專利名稱：車用高功率密度高效率的永磁同步電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新能源汽車電機(jī)技術(shù)，特別涉及一種車用高功率密度高效率的永磁同步電機(jī)。
背景技術(shù)：
永磁同步電機(jī)由于轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性好、效率相對于其他種類電機(jī)較高和控制方便等優(yōu)點(diǎn)，一般電動汽車，尤其是電動轎車大多采用永磁電機(jī)。永磁材料釹鐵硼剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度高、磁感應(yīng)矯頑力大，最大磁能極高，是目前磁性能最高的永磁材料。電動汽車車用永磁電機(jī)一般采用釹鐵硼作為永磁材料。電動轎車由于空間與整車質(zhì)量的限制,要求電機(jī)有較大的功率密度,而傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)采用“一字型”和“V型”的永磁體結(jié)構(gòu)，由于磁路結(jié)構(gòu)的限制，限制了氣隙磁密的增高，其功率密度相對較低。并且，車用電機(jī)采用矢量控制，這樣電機(jī)的驅(qū)動電流中包含高次諧波分量，會增加電機(jī)的鐵損，高次諧波電流還會影響永磁材料的工作點(diǎn)發(fā)生變化，引起永磁體材料的渦流損耗。再者，車用電機(jī)要求很寬的調(diào)速范圍，要求在電機(jī)在寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有較好的效率。車輛的郊區(qū)工況車速很高，對電機(jī)的高速區(qū)的效率有很大的需求。但是電機(jī)在高速區(qū)采用弱磁控制，并且電機(jī)工作頻率很高，電機(jī)的硅鋼片損耗與永磁材料的渦流損耗均較高，一般傳統(tǒng)的永磁同步電機(jī)的高速時效率往往較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是要提供一種提高電機(jī)功率密度與轉(zhuǎn)矩密度，提高電機(jī)效率的車用高功率密度高效率的永磁同步電機(jī)。為了解決以上的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種車用高功率密度高效率的永磁同步電機(jī)，該永磁同步電機(jī)包括電機(jī)轉(zhuǎn)軸、軸承、端蓋、機(jī)座、旋轉(zhuǎn)變壓器、定子繞組、定子鐵芯、銅環(huán)、釹鐵硼永磁體、轉(zhuǎn)子鐵 芯、平鍵，所述轉(zhuǎn)子鐵芯由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子鐵芯靠平鍵固定在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子非輸出軸伸端還安裝有旋轉(zhuǎn)變壓器，其定子與傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)相同。其轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸、釹鐵硼永磁體、銅環(huán)及轉(zhuǎn)子鐵芯；由硅鋼片疊成的轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)軸與傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)相同。所述轉(zhuǎn)子的釹鐵硼永磁體以Halbach陣列形式放置，每極邊緣的兩段采用切向充磁，中間的兩段采用對角充磁，用以提高電機(jī)的氣隙磁密，增加電機(jī)的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度，加大永磁材料的磁阻；在永磁體上部增加銅環(huán)，每極在永磁體上部增加的銅環(huán)焊接在一起構(gòu)成環(huán)形回路結(jié)構(gòu)，減少電機(jī)定子諧波電流對永磁材料工作點(diǎn)的影響。本發(fā)明的優(yōu)越功效在于:轉(zhuǎn)子每極下永磁體采用四段式Halbach陣列形式放置，充分利用Halbach陣列的聚磁效應(yīng),使永磁體的磁通充分向定子側(cè)聚集，提高電機(jī)的氣隙磁密，從而增加電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度；并且Halbach陣列形式永磁體的磁阻高，抵抗定子諧波電流能力強(qiáng)，永磁體工作點(diǎn)穩(wěn)定性好，即能保證永磁體渦流損耗較小，又能保證電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定(電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動小)；再者永磁體工作點(diǎn)穩(wěn)定性好，保證轉(zhuǎn)子磁通穩(wěn)定，可以有效的降低轉(zhuǎn)子的鐵芯損耗，提高電機(jī)效率。在每極永磁體上方增加一個銅環(huán)，利用電磁感應(yīng)原理，但轉(zhuǎn)子永磁體受到定子高次諧波電流影響時，會在銅環(huán)上產(chǎn)生感應(yīng)電流，抵消一部分定子高次諧波電流；這樣進(jìn)一步減少定子諧波電流對轉(zhuǎn)子永磁體材料的影響，減少永磁材料的渦流損耗和電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動，增加電機(jī)高速時的效率。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)剖視 圖中標(biāo)號說明
I一定子繞組；2—釹鐵硼永磁材料；
3—銅環(huán)；4一定子鐵芯；
5—電機(jī)轉(zhuǎn)軸；6—轉(zhuǎn)子鐵芯；
