[发明专利]一种基于Halbach结构的无铁心轴向磁场无刷直流电动机

说明书

技术领域

本发明涉及电动机技术领域，具体涉及一种基于Halbach结构的无铁心轴向磁场无刷直流电动机。

背景技术

环境污染和能源短缺是当今世界的重要问题，事关人类生存环境的改善。伴随着汽车社会的急速发展，城市范围内的大气污染问题以及全球范围内的二氧化碳排放等环境问题以及全球范围内的二氧化碳排放等环境问题已经引起人们的广泛关注。为了解决上述问题，研究开发节能、环保和安全的汽车是实现可持续发展的必由之路。其中，电动汽车以其低公害性、高燃油经济性、高效化以及对于行驶的灵活性等方面的优势备受重视。在电动汽车领域中，采用轮毂电机直接驱动系统结构型式日益成为发展方向，轮毂电机逐步成为电动汽车领域的研究热点。与传统的单电机集中驱动的电动汽车结构不同，直接驱动就是将电动机直接安装在车轮内，每个轮内装有一个电机，称为轮毂电机，直接驱动车轮带动汽车行驶。这种结构的主要优点是取消了齿轮箱和机械差动器，减小了驱动链的组件，因而减小了整个驱动链的重量，提高整个系统的可靠性和效率。然而，由于取消了齿轮，驱动轮轴的转矩都要由电动机来产生，电机的体积和重量会增加。因此直驱系统主要的挑战是要使安装在轮内的轮毂电机的体积和重量尽量的小，应在电机的体积、重量和功率之间进行平衡。

鉴于轮毂电机本身的特点与要求，轴向磁场无铁心永磁同步电动机是一个很好的选择。现有技术中也有轴向磁场无铁心永磁同步电动机，其能够减小电机质量，消除齿槽转矩和铁心损耗，但是其定子采用无铁心以后，由于有效气隙变大，气隙磁密不高，从而引起电机的转矩密度比较低。

为了提高气隙磁密，采用Halbach型阵列永磁体的永磁电机正在逐渐被应用。现有的基于Halbach结构的轴向磁场无铁心永磁电机，为了获得正弦分布的气隙磁密，Halbach阵列永磁体充磁方向必须多样，这样势必提高了永磁体的制造成本，从而增加整个电机的成本，降低了性价比。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种永磁体用量少、成本低、重量轻、无铁耗、效率高，且气隙磁密大大增加、波形正弦分布的Halbach磁体结构的轴向磁场无铁心永磁无刷直流电动机。

本发明采用的技术方案为：一种基于Halbach结构的无铁心轴向磁场无刷直流电动机，包括定子无铁心电枢盘、永磁体、转子盘、轴、轴承和转子外壳；

所述定子无铁心电枢盘的两侧设有两个对称转子盘，定子无铁心电枢盘和转子盘安装在轴上，轴通过轴承安装在转子外壳内，所述转子盘上粘贴有永磁体，永磁体粘贴在转子外壳的内表面；

所述永磁体采用轴向充磁与切向充磁的Halbach磁体结构，可自行形成闭合磁路，省去了转子背铁，减轻转子重量，所述切向充磁的永磁体中间放置软磁材料，在保证能产生正弦分布的气隙磁密，不减弱气隙磁密的前提下，可减少永磁体用量，降低电机制造成本，每一个转子盘上每一磁极由四部分构成：轴向充磁的永磁体，软磁材料和两块切向充磁的永磁体。

作为优选，所述定子无铁心电枢盘采用非重叠集中绕组型式，绕组端接部分更短，用量少，铜耗少，而且该种绕组型式构造简单，加工方便。

作为优选，所述转子外壳由高机械强度的非磁性材料所构成。

作为优选，所述永磁体选用高磁能积的钕铁硼材料。

本发明定子采用无铁心结构，可消除齿槽转矩和铁心损耗，消除定转子之间的轴向磁力，装配方便。通过选择合适的转子永磁材料、软磁材料尺寸以及合适的安放位置，可产生正弦分布的磁场波形，削弱谐波分量。

本发明提出的一种Halbach磁体结构的轴向磁场无铁心无刷直流电动机，该电机是对现有Halbach结构永磁电机的改进，Halbach永磁体阵列仅采用轴向充磁和切向充磁两个方向的磁体，在两块切向充磁的磁体中间加入软磁材料，在保证气隙磁密大小一定的基础上，减少永磁体用量，降低电机造价，减轻转子重量，从而提高电机的转矩密度。通过选择合适的永磁材料、软磁材料尺寸及它们的安放位置，还可提高气隙磁密的正弦性，削弱谐波分量。