[实用新型]混合励磁多元磁通切换型汽车轮毂电机

说明书

技术领域

本实用新型专利发明涉及了一种电机内的永磁场﹑电励磁磁场﹑电枢反应磁场三种磁场互相耦合的混合励磁多元磁通切换型汽车轮毂电机， 是纯电动汽车的关键零部件和核心技术。其结构和原理包括双永磁铁心凸极定子、齿顶弧面弧度削齿转子、三相多元电/磁通路的电枢绕组、互相串联连接的电励磁绕组、过电流保险器等主要部分。三相电枢绕组的各相分成若干独立电磁通路，定子铁心凸极采用双永磁，加上转子齿顶弧面的弧度削齿方法，两者的协同作用最终使电机的齿槽转矩降为最低。电励磁绕组分布在电机各凸极双永磁体内空间，调节励磁绕组的电流方向和大小，可对永磁气隙磁场的有效调节与控制，扩宽了调速范围，克服了普通磁通切换型电机调磁困难的缺点，可实现恒转矩区的大转矩、恒功率区的宽调速功能。该电机具有功率密度高、高效能﹑运转平滑、噪音低﹑自容错性强、功率可调﹑有高的低速扭距。且当某一电枢绕组发生故障时汽车仍可继续运行的高可靠性，正常行驶时它是驱动的电动机，当汽车下坡或滑行时转换成发电机，给蓄电池充电，全封闭结构，适宜汽车高速、高温和恶劣环境以及水下使用，是新能源纯电动汽车驱动的全创新型汽车轮毂电机。 

背景技术

随着燃油资源紧缺，全球气候变暖，节能减排刻不容缓，特别是2012年至2013年初全国性持续雾霾天气，使环境污染问题更加突出。2012年7月9日，国务院正式发布《节能与新能源汽车产业发展规划》，规划称新能源汽车产业发展将以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向，当前重点推进纯电动汽车产业化，并明确规定，到2015年，当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至6.9升/百公里，节能型乘用车燃料消耗量降至5.9升/百公里以下，国内品牌汽车厂家都在千方百计尽快上纯电动汽车或混合动力汽车项目，但相关核心技术仍未能取得突破性进展。汽车轮毂电机是新型纯电动汽车驱动之核心关键技术的零部件，它取代了现有汽车的发动机及附件、变速箱、传动轴、差速器、油箱等主要部件，使整辆汽车结构变得非常简单、稳固，车内空间更加宽阔。但电机的性能必需能适应各种恶劣路况行车，在越沟坑和爬坡时有足够大的扭距，特别是军用越野车，要求电机基点转速等于1：10。近年美、英、法、德等国纷纷将电动轮毂技术应用于军用越野车和轻型坦克上，并取得了重大成果。例如美国陆战队在“悍马”基础上研制出串联式“影子”新型混合动力越野车，采用了轮毂电机新技术，使战车在纯电动情况下具备了静音、无热痕迹、不易被敌方发现等优异性能，据闻美军已决定停产传统“悍马”车，全部改产新型混合动力轮毂电机驱动的“影子”型军车。这一重要发展趋势，引起各国的高度关注。国内目前在高性能，高可靠性汽车轮毂电机技术，还远远落后于欧美国家。我国的汽车工业急需具有高功率密度（体积小）、高效率（节能）、高可靠性（可带故障运行）、运行平稳（噪声低）、结构坚固、低速扭矩大、能耐受高温高速和恶劣环境等综合性能好的新型汽车轮毂电机。但传统的各类电机都满足不了上述的綜合性能，难实现成为理想的汽车轮毂电机。目前较为先进的永磁类电机，包括“永磁无刷电机BLDC”、“永磁同步电机”PMSM、“无铁心永磁电机”等虽有较高的效率，但由于制造工艺和技术性等原因，一般都采用内转子永磁型结构（无铁心永磁电机则必需釆用转子永磁型结构，而且目前功率只局限于小型电机）。由于转子在运行时温升高、散热条件差，加上高速旋转时产生的离心力和震动力，易使永磁件因高温退磁或因高速产生的离心力和震动力脱落，运行过程中容易造成电机性能逐渐下降，尤其永磁件脱落后产生的踫撞必然会造成整台电机严重损坏而报废。“开关磁阻SPM电机”具有结构简单，鲁棒性好，电/磁路独立性好，具容错性，转子没有永磁，也没有绕组，适应高速、高温运行，但亦存在齿槽转矩脉动大，噪声大，振动大，效率也低于永磁类电机，加上驱动控制系统复杂、成本高等缺点，未能广泛推广应用。目前除了开关磁阻电机（但也存在上述的缺点），其他类型电机都会因某绕组发生很小的一点故障，电机即时不能继续运行的致命弊端，可靠性不理想，当汽车行驶途中，一旦电机发生故障会使汽车停驶，甚至会酿成重大的安全事故，在军事上会延误战机。研制一种新型的、高功率密度、高效率、恒转矩的宽调速、鲁棒性好、具有自容错的高可靠性、在恶劣环境具较强耐受性的节能、环保、坚固、耐用的汽车轮毂电机，成为世界各国工程技术人员科研的热点和亟待突破的课题。我司工程技术人员综合分析各类电机的长、短处，尤其对永磁类电机和开关磁阻电机两类电机所具有的优点或潜在的可融性，对此进行分析、对比、借鉴、整合，研制发明一种结构、原理、技术特征全新的“多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切换型电机”，并在此基础上研发专门适合纯电动汽车使用的“混合励磁多元磁通切换型汽车轮毂电机”。我们研发的汽车轮毂电机的特点是具有：恒转矩区的大转矩和恒功率区的宽调速、高功率密度、高效节能、运转平滑、噪音低、自容错性强，、在恶劣路况起步行车和爬坡性能好，更关键是它的高可靠性，不会因电机某绕组故障，永磁件脱落等而中途停驶，同时还因为他的全封闭结构，特别适应汽车工作状态，利用富余动力给蓄电池充电补充能量，廷续汽车行使里程。因此是一种理想的纯电动汽车轮毂电机。该电机以其独具的优越性能和高可靠性，争取尽快纳入国家“863”计划。本实用新型专利属自主原创性发明，拥有自主知识产权，将极大提升国内汽车轮毂电机的技术先进性，在电机行业和纯电动汽车领域跻身世界先进行列。