一種混合磁路驅動電機的制作方法
【專利摘要】本發明涉及汽車電機電器技術領域，尤其涉及一種混合磁路驅動電機。本發明提供了一種混合磁路驅動電機，其包括：主軸、定子、轉子及引出線，定子包括定子鐵心及嵌設于定子鐵心內的定子繞組；轉子設于定子的外圍且通過軸承與主軸可轉動連接，包括轉子鐵心、復合式徑向永磁體及軸向磁極對；復合式徑向永磁體及軸向磁極對對應于定子鐵心設于轉子鐵心上，且與定子鐵心均設有間隙。本發明通過設置高性能的復合式徑向永磁體，功率因數高、高效運行范圍大，且實現氣隙永磁磁通可調，低速時轉矩輸出能力強，高速時弱磁擴速性能好；且通過設置徑向?軸向混合磁路及與混合磁路對應設置的定子繞組，實現對繞組端部的充分利用，轉矩密度和功率密度高。
【專利說明】
一種混合磁路驅動電機
技術領域
[0001]本發明涉及汽車電機電器技術領域，尤其涉及一種混合磁路驅動電機，具體涉及一種能提升電機效率、功率密度及低速大轉矩輸出能力，且能改善高速弱磁性能的混合磁路驅動電機。
【背景技術】
[0002]輪轂直驅是極具發展潛力的一種電動汽車驅動方式，也是未來電動汽車的重要發展方向，具有其它車用驅動方式無可比擬的優勢，而性能優異的驅動電機則是保證輪轂直驅式電動汽車擁有良好動力性能的關鍵所在。結合電動車運行工況的特點，輪轂直驅式電機必須滿足如下性能要求:低速時提供較大的轉矩，以滿足汽車啟動或爬坡時的需要;具有較寬的轉矩和轉速調節范圍，以滿足汽車不同工況下的動力性能。此外，為提高車輛續駛里程，電機應具有較高的效率;為縮減電機尺寸以適應車輪內部有限的空間，進一步減小車輛非簧載質量，電機應具有較高的功率和轉矩密度等等。
[0003 ]目前國內外電動輪轂直驅電機以永磁無刷電機為首選，并采用高性能永磁材料，以提高功率密度和效率。作為輪轂直驅電機首選的永磁無刷電機，雖具有高效率、高功率因數的優勢，但由于永磁磁場的不可控，電機調速范圍較窄，需采取控制策略來拓展其轉速范圍。而為提高最大轉速，永磁電機常采用弱磁控制，但實施中往往難以達到預期效果，并伴隨一系列新的問題:(I)弱磁調速時直軸電流Id不斷增大，為保持較高的電磁轉矩，逆變器必須要有足夠的容量；(2)由于Id的影響，定子銅耗較大，效率降低；(3)弱磁時若出現逆變失敗，系統失去弱磁控制能力，高速旋轉的永磁磁場會在電機繞組中感應出過高電壓，可能損壞變頻器功率器件。在對現有電機系統方案優化的同時，國內外研究者們也致力于新拓撲結構電機研究，以期更好適應電動汽車輪轂直驅的要求。如橫向磁通電機、雙凸極電機、磁場調制永磁電機、同步磁阻電機、復合式電機等。研究者們在探尋新拓撲結構和優化策略時的關注點，大多集中側重于提高輪轂直驅電機的效率、功率密度，或改善低轉速區間動態特性，而對兼顧其低速大轉矩與寬調速范圍的綜合性能方面，未給予足夠的重視和全面的考慮。
[0004]發明專利CN201410140691.5公布了一種電動汽車永磁與電磁混合勵磁輪轂驅動裝置，將電勵磁繞組線圈纏繞在轉子鐵芯上，輪轂驅動裝置氣隙內的磁場由永磁鋼和電勵磁線圈共同提供，磁場強度大，功率密度高;發明專利CN201510323643.4公布了一種軸徑向混合磁通永磁電機，轉子設置在定子的外部，轉子的內圓壁面上均布有多個徑向永磁體，并圍繞著軸均勻排列，轉子的兩側端面上的內表面上分別呈放射線狀均布有多個軸向永磁體，該發明主要目的在于提升現有的永磁電機的空間利用率，進一步提升電機的轉矩密度和功率密度。以上專利技術均是用以提高電機的功率密度，而在兼顧低速大轉矩輸出與寬轉矩、轉速調節范圍的問題上未能提供有效的解決辦法。
