電傳動技術是車輛實現全電化的重要基礎,電驅動系統是電動車輛的動力核心,而輪轂電驅系統是電驅動系統的終極驅動形式,輪轂電機的性能在輪轂電驅系統中具有決定性作用。
德國H. Weh等提出并研制了橫向磁通電機,該電機在磁路結構上解除了電磁負荷之間的耦合關系,同時在空間上也解除了對電機尺寸上的限制,其轉矩密度達到傳統電機2~5倍。因此,橫向電機高的轉矩密度非常適合應用于直驅型輪轂電機系統中,且得到了許多學者進一步的關注。
西北工業大學蘇士斌提出了一種定子雙六相盤式橫向磁通電機,定轉單元結構如圖1所示,電機結構單元基于雙定子單轉子盤式構型,電機由兩個單元構成,每個盤上有三相繞組,兩個單元組成雙六相電機,其中定子采用E型結構,為了增加氣隙磁通,在定子齒之間增加了導磁條。可以看出,該電機充分利用了輪轂內部的空間,適合應用于輪轂電機。
圖1 雙六相盤式橫向磁通電機
華中科技大學褚文強等提出一種新型橫向磁通電機拓撲結構,如圖2所示,永磁體磁化方向為軸向,U型的磁軛以兩倍極距均布,各相獨立,且軸向互錯120°。該新型橫向磁通電機采用了雙氣隙結構,降低了永磁體的用量,并且縮短了電機的軸向長度,提高了功率密度,特別適合作為中小功率的直驅型輪轂電機。
圖2 新型橫向磁通電機示意圖(三相)
有文獻提出了一種交替磁極軸向磁通永磁電機,電機為三相電機,由3個軸向電機單元組成,每個單元間的轉子之間互差120°,一個單元電機結構如圖3所示。電機定子采用U型鐵心,永磁體充磁方向是徑向充磁。相較于傳統表貼式橫向磁通電機永磁用量減半,并且電機可以通過對磁阻轉矩的利用,提高電機的功率密度。
圖3 單相磁體交替式橫向磁通電機
山東大學的徐衍亮等提出了一種基于軟磁復合材料(SMC)-Si鋼組合鐵心的盤式橫向磁通電機,并研制出一臺6 kW的樣機,電機直流母線電壓為144 V,額定轉速為3 000 r/min。電機的結構如圖4所示,該電機結合了盤式電機、分數槽集中繞組和橫向電機、SMC和硅鋼片材料的鐵磁性能互補性等幾方面優點,具有效率高、功率密度高、運行性能好的特點。
電機極靴采用SMC材料,其厚度薄,在整個磁路中占比低,降低了導磁性能低對電機功率的影響,并且較大的極靴面積降低了極靴中磁通密度,進一步降低了對磁路的影響;SMC在高頻下具有較低的鐵耗,降低了電機高速運行時的損耗,提高了電機的效率;SMC的低導磁率使得電機有效氣隙長度增加,進而提高了電機永磁體利用率,同時降低了電機齒槽轉矩。
圖4 SMC-Si盤式橫向磁通電機結構
本文摘編自電工技術學報,原文標題為“永磁輪轂電機技術發展綜述”。






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