一种新型渐变非对称气隙电励磁电机的制作方法

本发明属于电动车辆用驱动电机技术领域，具体涉及一种新型渐变非对称气隙永磁电机。

背景技术：

空气污染、全球变暖和石油资源日益减少等问题随着车辆数量的增加日益严峻，基于此以混合动力、纯电动和燃料电池车辆(hev、pev、fcev)为代表的电动车辆是未来车辆发展的趋势，其不仅能有效减少污染物排放，甚至达到零排放，还具有启动性能好、调速方便、运行平稳、噪声小的等优点，使得电动车辆。

纯电动车辆是完全由二次电池(如铅酸电池、镍氢电池或锂电池)提供动力的车辆，驱动电机能量完全来自动力电池组，在车辆行驶一定的里程后电池消耗的电能通过充电系统进行补充。在纯电动车辆开发过程中为有利于实用化和市场化而产生了一种混合动力电动车辆，其驱动方案一般采用内燃机和驱动电机两种动力，驱动电机的能量来自发电机或储能器件(如电池)等，通过与先进控制系统相结合，提供车辆行驶所需要的动力。燃料电池车辆是以燃料电池作为能源的电动车辆。燃料电池指利用氢气(或甲醇等)和氧气(或空气)在催化剂的作用下直接经电化学反应产生电能驱动电机的装置，具有无污染物排放的优点。

驱动电机作为电动车辆的核心部件，在车辆行驶过程中将电能转化为车辆行驶的动能，其驱动性能的好坏决定了电动车辆性能的好坏；理论上，电动车辆用驱动电机需要提供高的输出功率和输出转矩以满足车辆在启动、减速及爬坡过程中的高转矩输出和加速时的高功率输出的需求，且在恒功率运行区间要求有宽的调速范围和大的弱磁扩速倍数，而实际现有电动车辆的驱动电机的输出转矩和输出功率较低，且在恒功率运行区间调速范围窄。

此外，在电动车辆行驶过程中，由于驾驶者的视野和习惯等，一般倒档行驶工况较少，所以车辆用驱动电机对前向行驶性能要求高，而对倒档行驶的性能要求相对较低；但当前常规电动车辆驱动电机的气隙磁场是对称分布的，电机的转速-转矩map图关于转速轴和转矩轴对称，导致车辆前向行驶和倒档行驶的电机驱动性能相差不大，且驱动电机在转矩输出时定子绕组电流较大，其电枢反应使得合成磁场饱和，大大降低了其转矩输出能力。

因此，需要提供一种前向驱动转矩和前向转速高、恒功率调速范围宽的电动车辆用驱动电机。

技术实现要素：

为满足现有技术对于前向驱动转矩和前向转速高、恒功率调速范围宽的电动车辆用驱动机的需要。本发明提供了一种新型渐变非对称气隙电励磁电机。

本发明通过如下技术方案实现：

一种新型渐变非对称气隙电励磁电机，所述电机包括定子和转子，所述转子包括电励磁铁芯、励磁绕组；所述定子包括定子铁芯和定子绕组；所述定子铁芯内表面与电励磁铁芯外表面间横截面上的气隙宽度在励磁绕组对应的范围内周期渐变非对称。

优选的，所述励磁绕组绕制在电励磁铁芯的极靴上，通电后产生n、s级交替的稳定电励磁磁场，磁极数目为偶数。

优选的，所述定子绕组在定子铁芯的槽内绕制。

优选的，所述磁极周期内关于磁极中心线的气隙磁场非对称，气隙小的位置磁场密度越大，气隙大的位置磁场密度越小。

优选的，在电机供电电压和电流恒定的条件下，前向电磁转矩大于后向电磁转矩，前向转速大于后向转速。

优选的，所述电励磁铁芯由含按质量百分比的下述组份的材质制得：si9.6％、al5.4％和fe85％。

当前常规驱动电机的气隙磁场分布是对称的，电机的转速-转矩map图是关于转速轴和转矩轴对称，且在大转矩输出时定子绕组电流较大，其电枢反应使得合成磁场进入饱和，降低了其大转矩输出能力。考虑到汽车用驱动电机对前向行驶性能较高，而对倒档行驶的性能要求较低，本发明考虑采用非对称气隙磁场分布，由于磁场一侧幅值较小，在前向行驶时的合成磁场不易进入饱和区，以提供更大的前向行驶转矩，同时降低电机对输入电压要求，使得前向的最大速度要高于常规驱动电机。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