【發明內容】
[0005](一)要解決的技術問題
[0006]本發明的目的是:提供一種能提升電機效率、功率密度及低速大轉矩輸出能力，且能改善高速弱磁性能的混合磁路驅動電機，以解決現有的電機只能提高電機的功率密度，而無法兼顧低速大轉矩輸出與寬轉矩及轉速調節范圍的問題。
[0007](二)技術方案
[0008]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種混合磁路驅動電機，其包括:
[0009]主軸；
[0010]定子，所述定子包括定子鐵心及定子繞組，所述定子鐵心為環形柱體，所述定子繞組嵌設于所述定子鐵心內，所述定子鐵心固定于所述主軸上；
[0011]轉子，設于所述定子的外圍，包括轉子鐵心、復合式徑向永磁體及軸向磁極對，所述轉子鐵心為環形柱體且通過軸承與所述主軸可轉動連接，所述復合式徑向永磁體對應于所述定子鐵心的外圓上端面設于所述轉子鐵心的內圓上端面上，所述軸向磁極對對應于所述定子鐵心的外圓側面設于所述轉子鐵心的內圓側面上;所述復合式徑向永磁體及軸向磁極對與所述定子鐵心均設有間隙；
[0012]引出線，所述引出線與所述定子繞組連接。
[0013]其中，所述復合式徑向永磁體包括多個沿圓周布置的永磁體單元，每個永磁體單元均包括兩個相鄰且沿周向布置的第一永磁體及兩個第二永磁體，所述兩個第二永磁體徑向布置且分別設于所述兩個第一永磁體的兩端。
[0014]其中，所述軸向磁極對包括至少一組磁極對子單元，每組所述磁極對子單元均包括第一磁極及第二磁極，且所述第一磁極和第二磁極為不對稱磁系結構。
[0015]其中，所述定子鐵心上設有沿其圓周方向間隔布置的倒U型凹槽，所述倒U型凹槽用于安裝所述定子繞組，且所述凹槽的尺寸與所述定子繞組的尺寸相匹配。
[0016]其中，該混合磁路驅動電機還包括穿設于所述定子鐵心的冷卻裝置。
[0017]其中，所述定子鐵心上設有多個周向布置的軸向通孔，所述冷卻裝置包括多根水冷銅管，所述水冷銅管穿設在所述軸向通孔內。
[0018]其中，所述冷卻裝置的兩端分別設有第一水套、第二水套，多根所述水冷銅管的兩端分別與所述第一水套及第二水套連通。
[0019]其中，所述第一水套內設有相互獨立的內層通道及外層通道，一部分所述水冷銅管與所述內層通道連通，另一部分所述水冷銅管與所述外層通道連通;所述第一水套上設有與所述內層通道連通的出水口及與所述外層通道連通的進水口。
[0020]其中，所述主軸開設有導線盲孔，所述引出線沿著所述導線盲孔伸入至所述定子鐵心與冷卻裝置之間并與所述定子繞組連接。
[0021]其中，所述定子鐵心通過定子支架固定于所述主軸上。
[0022](三)有益效果
[0023]本發明的上述技術方案具有如下優點:本發明提供了一種混合磁路驅動電機，其包括:主軸;定子，定子包括定子鐵心及定子繞組，定子鐵心為環形柱體，定子繞組嵌設于定子鐵心內，定子鐵心固定于主軸上;轉子，設于定子的外圍，包括轉子鐵心、復合式徑向永磁體及軸向磁極對，轉子鐵心為環形柱體且通過軸承與主軸可轉動連接，復合式徑向永磁體對應于定子鐵心的外圓上端面設于轉子鐵心的內圓上端面上，軸向磁極對對應于定子鐵心的外圓側面設于轉子鐵心的內圓側面上;復合式徑向永磁體及軸向磁極對與定子鐵心均設有間隙；引出線，引出線與定子繞組連接。本發明通過設置高性能的復合式徑向永磁體，功率因數高、高效運行范圍大，且實現氣隙永磁磁通可調，低速時轉矩輸出能力強，高速時弱磁擴速性能好;且通過設置徑向-軸向混合磁路及與混合磁路對應設置的定子繞組，實現對繞組端部的充分利用，轉矩密度和功率密度高；同時，本申請提供的混合磁路驅動電機可用于各類電動車輛，并有望推廣于工程機械、艦船等運載工具的電氣化推進，具有廣闊應用前景。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明一種混合磁路驅動電機實施例的驅動電機的剖面結構示意圖；
