一种转子聚磁式分段定子横向磁通永磁轮毂电机

技术领域

本发明涉及电机领域，特别涉及一种转子聚磁式分段定子横向磁通永磁轮毂电机。

背景技术

随着全球经济的飞速发展，新能源汽车替代传统的燃油汽车已成为汽车行业的大势所趋。新能源汽车根据动力能源可分为：燃料电池电动汽车、纯电动汽车和混合动力电动汽车等。其中，纯电动汽车由于结构简单易于维护，对环境友好，同时拥有良好的启动性能等优点，成为未来近几十年内最具发展潜力的汽车类型。纯电动汽车中，驱动电机成为制约电动汽车性能提升的核心问题之一。

目前纯电动汽车通常采用交流异步电机、无刷直流电机和永磁同步电机作为驱动电动机。其中永磁同步电机由于其结构简单、体积小、运行可靠性高、效率及功率密度高等优点受到广泛应用。传统的永磁同步电机可分为径向磁通、轴向磁通和横向磁通三种磁路结构形式，其中横向磁通永磁电机相比径向和轴向磁通电机具有良好的磁路解耦特性，可以根据需要独立调整线圈窗口和磁路尺寸来确定电机的电、磁负荷，同时有效增加铁芯面积和增大导体截面积，从而获得很高的转矩密度，因此适合于轮毂电机驱动电机。

近几年虽然国内外众多机构对横向磁通发电机进行了大量的研究工作，但是还存在一些问题亟待改进和解决。例如，瑞典的KTH大学的D.Svechkarenko博士提出了一种新型大容量横向磁通永磁电机，通过计算研究表明该电机具有较高的功率因数，但是结构异常复杂，制造工艺和成本较高；沈阳工业大学的刘哲民博士也对永磁横向磁通电机进行了研究，改进了横向磁通电机定子铁芯的结构，简化了其制造工艺，但是该电机的永磁体和空间利用率偏低；东南大学林鹤云教授提出了一种新型的聚磁式横向磁通永磁电机，提高了电机的空间利用率，但是永磁体的利用率还有待进一步提高。总之，现有的横向磁通永磁电机或永磁体及电机空间利用率偏低，或制造工艺复杂、材料成本较高，或电机电枢绕组有效长度比例不高，在功率密度和加工制造上还有提高的空间。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺陷，本发明的主要目的在于克服现有技术的不足之处，公开了一种转子聚磁式分段定子横向磁通永磁轮毂电机，包括定子和转子，两套所述定子分设在所述转子两侧；所述定子包括M个定子铁芯和M个环形电枢绕组，M为电机相数；所述定子铁芯包括定子轭和定子齿，所述定子齿包括在颈项上设置的定子内齿和定子外齿，并且所述定子内齿和所述定子外齿交错设置；所述转子包括2P个转子铁芯、P个S极永磁体和P个N极永磁体，P为极对数；所述S极永磁体和所述N极永磁体沿圆周方向交错嵌入所述转子铁芯中，相邻的S极永磁体和N极永磁体的磁极方向沿圆周方向相反。

进一步地，两套所述定子呈镜面对称。

进一步地，所述定子内齿与所述定子外齿之间的间距为一块永磁体圆周方向的宽度。

进一步地，所述定子铁芯采用软磁复合材料制成。

进一步地，所述转子铁芯采用软磁符合材料制成。

进一步地，两套所述定子的同一相的所述环形电枢绕组采用并联或串联的方式连接；M相所述环形电枢绕组采用三角形或星形连接方式连接。

进一步地，所述定子内齿、所述定子外齿沿圆周方向分别相差360°/M电角度。

进一步地，所述S极永磁体、所述N极永磁体为钕磁铁或钐钴。

本发明取得的有益效果：

本发明的转子聚磁式分段定子横向磁通永磁轮毂电机的转子铁芯中放置永磁体，构成转子铁芯、永磁体沿圆周方向顺序排列的结构，且圆周方向相邻两个转子铁芯中的永磁体磁化方向沿圆周方向相反，结合转子两侧相对应的每相定子铁芯内、外齿交错排列的结构特点，可以避免永磁体无效情况，从而提高了电机永磁体的利用率，在一定程度上提高了电机的功率和转矩密度。

该电机的同一相定子铁芯尺寸相同，各转子铁芯尺寸也相同，且都由软磁复合材料加工而成。各相定子铁芯内、外齿之间形成圆弧型定子槽，将定子绕组置于槽中，形成单相定子电枢整体；各转子铁芯与永磁体沿圆周方向交错排列，形成转子整体。由于定、转子铁芯采用了软磁复合材料加工而成，可以有利于磁路在三维方向上穿过，且便于电机的设计与加工制造。

