專利名稱：永磁無刷輪轂電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)電領(lǐng)域中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，尤指一種應(yīng)用于電機(jī)電動車輛新型結(jié)構(gòu)的車輪直接驅(qū)動的永磁無刷輪轂電機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，環(huán)境保護(hù)問題已經(jīng)引起高度重視，以環(huán)保為主題來發(fā)展其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)已成為世界趨勢。由于城市車輛廢氣排放問題日益突出，城市交通中的電動助力車、電動自行車、電動摩托車、小型電動車、電動轎車、電動大巴車已被城市列入首選交通工具。燃料電池的普遍應(yīng)用是必然的，而作為燃料電池用的電機(jī)電動車輛用電機(jī)，關(guān)鍵部件高效稀土永磁同步電機(jī)更需要同時(shí)開發(fā)生產(chǎn)，才能確?？萍歼M(jìn)步和稀土永磁電機(jī)的開發(fā)產(chǎn)業(yè)化。
永磁電動機(jī)最大優(yōu)點(diǎn)是無需勵(lì)磁電流建立氣隙磁場，永磁體的儲能就可以在電動機(jī)的工作氣隙建立起氣隙磁場。不僅使電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單化，也減少了電機(jī)的勵(lì)磁損耗，從而在小功率電機(jī)中，永磁電動機(jī)產(chǎn)品得到不斷的開發(fā)和極其廣泛的應(yīng)用。
稀土永磁電機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展非常迅速，它和電力電子技術(shù)、控制技術(shù)緊密結(jié)合的、可調(diào)速的稀土永磁同步電動機(jī)及無刷直流電動機(jī)是最有代表性、最典型的高新技術(shù)產(chǎn)品。
車用驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)是，電機(jī)由蓄電池供電，有限的能量能夠行駛最長的里程，這是與驅(qū)動電機(jī)性能緊密相關(guān)的。因此電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩、電機(jī)的過載能力、電機(jī)的運(yùn)行效率、電機(jī)的重量和體積是對車用電機(jī)綜合評價(jià)的主要指標(biāo)，也將影響到對電動車的技術(shù)性能及其技術(shù)指標(biāo)。
現(xiàn)有電機(jī)存在著如下缺點(diǎn)在同等重量、同等輪速情況下功率小、效率低、起動轉(zhuǎn)矩小、電流大、特性軟及能耗高等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述不足之處，本實(shí)用新型的主要目的旨在提供一種采用了新型電磁結(jié)構(gòu)的電機(jī)，用于車輪100-500轉(zhuǎn)/分范圍的低速直接驅(qū)動，效率達(dá)86％以上；較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的電機(jī)具有體積小、效率高、過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
本實(shí)用新型的另一主要目的是車輪直接驅(qū)動，省去了減速機(jī)構(gòu)，提高了整體效率，把車用高效多極無刷直流電動機(jī)設(shè)計(jì)成輪轂型外轉(zhuǎn)子電機(jī)，以便和車輪裝配成一整體。
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是要解決電機(jī)的磁極和槽的配合數(shù)問題；要保證技術(shù)性能采取的技術(shù)措施；要降低對工藝精度的要求；要解決永磁電機(jī)中普遍存在的定位轉(zhuǎn)矩較大問題；解決電機(jī)繞組電流的電樞反應(yīng)要大大減弱，也就是電機(jī)的直軸電抗、交軸電抗參數(shù)要有所減少。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該裝置由電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、軸和軸承等部件組成，電機(jī)為輪轂型外轉(zhuǎn)子及三相繞組結(jié)構(gòu)，中間依次順序安裝有定子沖片、繞組、磁鋼和輪轂，外側(cè)有半沉頭螺釘固定，軸用擋圈與軸承連接，軸通過O型密封圈與側(cè)蓋連接固定。
