弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種新型結(jié)構(gòu)多功能弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，電動(dòng)汽車已經(jīng)經(jīng)歷了從概念車到推廣普及的階段，為了提高駕駛的平順性和舒適性，越來(lái)越多的機(jī)械零部件呈現(xiàn)出被電子器件替代的趨勢(shì)，采用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車能夠提升車輛操控性和車內(nèi)空間。
[0003]然而，傳統(tǒng)的電動(dòng)汽車使用多臺(tái)電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車輛直線行駛、轉(zhuǎn)向和偏移的功能，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且占用大量的車輛空間，增加了車輛的非簧載質(zhì)量，致使車輛平穩(wěn)性和舒適性難以提升。因此，研發(fā)新結(jié)構(gòu)多功能輪轂電機(jī)具有重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)的多功能化，采用輪轂電機(jī)實(shí)現(xiàn)車輛的直線行駛、轉(zhuǎn)向和偏移功能，提出了弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)。
[0005]本發(fā)明將線控轉(zhuǎn)向技術(shù)與永磁同步輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，車輪上只采用一臺(tái)輪轂電機(jī)實(shí)現(xiàn)車輛的直線行駛、轉(zhuǎn)向和偏移功能。
[0006]弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)，它包括轉(zhuǎn)子、定子、軸1、左端蓋2、殼體5、右端蓋6和軸承7 ;轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵芯3-1和永磁體3-2，定子包括定子鐵芯4-1和定子繞組4-2 ;定子繞組4-2包括左偏擺繞組4-2-1、驅(qū)動(dòng)繞組4-2-2和右偏擺繞組4_2_3 ;殼體5的兩個(gè)端面分別設(shè)置有左端蓋2和右端蓋6，軸I的左端從左端蓋2伸出，軸I的右端通過(guò)軸承7與右端蓋6活動(dòng)連接；
[0007]軸I上固定轉(zhuǎn)子或定子，殼體5的內(nèi)側(cè)壁相應(yīng)的設(shè)置有定子或轉(zhuǎn)子；且定子與轉(zhuǎn)子之間存在均勻氣隙g;
[0008]定子和轉(zhuǎn)子同軸套裝在一起，定子鐵芯4-1靠近氣隙g側(cè)的表面與轉(zhuǎn)子靠近氣隙g側(cè)的表面均為同心球形曲面結(jié)構(gòu)。
[0009]定子鐵芯4-1沿軸向被分割成三個(gè)部分，每個(gè)部分均配置有電樞繞組，其中中間部分配置驅(qū)動(dòng)繞組4-2-2，兩側(cè)部分分別配置左偏擺繞組4-2-1和右偏擺繞組4-2-3。
[0010]左偏擺繞組4-2-1、驅(qū)動(dòng)繞組4-2-2和右偏擺繞組4_2_3具有相同的勵(lì)磁磁場(chǎng)等效極數(shù)，而且均通過(guò)采用集中繞組或分布繞組實(shí)現(xiàn)。
[0011 ] 轉(zhuǎn)子上永磁體3-2所產(chǎn)生的永磁磁場(chǎng)等效極對(duì)數(shù)P和定子繞組4-2所產(chǎn)生的勵(lì)磁磁場(chǎng)等效極數(shù)Ns滿足數(shù)學(xué)關(guān)系式Ns= 2p±l，其中其中P為正整數(shù)，Ns= 3k，k為正整數(shù)。
[0012]弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)，直行狀態(tài)時(shí)左偏擺繞組4-2-1、驅(qū)動(dòng)繞組4-2-2和右偏擺繞組4-2-3通電方式一致；轉(zhuǎn)向狀態(tài)時(shí)左偏擺繞組4-2-1和右偏擺繞組4-2-3中電流與驅(qū)動(dòng)繞組4-2-2中電流相序相反，且左偏擺繞組4-2-1和右偏擺繞組4-2-3中電流相位相差180°。
[0013]根據(jù)不同需求，永磁體可以采用表面式、內(nèi)置式、Halbach陣列結(jié)構(gòu)等；定子繞組可以采用分布繞組或者集中繞組。Halbach陣列又稱哈爾巴克陣列，是一種磁極排列形式，運(yùn)用在電機(jī)中能夠改善氣隙磁場(chǎng)波形。。
[0014]本發(fā)明巧妙利用定子繞組磁動(dòng)勢(shì)諧波理論和自軸承磁懸浮原理，通過(guò)選擇恰當(dāng)?shù)亩ㄗ?、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)極數(shù)配合，同時(shí)結(jié)合三套電樞繞組特定的電流控制策略，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)旋轉(zhuǎn)和偏擺兩自由度運(yùn)動(dòng)。
[0015]本發(fā)明針對(duì)輪轂電機(jī)平臺(tái)線控車輛的縱向行進(jìn)和轉(zhuǎn)向功能的多電機(jī)控制現(xiàn)狀，提出一種新型弧面結(jié)構(gòu)兼具旋轉(zhuǎn)和偏擺功能的永磁同步輪轂電機(jī)方案，極大程度上簡(jiǎn)化了電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械部件，為推進(jìn)線控電動(dòng)汽車的應(yīng)用提供儲(chǔ)備，具有很強(qiáng)的原始創(chuàng)新性。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是直行狀態(tài)時(shí)電樞繞組通電方式及電機(jī)定子受力示意圖；
[0017]圖2是轉(zhuǎn)向狀態(tài)時(shí)電樞繞組通電方式及電機(jī)定子受力示意圖；
[0018]圖3是【具體實(shí)施方式】六的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4是【具體實(shí)施方式】七的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5是【具體實(shí)施方式】八的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖6是【具體實(shí)施方式】九的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7是凡=2p+l型集中繞組接線范例，其中Ns= 9、p = 4 ；a)為輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)圖山)為輪轂電機(jī)三相接線圖；
