本發(fā)明屬于電動(dòng)車輛用驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型漸變非對(duì)稱氣隙永磁電機(jī)。

背景技術(shù)：

空氣污染、全球變暖和石油資源日益減少等問(wèn)題隨著車輛數(shù)量的增加日益嚴(yán)峻，基于此以混合動(dòng)力、純電動(dòng)和燃料電池車輛(hev、pev、fcev)為代表的電動(dòng)車輛是未來(lái)車輛發(fā)展的趨勢(shì)，其不僅能有效減少污染物排放，甚至達(dá)到零排放，還具有啟動(dòng)性能好、調(diào)速方便、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小的等優(yōu)點(diǎn)，使得電動(dòng)車輛。

純電動(dòng)車輛是完全由二次電池(如鉛酸電池、鎳氫電池或鋰電池)提供動(dòng)力的車輛，驅(qū)動(dòng)電機(jī)能量完全來(lái)自動(dòng)力電池組，在車輛行駛一定的里程后電池消耗的電能通過(guò)充電系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充。在純電動(dòng)車輛開(kāi)發(fā)過(guò)程中為有利于實(shí)用化和市場(chǎng)化而產(chǎn)生了一種混合動(dòng)力電動(dòng)車輛，其驅(qū)動(dòng)方案一般采用內(nèi)燃機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)兩種動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的能量來(lái)自發(fā)電機(jī)或儲(chǔ)能器件(如電池)等，通過(guò)與先進(jìn)控制系統(tǒng)相結(jié)合，提供車輛行駛所需要的動(dòng)力。燃料電池車輛是以燃料電池作為能源的電動(dòng)車輛。燃料電池指利用氫氣(或甲醇等)和氧氣(或空氣)在催化劑的作用下直接經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能驅(qū)動(dòng)電機(jī)的裝置，具有無(wú)污染物排放的優(yōu)點(diǎn)。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為電動(dòng)車輛的核心部件，在車輛行駛過(guò)程中將電能轉(zhuǎn)化為車輛行駛的動(dòng)能，其驅(qū)動(dòng)性能的好壞決定了電動(dòng)車輛性能的好壞；理論上，電動(dòng)車輛用驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要提供高的輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩以滿足車輛在啟動(dòng)、減速及爬坡過(guò)程中的高轉(zhuǎn)矩輸出和加速時(shí)的高功率輸出的需求，且在恒功率運(yùn)行區(qū)間要求有寬的調(diào)速范圍和大的弱磁擴(kuò)速倍數(shù)，而實(shí)際現(xiàn)有電動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率較低，且在恒功率運(yùn)行區(qū)間調(diào)速范圍窄。

此外，在電動(dòng)車輛行駛過(guò)程中，由于駕駛者的視野和習(xí)慣等，一般倒檔行駛工況較少，所以車輛用驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)前向行駛性能要求高，而對(duì)倒檔行駛的性能要求相對(duì)較低；但當(dāng)前常規(guī)電動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)是對(duì)稱分布的，電機(jī)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩map圖關(guān)于轉(zhuǎn)速軸和轉(zhuǎn)矩軸對(duì)稱，導(dǎo)致車輛前向行駛和倒檔行駛的電機(jī)驅(qū)動(dòng)性能相差不大，且驅(qū)動(dòng)電機(jī)在轉(zhuǎn)矩輸出時(shí)定子繞組電流較大，其電樞反應(yīng)使得合成磁場(chǎng)飽和，大大降低了其轉(zhuǎn)矩輸出能力。

因此，需要提供一種前向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和前向轉(zhuǎn)速高、恒功率調(diào)速范圍寬的電動(dòng)車輛用驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為滿足現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于前向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和前向轉(zhuǎn)速高、恒功率調(diào)速范圍寬的電動(dòng)車輛用驅(qū)動(dòng)機(jī)的需要。本發(fā)明提供了一種新型漸變非對(duì)稱氣隙電勵(lì)磁電機(jī)。

