一種車用雙轉(zhuǎn)子磁通切換電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電機(jī)制造技術(shù)領(lǐng)域，特指一種用于電動(dòng)汽車等的雙轉(zhuǎn)子磁通切換電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]磁通切換電機(jī)采用定子永磁型結(jié)構(gòu)，電樞繞組和永磁體都位于定子上，轉(zhuǎn)子上既無(wú)電樞繞組也無(wú)永磁體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，效率及功率密度較高。一方面，該類遵循磁通切換原理的磁通切換電機(jī)，由于具備繞組互補(bǔ)性，可以大大減少或抵消單個(gè)繞組線圈永磁磁鏈和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波分量，使得該電機(jī)在采用集中式電樞繞組和轉(zhuǎn)子直槽的條件下就可以獲得較高正弦度的每相空載永磁磁鏈和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；另一方面，該類電機(jī)，由于永磁體內(nèi)嵌于定子齒部，通過(guò)相鄰齒的永磁形成聚餐效應(yīng)，使得該類電機(jī)容易實(shí)現(xiàn)較高的氣隙隙磁，從而實(shí)現(xiàn)了較高的電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度和功率密度。但隨著對(duì)該類磁通切換電機(jī)研究和應(yīng)用的不斷深入，該類電機(jī)的固有的不足也日益顯現(xiàn):1.永磁體內(nèi)嵌于定子齒中間，定子齒有效截面積大大減小，使得電機(jī)的主磁路經(jīng)過(guò)定子齒部分時(shí)，易于飽和，電機(jī)漏磁較大，磁場(chǎng)利用率較低，此外，該類電機(jī)特有的定子外漏磁也進(jìn)一步降低了電機(jī)的永磁材料利用率；2.電機(jī)在電機(jī)主磁路飽和的情況下為獲得較高的氣隙磁密，永磁材料的用量也明顯高于同樣功率等級(jí)的永磁無(wú)刷電機(jī)，隨著近年來(lái)稀土永磁材料價(jià)格的持續(xù)上漲，其制造成本的明顯上升無(wú)疑會(huì)限制該類電機(jī)的進(jìn)一步推廣使用。
[0003]綜合國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)可以看出，降低永磁電機(jī)中稀土永磁材料用量的方法主要有:提高永磁體的利用率，采用直流輔助勵(lì)磁，使用鐵氧體等價(jià)格低廉的非稀土材料等。文獻(xiàn)“Anovel hybrid excitat1n flux-switching motor for hybrid vehicles，，中(公開(kāi)發(fā)表于 2009 年 IEEE Transact1ns on Magnetics 45 卷，10 期，4728-4731 頁(yè))通過(guò)在定子中加入直流勵(lì)磁繞組，不僅降低了稀土永磁材料的用量，也實(shí)現(xiàn)了氣隙磁通的自由調(diào)節(jié)，擴(kuò)大了電機(jī)的調(diào)速范圍。但是由于直流勵(lì)磁繞組的使用，電機(jī)的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，同時(shí)也增加了電機(jī)的用銅量和銅耗，降低了電機(jī)的運(yùn)行效率。在此基礎(chǔ)上文獻(xiàn)“The performance of ahybrid excitat1n flux switching motor with ferrite magnets for EVs，，中(公開(kāi)發(fā)表于 2014 年 IEEE Conference of Transportat1n Electrificat1n Asia-Pacific)米用鐵氧體永磁體代替稀土永磁勵(lì)磁，有效降低了電機(jī)的制造成本。但是由于鐵氧體的磁能積較低，需要通過(guò)直流勵(lì)磁繞組提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度，電機(jī)的運(yùn)行效率也有待提高。中國(guó)專利號(hào)為201410508547.2的專利文獻(xiàn)提出了一種米用混合永磁體的磁通切換電機(jī)，該電機(jī)同時(shí)使用稀土永磁和鐵氧體永磁進(jìn)行勵(lì)磁，在定子的軛部安裝高磁能積的稀土永磁體，在靠近定子的齒部安裝低磁能積的鐵氧體永磁體，由此形成稀土永磁體與鐵氧體永磁連接的混合永磁體模塊，在保證一定轉(zhuǎn)矩密度的基礎(chǔ)上，降低了電機(jī)的制造成本，也沒(méi)有增加額外的銅耗，保證了電機(jī)的效率。但是這些電機(jī)都沒(méi)有解決磁通切換電機(jī)定子外圓漏磁的問(wèn)題，致使永磁體的利用率仍然較低。
[0004]因此，如何在維持電機(jī)相對(duì)較高轉(zhuǎn)矩密度和效率的同時(shí)，降低電機(jī)中稀土永磁材料的用量是非稀土或少稀土磁通切換電機(jī)領(lǐng)域中亟需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)子魯棒性能好、具有較高轉(zhuǎn)矩密度、高效率、高永磁體利用率的車用雙轉(zhuǎn)子少稀土磁通切換電機(jī)，以滿足在保證相對(duì)較高功率密度和效率的情況下，降低稀土永磁材料用量的要求。