所述的永磁無刷輪轂電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子磁路由永磁體和轉(zhuǎn)子磁軛組成，在外轉(zhuǎn)子上布置為16塊瓦形永磁體，形成16個(gè)N、S交替排列的磁極，其布置為面向氣隙的結(jié)構(gòu)。
所述的永磁無刷輪轂電機(jī)的永磁體安裝在轉(zhuǎn)子磁軛圓筒內(nèi)表面的槽內(nèi)，其極弧系數(shù)為1，徑向厚度為3mm，材料為釹鐵硼磁極。
所述的永磁無刷輪轂電機(jī)的電機(jī)定子磁路由沖片疊壓而成，用鉚釘固定，定子沖片有18個(gè)均勻分布的槽，放置定子繞組；另有6個(gè)均勻分布的、固定的鉚釘孔，疊好的定子套裝在鋁合金支撐架上。
所述的永磁無刷輪轂電機(jī)的疊好的定子由兩段槽口寬度不同的沖片疊成，其槽口寬度大的一段沖片長度為6mm，安排靠近鐵芯端部，寬槽口部位放置霍爾位置傳感器元件。
所述的永磁無刷輪轂電機(jī)的繞組由若干個(gè)相位差為|nπ±θ|的線圈串聯(lián)起來構(gòu)成分布繞組，每相繞組，在空間上互相相差2nπ±2π/3，繞組線圈的節(jié)距為短距。
所述的永磁無刷輪轂電機(jī)的外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，或?yàn)閮?nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
車用高效多極無刷直流電動機(jī)的電磁機(jī)構(gòu)與普通永磁直流無刷電機(jī)不同。
車用高效多極無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下車用高效多極無刷直流電動機(jī)外轉(zhuǎn)子上布置了16塊磁體均布的結(jié)構(gòu)，永磁體材料為釹鐵硼(NdFeB)，形成16個(gè)N、S交替排列的磁極。故電機(jī)的極對數(shù)為8(P＝8)，而內(nèi)定子有18槽，定子的齒槽用于安放繞組的。電機(jī)的q(每極每相槽數(shù))如式(1)所示。
q=Z2mP----(1)]]>
式(1)中m為電機(jī)相數(shù)，Z為電機(jī)定子槽數(shù)，P為電機(jī)的極對數(shù)。將電機(jī)現(xiàn)在的參數(shù)代入后，明顯得到的q值小于1，一般傳統(tǒng)永磁無刷直流q≥1。這是最大的不同之處。
q=Z2mP=182×3×8=38]]>電機(jī)定子槽數(shù)明顯少于一般傳統(tǒng)電機(jī)。
電機(jī)定子有18槽，轉(zhuǎn)子16塊永磁體形成16個(gè)磁極，是電機(jī)的最大特征；這種“多極少槽”的永磁直流無刷電機(jī)結(jié)構(gòu)，或可稱為新型“多極”永磁直流無刷電機(jī)。
該新型電機(jī)“多極少槽”概念，其包含兩重意思其一，車用高效多極無刷直流電動機(jī)為低速運(yùn)行，極對數(shù)一般多于傳統(tǒng)電機(jī)，該電機(jī)的極對數(shù)P一般大于或等于8；其二，而新型電機(jī)定子槽數(shù)Z的數(shù)值，比傳統(tǒng)電機(jī)(兩者極對數(shù)P相同)所對應(yīng)的槽的槽數(shù)要少。
新型電機(jī)電機(jī)極數(shù)、槽數(shù)的確定原則，完全不同于傳統(tǒng)交流電機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)則。其原則是首先按驅(qū)動系統(tǒng)要求的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的運(yùn)行頻率，來確定極對數(shù)；然后再考慮繞組的對稱性和降低單邊磁拉力情況下，按Z＝2mk(式中K取自然數(shù)，m為電機(jī)的相數(shù))選取電機(jī)定子槽數(shù)。
又因?yàn)槔@組線圈的節(jié)距和槽距角有直接關(guān)系，K的數(shù)值必須滿足式(2)關(guān)系(2π-θ)≥2PπZ≥θ]]>或(2π-θ)≥2Pπ2mK≥θ]]>(式中K取自然數(shù))(2)
式(2)中，(2π-θ)、θ實(shí)際上就是定子的槽距角。槽距角過小，會影響繞組系數(shù)。定子的槽距角可以取數(shù)值，如8π/9、10π/9等等。按上式來確定新型電機(jī)定子槽數(shù)Z，必然會有每極每相槽數(shù)q＜1為真分?jǐn)?shù)。這里q的數(shù)值，僅僅是一個(gè)計(jì)算值，是這類新型結(jié)構(gòu)電機(jī)的一個(gè)表征；按所確定的磁極數(shù)和定子槽數(shù)，定子的槽距角為為160°。
