專利名稱：：電動(dòng)汽車用高功率寬調(diào)速內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種永磁無(wú)刷輪電機(jī)，尤其涉及一種電動(dòng)汽車用高功率寬調(diào)速內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)，屬于電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：汽車的排氣污染、噪聲、燃油存放的火災(zāi)隱患等問(wèn)題，越來(lái)越引起人們的關(guān)注，電動(dòng)汽車成為汽車發(fā)展新發(fā)向，其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的心臟。電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和永磁直流無(wú)刷電機(jī)。電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，均不能直接驅(qū)動(dòng)，必須通過(guò)傳動(dòng)鏈減速才能驅(qū)動(dòng)車輪，在電動(dòng)汽車能源(蓄電池)供給十分寶貴的情況下，不得不將一部分能量消耗于效率頗低的傳動(dòng)鏈，增加體積、重量、噪聲和降低可靠性。目前也在研制直接驅(qū)動(dòng)永磁無(wú)刷輪電機(jī)，但研究途徑、思維方式還擺脫不了電動(dòng)自行車和電動(dòng)摩托車設(shè)計(jì)的要領(lǐng)上。電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)與電動(dòng)自行車、摩托車驅(qū)動(dòng)是完全不同的設(shè)計(jì)概念，必須考慮如下功能高效、寬調(diào)速、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、線性度、過(guò)載能力、快速響應(yīng)等。永磁直流無(wú)刷電機(jī)(BLM)有很多優(yōu)點(diǎn)，但電樞勵(lì)磁為"非圓形跳躍式"的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，存在較大的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，同時(shí)目前的電動(dòng)汽車用永磁無(wú)刷輪電機(jī)存在機(jī)械特性差、效率低、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小、過(guò)載能力低、線性度差、調(diào)速范圍窄等缺陷，影響電機(jī)平穩(wěn)低噪運(yùn)行。電動(dòng)汽車用大功率永磁無(wú)刷輪電機(jī)(10KW-50KW)綜合性能要求更高，更難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種電動(dòng)汽車用高功機(jī)。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車用高功率寬調(diào)速內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)，包括機(jī)殼和機(jī)殼內(nèi)的定子和轉(zhuǎn)子，所述定子包括固定在機(jī)殼內(nèi)壁的定子鐵芯和定子繞組，其特征在于所述定子鐵芯包括定子磁軛、定子槽和定子齒，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子鐵芯，所述轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向均勻鑲有徑向磁化矩形條狀磁鋼、或均勻鑲有裂開(kāi)型徑向磁化矩形條狀磁鋼，所述徑向磁化矩形條狀磁鋼或裂開(kāi)型徑向磁化矩形條狀磁鋼與極靴構(gòu)成永磁磁極。極靴可防止電樞反應(yīng)引起磁鋼去磁危險(xiǎn)。內(nèi)置式永磁能產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，利于高速運(yùn)行和頻繁啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高效、高出力、寬調(diào)速、快響應(yīng)的平穩(wěn)運(yùn)行。裂開(kāi)型兩塊磁鋼磁力線向極靴(磁極)靠近，并匯聚于磁極中心形成一個(gè)極，有弱磁擴(kuò)速、恒功率調(diào)速、聚磁和提高出力功效。進(jìn)一步地，上述的電動(dòng)汽車用高功率寬調(diào)速內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)，所述極靴的外圓為非同心弧形曲面，使定轉(zhuǎn)子間形成不均勻?qū)ΨQ徑向氣隙，使電機(jī)具有聚磁，改善氣隙磁場(chǎng)波形、降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、抑制靜態(tài)和動(dòng)態(tài)電樞反應(yīng)、提高過(guò)載能力。更進(jìn)一步地，上述的電動(dòng)汽車用高功率寬調(diào)速內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)，所述轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向均勻鑲有徑向磁化矩形條狀磁鋼或裂開(kāi)型徑向磁化矩形條狀磁鋼與極靴構(gòu)成的永磁磁極間設(shè)置隔磁磁橋，保證隔磁磁橋截面處磁路高度飽和，減少漏磁，增加有效磁通，提高出力。更進(jìn)一步地，上述的電動(dòng)汽車用高功率寬調(diào)速內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)，所述轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向均勻鑲有的徑向磁化矩形條狀磁鋼，磁鋼在鐵芯內(nèi)徑向插入深度不等，可增加永磁磁通、磁阻轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩，減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，提高出力。