一种车用双转子磁通切换电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电机制造技术领域，特指一种用于电动汽车等的双转子磁通切换电机。
【背景技术】
[0002]磁通切换电机采用定子永磁型结构，电枢绕组和永磁体都位于定子上，转子上既无电枢绕组也无永磁体，结构简单，运行可靠，效率及功率密度较高。一方面，该类遵循磁通切换原理的磁通切换电机，由于具备绕组互补性，可以大大减少或抵消单个绕组线圈永磁磁链和感应电动势中的高次谐波分量，使得该电机在采用集中式电枢绕组和转子直槽的条件下就可以获得较高正弦度的每相空载永磁磁链和感应电动势；另一方面，该类电机，由于永磁体内嵌于定子齿部，通过相邻齿的永磁形成聚餐效应，使得该类电机容易实现较高的气隙隙磁，从而实现了较高的电机转矩密度和功率密度。但随着对该类磁通切换电机研究和应用的不断深入，该类电机的固有的不足也日益显现:1.永磁体内嵌于定子齿中间，定子齿有效截面积大大减小，使得电机的主磁路经过定子齿部分时，易于饱和，电机漏磁较大，磁场利用率较低，此外，该类电机特有的定子外漏磁也进一步降低了电机的永磁材料利用率；2.电机在电机主磁路饱和的情况下为获得较高的气隙磁密，永磁材料的用量也明显高于同样功率等级的永磁无刷电机，随着近年来稀土永磁材料价格的持续上涨，其制造成本的明显上升无疑会限制该类电机的进一步推广使用。
[0003]综合国内外的文献可以看出，降低永磁电机中稀土永磁材料用量的方法主要有:提高永磁体的利用率，采用直流辅助励磁，使用铁氧体等价格低廉的非稀土材料等。文献“Anovel hybrid excitat1n flux-switching motor for hybrid vehicles，，中(公开发表于 2009 年 IEEE Transact1ns on Magnetics 45 卷，10 期，4728-4731 页)通过在定子中加入直流励磁绕组，不仅降低了稀土永磁材料的用量，也实现了气隙磁通的自由调节，扩大了电机的调速范围。但是由于直流励磁绕组的使用，电机的结构变得更加复杂，同时也增加了电机的用铜量和铜耗，降低了电机的运行效率。在此基础上文献“The performance of ahybrid excitat1n flux switching motor with ferrite magnets for EVs，，中(公开发表于 2014 年 IEEE Conference of Transportat1n Electrificat1n Asia-Pacific)米用铁氧体永磁体代替稀土永磁励磁，有效降低了电机的制造成本。但是由于铁氧体的磁能积较低，需要通过直流励磁绕组提高电机的转矩密度，电机的运行效率也有待提高。中国专利号为201410508547.2的专利文献提出了一种米用混合永磁体的磁通切换电机，该电机同时使用稀土永磁和铁氧体永磁进行励磁，在定子的轭部安装高磁能积的稀土永磁体，在靠近定子的齿部安装低磁能积的铁氧体永磁体，由此形成稀土永磁体与铁氧体永磁连接的混合永磁体模块，在保证一定转矩密度的基础上，降低了电机的制造成本，也没有增加额外的铜耗，保证了电机的效率。但是这些电机都没有解决磁通切换电机定子外圆漏磁的问题，致使永磁体的利用率仍然较低。