車用高效多極無刷直流電動機(jī)這種結(jié)構(gòu)，分析定子槽距角構(gòu)成的空間相量(用電角度表示)，也是電機(jī)繞組元件每個(gè)邊的電勢相量圖。從電機(jī)繞組每個(gè)元件邊“電勢相量”所組成的電勢星形圖來分析，在2nπ電角度范圍是對稱的。通過將各元件邊的合理聯(lián)接，來構(gòu)成電機(jī)三相繞組；并保證三相電機(jī)的繞組在空間分布上和結(jié)構(gòu)上是對稱的。
1.車用高效多極無刷直流電動機(jī)繞組結(jié)構(gòu)其特點(diǎn)為每相繞組，在空間上互相相差2nπ±2π/3(用電角度表示)；結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)使繞組線圈的節(jié)距必須為短距(或長距)；每相繞組的構(gòu)成是由若干個(gè)相位差為|nπ±θ|(電角度表示，θ為用電角度表示的槽距角)的線圈串聯(lián)起來。在某種意義上可近似認(rèn)為是分布繞組(原分布繞組這個(gè)概念是在一對極的范圍內(nèi)討論的)。
2.車用高效多極無刷直流電動機(jī)磁路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)車用高效多極無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)車用高效多極無刷直流電動機(jī)，新型永磁三相交流電機(jī)采用高磁能積的釹鐵硼永磁體為磁極；轉(zhuǎn)子磁路由永磁體和轉(zhuǎn)子磁軛組成。
A.磁極的永磁體為瓦形，布置為面向氣隙的結(jié)構(gòu)，極弧系數(shù)為1；
B.磁極的永磁體的極弧系數(shù)α接近于1；永磁體的徑向厚度為3mm；C.磁極的永磁體安放在作為轉(zhuǎn)子磁軛的圓筒的內(nèi)表面的淺槽內(nèi)，磁體的軸向定位依靠兩端的臺階，磁體和磁軛固定方式用膠粘接。
車用高效多極無刷直流電動機(jī)定子磁路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為定子磁路由沖片疊壓而成，用鉚釘固定；定子沖片外徑135mm，沖片有18個(gè)均勻分布的槽用來放置定子繞組；另有6個(gè)均勻分布的，用來固定的鉚釘孔。
電機(jī)定子槽的槽口尺寸設(shè)計(jì)，可適當(dāng)調(diào)整，以減少槽漏抗及諧波轉(zhuǎn)矩；疊好的定子套裝在鋁合金支撐架上；疊好的定子有兩段槽口寬度不同的沖片槽型，其槽口寬度較大的一段沖片長度約6mm，安排靠近鐵芯端部。寬槽口這一段鐵芯的槽口部位將放置霍爾位置傳感器元件，電機(jī)位置傳感器的特征是和電機(jī)融為一體，可以非常準(zhǔn)確的測定磁極的位置，確保功率器件的通電時(shí)間；電機(jī)合理地采用較大的工作氣隙。
新型永磁直流無刷電機(jī)的電樞反應(yīng)電機(jī)的電樞反應(yīng)是電機(jī)中客觀存在的必然現(xiàn)象。對交流永磁同步電機(jī)來說，常用直軸電抗和交軸電抗參數(shù)來描述。
新型永磁電機(jī)合理地采用較大的工作氣隙，永磁體布置又為面向氣隙的結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得電機(jī)繞組電流的電樞反應(yīng)大大減弱。
對于原傳統(tǒng)永磁交流電機(jī)來說，繞組電流的電樞反應(yīng)是考慮在一對極下三相繞組電流的合成磁勢對氣隙磁場的影響；而現(xiàn)在新型結(jié)構(gòu)電機(jī)一對極下只有一相繞組的線圈，電樞反應(yīng)僅由一對極下的一相繞組線圈電流產(chǎn)生，二者有本質(zhì)區(qū)別。也就是電機(jī)的直軸電抗、交軸電抗參數(shù)有所減少。在永磁體磁極徑向厚度不變的情況下，電樞反應(yīng)影響減少，電機(jī)的過載能力大大增加。
電樞反應(yīng)的大小，不僅會影響電機(jī)工作特性，也會影響磁極的永磁體的工作點(diǎn)和電機(jī)永磁體總用量的多少；而永磁體的用量又是和電機(jī)的成本是直接相關(guān)的，永磁體的成本在電機(jī)成本占有較大的比例。
