生的2p次永磁磁場(chǎng)相互作用形成定向力，該力使弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)產(chǎn)生偏擺運(yùn)動(dòng)，而基波轉(zhuǎn)矩相互抵消，不影響旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0034]例如Ns= 9、p = 4的弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)，其電樞繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)分量主要是4次基波和5次諧波。當(dāng)車輛處于直行狀態(tài)時(shí)，電樞繞組通電方式如圖1所示，左偏擺繞組、右偏擺繞組和驅(qū)動(dòng)繞組通以相同相序的三相電，其所產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的4次基波分量與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用形成方向相同的三個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩Tel、Tem和Τ?，三者疊加共同驅(qū)動(dòng)弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)旋轉(zhuǎn)；當(dāng)車輛處于轉(zhuǎn)向狀態(tài)時(shí)，電樞繞組通電方式如圖2所示，左偏擺繞組和右偏擺繞組通入與驅(qū)動(dòng)繞組反相序的電流，同時(shí)保持左偏擺繞組和右偏擺繞組電流相位相反，則驅(qū)動(dòng)繞組所產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的4次基波分量與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用形成電磁轉(zhuǎn)矩TM，左偏擺繞組和右偏擺繞組所產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的4次基波分量旋轉(zhuǎn)方向相反，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩Tel和T ?相互抵消，但是左偏擺繞組和右偏擺繞組所產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的5次諧波分量能與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生定向力Fel和F ?，兩者方向相反而形成偏擺力偶矩驅(qū)動(dòng)弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)偏擺，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)。
[0035]本發(fā)明包括轉(zhuǎn)子、定子、軸、左端蓋、殼體、右端蓋和軸承；轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵芯和永磁體，定子包括定子鐵芯、左偏擺繞組、驅(qū)動(dòng)繞組和右偏擺繞組；定子和轉(zhuǎn)子同軸套裝在一起，定子鐵芯氣隙側(cè)表面與轉(zhuǎn)子氣隙側(cè)表面為同心球形曲面結(jié)構(gòu)，且二者之間設(shè)置有均等的氣隙。定子鐵芯被分割成若干部分，每個(gè)部分配置有勵(lì)磁磁場(chǎng)等效極數(shù)相等的電樞繞組，其中中間部分配置有驅(qū)動(dòng)繞組，兩側(cè)部分分別配置有左偏擺繞組和右偏擺繞組；轉(zhuǎn)子上配置有永磁體，且永磁體所產(chǎn)生的永磁磁場(chǎng)等效極對(duì)數(shù)P和定子繞組所產(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P為正整數(shù)，Ns= 3k，k為正整數(shù)。
[0036]【具體實(shí)施方式】六至【具體實(shí)施方式】九列出具體的弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)。
[0037]【具體實(shí)施方式】六、結(jié)合圖3說明本實(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;定子和轉(zhuǎn)子同軸套裝在一起，采用外定子內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，定子鐵芯4-1氣隙側(cè)表面與轉(zhuǎn)子氣隙側(cè)表面均為同心球形曲面結(jié)構(gòu)，且二者之間設(shè)置有均等的氣隙g ;定子鐵芯4-1沿軸向被分割成三個(gè)部分，其中中間部分配置有驅(qū)動(dòng)繞組4-2-2，兩側(cè)部分分別配置有左偏擺繞組4-2-1和右偏擺繞組4-2-3，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均具有相同的勵(lì)磁磁場(chǎng)等效極數(shù)Ns;轉(zhuǎn)子上配置有永磁體3-2，且永磁體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P為正整數(shù)，Ns= 3k，k為正整數(shù)。
[0038]【具體實(shí)施方式】七、結(jié)合圖4說明本實(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)與【具體實(shí)施方式】六的不同點(diǎn)在于，定子和轉(zhuǎn)子同軸套裝在一起時(shí)，采用內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