[0025]圖2是本發明一種混合磁路驅動電機實施例的復合式徑向永磁體的具體結構示意圖；
[0026]圖3是本發明一種混合磁路驅動電機實施例的軸向磁極對的具體結構示意圖；
[0027]圖4是本發明一種混合磁路驅動電機實施例的定子鐵心的具體結構示意圖；
[0028]圖5是本發明一種混合磁路驅動電機實施例的定子繞組的具體結構示意圖；
[0029]圖6是本發明一種混合磁路驅動電機實施例的定子鐵心與定子繞組的連接方式示意圖；
[0030]圖7是本發明一種混合磁路驅動電機實施例的軸向通孔在定子鐵心上的布置方式示意圖；
[0031 ]圖8是本發明一種混合磁路驅動電機實施例的冷卻裝置的具體結構示意圖；
[0032]圖9是本發明一種混合磁路驅動電機實施例的冷卻裝置與定子鐵心的連接方式示意圖。
[0033]圖中:1:主軸;2:轉子鐵心;3:復合式徑向永磁體;3-1:第一永磁體;3_2:第二永磁體;4:軸向磁極對;4-1:第一磁極;4-2:第二磁極;5:定子繞組;5-1:軸向繞組;5-2:徑向繞組;6:定子鐵心;6-1:軸向凹槽;6-2:徑向凹槽;7:引出線;8:軸承;9:軸向通孔；10:水冷銅管；11:第二水套;12:外層通道;13:內層通道;14:進水口； 15:出水口； 16:冷卻裝置。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不能用來限制本發明的范圍。
[0035]在本發明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0036]在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0037]如圖1至圖9所示，本發明實施例提供了一種混合磁路驅動電機，其包括主軸I;定子，定子包括定子鐵心6及定子繞組5，定子鐵心6為環形柱體，定子繞組5嵌設于定子鐵心6內，定子鐵心6固定于主軸I上，在本實施例中，具體地，定子鐵心6通過定子支架固定于主軸I上;轉子，設于定子的外圍，包括轉子鐵心2、復合式徑向永磁體3及軸向磁極對4，轉子鐵心2為環形柱體且通過軸承8與主軸I可轉動連接，復合式徑向永磁體3對應于定子鐵心6的外圓上端面設于轉子鐵心2的內圓上端面上，本發明通過設置高性能的復合式徑向永磁體3，功率因數高、高效運行范圍大，且實現氣隙永磁磁通可調，低速時轉矩輸出能力強，高速時弱磁擴速性能好;軸向磁極對4對應于定子鐵心6的外圓側面設于轉子鐵心2的內圓側面上；其中，上端面指的是附圖1中圖示方位，外圓指的是柱體的外表面，相對的，內圓指的是柱體的內表面;復合式徑向永磁體3及軸向磁極對4與定子鐵心6均設有間隙；引出線7，引出線7與定子繞組5連接。特別的，本發明通過設置徑向-軸向混合磁路(即復合式徑向永磁體3及軸向磁極對4)及與上述徑向-軸向混合磁路對應設置的定子繞組5，實現對繞組端部的充分利用，大大提高了轉矩密度和功率密度；另外，本申請提供的混合磁路驅動電機結構簡單，使用簡便，實用性強，既可用于各類電動車輛，并有望推廣于工程機械、艦船等運載工具的電氣化推進，具有廣闊應用前景。