本實(shí)用新型的有益效果是該裝置是車輪直接驅(qū)動，省去了減速機(jī)構(gòu)，提高了整體效率，并設(shè)計(jì)成輪轂型外轉(zhuǎn)子電機(jī)，以便和車輪裝配成一整體；本設(shè)計(jì)中由于電機(jī)工作氣隙的增大，解決了永磁電機(jī)中普遍存在的定位轉(zhuǎn)矩較大問題；電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩大、起動速度快、輸出功率大、特性硬，特別是能耗低，效率高達(dá)90％，解決了無刷電機(jī)普遍存在的轉(zhuǎn)矩脈動大的難題；具有電機(jī)電感參數(shù)小及電機(jī)電樞反應(yīng)較弱特點(diǎn)，使電機(jī)有較大的過載能力；同樣體積，出力大，效率高；磁體的用量可減少，電機(jī)成本會相應(yīng)降低；與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁電機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠；體積小，重量輕；損耗小，效率高的特點(diǎn)和優(yōu)勢，因?yàn)楦咝Ъ绑w積小，新型永磁電機(jī)是理想的用電池供電車用驅(qū)動電機(jī)。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
附

圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本實(shí)用新型電機(jī)外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的主視圖；附圖3為本實(shí)用新型電機(jī)外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的俯視圖；附圖4為本實(shí)用新型電機(jī)內(nèi)定子沖片的主視圖；
附圖5為本實(shí)用新型電機(jī)內(nèi)定子沖片的槽型結(jié)構(gòu)示意圖；附圖6為本實(shí)用新型16極、18槽電機(jī)槽距角構(gòu)成的空間向量圖；附圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例的電機(jī)系統(tǒng)效率示意圖；附圖中標(biāo)號說明1-軸；8-繞組；2-側(cè)蓋； 9-軸用擋圈；3-O型密封圈； 10-軸承；4-半沉頭螺釘；11-轉(zhuǎn)子磁軛；5-輪轂； 12-釹鐵硼磁極；6-磁鋼； 13-16塊磁體均布；7-定子沖片； 14-槽型；具體實(shí)施方式
請參閱附圖1所示，本實(shí)用新型由電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、軸1和軸承10等部件組成，電機(jī)為輪轂型外轉(zhuǎn)子及三相繞組結(jié)構(gòu)，中間依次順序安裝有定子沖片7、繞組8、磁鋼6和輪轂5等部件，外側(cè)有半沉頭螺釘4固定，軸用擋圈9與軸承10連接，軸1通過O型密封圈3與側(cè)蓋2連接固定。
請參閱附圖2、3所示，所述的永磁無刷輪轂電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子磁路由永磁體和轉(zhuǎn)子磁軛組成，在外轉(zhuǎn)子上布置為16塊瓦形永磁體，形成16個(gè)N、S交替排列的磁極，其布置為面向氣隙的結(jié)構(gòu)。
請參閱附圖6所示，本實(shí)用新型的16極、18槽電機(jī)槽距角構(gòu)成的空間向量，車用高效多極無刷直流電動機(jī)外轉(zhuǎn)子上布置了16塊磁體均布13的結(jié)構(gòu)，永磁體材料為釹鐵硼(NdFeB)，形成16個(gè)N、S交替排列的磁極。故電機(jī)的極對數(shù)為8(P＝8)，而內(nèi)定子有18槽，定子的齒槽用于安放繞組的。
所述的永磁無刷輪轂電機(jī)的永磁體安裝在轉(zhuǎn)子磁軛11圓筒內(nèi)表面的槽內(nèi)，其極弧系數(shù)為1，徑向厚度為3mm，材料為釹鐵硼磁極12。
請參閱附圖4、5所示，所述的永磁無刷輪轂電機(jī)的電機(jī)定子磁路由沖片疊壓而成，用鉚釘固定，定子沖片有18個(gè)均勻分布的槽，放置定子繞組；另有6個(gè)均勻分布的、固定的鉚釘孔，疊好的定子套裝在鋁合金支撐架上。
所述的永磁無刷輪轂電機(jī)的疊好的定子由兩段槽口寬度不同的沖片疊成，其槽口寬度大的一段沖片長度為6mm，安排靠近鐵芯端部，寬槽口部位放置霍爾位置傳感器元件。
所述的永磁無刷輪轂電機(jī)的繞組由若干個(gè)相位差為|nπ±θ|的線圈串聯(lián)起來構(gòu)成分布繞組，每相繞組，在空間上互相相差2nπ±2π/3，繞組線圈的節(jié)距為短距。
所述的永磁無刷輪轂電機(jī)的外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，或?yàn)閮?nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型為車輪直接驅(qū)動，省去了減速機(jī)構(gòu)，提高了整體效率。把車用高效多極無刷直流電動機(jī)設(shè)計(jì)成輪轂型外轉(zhuǎn)子電機(jī)，以便和車輪裝配成一整體。