再進(jìn)一步地，上述的電動(dòng)汽車用高功率寬調(diào)速內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)，所述轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向均勻鑲有徑向磁化矩形條狀磁鋼，其鑲磁鋼槽的空槽寬度不等，可增加磁阻轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩，減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高出力、寬調(diào)速的平穩(wěn)運(yùn)行。再進(jìn)一步地，上述的電動(dòng)汽車用高功率寬調(diào)速內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)，所述轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向均勻鑲有徑向磁化矩形條狀磁鋼，其鑲磁鋼槽的空槽角度即極弧角不同，可增加磁阻轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩，顯著減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，使電機(jī)綜合品質(zhì)提高,實(shí)現(xiàn)寬調(diào)速、快響應(yīng)的平穩(wěn)運(yùn)行。本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在①本發(fā)明設(shè)計(jì)獨(dú)特、結(jié)構(gòu)新穎，為內(nèi)置式結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，采用鑲?cè)刖匦螚l狀磁鋼，免氧化、易加工、充磁、省材并容易固定；轉(zhuǎn)子表面平滑，動(dòng)平衡好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，特別有利于電動(dòng)汽車用高功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)高速運(yùn)行和頻繁起動(dòng)；轉(zhuǎn)子為凸極效應(yīng)(凸極率)顯著，起動(dòng)特性好，過(guò)載能力強(qiáng)，高功率比，便于弱磁擴(kuò)速和恒功率調(diào)速，使電機(jī)能高功率、寬調(diào)速、快響應(yīng)的平穩(wěn)運(yùn)行；②電機(jī)定轉(zhuǎn)子間為不均勻?qū)ΨQ徑向氣隙，具有聚磁、改善氣隙磁場(chǎng)波形、降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、抑制靜態(tài)和動(dòng)態(tài)電樞反應(yīng)、提高過(guò)載能力；③裂開(kāi)型兩塊磁鋼有弱磁擴(kuò)速、恒功率調(diào)速、聚磁和提高出力功效；④電機(jī)磁極間設(shè)置隔磁磁橋，減少漏磁，增加有效磁通，提高出力、功率重量比、功率體積比和效率；⑤在電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子中，調(diào)節(jié)磁鋼在鐵芯內(nèi)徑向插入深度，調(diào)節(jié)鑲磁鋼槽的空槽寬度和調(diào)節(jié)極弧角，增加永磁磁通、磁阻轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩，減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明圖la:內(nèi)置式(徑向磁化矩形磁鋼)永磁無(wú)刷輪電機(jī)剖面示意圖；圖lb:內(nèi)置式(裂開(kāi)型徑向磁鋼)永磁無(wú)刷輪電機(jī)剖面示意圖；圖1C:內(nèi)置式(轉(zhuǎn)子極靴外圓為非同心弧形曲面)永磁無(wú)刷輪電機(jī)剖面示意圖2:內(nèi)置式永磁轉(zhuǎn)子剖面圖3:內(nèi)置式裂開(kāi)型永磁無(wú)刷輪電機(jī)剖面圖4:內(nèi)置式裂開(kāi)型永磁無(wú)刷輪電機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線示意圖5:內(nèi)置式矩形和裂開(kāi)型永磁無(wú)刷輪電機(jī)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性示意圖6:按箭頭方向調(diào)節(jié)磁鋼徑向插入深度的內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)剖面圖7:磁鋼空槽寬度不同的內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)剖面圖；圖8:內(nèi)置式永磁轉(zhuǎn)子剖面示意圖9a、9b、9c:內(nèi)置式永磁轉(zhuǎn)子磁極極弧角示意圖。圖中各附圖標(biāo)記的含義見(jiàn)下表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>具體實(shí)施例方式電動(dòng)汽車用高功率寬調(diào)速內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)，包括機(jī)殼和機(jī)殼內(nèi)的定子和轉(zhuǎn)子，定子包括固定在機(jī)殼內(nèi)壁的定子鐵芯和定子繞組，機(jī)殼兼作定子導(dǎo)磁磁軛，圖la、lb所示，定子鐵芯包括定子磁軛l、定子槽2和定子齒3，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸7和轉(zhuǎn)子鐵芯6，轉(zhuǎn)子鐵芯6內(nèi)圓周方向均勻鑲有徑向磁化矩形條狀磁鋼5a，如圖la，或轉(zhuǎn)子鐵芯6內(nèi)圓周方向均勻鑲有裂開(kāi)型徑向磁化矩形條狀磁鋼5b，如圖lb，徑向磁化矩形條狀磁鋼5a或裂開(kāi)型徑向磁化矩形條狀磁鋼5b與極靴4構(gòu)成永磁磁極，極靴4可防止電樞反應(yīng)引起磁鋼去磁危險(xiǎn)。