[0039]【具體實(shí)施方式】八、結(jié)合圖5說明本實(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)與【具體實(shí)施方式】六的不同點(diǎn)在于，采用雙定子結(jié)構(gòu)，外定子鐵芯4-1-1上配置有驅(qū)動(dòng)繞組4-2-2，內(nèi)定子鐵芯4-1-2左右兩側(cè)上分別配置有左偏擺繞組4-2-1和右偏擺繞組4-2-3 ;轉(zhuǎn)子鐵芯3-1外側(cè)和內(nèi)側(cè)分別配置外永磁體3-2-1和內(nèi)永磁體3_2_2，外永磁體3-2-1靠近外氣隙g-2側(cè)的表面和外定子鐵芯4-1-1靠近外氣隙g-2側(cè)的表面為同心球形曲面，內(nèi)永磁體3-2-2靠近內(nèi)氣隙g-Ι側(cè)的表面和內(nèi)定子鐵芯4-1-2靠近內(nèi)氣隙g-Ι側(cè)的表面亦為同心球形曲面，外氣隙g-2和內(nèi)氣隙g-Ι均為均等氣隙；轉(zhuǎn)子連接件8將轉(zhuǎn)子鐵芯3-1和軸I連接起來。
[0040]【具體實(shí)施方式】九、結(jié)合圖6說明本實(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)與【具體實(shí)施方式】八的不同點(diǎn)在于，外定子鐵芯4-1-1左右兩側(cè)上分別配置有左偏擺繞組4-2-1和右偏擺繞組4-2-3，內(nèi)定子鐵芯4-1-2上配置有驅(qū)動(dòng)繞組4_2_2。
[0041]本實(shí)施方式與實(shí)施方式八的區(qū)別在于，外定子鐵芯4-1-1、內(nèi)定子鐵芯4-1-2上配置的電樞繞組不同。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.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)的右端通過軸承(7)與右端蓋(6)活動(dòng)連接； 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); 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)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)，其特征在于，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)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)，其特征在于，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)，而且均通過采用集中繞組或分布繞組實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)，其特征在于，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Ns= 2p±l，其中P為正整數(shù)，Ns= 3k，k為正整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)，其特征在于，定子和轉(zhuǎn)子同軸套裝在一起，采用外定子內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)，其特征在于，定子和轉(zhuǎn)子同軸套裝在一起，采用內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)，其特征在于，定子和轉(zhuǎn)子同軸套裝在一起，采用雙定子結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5、6或7所述的弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)，其特征在于，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°。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)，其特征在于，永磁體(3-2)采用表面式、內(nèi)置式或Halbach陣列結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】弧面二自由度永磁輪轂電機(jī)，它涉及電機(jī)領(lǐng)域，它同時(shí)具備旋轉(zhuǎn)和偏擺兩個(gè)自由度，巧妙地將電動(dòng)汽車中輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能和轉(zhuǎn)向電機(jī)轉(zhuǎn)向功能集于一身。它的定子鐵芯被有效地分割成若干部分，各部分分別配置有特定排布方式的電樞繞組；轉(zhuǎn)子上配置有永磁體；基于磁場(chǎng)諧波理論和自軸承磁懸浮原理，定子中間部分的驅(qū)動(dòng)繞組能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，兩側(cè)部分的偏擺繞組能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)偏擺運(yùn)動(dòng)；定子鐵芯和轉(zhuǎn)子之間設(shè)置有均等氣隙，且定子鐵芯氣隙側(cè)表面和轉(zhuǎn)子氣隙側(cè)表面為同心球形曲面，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)和偏擺運(yùn)動(dòng)的過程中，定子和轉(zhuǎn)子之間各處氣隙長(zhǎng)度始終保持不變；軸承可以采用球形電機(jī)軸承等方案。本發(fā)明適用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車。
【IPC分類】H02K21-14, H02K1-27
【公開號(hào)】CN104753285
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510158354
【發(fā)明人】柴鳳, 裴宇龍, 甘磊, 李義, 高立驍
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月3日