請參閱附圖7所示，本實(shí)用新型中的車用高效多極無刷直流電動機(jī)由于采用了與傳統(tǒng)電機(jī)不同的新型電磁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此提高了運(yùn)行效率和電機(jī)的過載能力。電機(jī)的額定工作點(diǎn)245W時(shí)，效率可達(dá)到86％以上，如圖7所示，從100W到250W電機(jī)的運(yùn)行效率都高于86％。
車用高效多極無刷直流電動機(jī)的電磁機(jī)構(gòu)與普通永磁直流無刷電機(jī)不同。
新型電機(jī)電機(jī)極數(shù)、槽數(shù)的確定原則，完全不同于傳統(tǒng)交流電機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)則。
首先按驅(qū)動系統(tǒng)要求的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的運(yùn)行頻率，來確定極對數(shù)；然后再考慮繞組的對稱性和降低單邊磁拉力情況下，按Z＝2mk(式中K取自然數(shù)，m為電機(jī)的相數(shù))選取電機(jī)定子槽數(shù)。
車用高效多極無刷直流電動機(jī)這種結(jié)構(gòu)，分析定子槽距角構(gòu)成的空間相量(用電角度表示)，也是電機(jī)繞組元件每個(gè)邊的電勢相量圖。從電機(jī)繞組每個(gè)元件邊“電勢相量”所組成的電勢星形圖來分析，在2nπ電角度范圍是對稱的。通過將各元件邊的合理聯(lián)接，來構(gòu)成電機(jī)三相繞組；并保證三相電機(jī)的繞組在空間分布上和結(jié)構(gòu)上是對稱的。
1.車用高效多極無刷直流電動機(jī)繞組結(jié)構(gòu)其特點(diǎn)為每相繞組，在空間上互相相差2nπ±2π/3(用電角度表示)；結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)使繞組線圈的節(jié)距必須為短距(或長距)；每相繞組的構(gòu)成是由若干個(gè)相位差為|nπ±θ|(電角度表示，θ為用電角度表示的槽距角)的線圈串聯(lián)起來。在某種意義上可近似認(rèn)為是分布繞組(原分布繞組這個(gè)概念是在一對極的范圍內(nèi)討論的)。
2.車用高效多極無刷直流電動機(jī)磁路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)車用高效多極無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)車用高效多極無刷直流電動機(jī)，新型永磁三相交流電機(jī)采用高磁能積的釹鐵硼永磁體為磁極；轉(zhuǎn)子磁路由永磁體和轉(zhuǎn)子磁軛組成。
A.磁極的永磁體為瓦形，布置為面向氣隙的結(jié)構(gòu)，極弧系數(shù)為1；B.磁極的永磁體的極弧系數(shù)α接近于1；永磁體的徑向厚度為3mm；
C.磁極的永磁體安放在作為轉(zhuǎn)子磁軛的圓筒的內(nèi)表面的淺槽內(nèi)，磁體的軸向定位依靠兩端的臺階，磁體和磁軛固定方式用膠粘接。
車用高效多極無刷直流電動機(jī)定子磁路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為定子磁路由沖片疊壓而成，用鉚釘固定；定子沖片外徑135mm，沖片有18個(gè)均勻分布的槽用來放置定子繞組；另有6個(gè)均勻分布的，用來固定的鉚釘孔。
電機(jī)定子槽的槽口尺寸設(shè)計(jì)，可適當(dāng)調(diào)整，以減少槽漏抗及諧波轉(zhuǎn)矩；疊好的定子套裝在鋁合金支撐架上。
請參閱附圖5所示，疊好的定子有兩段槽口寬度不同的沖片槽型14，其槽口寬度較大的一段沖片長度約6mm，安排靠近鐵芯端部。寬槽口這一段鐵芯的槽口部位將放置霍爾位置傳感器元件，電機(jī)位置傳感器的特征是和電機(jī)融為一體，具有準(zhǔn)確、無須調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)，可以非常準(zhǔn)確的測定磁極的位置，確保功率器件的通電時(shí)間。
電機(jī)合理地采用較大的工作氣隙。
新型永磁直流無刷電機(jī)的電樞反應(yīng)電機(jī)的電樞反應(yīng)是電機(jī)中客觀存在的必然現(xiàn)象。對交流永磁同步電機(jī)來說，常用直軸電抗和交軸電抗參數(shù)來描述。
新型永磁電機(jī)合理地采用較大的工作氣隙，永磁體布置又為面向氣隙的結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得電機(jī)繞組電流的電樞反應(yīng)大大減弱。
對于原傳統(tǒng)永磁交流電機(jī)來說，繞組電流的電樞反應(yīng)是考慮在一對極下三相繞組電流的合成磁勢對氣隙磁場的影響；
