本發(fā)明屬于新能源電動汽車領(lǐng)域，具體的就是涉及一種電動車用halbach陣列雙轉(zhuǎn)子雙加力自動滑行寬調(diào)速高效永磁輪轂電動機(jī)

背景技術(shù)：

目前人們都認(rèn)識到發(fā)展新能源汽車改善環(huán)境污染是大勢所趨，勢在必行。

但是，現(xiàn)有技術(shù)中，電動汽車驅(qū)動用的電機(jī)存在著諸多問題：1、電機(jī)中置存在著整體復(fù)雜、笨重、傳遞耗能大效率難提高；2、雖有不少志士仁人的專利輪轂電機(jī)，但綜觀之，在有效地輪轂空間體積內(nèi)使電機(jī)功率最大、效率最高、節(jié)能最優(yōu)、噪聲最低、調(diào)速范圍最寬等方面還有不少發(fā)展提高的空間；3、本人的200820178396.9的無定子自滑行電機(jī)專利由于目前無位置傳感器技術(shù)尚存在著啟動困難的問題，使自滑行技術(shù)在制造工藝上存在一定的困難；4、電機(jī)的調(diào)速范圍太窄，當(dāng)然可以采用磁極內(nèi)置的方式，利用交軸xq和直軸xd之差的關(guān)系，控制磁阻轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的弱磁效應(yīng)以提高轉(zhuǎn)速，但雙轉(zhuǎn)子難以實現(xiàn)磁極內(nèi)置，且磁極內(nèi)置也會使磁極增重，從而增加損耗和帶來其他相關(guān)的問題；5、輪轂的空間體積有限，要提高電機(jī)的功率很困難，其中一個問題就是散熱難，特別是雙轉(zhuǎn)子電機(jī)或雙定子電機(jī)散熱就更難，為此不少電機(jī)采用了水冷散熱，但這樣又增加了水系裝置及密封問題，使電機(jī)復(fù)雜化；6、由于永磁體本身的固有缺陷，高剩磁密度的永磁往往工作溫度較低，因此在使用高剩磁密度的磁體以提高輸出轉(zhuǎn)矩時受到了限制，因此急需要一種提高氣隙磁密的辦法，以提高電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩；7、要想使電動車的電機(jī)邊置在輪轂內(nèi)低速直接驅(qū)動，因輪轂的空間有限提高電機(jī)的功率成為難題，普通電機(jī)的功率與電機(jī)的體積成正比，同功率的低速電機(jī)所需體積更大，這造成輪轂空間與電機(jī)功率設(shè)計上的矛盾；8、在運用自滑行技術(shù)時，最簡單有效的辦法是采用越越離合器，但超越離合器其實就是單向軸承，這種軸承不能使電機(jī)反轉(zhuǎn)，也就是使用超越離合器不能使電機(jī)雙向加力、雙向轉(zhuǎn)動，這造成了電動車只有進(jìn)路沒有退路；9、目前的電動汽車，電動機(jī)與汽車輪軸之間工件裝卸繁雜且工件易損壞；10、節(jié)能增效是電動機(jī)的重中之重，也是今后此行業(yè)的發(fā)展方向，但是目前電動汽車用電動機(jī)尚無有效地節(jié)能措施，或?qū)?jié)能重視不夠，或雖知之卻固執(zhí)偏見不予采納。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在克服以上各種現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電動汽車用采用halbach陣列永磁的雙轉(zhuǎn)子無線傳輸位置信號的能夠雙向加力的自動滑行、能簡單有效解決散熱問題的分段式寬調(diào)速范圍的輪轂電動機(jī)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種電動汽車用新型的輪轂電動機(jī)，它包括halbach陣列的永磁體組合分別表帖于外轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面和內(nèi)轉(zhuǎn)子的外表面，halbach陣列可以是二聯(lián)90°結(jié)構(gòu)，也可以是三聯(lián)60°結(jié)構(gòu)，還可以是四聯(lián)45°結(jié)構(gòu)；定子可以按需要轉(zhuǎn)動，定子上有二層電樞線圈，分別置于鐵心的內(nèi)外槽內(nèi)，槽內(nèi)電樞線圈采用分段式連接于機(jī)內(nèi)調(diào)速控制器，在定子外側(cè)設(shè)有電磁離合器，在內(nèi)轉(zhuǎn)子內(nèi)的中空軸上設(shè)置有環(huán)形電刷接線器，當(dāng)然環(huán)形電刷和接線器也可以設(shè)置在電機(jī)端蓋外的定子露出端的中空軸上，在無定子露出端的端蓋外側(cè)設(shè)置有輪轂連接板，定子載筒是一個比較特殊的結(jié)構(gòu)，它既是外轉(zhuǎn)子的承載體又是超越離合器的承接體還是電機(jī)重量最大部分的電樞繞組及鐵心的承載體，更是電樞熱量外傳遞的重要通道，它是由鐵和導(dǎo)熱金屬或石墨貼合而成的，它的筒體部分可以是柵狀插入鐵心的中心孔內(nèi)；電樞鐵心可以是中間帶孔的內(nèi)外一體的硅鋼片疊壓而成，也可以是由二部分組成，分別置于定子載筒的內(nèi)外二側(cè)，電樞鐵心的硅鋼片的磁性質(zhì)量是halbach陣列雙轉(zhuǎn)子成敗的關(guān)鍵之一；繞組轉(zhuǎn)換調(diào)速板可以在定子載筒內(nèi)也可以在定子載筒外，定子載筒是該調(diào)速板的散熱器；中空軸的空心孔徑與汽車軸相配合，它是電機(jī)的中心軸，也是汽車的連接軸，電機(jī)在汽車軸上推進(jìn)或退出即可，方便有效，中空軸內(nèi)孔的一端設(shè)有鍵槽，方便與汽車軸配合連接，另一端有走線套，方便電機(jī)接線的內(nèi)外連接；所述電機(jī)的散熱問題，采取了六方面的措施：一是電樞繞組設(shè)計，盡量增大導(dǎo)線的截面積，減少端面上的導(dǎo)線的無效長度，達(dá)到盡量減少繞組電阻的目的；二是采用高磁感低鐵損的硅鋼片以及對硅鋼片的特殊處理，盡量減少鐵心的重量和減少鐵心的磁滯損失和渦流損失；三是由于采用了halbach陣列，減少了永磁軛鐵的重量，在外轉(zhuǎn)子外側(cè)和內(nèi)轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)貼合有導(dǎo)熱金屬或石墨；四是在外轉(zhuǎn)子的機(jī)體上電機(jī)兩端的端蓋上打孔鉚焊上許多內(nèi)外導(dǎo)通的導(dǎo)熱金屬塊或石墨，五是在定子載筒上貼合導(dǎo)熱金屬或石墨在載筒外部采用隆起結(jié)構(gòu)；六是改進(jìn)輪轂的結(jié)構(gòu)，把原來的平端面輪輻，改為傾斜角度鼓泡式輪輻，利用這種結(jié)構(gòu)自成風(fēng)扇；所述電機(jī)選擇了最優(yōu)化的極槽配合，所述電機(jī)的位置傳感器的位置信號由無線轉(zhuǎn)換器控制，通過信號輸出口輸出無線信號，由信號接收器收到后轉(zhuǎn)換成有線信號傳輸給電子控制器，從而簡化了自動滑行的裝置，所述電機(jī)巧妙地實現(xiàn)了自動滑行，并通過電磁離合器實現(xiàn)了雙向加力運轉(zhuǎn)。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、充分利用輪轂的內(nèi)部空間，使電動機(jī)的單位體積功率達(dá)到最大值。

