永磁游標(biāo)輪轂電機(jī)的研究進(jìn)展

電傳動(dòng)技術(shù)是車輛全電化的基石，輪轂電驅(qū)系統(tǒng)作為終極形式，其電機(jī)性能至關(guān)重要。隨著新技術(shù)、新材料的發(fā)展，新型電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，旨在突破傳統(tǒng)瓶頸。本文綜述了永磁輪轂電機(jī)技術(shù)的最新進(jìn)展。

電傳動(dòng)技術(shù)是車輛實(shí)現(xiàn)全電化的重要基礎(chǔ)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)車輛的動(dòng)力核心，而輪轂電驅(qū)系統(tǒng)是電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的終極驅(qū)動(dòng)形式，輪轂電機(jī)的性能在輪轂電驅(qū)系統(tǒng)中具有決定性作用。隨著電機(jī)領(lǐng)域新原理、新材料和電機(jī)加工工藝的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的新型電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和新工藝被提出和應(yīng)用，有利于突破傳統(tǒng)輪轂電機(jī)的部分瓶頸問(wèn)題。

為了進(jìn)一步提高直驅(qū)型輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度，引入了磁場(chǎng)調(diào)制技術(shù)的概念，磁場(chǎng)調(diào)制技術(shù)起源于磁性齒輪。永磁游標(biāo)電機(jī)就是基于磁場(chǎng)調(diào)制原理研制的，結(jié)構(gòu)如圖1所示。永磁游標(biāo)電機(jī)的等效極對(duì)數(shù)多，提高了電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度，并且具有更低的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。但是作為輪轂電機(jī)運(yùn)行時(shí)仍有一定的問(wèn)題待解決，例如磁場(chǎng)復(fù)雜加劇了鐵心損耗和永磁體渦流損耗，功率因數(shù)低使得供電電源的成本增加，永磁體能耗大，電機(jī)屬于永磁電機(jī)，存在調(diào)速范圍受限的問(wèn)題。

圖1 永磁游標(biāo)電機(jī)結(jié)構(gòu)

浙江大學(xué)俞東將分裂齒永磁游標(biāo)電機(jī)與外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相結(jié)合，不僅提高了電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度，而且相比于單齒的游標(biāo)電機(jī)，減小了繞組電阻，提高了電機(jī)效率，在輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)中具有不錯(cuò)的應(yīng)用前景。同時(shí)，其將采用內(nèi)置V型永磁體轉(zhuǎn)子，并將電機(jī)定轉(zhuǎn)子不等長(zhǎng)（overhang）的結(jié)構(gòu)引入電機(jī)結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)矩比定轉(zhuǎn)子等長(zhǎng)結(jié)構(gòu)高了26.4%，轉(zhuǎn)矩與電機(jī)有效部分體積之比達(dá)到了21.6 N·m/L。

江蘇大學(xué)研制了一臺(tái)功率2.6 kW，額定轉(zhuǎn)速316 r/min的游標(biāo)電機(jī)。該電機(jī)采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，磁路采用內(nèi)置V型轉(zhuǎn)子，并且轉(zhuǎn)子在定子側(cè)表層采用與永磁體數(shù)量相等的虛擬槽，該結(jié)構(gòu)通過(guò)下降永磁體極間的漏磁，提高電機(jī)氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度及電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力，并且通過(guò)采用合適的極槽配合，利用磁場(chǎng)諧波進(jìn)一步提高電機(jī)轉(zhuǎn)矩和效率。

江蘇大學(xué)劉新波提出了混合勵(lì)磁游標(biāo)輪轂電機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖2所示。該電機(jī)繼承了常規(guī)外轉(zhuǎn)子游標(biāo)電機(jī)的低速大轉(zhuǎn)矩的特性，功能性繞組可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣隙磁場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高了電機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍，電機(jī)具備兩套繞組，提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性，電機(jī)電樞繞采用集中繞組，提高了電機(jī)槽內(nèi)銅滿率，下降了繞組端部長(zhǎng)度，進(jìn)而提高了電機(jī)效率。

圖2 混合勵(lì)磁游標(biāo)電機(jī)

本文摘編自《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，原文標(biāo)題為“永磁輪轂電機(jī)技術(shù)發(fā)展綜述”。