一种轮毂电机的分段偏心集成式磁极结构制造技术

一种轮毂电机的分段偏心集成式磁极结构，属于轮毂电机技术领域。本发明专利技术解决了现有技术无法同时解决轮毂电机中因永磁体用量过多和气隙磁密谐波含量较大而导致的成本过高和转矩脉动过大的问题。永磁体副磁极与铁氧体辅助磁极的数量均为两个，且两个永磁体副磁极对称布置在永磁体主磁极的两端，两个铁氧体辅助磁极对称布置且分别位于两个永磁体副磁极上远离永磁体主磁极的一端；永磁体主磁极与永磁体副磁极均进行偏心削极，其中永磁体主磁极的内圆弧与外圆弧以及永磁体副磁极的内圆弧与外圆弧均偏心设置，铁氧体辅助磁极的内圆弧与外圆弧同心设置，且永磁体主磁极的内圆圆心、永磁体副磁极的内圆圆心及铁氧体辅助磁极的内圆圆心重合。圆圆心重合。圆圆心重合。

【技术实现步骤摘要】
一种轮毂电机的分段偏心集成式磁极结构


[0001]本专利技术涉及一种轮毂电机的分段偏心集成式磁极结构，属于轮毂电机


技术介绍

[0002]电动汽车凭借其零排放，无污染的优点受到了越来越多的科研机构和汽车厂商的广泛青睐。随着各国政府在技术研发领域和产品消费环节的大力扶持，电动汽车已进入批量产业化阶段。而驱动电机作为电动汽车的心脏，直接决定了电动汽车的性能和车主的驾驶体验。在众多的电动汽车驱动电机中，减速驱动式轮毂电机具有占用空间小，系统效率高的优点，同时可以直接继承车辆制动装置和驱动装置。因此，研究减速驱动式轮毂电机对推动电动汽车的进一步发展具有重要意义。轮毂电机作为电动汽车的核心部件，其成本直接决定了电动汽车的整车价钱。同时，由于电动汽车的行驶直接受轮毂电机驱动，因此电机输出转矩脉动的大小直接决定了电动汽车行驶的稳定性。传统轮毂电机中，由于气隙磁场呈梯形分布，电机的转矩脉动较大，这直接影响了车辆的驾驶体验。综上所述，成本和转矩脉动是限制轮毂电机进一步在电动汽车领域推广的重要瓶颈。
[0003]为了解决减速驱动式轮毂电机中存在的成本过高和转矩脉动较大的问题，国内外各研究机构针对上述方法进行了大量研究。专利[申请号：CN105449968A]提出了一种集成式磁极结构(如图5所示)，通过集成铁氧体磁芯和永磁体来减少了永磁体用量，实现降低成本的目的。但是该集成式磁极结构降低了气隙基波磁密的幅值，使得电机的输出转矩有所下降，同时也无法抑制电机的转矩脉动。专利[申请号：CN108347113A]提出了一种用于双层集成式的磁极结构，通过使用充磁方向不同的Halbach永磁体阵列，降低了电机的转矩脉动。但该结构由于使用了双层永磁体，进一步地增加了电机的成本。文献[MEESSEN.K.J.et al.Halbach permanent magnet shape selection for slotless tubular actuators[J].IEEE Transactions on Magnetics，2008]提出了一种采用分段Halbach阵列永磁体的磁极结构，该结构可以有效地减小气隙磁密中的谐波，从而抑制转矩脉动。此外还能提高电机的输出转矩。但是，该结构同样使用了大量的永磁体，使得电机的成本过高。文献[胡鹏飞,王东,靳栓宝,等.偏心磁极永磁电机气隙磁场正弦优化模型[J].电工技术学报,2019,v.34(18):41
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50.]提出了一种偏心削极式磁极结构(如图4所示)，通过改变永磁体上表面圆弧偏心距和永磁体极弧系数来降低气隙磁密中的谐波含量，从而有效地降低转矩脉动。然而，永磁体磁极进行偏心削极后，电机的漏磁场增加，使得电机中铜损增加，进而使电机的输出转矩和传输效率降低。综上所述，现有研究无法同时解决减速驱动式轮毂电机中存在的成本较高和转矩脉动较大的缺点。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决现有技术无法同时解决轮毂电机中因永磁体用量过多和气隙磁密谐波含量较大而导致的成本过高和转矩脉动过大的问题，进而提供了一种轮毂电机的分段偏心集成式磁极结构。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种轮毂电机的分段偏心集成式磁极结构，它包括永磁体主磁极、永磁体副磁极和铁氧体辅助磁极，其中永磁体副磁极与铁氧体辅助磁极的数量均为两个，且两个永磁体副磁极对称布置在永磁体主磁极的两端，两个铁氧体辅助磁极对称布置且分别位于两个永磁体副磁极上远离永磁体主磁极的一端；
[0007]永磁体主磁极与永磁体副磁极均进行偏心削极，其中永磁体主磁极的内圆弧与外圆弧以及永磁体副磁极的内圆弧与外圆弧均偏心设置，铁氧体辅助磁极的内圆弧与外圆弧同心设置，且永磁体主磁极的内圆圆心、永磁体副磁极的内圆圆心及铁氧体辅助磁极的内圆圆心重合，