2、位置傳感器的位置信號采用無線傳輸?shù)姆椒?，解決了電刷和接線器制作難的問題，只需要三條相線一條電源線一條地線和一條控制線即可，簡單可靠。

3、halbach永磁陣列使得：一是增加了氣隙磁密和氣隙的面積，增大了同體積電機(jī)的功率；二是減少了磁軛的厚度和能量的損失；三是改善了氣隙磁密的波形，有利于降低電機(jī)的噪聲和提高電機(jī)效率。

4、分段式調(diào)速保證了：一是增大了汽車啟動、加速、爬坡、越障等情況電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和汽車的機(jī)動性，二是增大了電機(jī)的調(diào)速范圍；三是提高了調(diào)速時的恒功率能力。

5、所述電機(jī)電樞繞組選擇了最優(yōu)化的槽極配合，既減少了能量損失又抑制了電機(jī)的噪聲。

6、在各個可能的層面上都采取了相應(yīng)的散熱措施，處心積慮簡單有效，使電機(jī)的效率大有提高。

7、中空軸的設(shè)計使電機(jī)與汽車的連接、保養(yǎng)、檢修都非常方便。

8、巧妙利用超越離合器的自滑行技術(shù)大幅的提高了電機(jī)的效率。

9、這種電動機(jī)用于電動汽車的二輪或四輪驅(qū)動可使汽車轉(zhuǎn)彎更靈活，甚至可實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)動。

10、電機(jī)在自滑行的基礎(chǔ)上增加了雙加力系統(tǒng)，使電機(jī)實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。