而現(xiàn)在新型結(jié)構(gòu)電機(jī)一對極下只有一相繞組的線圈，電樞反應(yīng)僅由一對極下的一相繞組線圈電流產(chǎn)生，二者有本質(zhì)區(qū)別。也就是電機(jī)的直軸電抗、交軸電抗參數(shù)有所減少；在永磁體磁極徑向厚度不變的情況下，電樞反應(yīng)影響減少，電機(jī)的過載能力大大增加。
電樞反應(yīng)的大小，不僅會影響電機(jī)工作特性，也會影響磁極的永磁體的工作點(diǎn)和電機(jī)永磁體總用量的多少；而永磁體的用量又是和電機(jī)的成本是直接相關(guān)的，永磁體的成本在電機(jī)成本占有較大的比例。
設(shè)計(jì)新型電機(jī)時(shí)，釹鐵硼永磁體的磁極徑向厚度比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電機(jī)永磁體為磁極徑向厚度減少約25％；從電機(jī)成本的角度來說，永磁體的用量減少，電機(jī)成本就會得到相應(yīng)降低。
新型永磁三相交流電機(jī)的電、磁負(fù)荷在傳統(tǒng)交流電機(jī)設(shè)計(jì)中，不同容量的電機(jī)，其電、磁負(fù)荷都有一定的取值范圍。一般小功率電機(jī)的電負(fù)荷取值范圍為30A/cm到120A/cm；磁負(fù)荷可以取到5000-6500GS(還與電機(jī)工作頻率有關(guān))。電、磁負(fù)荷取得高，電機(jī)的體積小，會使效率降低；如果電、磁負(fù)荷取得過低，電機(jī)的體積大，效率將有所提高，但是有效材料利用率降低，往往不能滿足應(yīng)用的要求，尤其是要求電機(jī)體積小的場合。
新型永磁三相交流電機(jī)在保證體積、效率的前提下，電、磁負(fù)荷可以取得較高。如小功率電機(jī)的電負(fù)荷可以取到180A/cm；磁負(fù)荷可以取到6500GS。相比之下，電負(fù)荷提高大約50％。因此，新型永磁三相交流電機(jī)單位體積的容量提高了很多。
按現(xiàn)有的一些廠商提供的產(chǎn)品資料，容量100~250W左右的電機(jī)(包括車用驅(qū)動稀土永磁電機(jī))，大部分電機(jī)效率為0.75左右，甚至低于0.75。而采用新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新型車用稀土永磁電機(jī)其驅(qū)動效率可以達(dá)到0.86以上。
新型永磁三相交流電機(jī)技術(shù)性能優(yōu)勢為新型永磁三相交流電機(jī)的電勢新型永磁三相交流電機(jī)因以上繞組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，繞組的相電勢、線電勢近似為正弦波，且互差120°電角度。
新型永磁三相交流電機(jī)可用于正弦波變頻驅(qū)動。這對于高性能的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)是極其重要的。為了簡化控制系統(tǒng)，也可以采用和無刷直流電機(jī)一樣的方波驅(qū)動方式。
新型永磁三相交流電機(jī)技術(shù)優(yōu)勢電機(jī)繞組的端部長度也因繞組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)變短，其帶來優(yōu)勢有二A.電機(jī)繞組的端部長度變短，減少銅耗，電機(jī)效率提高；B.電機(jī)繞組的端部長度變短，電機(jī)的軸向結(jié)構(gòu)尺寸減少，電機(jī)長度變短，相應(yīng)電機(jī)體積減小；C.電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合對效率指標(biāo)的要求，電負(fù)荷允許取較高數(shù)值；體積可進(jìn)一步減?。籇.新型電機(jī)允許電流有較大的過載能力；新型永磁直流無刷電機(jī)綜合優(yōu)勢新型永磁直流無刷電機(jī)的磁路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是電機(jī)電感參數(shù)小及電機(jī)電樞反應(yīng)較弱特點(diǎn)，使電機(jī)有較大的過載能力；同時(shí)，電機(jī)也具有較大的起動轉(zhuǎn)矩能力。這對車用稀土永磁電機(jī)顯得格外有用和重要。
本實(shí)用新型在同樣體積情況下，出力大，效率高。
本實(shí)用新型的磁體的用量可減少，電機(jī)成本會相應(yīng)降低。
用于輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖見圖1所示。