圖lb，裂開(kāi)型徑向磁化矩形條狀磁鋼5b與極靴4組成永磁磁極，裂開(kāi)型兩塊磁鋼有弱磁擴(kuò)速、恒功率調(diào)速、聚磁和提高出力功效，兩塊徑向磁鋼的磁通同時(shí)通過(guò)極靴4擠向氣隙，有效地增加氣隙磁密，電機(jī)出力與氣隙磁密成正比，從而顯著提高了出力，相應(yīng)地也提高了過(guò)載能力和快速響應(yīng)。圖3永磁轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向均勻鑲有裂開(kāi)型徑向磁鋼5b，除了永磁回路A產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩外，內(nèi)置式永磁轉(zhuǎn)子還有磁阻回路B產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，其曲線如圖4所示，同步轉(zhuǎn)矩C1與磁阻轉(zhuǎn)矩C2疊加成合成轉(zhuǎn)矩C3，有弱磁擴(kuò)速和恒功率調(diào)速作用。-如圖lc所示，轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向均勻鑲有徑向磁化矩形條狀磁鋼5a，永磁轉(zhuǎn)子極靴4外圓為經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的非同心弧形曲面，極靴4中央氣隙小，向兩邊氣隙逐漸變大，使定轉(zhuǎn)子間形成不均勻?qū)ΨQ徑向氣隙，使電機(jī)具有聚磁，改善氣隙磁場(chǎng)波形、使氣隙磁場(chǎng)接近正弦波，降低電機(jī)噪音、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，抑制靜態(tài)和動(dòng)態(tài)電樞反應(yīng)、提高過(guò)載能力，同時(shí)內(nèi)置式永磁能產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，利于高速運(yùn)行和頻繁啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高效、高出力、寬調(diào)速、快響應(yīng)的平穩(wěn)運(yùn)行。轉(zhuǎn)子磁極由內(nèi)置式徑向或裂開(kāi)型徑向磁鋼和極靴組成，導(dǎo)磁極靴漏磁會(huì)很大，因此，在磁極間設(shè)置隔磁磁橋8，如圖2，保證隔磁磁橋截面處磁路高度飽和，導(dǎo)磁系數(shù)減小，減少磁橋處分流磁通，減少漏磁，增加有效磁通，提高出力。圖5內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性，曲線D為內(nèi)置式徑向磁鋼，曲線E為內(nèi)置式裂開(kāi)型徑向磁鋼，可見(jiàn)，內(nèi)置式裂開(kāi)型有明顯的弱磁擴(kuò)速和恒功率特性。圖6所示按箭頭方向調(diào)節(jié)磁鋼徑向插入深度的內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)剖面，轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向均勻鑲有徑向磁化矩形條狀磁鋼5a，調(diào)節(jié)磁鋼5a在鐵芯內(nèi)徑向插入深度，可增加永磁磁通、磁阻轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩，減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。圖7所示磁鋼空槽寬度不同的內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)剖面，轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向均勻鑲有徑向磁化矩形條狀磁鋼5a，調(diào)節(jié)磁鋼槽9的空槽寬度，可增加磁阻轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩，減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，使電機(jī)綜合品質(zhì)提高。圖8、圖9a、9b、9c所示內(nèi)置式永磁轉(zhuǎn)子磁極，其極弧角10、極距11，轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向均勻鑲有徑向磁化矩形條狀磁鋼5a，調(diào)節(jié)鑲磁鋼槽的空槽角度，即調(diào)節(jié)每極的極弧角10，相鄰極的極弧角均不相等，合理調(diào)節(jié)極弧角IO可增加磁阻轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩，顯著減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。調(diào)節(jié)極弧角10可使轉(zhuǎn)矩波動(dòng)減少70%，使電機(jī)綜合品質(zhì)大幅度提高，實(shí)現(xiàn)寬調(diào)速、快響應(yīng)的平穩(wěn)運(yùn)行。綜上所述，本發(fā)明內(nèi)置式結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)表面貼裝式(磁鋼貼于轉(zhuǎn)子鐵芯外圓表面)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)①生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，采用矩形條狀磁鋼，易加工、充磁、省材并容易固定；②轉(zhuǎn)子表面平滑，動(dòng)平衡好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有利于高速運(yùn)行和頻繁起動(dòng)；③轉(zhuǎn)子為典型的凸極結(jié)構(gòu)，凸極效應(yīng)(凸極率)顯著，起動(dòng)特性好，過(guò)載能力強(qiáng)，便于弱磁擴(kuò)速和恒功率調(diào)速，使電機(jī)能高功率、寬調(diào)速、快響應(yīng)的平穩(wěn)運(yùn)行。