7—平鍵；8—軸承；
9一端蓋；10 —電機(jī)機(jī)座；
11一旋轉(zhuǎn)變壓器。
具體實(shí)施例方式請參閱附圖所示，對本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。如圖1所示，本發(fā) 明提供了一種電動車用Halbach陣列加銅環(huán)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)，該永磁同步電機(jī)包括電機(jī)轉(zhuǎn)軸5、軸承8、端蓋9、機(jī)座10、旋轉(zhuǎn)變壓器11、定子繞組
1、定子鐵芯4、銅環(huán)3、釹鐵硼永磁體2、轉(zhuǎn)子鐵芯6、平鍵7，轉(zhuǎn)子鐵芯6由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子鐵芯6靠花鍵固定在轉(zhuǎn)軸I上，轉(zhuǎn)子非輸出軸伸端還安裝有旋轉(zhuǎn)變壓器11。該電機(jī)定子形式與傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)相同，其永磁轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸5、釹鐵硼永磁體2、銅片3及轉(zhuǎn)子鐵芯6。轉(zhuǎn)子每極下永磁體2采用四段式Halbach陣列形式放置，每極邊緣的兩段采用切向充磁，中間的兩段采用對角充磁，有利于極與極之間的磁場銜接，減少轉(zhuǎn)子軛部磁密，達(dá)到Ha I b a c h陣列形式的的聚磁效應(yīng),使永磁體的磁通充分向定子側(cè)聚集,提高電機(jī)的氣隙磁密，從而增加電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度。并且Halbach陣列形式永磁體的磁阻高，抵抗定子諧波電流能力強(qiáng)，減少永磁體渦流損耗及轉(zhuǎn)矩脈動。在每極永磁體上方增加一個銅環(huán)3,進(jìn)一步減少定子諧波電流對轉(zhuǎn)子永磁體材料的影響，從而減少永磁材料的渦流損耗和轉(zhuǎn)矩脈動。圖1中每極的釹鐵硼永磁體2共三十二塊，所標(biāo)注的箭頭方向即為其充磁方向，每極處于兩邊的兩塊為切向充磁，處于中間的兩快為對角充磁。釹鐵硼永磁體2加工時，所選永磁體的預(yù)充磁方向應(yīng)與圖1中釹鐵硼永磁體2內(nèi)所標(biāo)注的箭頭方向一致，經(jīng)外形加工和電鍍防銹處理后，再按加工時所選的預(yù)充磁方向充磁，充磁后再按要求嵌入各自的槽中。圖1中每極的銅環(huán)3共有八個，在每極的端部銅環(huán)3可焊接在一起組成一個環(huán)形回路結(jié)構(gòu)，圖2所示3即為銅環(huán)端部回路。銅環(huán)3可以采用純銅，也可以采用并聯(lián)繞組的形式實(shí)現(xiàn)。但在采用繞組的形式時為了減小銅環(huán)的電感，應(yīng)該采用并聯(lián)繞組形式，而不能采用串聯(lián)繞組形式。
權(quán)利要求
1.一種車用高功率密度高效率的永磁同步電機(jī)，該永磁同步電機(jī)包括電機(jī)轉(zhuǎn)軸、軸承、端蓋、機(jī)座、旋轉(zhuǎn)變壓器、定子繞組、定子鐵芯、銅環(huán)、釹鐵硼永磁體、轉(zhuǎn)子鐵芯、平鍵，所述轉(zhuǎn)子鐵芯由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子鐵芯靠平鍵固定在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子非輸出軸伸端還安裝有旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征在于:該電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子每極下以四段式Halbach陣列形式放置和每極在永磁體上部增加銅環(huán)；每極邊緣的兩段采用切向充磁，中間的兩段采用對角充磁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用高功率密度高效率的永磁同步電機(jī)，其特征在于:所述每極在永磁體上部增加的銅環(huán)焊接在一起構(gòu)成環(huán)形回路結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種車用高功率密度高效率的永磁同步電機(jī)，該電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子每極下以四段式Halbach陣列形式放置和在每極在永磁體上部增加銅環(huán)；每極邊緣的兩段采用切向充磁，中間的兩段采用對角充磁。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是有利于極與極之間的磁場銜接，減少轉(zhuǎn)子軛部磁密，達(dá)到Halbach陣列形式的聚磁效應(yīng)，使永磁體的磁通充分向定子側(cè)聚集，提高電機(jī)的氣隙磁密，從而增加電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度；Halbach陣列形式永磁體的磁阻高，抵抗定子諧波電流能力強(qiáng)，減少永磁體渦流損耗及轉(zhuǎn)矩脈動；Halbach陣列永磁體工作點(diǎn)穩(wěn)定性好，轉(zhuǎn)子磁通比較穩(wěn)定，有效地降低轉(zhuǎn)子的鐵芯損耗，提高電機(jī)效率。
文檔編號H02K21/14GK103166406SQ20111040693
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者王心堅, 王業(yè)勤, 衛(wèi)鏡周, 鐘再敏, 陳辛波, 余卓平, 喬良, 王曉斌 申請人:同濟(jì)大學(xué)