附圖說明

圖1為整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為電機(jī)輪轂安裝端和中空軸鍵槽示意圖

圖3為電機(jī)軸內(nèi)端和中空軸走線套示意圖

圖4為新型輪轂輪輻示意圖

圖中，(1)中空軸、(2)內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承、(3)內(nèi)轉(zhuǎn)子、(4)內(nèi)轉(zhuǎn)子halbach磁鋼、(5)外轉(zhuǎn)子軸承、(6)定子載筒、(7)右端蓋、(8)外轉(zhuǎn)子、(9)定子鐵心、(10)外轉(zhuǎn)子halbach磁鋼、(11)定子外電樞、(12)左端蓋、(13)定子內(nèi)電樞、(14)定子端蓋、(15)電磁離合器、(16)超越離合器、(17)分段式繞組轉(zhuǎn)換板、(18)無線轉(zhuǎn)換器、(19)電刷、(20)接線器、(21)信號輸出器、(22)信號接收器、(23)輪轂連接板、(24)定位裝置、(25)鍵槽、(26)連接輪轂螺栓、(27)中空軸內(nèi)腔、(28)走線套、(29)輪轂、(30)鼓式輪輻

具體實施方式

下面結(jié)合所有附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：本實施例所述電動車用輪轂電動機(jī)有以下部分組成：

1、裝配中心軸部分，它包括中空軸(1)、鍵槽(25)、連接輪轂螺栓(26)、走線套(28)、定位裝置(24)，中空軸(1)內(nèi)腔(27)內(nèi)有鍵槽(25)和走線套(28)，鍵槽(25)與汽車輪軸上的鍵槽緊密配合，也可以采用花鍵式配合，走線套(28)在中空軸(1)的另一端與鍵槽(25)等寬，走線套(28)內(nèi)是各種連接導(dǎo)線，此導(dǎo)線通過卡扣插拔件等與外部連接，這樣電機(jī)與汽車輪軸之間通過鍵槽推進(jìn)拉出即可，簡單、方便。

2、雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和halbach陣列部分它包括內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)、外轉(zhuǎn)子(8)，內(nèi)轉(zhuǎn)子halbach磁鋼(4)、外轉(zhuǎn)子halbach磁鋼(10)、右端蓋(7)、左端蓋(12)、內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承(2)、外轉(zhuǎn)子軸承(5a)、(5b)、外轉(zhuǎn)子(8)的內(nèi)側(cè)表貼halbach磁鋼(10)，內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)的外側(cè)表貼halbach磁鋼(4)，halbach磁鋼采用分塊式結(jié)構(gòu)，它可以是二聯(lián)90°結(jié)構(gòu)，也可以是三聯(lián)60°結(jié)構(gòu)，還可以是四聯(lián)45°結(jié)構(gòu)，根據(jù)電機(jī)的性能指標(biāo)選擇不同的結(jié)構(gòu)

3、可轉(zhuǎn)動的定子及其結(jié)構(gòu)支撐部分，它包括定子鐵心(9)、定子載筒(6)、)、定子外電樞(11)、定子內(nèi)電樞(13)、定子端蓋(14)、右端蓋(7)，定子鐵心(9)的軸向中間有孔，定子載筒(6)是柵狀的，每個柵條緊配合穿過定子鐵心(9)的軸向中心孔，當(dāng)然定子載筒(6)也可以是整體的，但此時定子鐵心(9)分內(nèi)外二層，在定子載筒(6)的內(nèi)外分別裝配，定子鐵心(9)的內(nèi)外兩端設(shè)槽，槽內(nèi)設(shè)定子外電樞(11)和定子內(nèi)電樞(13)，槽口用磁性楔條密封以降低噪聲。定子鐵心(9)的內(nèi)外兩端的線槽采用同角度等積或不等積設(shè)計，定子外電樞(11)和定子內(nèi)電樞(13)采用切向繞制或徑向繞制。

4、自滑行系統(tǒng)包括超越離合器(16a)、(16b)、電刷(19n)、(19w)、接線器(20n)、(20w)、外轉(zhuǎn)子軸承(5a)、(5b)，通過定子載筒(6)和定子端蓋(14)與軸承(5a)、(5b)及超越離合器(16a)、(16b)連接，電機(jī)內(nèi)外電路的連接是由中空軸(1)上的環(huán)形電刷(19n)、(19w)和定子載筒(6)上的接線器(20n)、(20w)完成的，環(huán)形電刷(19)和接收器(20)既可以電機(jī)內(nèi)側(cè)也可以在電機(jī)外側(cè)。