本发明采用了一种不同永磁体混合励磁电机转子结构，使得电动车辆用驱动电机磁场每极的磁场关于该极中心线是非对称的，前向行驶过程中气隙合成磁场不易进入饱和区，允许的前向电流更大，从而提高了电动车辆用驱动电机的前向驱动转矩和转速，具有前向效率高、调速范围宽、节能环保等优点。

本发明采用的电励磁铁芯有很高的磁导率、高磁饱和和高硬度。

附图说明

图1是本发明的新型渐变非对称气隙电励磁电机结构截面视图

图2是本发明的新型渐变非对称气隙电励磁电机电励磁转子部分剖视

图3是本发明的新型渐变非对称气隙电励磁电机渐变非对称气隙宽度曲线

图4是本发明的新型渐变非对称气隙电励磁电机一对磁极下的不对称磁场分布图

图5是本发明的不对称磁场结构电枢反应原理图

图6是本发明的新型渐变非对称气隙电励磁电机转速-转矩map图

图7是现有驱动电机对称磁场结构电枢反应原理图

图8是现有驱动电机对称磁场结构下的转速-转矩map图；

图中标号说明如下：

1电励磁铁芯2励磁绕组3定子铁芯4定子绕组

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图1所示，新型渐变非对称气隙电励磁电机，采用渐变非对称气隙的电励磁结构，整个转子由电励磁铁芯1、励磁绕组2，定子由定子铁芯3和定子绕组4组成，励磁绕组2绕制在电励磁铁芯1的极靴上，通电后产生交替磁极的稳定电励磁磁场，定子绕组4在定子铁芯3的槽内绕制，定子铁芯3内表面与电励磁铁芯1外表面之间的气隙宽度δ为渐变非对称的，从而为电动车辆用驱动电机提供沿电励磁铁芯1外表面不对称的周期励磁磁场。

如图1所示，励磁绕组2绕制在电励磁铁芯1的极靴上，通电后产生n、s极交替的稳定电励磁磁场，该实施例的新型渐变非对称气隙电励磁电机采用8极48槽结构，其电励磁铁芯1共有8极(4对极)，磁极沿电励磁铁芯1表面n、s极交替分布。

如图2所示，新型渐变非对称气隙永磁电机每个磁极周期内，定子铁芯3内表面与电励磁铁芯1外表面之间的气隙宽度δ为渐变的，且关于磁极中心线是非对称的。

如图3所示，气隙宽度δ从最小值δ0渐变到最大值δ1，其中δ1-δ0＝b-a。

如图4所示为一对磁极范围内的电励磁铁芯1外表面空气中磁场分布，每个磁极内的磁场关于磁极的中心线是非对称的，气隙越小的位置磁场密度越大，气隙越大的位置磁场密度越小，最终形成不对称的周期励磁磁场。

如图5所示为本发明的不对称磁场结构电枢反应原理图，气隙磁场b0(x)关于电机直轴为非对称的，与正向旋转电枢磁场b+q(x)叠加后不进入或很小程度进入饱和区，从而提高正向转矩，而气隙磁场b0(x)与同样大小的反向旋转电枢磁场b-q(x)叠加后进入饱和区，转矩进入饱和。

如图6所示为新型渐变非对称气隙电励磁电机的转速-转矩map图，在电机供电电压约束下正向额定转速np0高于反向额定转速nn0，正向最高转速np高于反向最高转速nn，正向额定转矩tp高于反射额定转矩tn。

如图7所示为现有驱动电机对称磁场结构电枢反应原理图，气隙磁场b0(x)关于电机直轴为对称的，与正向旋转电枢磁场b+q(x)和反向旋转电枢磁场b-q(x)叠加的效果是一样的，可知其前后向的输出性能是相同的。

如图8所示为现有驱动电机对称磁场结构下的转速-转矩map图，正向额定转速np0等于反向额定转速nn0，正向最高转速np等于反向最高转速np，正向额定转矩tp等于反向额定转矩tn。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在本发明的权利要求保护范围之内。