[0038]具體地，復合式徑向永磁體3包括多個沿圓周布置的永磁體單元，每個永磁體單元均包括兩個相鄰且沿周向布置的第一永磁體3-1及兩個第二永磁體3-2，兩個第二永磁體3-2徑向布置且分別設于兩個第一永磁體3-1的兩端。在本實施例中，復合式徑向永磁體3包括8個內置復合式永磁體單元;每一個永磁體單元由兩個相鄰的徑向充磁的釹鐵硼永磁體3-1與兩個切向充磁的鋁鎳鈷永磁體3-2共同構成，其中，布置方式為一個切向充磁的鋁鎳鈷永磁體3-2、兩個相鄰的徑向充磁的釹鐵硼永磁體3-1及一個切向充磁的鋁鎳鈷永磁體3-2 ο具體地，徑向充磁的第一永磁體3-1作為主要勵磁，提供氣隙主磁通;切向充磁的第二永磁體3-2可由定子繞組5中施加的正反向Id脈沖產生的直軸電樞磁動勢正反向磁化，起到調節磁場的作用。
[0039]具體地，軸向磁極對4包括至少一組磁極對子單元，每組磁極對子單元均包括第一磁極4-1及第二磁極4-2，且第一磁極4-1和第二磁極4-2為不對稱磁系結構。具體地，外轉子的軸向磁極對4采用雙向不對稱斜極結構，在本實施例中，一共設置了八組磁極對子單元，且八組磁極對子單元沿圓周方向排列，第一磁極4-1及第二磁極4-2內磁極的傾斜方向相反。通過采用不對稱磁系結構的第一磁極4-1及第二磁極4-2，大幅削弱了齒槽轉矩，有助于提高整個電機的運行平穩性。
[0040]具體地，定子鐵心6上設有沿其圓周方向間隔布置的倒U型凹槽，倒U型凹槽用于安裝定子繞組5，且凹槽的尺寸與定子繞組5的尺寸相匹配。在本實施例中，定子繞組5包括軸向繞組5-1和兩個徑向繞組5-2，軸向繞組5-1和徑向繞組5-2—體成型且構成倒U型結構;定子鐵心6的外圓周面開有軸向凹槽6-1，定子鐵心6的兩端面外環開有徑向凹槽6-2;定子繞組5嵌設于定子鐵心6的凹槽內，其中軸向繞組5-1嵌于軸向凹槽6-1內，徑向繞組5-2嵌于徑向凹槽6-2內。
[0041]進一步地，該混合磁路驅動電機還包括穿設于定子鐵心6的冷卻裝置16，用于對定子鐵心6及定子繞組進行有效冷卻。
[0042]具體地，定子鐵心6上設有多個周向布置的軸向通孔9，冷卻裝置16包括多根水冷銅管10，水冷銅管10穿設在軸向通孔9內；冷卻裝置16的兩端分別設有第一水套、第二水套U，多根水冷銅管10的兩端分別與第一水套及第二水套11連通。由此，軸向通孔9與水冷銅管1、第一水套及第二水套11構成冷卻回路。
[0043]進一步地，第一水套內設有相互獨立的內層通道13及外層通道12，一部分水冷銅管10與內層通道13連通，另一部分水冷銅管10與外層通道12連通;第一水套上設有與內層通道13連通的出水口 15及與外層通道12連通的進水口 14，構成雙路水循環冷卻系統。其中，第二水套11與所有的水冷銅管10全部連通。采用上述雙層內嵌式定子水冷結構，散熱效果好，有利于維護驅動電機的正常運行。
[0044]進一步地，主軸I開設有導線盲孔，引出線7沿著導線盲孔伸入至定子鐵心6與冷卻裝置16之間并與定子繞組5連接。結構簡潔，且又有利于提高安全性能。
[0045]綜上所述，本發明提供了一種混合磁路驅動電機，其包括:主軸;定子，定子包括定子鐵心及定子繞組，定子鐵心為環形柱體，定子繞組嵌設于定子鐵心內，定子鐵心固定于主軸上;轉子，設于定子的外圍，包括轉子鐵心、復合式徑向永磁體及軸向磁極對，轉子鐵心為環形柱體且通過軸承與主軸可轉動連接，復合式徑向永磁體對應于定子鐵心的外圓上端面設于轉子鐵心的內圓上端面上，軸向磁極對對應于定子鐵心的外圓側面設于轉子鐵心的內圓側面上;復合式徑向永磁體及軸向磁極對與定子鐵心均設有間隙；引出線，引出線與定子繞組連接。本發明通過設置高性能的復合式徑向永磁體，功率因數高、高效運行范圍大，且實現氣隙永磁磁通可調，低速時轉矩輸出能力強，高速時弱磁擴速性能好;且通過設置徑向-軸向混合磁路及與混合磁路對應設置的定子繞組，實現對繞組端部的充分利用，轉矩密度和功率密度高；同時，本申請提供的混合磁路驅動電機可用于各類電動車輛，并有望推廣于工程機械、艦船等運載工具的電氣化推進，具有廣闊應用前景。