本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種新型漸變非對(duì)稱氣隙電勵(lì)磁電機(jī)，所述電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括電勵(lì)磁鐵芯、勵(lì)磁繞組；所述定子包括定子鐵芯和定子繞組；所述定子鐵芯內(nèi)表面與電勵(lì)磁鐵芯外表面間橫截面上的氣隙寬度在勵(lì)磁繞組對(duì)應(yīng)的范圍內(nèi)周期漸變非對(duì)稱。

優(yōu)選的，所述勵(lì)磁繞組繞制在電勵(lì)磁鐵芯的極靴上，通電后產(chǎn)生n、s級(jí)交替的穩(wěn)定電勵(lì)磁磁場(chǎng)，磁極數(shù)目為偶數(shù)。

優(yōu)選的，所述定子繞組在定子鐵芯的槽內(nèi)繞制。

優(yōu)選的，所述磁極周期內(nèi)關(guān)于磁極中心線的氣隙磁場(chǎng)非對(duì)稱，氣隙小的位置磁場(chǎng)密度越大，氣隙大的位置磁場(chǎng)密度越小。

優(yōu)選的，在電機(jī)供電電壓和電流恒定的條件下，前向電磁轉(zhuǎn)矩大于后向電磁轉(zhuǎn)矩，前向轉(zhuǎn)速大于后向轉(zhuǎn)速。

優(yōu)選的，所述電勵(lì)磁鐵芯由含按質(zhì)量百分比的下述組份的材質(zhì)制得：si9.6％、al5.4％和fe85％。

當(dāng)前常規(guī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)分布是對(duì)稱的，電機(jī)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩map圖是關(guān)于轉(zhuǎn)速軸和轉(zhuǎn)矩軸對(duì)稱，且在大轉(zhuǎn)矩輸出時(shí)定子繞組電流較大，其電樞反應(yīng)使得合成磁場(chǎng)進(jìn)入飽和，降低了其大轉(zhuǎn)矩輸出能力?？紤]到汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)前向行駛性能較高，而對(duì)倒檔行駛的性能要求較低，本發(fā)明考慮采用非對(duì)稱氣隙磁場(chǎng)分布，由于磁場(chǎng)一側(cè)幅值較小，在前向行駛時(shí)的合成磁場(chǎng)不易進(jìn)入飽和區(qū)，以提供更大的前向行駛轉(zhuǎn)矩，同時(shí)降低電機(jī)對(duì)輸入電壓要求，使得前向的最大速度要高于常規(guī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：

本發(fā)明采用了一種不同永磁體混合勵(lì)磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，使得電動(dòng)車輛用驅(qū)動(dòng)電機(jī)磁場(chǎng)每極的磁場(chǎng)關(guān)于該極中心線是非對(duì)稱的，前向行駛過(guò)程中氣隙合成磁場(chǎng)不易進(jìn)入飽和區(qū)，允許的前向電流更大，從而提高了電動(dòng)車輛用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的前向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，具有前向效率高、調(diào)速范圍寬、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明采用的電勵(lì)磁鐵芯有很高的磁導(dǎo)率、高磁飽和和高硬度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的新型漸變非對(duì)稱氣隙電勵(lì)磁電機(jī)結(jié)構(gòu)截面視圖

圖2是本發(fā)明的新型漸變非對(duì)稱氣隙電勵(lì)磁電機(jī)電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子部分剖視

圖3是本發(fā)明的新型漸變非對(duì)稱氣隙電勵(lì)磁電機(jī)漸變非對(duì)稱氣隙寬度曲線

圖4是本發(fā)明的新型漸變非對(duì)稱氣隙電勵(lì)磁電機(jī)一對(duì)磁極下的不對(duì)稱磁場(chǎng)分布圖

圖5是本發(fā)明的不對(duì)稱磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)電樞反應(yīng)原理圖

圖6是本發(fā)明的新型漸變非對(duì)稱氣隙電勵(lì)磁電機(jī)轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩map圖

圖7是現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)稱磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)電樞反應(yīng)原理圖

圖8是現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)稱磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)下的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩map圖；

圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明如下：

1電勵(lì)磁鐵芯2勵(lì)磁繞組3定子鐵芯4定子繞組

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，新型漸變非對(duì)稱氣隙電勵(lì)磁電機(jī)，采用漸變非對(duì)稱氣隙的電勵(lì)磁結(jié)構(gòu)，整個(gè)轉(zhuǎn)子由電勵(lì)磁鐵芯1、勵(lì)磁繞組2，定子由定子鐵芯3和定子繞組4組成，勵(lì)磁繞組2繞制在電勵(lì)磁鐵芯1的極靴上，通電后產(chǎn)生交替磁極的穩(wěn)定電勵(lì)磁磁場(chǎng)，定子繞組4在定子鐵芯3的槽內(nèi)繞制，定子鐵芯3內(nèi)表面與電勵(lì)磁鐵芯1外表面之間的氣隙寬度δ為漸變非對(duì)稱的，從而為電動(dòng)車輛用驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供沿電勵(lì)磁鐵芯1外表面不對(duì)稱的周期勵(lì)磁磁場(chǎng)。

如圖1所示，勵(lì)磁繞組2繞制在電勵(lì)磁鐵芯1的極靴上，通電后產(chǎn)生n、s極交替的穩(wěn)定電勵(lì)磁磁場(chǎng)，該實(shí)施例的新型漸變非對(duì)稱氣隙電勵(lì)磁電機(jī)采用8極48槽結(jié)構(gòu)，其電勵(lì)磁鐵芯1共有8極(4對(duì)極)，磁極沿電勵(lì)磁鐵芯1表面n、s極交替分布。

如圖2所示，新型漸變非對(duì)稱氣隙永磁電機(jī)每個(gè)磁極周期內(nèi)，定子鐵芯3內(nèi)表面與電勵(lì)磁鐵芯1外表面之間的氣隙寬度δ為漸變的，且關(guān)于磁極中心線是非對(duì)稱的。

如圖3所示，氣隙寬度δ從最小值δ0漸變到最大值δ1，其中δ1-δ0＝b-a。

如圖4所示為一對(duì)磁極范圍內(nèi)的電勵(lì)磁鐵芯1外表面空氣中磁場(chǎng)分布，每個(gè)磁極內(nèi)的磁場(chǎng)關(guān)于磁極的中心線是非對(duì)稱的，氣隙越小的位置磁場(chǎng)密度越大，氣隙越大的位置磁場(chǎng)密度越小，最終形成不對(duì)稱的周期勵(lì)磁磁場(chǎng)。

如圖5所示為本發(fā)明的不對(duì)稱磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)電樞反應(yīng)原理圖，氣隙磁場(chǎng)b0(x)關(guān)于電機(jī)直軸為非對(duì)稱的，與正向旋轉(zhuǎn)電樞磁場(chǎng)b+q(x)疊加后不進(jìn)入或很小程度進(jìn)入飽和區(qū)，從而提高正向轉(zhuǎn)矩，而氣隙磁場(chǎng)b0(x)與同樣大小的反向旋轉(zhuǎn)電樞磁場(chǎng)b-q(x)疊加后進(jìn)入飽和區(qū)，轉(zhuǎn)矩進(jìn)入飽和。

如圖6所示為新型漸變非對(duì)稱氣隙電勵(lì)磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩map圖，在電機(jī)供電電壓約束下正向額定轉(zhuǎn)速np0高于反向額定轉(zhuǎn)速nn0，正向最高轉(zhuǎn)速np高于反向最高轉(zhuǎn)速nn，正向額定轉(zhuǎn)矩tp高于反射額定轉(zhuǎn)矩tn。

如圖7所示為現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)稱磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)電樞反應(yīng)原理圖，氣隙磁場(chǎng)b0(x)關(guān)于電機(jī)直軸為對(duì)稱的，與正向旋轉(zhuǎn)電樞磁場(chǎng)b+q(x)和反向旋轉(zhuǎn)電樞磁場(chǎng)b-q(x)疊加的效果是一樣的，可知其前后向的輸出性能是相同的。

如圖8所示為現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)稱磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)下的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩map圖，正向額定轉(zhuǎn)速np0等于反向額定轉(zhuǎn)速nn0，正向最高轉(zhuǎn)速np等于反向最高轉(zhuǎn)速np，正向額定轉(zhuǎn)矩tp等于反向額定轉(zhuǎn)矩tn。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，參照上述實(shí)施例可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換均在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。