[0004]因此，如何在维持电机相对较高转矩密度和效率的同时，降低电机中稀土永磁材料的用量是非稀土或少稀土磁通切换电机领域中亟需解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为解决现有技术存在的问题，提出了一种结构简单、转子鲁棒性能好、具有较高转矩密度、高效率、高永磁体利用率的车用双转子少稀土磁通切换电机，以满足在保证相对较高功率密度和效率的情况下，降低稀土永磁材料用量的要求。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:本发明中的双转子包括外转子铁芯和内转子铁芯，外转子铁芯内同轴空套内转子铁芯，在外转子铁芯和内转子铁芯之间同轴装有定子，内转子铁芯同轴固定套在非导磁转轴外，内转子铁芯外圈表面与定子内圈表面之间存有内气隙，定子外圈表面与外转子铁芯内圈表面存有外气隙，定子是由三相电枢绕组、Ns个定子铁芯模块和Ns个电枢槽组成，Ns= 3N。，N。为单相绕组的线圈个数，Ns个定子铁芯模块沿圆周方向均匀分布，每两个定子铁芯模块之间是电枢槽，三相电枢绕组放置在电枢槽中；每个定子铁芯模块的中间沿径向固定嵌有一个混合永磁体模块，每个混合永磁体模块都由一块铁氧永磁体和两块相同的钕铁硼永磁体组成，铁氧永磁体在两块钕铁硼永磁体中间，铁氧永磁体与两侧的钕铁硼永磁体紧密无缝连接在一起；同一个混合永磁体模块中的铁氧永磁体和钕铁硼永磁体的充磁方向相同且都沿圆周切向充磁，相邻的两块混合永磁体模块的充磁方向相反。
[0007]外转子铁芯和内转子铁芯上具有相同的凸极数目队，队=Ν,?Κρ Κ1= 1，2，3...，Ν。为单相绕组的线圈个数；相邻的两个外转子铁芯凸极之间的径向中心线与其间的内转子铁芯凸极的中心线重合。
[0008]外转子铁芯和内转子铁芯的轴向同一端面固定连接一个环形圆盘，在环形圆盘的盘面上沿圆周方向均匀分布有四个圆形通风孔。
[0009]所有的定子铁芯模块和混合永磁体模块均具有和非导磁转轴、定子相同的圆心0，圆心0到定子内圈的距离为半径RS1、到定子外圈的距离为半径RSC1，且0.5RSO<RS1<0.6RSC]。
[0010]定子铁芯模块、铁氧永磁体和钕铁硼永磁体均是扇形；钕铁硼永磁体的弧度为β NdFf3，铁氧永磁体的弧度为β ffOTlt(3，铁氧永磁体的弧度β fOTlt(3为钕铁硼永磁的弧度三倍；每个定子铁芯模块的侧边至钕铁硼永磁体侧边之间所占的最小弧度为β s，
β s>0 ferrite+2 ^ NdFe 0
[0011]上述技术方案实施后具有以下有益效果:
[0012]1、本发明的外转子铁芯和内转子铁芯通过端部的环形圆盘同轴固定连接后一起旋转，使得电机在满足单定子固定部件和转子运动部件特性的同时，形成内外两层气隙的结构。定子上的混合永磁体模块产生的永磁磁能可以通过两层气隙分别建立两个相互独立的永磁磁场，有效地将传统磁通切换永磁电机定子齿的过饱和部分的永磁磁能转化为建立电机的外磁场。分别作用在双转子内外转子铁芯上的电磁转矩可以相互叠加，从而有效地提高了电机的转矩输出能力和功率密度。这样的特殊设计不仅避免了传统磁通切换电机定子外圆漏磁的问题，提高了永磁体的利用率，而且可以降低传统磁通切换永磁电机定子齿的饱和程度，减小了电机高速运行时的铁耗，限制了电机的温升。
[0013]2、本发明的双转子结构通过环形圆盘相互连接，且在环形圆盘上分布有数个圆形孔，使得空气随电机旋转而在电机内部流通，形成散热风扇的结构，有效的改善该电机的散热性能。
[0014]3、本发明的定子采用无定子轭型结构设计，再结合双转子，使得相邻永磁体在磁通路径上形成了明显的串联磁路。相比并联磁路下的传统磁通切换永磁电机，该电机显著改善了该类电机定子齿部易饱和的难点技术问题，并有效提高了永磁体的利用率。
[0015]4、本发明的模块化定子铁芯定子齿采用新颖的“非等弧度”设计，改变了蕴含在气隙内的磁共能对定转子相对位置角变化率的