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明中的雙轉(zhuǎn)子包括外轉(zhuǎn)子鐵芯和內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯，外轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)同軸空套內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯，在外轉(zhuǎn)子鐵芯和內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯之間同軸裝有定子，內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯同軸固定套在非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸外，內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯外圈表面與定子內(nèi)圈表面之間存有內(nèi)氣隙，定子外圈表面與外轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圈表面存有外氣隙，定子是由三相電樞繞組、Ns個(gè)定子鐵芯模塊和Ns個(gè)電樞槽組成，Ns= 3N。，N。為單相繞組的線圈個(gè)數(shù)，Ns個(gè)定子鐵芯模塊沿圓周方向均勻分布，每?jī)蓚€(gè)定子鐵芯模塊之間是電樞槽，三相電樞繞組放置在電樞槽中；每個(gè)定子鐵芯模塊的中間沿徑向固定嵌有一個(gè)混合永磁體模塊，每個(gè)混合永磁體模塊都由一塊鐵氧永磁體和兩塊相同的釹鐵硼永磁體組成，鐵氧永磁體在兩塊釹鐵硼永磁體中間，鐵氧永磁體與兩側(cè)的釹鐵硼永磁體緊密無(wú)縫連接在一起；同一個(gè)混合永磁體模塊中的鐵氧永磁體和釹鐵硼永磁體的充磁方向相同且都沿圓周切向充磁，相鄰的兩塊混合永磁體模塊的充磁方向相反。
[0007]外轉(zhuǎn)子鐵芯和內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯上具有相同的凸極數(shù)目隊(duì)，隊(duì)=Ν,?Κρ Κ1= 1，2，3...，Ν。為單相繞組的線圈個(gè)數(shù)；相鄰的兩個(gè)外轉(zhuǎn)子鐵芯凸極之間的徑向中心線與其間的內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯凸極的中心線重合。
[0008]外轉(zhuǎn)子鐵芯和內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯的軸向同一端面固定連接一個(gè)環(huán)形圓盤，在環(huán)形圓盤的盤面上沿圓周方向均勻分布有四個(gè)圓形通風(fēng)孔。
[0009]所有的定子鐵芯模塊和混合永磁體模塊均具有和非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸、定子相同的圓心0，圓心0到定子內(nèi)圈的距離為半徑RS1、到定子外圈的距離為半徑RSC1，且0.5RSO<RS1<0.6RSC]。
[0010]定子鐵芯模塊、鐵氧永磁體和釹鐵硼永磁體均是扇形；釹鐵硼永磁體的弧度為β NdFf3，鐵氧永磁體的弧度為β ffOTlt(3，鐵氧永磁體的弧度β fOTlt(3為釹鐵硼永磁的弧度三倍；每個(gè)定子鐵芯模塊的側(cè)邊至釹鐵硼永磁體側(cè)邊之間所占的最小弧度為β s，
β s>0 ferrite+2 ^ NdFe 0
[0011]上述技術(shù)方案實(shí)施后具有以下有益效果:
[0012]1、本發(fā)明的外轉(zhuǎn)子鐵芯和內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯通過(guò)端部的環(huán)形圓盤同軸固定連接后一起旋轉(zhuǎn)，使得電機(jī)在滿足單定子固定部件和轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)部件特性的同時(shí)，形成內(nèi)外兩層氣隙的結(jié)構(gòu)。定子上的混合永磁體模塊產(chǎn)生的永磁磁能可以通過(guò)兩層氣隙分別建立兩個(gè)相互獨(dú)立的永磁磁場(chǎng)，有效地將傳統(tǒng)磁通切換永磁電機(jī)定子齒的過(guò)飽和部分的永磁磁能轉(zhuǎn)化為建立電機(jī)的外磁場(chǎng)。分別作用在雙轉(zhuǎn)子內(nèi)外轉(zhuǎn)子鐵芯上的電磁轉(zhuǎn)矩可以相互疊加，從而有效地提高了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力和功率密度。這樣的特殊設(shè)計(jì)不僅避免了傳統(tǒng)磁通切換電機(jī)定子外圓漏磁的問(wèn)題，提高了永磁體的利用率，而且可以降低傳統(tǒng)磁通切換永磁電機(jī)定子齒的飽和程度，減小了電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)的鐵耗，限制了電機(jī)的溫升。
[0013]2、本發(fā)明的雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)通過(guò)環(huán)形圓盤相互連接，且在環(huán)形圓盤上分布有數(shù)個(gè)圓形孔，使得空氣隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)而在電機(jī)內(nèi)部流通，形成散熱風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)，有效的改善該電機(jī)的散熱性能。
[0014]3、本發(fā)明的定子采用無(wú)定子軛型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，再結(jié)合雙轉(zhuǎn)子，使得相鄰永磁體在磁通路徑上形成了明顯的串聯(lián)磁路。相比并聯(lián)磁路下的傳統(tǒng)磁通切換永磁電機(jī)，該電機(jī)顯著改善了該類電機(jī)定子齒部易飽和的難點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題，并有效提高了永磁體的利用率。
[0015]4、本發(fā)明的模塊化定子鐵芯定子齒采用新穎的“非等弧度”設(shè)計(jì)，改變了蘊(yùn)含在氣隙內(nèi)的磁共能對(duì)定轉(zhuǎn)子相對(duì)位置角變化率的