[0023]圖8是凡=2p-l型集中繞組接線范例，其中Ns= 15、p = 8 ；a)為輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)圖山)為輪轂電機(jī)三相接線圖；
[0024]圖9為實(shí)施方式六所述的弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)Θ角度時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]【具體實(shí)施方式】一、參照?qǐng)D3至圖9具體說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)，它包括轉(zhuǎn)子、定子、軸1、左端蓋2、殼體5、右端蓋6和軸承7 ;轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵芯3-1和永磁體3-2，定子包括定子鐵芯4-1和定子繞組4-2 ;定子繞組4_2包括左偏擺繞組4_2_1、驅(qū)動(dòng)繞組4_2_2和右偏擺繞組4_2_3 ；
[0026]殼體5的兩個(gè)端面分別設(shè)置有左端蓋2和右端蓋6，軸I的左端從左端蓋2伸出，軸I的右端通過(guò)軸承7與右端蓋6活動(dòng)連接；
[0027]軸I上固定轉(zhuǎn)子或定子，殼體5的內(nèi)側(cè)壁相應(yīng)的設(shè)置有定子或轉(zhuǎn)子；且定子與轉(zhuǎn)子之間存在均勻氣隙g;
[0028]其特征在于，定子和轉(zhuǎn)子同軸套裝在一起，定子鐵芯4-1靠近氣隙g側(cè)的表面與轉(zhuǎn)子靠近氣隙g側(cè)的表面均為同心球形曲面結(jié)構(gòu)。
[0029]【具體實(shí)施方式】二、本【具體實(shí)施方式】是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)的進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施方式中，定子鐵芯4-1沿軸向被分割成三個(gè)部分，每個(gè)部分均配置有電樞繞組，其中中間部分配置驅(qū)動(dòng)繞組4-2-2，兩側(cè)部分分別配置左偏擺繞組4-2-1和右偏擺繞組4_2_3。
[0030]【具體實(shí)施方式】三、本【具體實(shí)施方式】是對(duì)【具體實(shí)施方式】二所述的弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)的進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施方式中，左偏擺繞組4-2-1、驅(qū)動(dòng)繞組4-2-2和右偏擺繞組4-2-3具有相同的勵(lì)磁磁場(chǎng)等效極數(shù)，而且均通過(guò)采用集中繞組或分布繞組實(shí)現(xiàn)。
[0031]【具體實(shí)施方式】四、本【具體實(shí)施方式】是對(duì)【具體實(shí)施方式】三所述的弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)的進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子上永磁體3-2所產(chǎn)生的永磁磁場(chǎng)等效極對(duì)數(shù)P和定子繞組4-2所產(chǎn)生的勵(lì)磁磁場(chǎng)等效極數(shù)凡滿足數(shù)學(xué)關(guān)系式N s= 2p± 1，其中P為正整數(shù)，Ns= 3k，k為正整數(shù)，該數(shù)學(xué)關(guān)系式具體包括以下配合:N s= 3、P = I ;N s= 3、P = 2 ;Ns= 9、p = 4 ;NS= 9、p = 5 ;NS= 15、p = 7 ;NS= 15、p = 8 ;NS= 21、p = 10 ;NS= 21、p=11 ；NS= 27、p = 13 ;NS= 27、p = 14 ;NS= 33、p = 16 ;NS= 33、p = 17 ;NS= 39、p =19 ;NS= 39、p = 20 ;NS= 45、p = 22 ;NS= 45、p = 23 ;NS= 51、p = 25 ;NS= 51、p = 26 ;Ns= 57、p = 28 ;NS= 57、p = 29 ;NS= 63、p = 31 ;NS= 63、p = 32......。
[0032]【具體實(shí)施方式】五、參照?qǐng)D1和圖2具體說(shuō)明本實(shí)施方式，本【具體實(shí)施方式】是對(duì)【具體實(shí)施方式】四所述的弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)的進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施方式中，直行狀態(tài)時(shí)左偏擺繞組4-2-1、驅(qū)動(dòng)繞組4-2-2和右偏擺繞組4-2-3通電方式一致；轉(zhuǎn)向狀態(tài)時(shí)左偏擺繞組4-2-1和右偏擺繞組4-2-3中電流與驅(qū)動(dòng)繞組4-2-2中電流相序相反，且左偏擺繞組4-2-1和右偏擺繞組4-2-3中電流相位相差180°。
[0033]當(dāng)車輛直行時(shí)，左偏擺繞組、右偏擺繞組和驅(qū)動(dòng)繞組通電方式一致，均產(chǎn)生同向轉(zhuǎn)矩共同驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)；當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，驅(qū)動(dòng)繞組保持原有通電方式驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，左偏擺繞組和右偏擺繞組則通入與驅(qū)動(dòng)繞組反相序(A-C-B)的電流(若驅(qū)動(dòng)繞組電流相序?yàn)锳-B-C)，同時(shí)保持左偏擺繞組和右偏擺繞組電流相位相反(相差180°電角度)，則兩偏擺繞組產(chǎn)生的2p±2次諧波磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子產(chǎn)