[实用新型]电动汽车用双定子集成式磁性行星齿轮复合电机

说明书

本实用新型涉及电动汽车用双定子集成式磁性行星齿轮复合电机，包括电枢定子、内电枢绕组、高速内转子、调磁环转子、永磁磁极、低速内转子、电机外壳、低速外转子、调磁环定子、外电枢绕组、气隙、调磁铁芯，所述电枢定子上设有用于安装嵌放内电枢绕组的定子槽，所述内电枢绕组的外围周向布置着高速内转子，所述高速内转子的外围空间装有可动的部件调磁环转子，新型复合电机的拓扑结构确定、调磁环定子和转子的磁场调制效应影响因素及绕组集成方式分析，且新型复合电机的转矩密度提升、平稳转矩产生和制约因素分析及转矩纹波抑制，同时新型复合电机的样机装配工艺、方法及能耗损失控制。

技术领域

本实用新型属于复合电机技术领域，尤其涉及电动汽车用双定子集成式磁性行星齿轮复合电机。

背景技术

环境恶化、能源危机和技术升级等促使了汽车产业的转型，大力发展电动汽车是汽车转型发展的主要趋势之一，在2009年美国就宣布了一项支持新一代电动汽车开发的政府资助项目，其价值达20亿美元，日本早在上个世纪六十年代就将电动汽车列入国家项目，到2020 年，电动汽车的新车销售比例预计将要达到50％，到2030年达到70％，欧洲一些国家将从 2025年起不再销售燃油汽车，我国自“八五”开始就将电动汽车技术项目列入重大科技攻关计划，2015年发布的《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020年)》提出：到2020年全国电动汽车保有量将超过500万辆，其中电动公交车超过20万辆，电动出租车超过30万辆，电动环卫、物流等专用车超过20万辆，电动公务与私人乘用车超过430万辆。因此，综合国内外电动汽车的发展趋势，将磁性行星齿轮与电机技术进行深入融合，设计出电动汽车用双定子集成式磁性行星齿轮复合电机，以实现无级变速传动和低速大转矩功能，该新型复合电机将在电动汽车领域中有很大市场和发展前景。

在100多年前，美国有一份专利展示了关于电磁线圈通电形成电磁磁极实现变速传动的装置。1941年，学者H.T.Faus在专利中提出将永磁体代替机械式齿轮实现传动，但限于永磁材料性能等原因，永磁齿轮并未得到实际应用，1983年，第三代稀土钕铁硼(NdFeB)永磁体的成功研制，磁性齿轮再次引发人们的广泛关注。磁性齿轮不同于机械式齿轮，它是一种非接触式传动形式，不仅避免了机械齿轮传动中的噪声和机械磨损，且具有过载自我保护功能，加之永磁材料的长足发展，已形成多种拓扑结构的磁性齿轮，依据磁场调制装置是否加入其结构设计中，可以分为传统磁性齿轮和磁场调制式磁性齿轮。传统磁性齿轮拓扑结构有诸如内、外啮合径向式磁性齿轮、齿轮齿条式磁性齿轮、轴向式磁性齿轮、正交轴式磁性齿轮和蜗轮蜗杆式磁性齿轮，Huang Cheng Chi在文献中阐述了永磁行星齿轮传动的工作原理，朱学军指出磁性行星齿轮传动参数应满足等极距、同轴、装配和邻接基本方程。做为一种特殊结构的磁性行星齿轮-少齿差式磁性齿轮也得到国内外学者的关注，如宁文飞在文献中详细论述了少齿差式磁性齿轮的工作原理，等则理论研究了少齿差式磁性齿轮的转矩特性。针对谐波式磁性齿轮传动，Jan Rens等对其转矩特性进行了理论和实验研究。郑大周和许立忠等提出了一种机电集成行星蜗杆传动方式，该传动机构具有结构紧凑和转矩密度大等特点。国内外学者在磁场调制式磁性齿轮的结构设计与优化等方面也进行了大量的研究工作，如调磁环尺寸参数和材料、永磁体的充磁及内外转子结构等，针对齿槽转矩的大小影响磁场调制式磁性齿轮性能亦开展了相关研究，D.Howe研究发现调磁极片数、内外转子磁极数与齿槽转矩波动大小有关，N.Niguchi指出绝缘层压硅钢片调磁环能减小涡流效应。基于磁场调制机理和电动汽车对电机性能的要求，国内外学者研制出多种融合磁性齿轮和电机技术的新型复合电机结构，如K.T.Chau和D.Zhang等将磁场调制式磁齿轮内转子作为永磁电机外转子，提出磁场调制式外转子永磁无刷电机，该种机构在电动汽车驱动装置设计中有所应用。磁场调制式内转子永磁体无刷电机、串并联直线式磁场调制型永磁电机及耦合磁场和机械的磁场调制式复合电机等也相继出现。杜怿等提出一种新型初级永磁型直线电机，该电机次级凸极对初级齿表面的永磁体产生磁场调制。左中峰在文献中设计了一种新结构低速大扭矩永磁同步电动机。B.Kim和T.A.Lipo详细研究了表贴式永磁电机的工作特性，且研制了一款应用于变速场合的该种电机。Z.Q.Zhu指出永磁游标电机、磁齿轮电机及磁通切换型电机之间的联系，进一步提出了一种磁齿轮式磁通切换电机。S.F.Jia 等提出一种直流励磁式永磁游标磁阻电机，并对其功率因数特性进行了研究。李祥林等在文献中提出一种新型聚磁式场调制永磁电机，该电机外转子采用聚磁式永磁体结构来改善气隙磁通密度，定子采用开口槽结构以提高空间利用率。Y.Zhang和H.Y.Lin等提出了一种多齿分裂极聚磁式电机并制作了样机，接着在文献中提出双定子多齿聚磁式双定子电机结构。将绕组集成到永磁电机中，可减少永磁用量和缩短绕组端部，在文献中也指出了内、外定子电枢绕组集中绕组形式，从而可减小电机端部损耗提高电机效率。本课题基于磁性齿轮复合电机拓扑结构、功能和应用前景考虑，提出一种新型电动汽车用双定子集成式磁性行星齿轮复合电机。