[0046]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制;盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1.一種混合磁路驅動電機，其特征在于:包括 主軸； 定子，所述定子包括定子鐵心及定子繞組，所述定子鐵心為環形柱體，所述定子繞組嵌設于所述定子鐵心內，所述定子鐵心固定于所述主軸上； 轉子，設于所述定子的外圍，包括轉子鐵心、復合式徑向永磁體及軸向磁極對，所述轉子鐵心為環形柱體且通過軸承與所述主軸可轉動連接，所述復合式徑向永磁體對應于所述定子鐵心的外圓上端面設于所述轉子鐵心的內圓上端面上，所述軸向磁極對對應于所述定子鐵心的外圓側面設于所述轉子鐵心的內圓側面上;所述復合式徑向永磁體及軸向磁極對與所述定子鐵心均設有間隙； 引出線，所述引出線與所述定子繞組連接。2.根據權利要求1所述的混合磁路驅動電機，其特征在于:所述復合式徑向永磁體包括多個沿圓周布置的永磁體單元，每個永磁體單元均包括兩個相鄰且沿周向布置的第一永磁體及兩個第二永磁體，所述兩個第二永磁體徑向布置且分別設于所述兩個第一永磁體的兩端。3.根據權利要求1所述的混合磁路驅動電機，其特征在于:所述軸向磁極對包括至少一組磁極對子單元，每組所述磁極對子單元均包括第一磁極及第二磁極，且所述第一磁極和第二磁極為不對稱磁系結構。4.根據權利要求1所述的混合磁路驅動電機，其特征在于:所述定子鐵心上設有沿其圓周方向間隔布置的倒U型凹槽，所述倒U型凹槽用于安裝所述定子繞組，且所述凹槽的尺寸與所述定子繞組的尺寸相匹配。5.根據權利要求1所述的混合磁路驅動電機，其特征在于:還包括穿設于所述定子鐵心的冷卻裝置。6.根據權利要求5所述的混合磁路驅動電機，其特征在于:所述定子鐵心上設有多個周向布置的軸向通孔，所述冷卻裝置包括多根水冷銅管，所述水冷銅管穿設在所述軸向通孔內。7.根據權利要求6所述的混合磁路驅動電機，其特征在于:所述冷卻裝置的兩端分別設有第一水套、第二水套，多根所述水冷銅管的兩端分別與所述第一水套及第二水套連通。8.根據權利要求7所述的混合磁路驅動電機，其特征在于:所述第一水套內設有相互獨立的內層通道及外層通道，一部分所述水冷銅管與所述內層通道連通，另一部分所述水冷銅管與所述外層通道連通;所述第一水套上設有與所述內層通道連通的出水口及與所述外層通道連通的進水口。9.根據權利要求5所述的混合磁路驅動電機，其特征在于:所述主軸開設有導線盲孔，所述引出線沿著所述導線盲孔伸入至所述定子鐵心與冷卻裝置之間并與所述定子繞組連接。10.根據權利要求1所述的混合磁路驅動電機，其特征在于:所述定子鐵心通過定子支架固定于所述主軸上。
【文檔編號】H02K1/27GK106059131SQ201610517462
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月4日
【發明人】馮垚徑, 李芳 , 徐相帥, 黃守道
【申請人】湖南大學