5、電機(jī)正反轉(zhuǎn)雙加力系統(tǒng)，包括超越離合器(16a)、(16b)、電磁離合器(15)和定子端蓋(14)；電磁離合器(15)的動靜二部分分別安裝在定子端蓋(14)和中空軸(1)上，在電機(jī)需反轉(zhuǎn)時電磁離合器(15)啟動，鎖住定子，超越離合器(16)失效，在電機(jī)正轉(zhuǎn)時超越離合器(16)啟動，電磁離合器(15)失效，電磁離合器(15)可以是摩擦式、齒輪式、釬插式或舌簧式等。

6、位置傳感器信號的無線傳輸系統(tǒng)，它包括電刷(19)、接收器(20)、信號輸出器(21n)、(21w)、信號接收器(22n)、(22w)、無線轉(zhuǎn)換器(18n)、(18w)；電刷(19)和接收器(20)為無線轉(zhuǎn)換器(18)提供電源，信號輸出器(21n)、(21w)固定在定子載筒(6)的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，位置信號接收器(22n)、(22w)固定在中空軸(1)上，可在電機(jī)內(nèi)也可以在電機(jī)外，位置信號無線轉(zhuǎn)換器(18n)、(18w)安裝在定子載筒(6)的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，無線信號可以是電磁波、紅外波或者超聲波。這種無線傳輸傳感器位置信號的方法是基于目前無位置傳感器技術(shù)尚不完善的情況下的無奈之舉，當(dāng)電機(jī)啟動運轉(zhuǎn)后，可轉(zhuǎn)換成無位置傳感器模式。若無位置傳感器技術(shù)一旦成熟，此無線傳輸?shù)姆椒纯赏Ｓ?，而且對其他性能無影響。

7、電機(jī)的散熱系統(tǒng)包括外轉(zhuǎn)子(8)、內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)、右端蓋(7)、左端蓋(12)、定子載筒(6)、定子端蓋(14)和輪轂的鼓式殻肋(30)；具體實施方法為右端蓋(7)、左端蓋(12)、外轉(zhuǎn)子(8)、內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)、定子端蓋(14)均為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為保證機(jī)械性能的鐵質(zhì)金屬，外層為熱導(dǎo)性金屬或石墨，而且在內(nèi)層鐵質(zhì)金屬上開設(shè)許多通透的孔洞，在這些孔洞中鉚焊上熱導(dǎo)金屬或石墨，使外層熱導(dǎo)性金屬或石墨直接接觸電機(jī)內(nèi)部空間。定子載筒(6)設(shè)計為柵狀，柵條為工字形，在工字的兩側(cè)敷設(shè)熱導(dǎo)金屬或石墨，并通過熱導(dǎo)涂料與定子端蓋(14)上的熱導(dǎo)金屬或石墨連接；改變輪轂的結(jié)構(gòu)，把原來平端面的輪輻改為傾斜角度的鼓式輪輻(30)，使輪轂起到風(fēng)扇降溫的作用。另外，電樞繞組盡量增大槽滿率以增大導(dǎo)線的截面積，盡量減少定子鐵心(9)上線槽端面上導(dǎo)線的無效長度，采用高磁感低鐵損的高質(zhì)量硅鋼片，并對硅鋼片進(jìn)行二次處理等，以最大限度地降低定子鐵心的磁滯損耗和渦流損耗。

8、分段式繞組結(jié)構(gòu)擴(kuò)大調(diào)速范圍，包括定子外電樞(11)、定子內(nèi)電樞(13)、分段式繞組轉(zhuǎn)換板(17)，定子外電樞(11)和定子內(nèi)電樞(13)中的電樞線圈采用分段式繞制，轉(zhuǎn)換控制信號通過轉(zhuǎn)換板(17)控制定子外電樞(11)和定子內(nèi)電樞(13)的分段繞組實現(xiàn)繞組的串聯(lián)或并聯(lián)，也控制繞組實現(xiàn)星形接法和角形接法的轉(zhuǎn)換，通過改變繞組的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)不同段的轉(zhuǎn)速，分段式繞組轉(zhuǎn)換板(17)在定子載筒(6)上的定子端蓋(14)的內(nèi)側(cè)。

9、降噪系統(tǒng)包括定子鐵心(9)和內(nèi)外轉(zhuǎn)子halbach磁鋼(4)(10)，定子鐵心(9)內(nèi)外兩端的槽與內(nèi)外轉(zhuǎn)子halbach磁鋼(4)(10)的極數(shù)采用30/34配合，其lcm值為510，繞組系數(shù)為0.936，三相四相帶，也可以選擇開關(guān)33/38，配合，其lcm值為1254，繞組系數(shù)為0.928，三相五相帶，定子鐵心(9)上的線槽采用斜槽并且槽口用磁性楔條密封，以上選擇，電動機(jī)不僅能降低噪聲而且還能減少熱量的產(chǎn)生。