以上充分體現(xiàn)了新型永磁電機(jī)技術(shù)的性能優(yōu)勢。因?yàn)楦咝Ъ绑w積小，本實(shí)用新型即新型永磁電機(jī)是理想的用電池供電車用驅(qū)動電機(jī)。
權(quán)利要求1.一種永磁無刷輪轂電機(jī)，該裝置有電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、軸和軸承，其特征在于電機(jī)為輪轂型外轉(zhuǎn)子及三相繞組結(jié)構(gòu)，中間依次順序安裝有定子沖片、繞組、磁鋼和輪轂，外側(cè)有半沉頭螺釘固定，軸用擋圈與軸承連接，軸通過O型密封圈與側(cè)蓋連接固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁無刷輪轂電機(jī)，其特征在于所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子磁路由永磁體和轉(zhuǎn)子磁軛組成，在外轉(zhuǎn)子上布置為16塊瓦形永磁體，形成16個(gè)N、S交替排列的磁極，其布置為面向氣隙的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁無刷輪轂電機(jī)，其特征在于所述的永磁體安裝在轉(zhuǎn)子磁軛圓筒內(nèi)表面的槽內(nèi)，其極弧系數(shù)為1，徑向厚度為3mm，材料為釹鐵硼磁極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁無刷輪轂電機(jī)，其特征在于所述的電機(jī)定子磁路由沖片疊壓而成，用鉚釘固定，定子沖片有18個(gè)均勻分布的槽，放置定子繞組；另有6個(gè)均勻分布的、固定的鉚釘孔，疊好的定子套裝在鋁合金支撐架上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的永磁無刷輪轂電機(jī)，其特征在于所述的疊好的定子由兩段槽口寬度不同的沖片疊成，其槽口寬度大的一段沖片長度為6mm，安排靠近鐵芯端部，寬槽口部位放置霍爾位置傳感器元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的永磁無刷輪轂電機(jī)，其特征在于所述的繞組由若干個(gè)相位差為|nπ±θ|的線圈串聯(lián)起來構(gòu)成分布繞組，每相繞組，在空間上互相相差2nπ±2π/3，繞組線圈的節(jié)距為短距。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁無刷輪轂電機(jī)，其特征在于所述電機(jī)的外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，或?yàn)閮?nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
專利摘要一種涉及機(jī)電領(lǐng)域中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，尤指一種應(yīng)用于電機(jī)電動車輛新型結(jié)構(gòu)的車輪直接驅(qū)動的永磁無刷輪轂電機(jī)。該裝置由電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、軸和軸承等部件組成，電機(jī)為輪轂型外轉(zhuǎn)子及三相繞組結(jié)構(gòu)，采用了三相繞組結(jié)構(gòu)，其電磁結(jié)構(gòu)特征是轉(zhuǎn)子16極，定子18槽的配合，磁極為瓦形，面向氣隙布置，電機(jī)可以是外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，也可以是內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，電機(jī)定子的鐵芯特征是由兩段槽口不同的沖片疊成。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)該裝置是車輪直接驅(qū)動，省去了減速機(jī)構(gòu)，提高了整體效率，電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩大、起動速度快、輸出功率大、特性硬，特別是能耗低，同樣體積，出力大，效率高，運(yùn)行可靠和體積小，有較大的過載能力。
文檔編號H02K21/22GK2686202SQ20042002090
公開日2005年3月16日 申請日期2004年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月15日
發(fā)明者戴連江, 戴慶玲, 唐飛軍, 張敬華, 董宏亮 申請人:上海乾清電子科技有限公司