需強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明電動(dòng)汽車用高功率寬調(diào)速內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)，電機(jī)定轉(zhuǎn)子間為不均勻?qū)ΨQ徑向氣隙，具有聚磁、改善氣隙磁場(chǎng)波形、降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、抑制靜態(tài)和動(dòng)態(tài)電樞反應(yīng)、提高過(guò)載能力。裂開(kāi)型兩塊磁鋼有弱磁擴(kuò)速、恒功率調(diào)速、聚磁和提高出力功效。電機(jī)磁極間設(shè)置隔磁磁橋，減少漏磁，增加有效磁通，提高出力、功率重量比、功率體積比和效率。在電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子中，調(diào)節(jié)磁鋼在鐵芯內(nèi)徑向插入深度，調(diào)節(jié)鑲磁鋼槽的空槽寬度和調(diào)節(jié)極弧角，增加永磁磁通、磁阻轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩，減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。功能卓越，使用方便，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)顯著，應(yīng)用前景看好。以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.電動(dòng)汽車用高功率寬調(diào)速內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)，包括機(jī)殼和機(jī)殼內(nèi)的定子和轉(zhuǎn)子，所述定子包括固定在機(jī)殼內(nèi)壁的定子鐵芯和定子繞組，其特征在于所述定子鐵芯包括定子磁軛(1)、定子槽(2)和定子齒(3)，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸(7)和轉(zhuǎn)子鐵芯(6)，所述轉(zhuǎn)子鐵芯(6)內(nèi)圓周方向均勻鑲有徑向磁化矩形條狀磁鋼(5a)、或均勻鑲有裂開(kāi)型徑向磁化矩形條狀磁鋼(5b)，所述徑向磁化矩形條狀磁鋼(5a)或裂開(kāi)型徑向磁化矩形條狀磁鋼(5b)與極靴(4)構(gòu)成永磁磁極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車用高功率寬調(diào)速內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)，其特征在于所述極靴(4)的外圓為非同心弧形曲面。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車用高功率寬調(diào)速內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)，其特征在于所述徑向磁化矩形條狀磁鋼(5a)或裂開(kāi)型徑向磁化矩形條狀磁鋼(5b)與極靴(4)構(gòu)成的永磁磁極間設(shè)置隔磁磁橋(8)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車用高功率寬調(diào)速內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子鐵芯(6)內(nèi)圓周方向均勻鑲有的徑向磁化矩形條狀磁鋼(5a)，磁鋼(5a)在鐵芯內(nèi)徑向插入深度不等。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車用高功率寬調(diào)速內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子鐵芯(6)內(nèi)圓周方向均勻鑲有徑向磁化矩形條狀磁鋼(5a)，其鑲磁鋼槽(9)的空槽寬度不等。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車用高功率寬調(diào)速內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子鐵芯(6)內(nèi)圓周方向均勻鑲有徑向磁化矩形條狀磁鋼(5a)，其鑲磁鋼槽的空槽角度即極弧角(10)不同。全文摘要本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車用高功率寬調(diào)速內(nèi)置式永磁無(wú)刷輪電機(jī)，包括機(jī)殼和機(jī)殼內(nèi)的定子和轉(zhuǎn)子，定子包括固定在機(jī)殼內(nèi)壁的定子鐵芯和定子繞組，定子鐵芯包括定子磁軛、定子槽和定子齒，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子鐵芯，轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向均勻鑲有徑向磁化矩形條狀磁鋼、或均勻鑲有裂開(kāi)型徑向磁化矩形條狀磁鋼，徑向磁化矩形條狀磁鋼或裂開(kāi)型徑向磁化矩形條狀磁鋼與極靴構(gòu)成永磁磁極。轉(zhuǎn)子極靴外圓為非同心弧形曲面，形成不均勻?qū)ΨQ徑向氣隙；磁極間設(shè)置隔磁磁橋，保證隔磁磁橋截面處磁路高度飽和；調(diào)節(jié)磁鋼在鐵芯內(nèi)徑向插入深度、鑲磁鋼槽的空槽寬度、鑲磁鋼槽的空槽角度、極弧角等，實(shí)現(xiàn)高效、高出力、寬調(diào)速、快響應(yīng)的平穩(wěn)運(yùn)行。文檔編號(hào)H02K1/27GK101436793SQ20071013526公開(kāi)日2009年5月20日申請(qǐng)日期2007年11月12日優(yōu)先權(quán)日2007年11月12日發(fā)明者林德芳,崗胡,陳文英申請(qǐng)人:蘇州工業(yè)園區(qū)和鑫電器有限公司