附图说明

图1为本发明的转子聚磁式分段定子横向磁通永磁轮毂电机的结构示意图；

图2为转子聚磁式分段定子横向磁通永磁轮毂电机单块定子电枢结构示意图；

图3为转子聚磁式分段定子横向磁通永磁轮毂电机转子结构示意图；

图4为转子聚磁式分段定子横向磁通永磁轮毂电机三相定子铁芯示意图；

图5为转子聚磁式分段定子横向磁通永磁轮毂电机三相定子铁芯电角度示意图；

图6为t0时刻转子聚磁式分段定子横向磁通永磁轮毂电机的主磁通示意图；

图7为t1时刻转子聚磁式分段定子横向磁通永磁轮毂电机的主磁通示意图；

附图标记如下：

1、定子，2、转子，11、环形电枢绕组，12、第一定子铁芯，13、第二定子铁芯，14、第三定子铁芯，15、定子内齿，16、定子外齿，21、转子铁芯，22、S极永磁体，23、N极永磁体。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种转子聚磁式分段定子横向磁通永磁轮毂电机，如图1-7所示，包括定子1和转子2，其中，定子1设置两套。两套定子1分设在转子2两侧；具体的，定子1包括M个定子铁芯和M个环形电枢绕组11，M为电机相数；以三相转子聚磁式分段定子横向磁通永磁轮毂电机为例，每套定子铁芯包括第一定子铁芯12、第二定子铁芯13和第三定子铁芯14，且第一定子铁芯12、第二定子铁芯13和第三定子铁芯14尺寸一致。定子铁芯上均设置定子内齿15和定子外齿16，定子内齿15和定子外齿16沿圆周方向交错排列。环形绕组11嵌入各组定子内外齿之间形成的定子槽中，转子2包括2P个转子铁芯21、P个S极永磁体22和P个N极永磁体23，P为极对数；转子铁芯中间嵌入S极永磁体22和N极永磁体23以形成转子整体。N极永磁体23和S极永磁体22沿圆周方向形成永磁体阵列，相邻两块永磁体磁化方向沿圆周方向相反。

在一实施例中，如图1-7所示，两套定子1呈镜面对称。两侧的定子1共同对转子2作用。

在一实施例中，如图1-7所示，定子内齿与定子外齿之间的间距为一块永磁体圆周方向的宽度。

在一实施例中，如图1-7所示，定子铁芯采用软磁复合材料制成。

在一实施例中，如图1-7所示，转子铁芯21采用软磁符合材料制成。

在一实施例中，如图1-7所示，两套定子1的同一相的环形电枢绕组11采用并联或串联的方式连接；M相环形电枢绕组11采用三角形或星形连接方式连接。

在一实施例中，如图1-7所示，定子内齿15、定子外齿16沿圆周方向分别相差360°/M电角度。以三相电机为例，相邻两相定子铁芯的内、外齿之间相差120°电角度，构成三相对称系统。

在一实施例中，如图1-7所示，S极永磁体22、N极永磁体23为钕磁铁或钐钴。

本发明在使用时：

电动机原理，当电动汽车处于驱动状态时，该三相转子聚磁式分段定子横向磁通永磁轮毂电机的三相定子环形绕组11中通入三相正弦交流电，在电机气隙中产生圆形旋转磁场；转子中的N极永磁体23和S极永磁体22同样产生永磁磁场。当电机静止时，施加三相定子环形绕组11的电流频率从0Hz逐步增加，此时定子圆形旋转磁场拖动转子磁场进行旋转，从而实现电动向机械能的转换。

发电机原理，当电动汽车处于能量回馈状态时，该三相转子聚磁式分段定子横向磁通永磁轮毂电机通过车轮拖动转子旋转在定子环形绕组11中产生变化的磁场，从而感应出变化的电势，以实现交流运行。在图6所示的t0时刻，定子槽中的环形电枢绕组11磁通方向为定子外齿、定子轭、定子内齿、转子铁芯→永磁体构成的闭合回路；当在图7所示的t1时刻，定子槽中的环形电枢绕组11磁通方向为定子内齿、定子轭、定子外齿、转子铁芯、永磁体构成的闭合回路；因此在两组环形电枢绕组11中产生感应电势，因此将两组环形电枢绕组串联或并联可以获得所有感应电势。

该转子聚磁式分段定子横向磁通永磁轮毂电机可以有效地利用N极永磁体23和S极永磁体22，提高了电机的功率密度和转矩密度，且降低N极永磁体23和S极永磁体22的使用成本；第一定子铁芯12、第二定子铁芯13、第三定子铁芯14和转子铁芯21结构较为简单，都可以用软磁复合材料加工而成，可以有效地降低加工制造的成本，提高电机的功率因数。

以上仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。