯；所述永磁体的充磁方向为切向充磁且各永磁体的充磁方向相同。

【技术特征摘要】
1.一种转子永磁型磁通切换轮毂电机，包括轮辋、定子铁芯、绕置于所述定子铁芯上的电枢绕组，以及复数个转子单元，其特征在于，所述转子单元固定在所述轮辋中，所述转子单元包括永磁体和设置在所述永磁体两侧的转子铁芯；所述永磁体的充磁方向为切向充磁且各永磁体的充磁方向相同。2.如权利要求1所述的转子永磁型磁通切换轮毂电机，其特征在于，所述轮辋内侧设置有若干凸台，相邻凸台之间形成转子单元容置部，所述转子单元位于该转子单元容置部内。3.如权利要求2所述的转子永磁型磁通切换轮毂电机，其特征在于，所述凸台与转子铁芯相邻的一侧设置有定位凸起或定位凹槽，所述转子铁芯对应设置有定位凹槽或定位凸起。4.如权利要求2所述的转子永磁型磁通切换轮毂电机，其特征在于，所述凸台和转子单元的...

【专利技术属性】
技术研发人员：花为，章恒亮，程明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32