[0008]永磁体主磁极的充磁方向为径向充磁，永磁体副磁极的充磁角为θ。
[0009]进一步地，永磁体副磁极的充磁角度θ由永磁体主磁极所对应的圆心角度α3、外圆半径R1和永磁体副磁极所对应的圆心角度(α2‑
α1)、外圆半径R2综合决定，在确定分段偏心集成式磁极的结构尺寸后，基于轮毂电机负载条件下气隙径向磁密的解析模型，计算得到不同充磁角度θ下的电机径向气隙磁通密度波形，并通过Matlab软件进行参数化扫描，得到气隙磁密谐波含量最小且基波幅值较优时对应的充磁角度，然后基于Maxwell有限元仿真软件校核后确定。
[0010]进一步地，增大永磁体主磁极所对应的圆心角度α3，能够降低永磁体主磁极产生的气隙磁场中的5次及5次以上谐波的幅值。
[0011]进一步地，当永磁体主磁极所对应的的圆心角度α3和副磁极的充磁角度θ固定时，增加永磁体副磁极所对应的圆心角度(α2‑
α1)能够提升气隙磁密中的基波分量，同时抑制气隙磁密中高次谐波的含量。
[0012]进一步地，当且永磁体副磁极的充磁角度为45
°
时，集成式偏心磁极结构能够最大程度削减3次、5次谐波。
[0013]进一步地，当且永磁体副磁极的充磁角度为45
°
时，集成式偏心磁极结构能够最大程度削减7次、11次、13次谐波。
[0014]进一步地，当永磁体主磁极、永磁体副磁极和铁氧体辅助磁极所对应的圆心角度固定时，增加永磁体主磁极的偏心距(b1+b2)能够在不影响气隙磁场中谐波分量幅值的前提下增大气隙磁场中的基波分量的幅值。
[0015]进一步地，所述永磁体主磁极采用钕铁硼材料，永磁体副磁极为Halbach阵列永磁体，所述铁氧体辅助磁极采用软磁铁氧体材料。
[0016]本专利技术与现有技术相比具有以下效果：
[0017]本申请通过集成铁氧体辅助磁极，永磁体副磁极和永磁体主磁极，能有有效地提升气隙磁密的幅值，并改善气隙磁密的正弦度，降低谐波含量。在提升输出转矩的同时有效地实现降低转矩脉动的优点。同时，利用铁氧体磁极替代部分永磁体材料，能够有效地降低电机的成本。相比于现有减速驱动式轮毂电机中的磁极结构，本申请的分段偏心集成式磁极结构能够同时解决电机中成本较高和转矩脉动较大的问题，对轮毂电机在电动汽车领域的推广具有重要意义。
附图说明
[0018]图1为本申请的结构示意图(R
out
指代转子外径)；
[0019]图2为采用本申请磁极结构的轮毂电机的结构示意图；
[0020]图3为一种传统的减速驱动型轮毂电机结构示意图；
[0021]图4为传统的偏心削极式磁极的结构示意图；
[0022]图5为传统的集成式磁极的结构示意图；
[0023]图6为采用本申请磁极结构的轮毂电机与传统的表贴式轮毂电机的气隙磁密波形对比图；
[0024]图7为采用本申请磁极结构的轮毂电机的反电势波形。
具体实施方式
[0025]具体实施方式：结合图1～7说明本实施方式，一种轮毂电机的分段偏心集成式磁极结构，它包括永磁体主磁极1、永磁体副本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轮毂电机的分段偏心集成式磁极结构，其特征在于：它包括永磁体主磁极(1)、永磁体副磁极(2)和铁氧体辅助磁极(3)，其中永磁体副磁极(2)与铁氧体辅助磁极(3)的数量均为两个，且两个永磁体副磁极(2)对称布置在永磁体主磁极(1)的两端，两个铁氧体辅助磁极(3)对称布置且分别位于两个永磁体副磁极(2)上远离永磁体主磁极(1)的一端；永磁体主磁极(1)与永磁体副磁极(2)均进行偏心削极，其中永磁体主磁极(1)的内圆弧与外圆弧以及永磁体副磁极(2)的内圆弧与外圆弧均偏心设置，铁氧体辅助磁极(3)的内圆弧与外圆弧同心设置，且永磁体主磁极(1)的内圆圆心、永磁体副磁极(2)的内圆圆心及铁氧体辅助磁极(3)的内圆圆心重合，永磁体主磁极(1)的充磁方向为径向充磁，永磁体副磁极(2)的充磁角为θ。2.根据权利要求1所述的一种轮毂电机的分段偏心集成式磁极结构，其特征在于：永磁体副磁极(2)的充磁角度θ由永磁体主磁极(1)所对应的圆心角度α3、外圆半径R1和永磁体副磁极(2)所对应的圆心角度(α2‑
α1)、外圆半径R2综合决定，在确定分段偏心集成式磁极的结构尺寸后，基于轮毂电机负载条件下气隙径向磁密的解析模型，计算得到不同充磁角度θ下的电机径向气隙磁通密度波形，并通过Matlab软件进行参数化扫描，得到气隙磁密谐波含量最小且基波幅值较优时对应的充磁角度，然后基于Maxwell有限元仿真软件校核后确定。3.根据权利要求1所述的一种轮毂电机的分段偏心集成式磁极结构，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张继鹏，苏锦智，刘慧博，王飞，郑永，张雄，白继刚，张泉，
申请(专利权)人：包头长安永磁电机有限公司，
类型：发明
国别省市：