一种新能源汽车电机的制作方法

本发明涉及新能源汽车领域，涉及一种应用于新能源汽车的驱动电机。

背景技术：

汽车是现代社会的重要组成部分，也是工业发展的伟大成就之一。它不仅是世界经济支柱，而且为人们日常生活所必需的快速流动做出了巨大的贡献。但是，以碳资源为动能的内燃机汽车不仅排放二氧化碳等污染物，造成全球的气候变暖，而且排放物中的小颗粒，也是雾霾的重要元凶。据中科院统计，大约有22.2％的PM2.5来源于汽车尾气。另外，地球的石油资源正在迅速减少，研究可替代能源也是当前科研人员和工业界等关注的重点。

近十几年来，新能源汽车，包括纯电动汽车和混合动力汽车等，应运而生，运用高性能驱动电机及其控制技术与储能系统的高效融合，取代传统汽车的内燃机及其机械传动系统，成为了交通运输研究开发领域的里程碑式发展节点。

电机及其驱动系统是电动汽车的心脏。该系统主要由汽车电机、功率变换器和控制器组成。其中，汽车电机直接将电能转换为机械能，直接驱动车辆；功率变换器根据电机的指标，提供特定指标的激励电压和电流；控制器根据车况、路况和驾驶员的意向，通过变换器提供信号控制功率变换器的输出，进而调整汽车电机的运行，以产生特定的转矩和转速。

汽车电机是整个电动汽车驱动系统的核心，其性能的优劣不仅关系着汽车驾驶的舒适度，而且决定了电动汽车的续航能力。起初，电动汽车采用直流电机系统，随着电机设计与生产技术的不断发展，异步电机、永磁电机和开关磁阻电机等也逐渐发展成汽车电机。目前为止，美国市场主要是以异步电机为驱动电机的电动汽车，Tesla是其代表,其生产的高性能纯电动汽车T3所采用的异步汽车驱动电机效率为92％；欧洲市场上由于其永磁体的匮乏,主要研究开关磁阻电机；亚洲市场主要为永磁电机，其中Toyota以其Prius电机而享誉整个电动汽车领域，其内嵌式永磁同步汽车驱动电机及混合协同驱动系统在橡树岭国家实验室的综合效率测试结果为77％。

因此，永磁电机以其高效率，高功率密度受到新能源汽车行业的欢迎。但是，新能源汽车永磁电机的效率，还有待于提高；另外，汽车电机处于密封环境中运行，而永磁电机的性能受温度影响很大，研究冷却方法，也是新能源汽车电机研究的热点之一。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种齿槽转矩小，谐波含量少，功率密度高的新能源汽车电机，提高新能源汽车运行的效率和稳定性；在现有技术的基础上，有效地增强汽车的续航能力。

技术方案：

一种新能源汽车电机，采用外定子内转子形式，所述定子由多个单齿定子铁心耦合而成，每个单齿定子铁心中的定子齿上设置有采用全齿绕形式的电枢绕组，耦合后整体形成分数槽集中式绕组；所述转子包括转子铁心和磁极，所述转子铁心包括转子铁心主体部分和转子铁心补充部分；为奇异外形，通过每个磁极对应的铁心沿着一定弧度进行剪裁后制成；所述转子铁心主体部分包括基体和设置于基体上的齿、整体呈齿轮状，两两相邻齿之间设置有一块转子铁心补充部分，转子铁心补充部分与基体之间设置有风冷通道，每个磁极均为一块磁铁等分成两个磁钢分别安装在同一个转子铁心补充部分的两侧与相应位置处的齿之间，使得每个磁极形成八字形结构，其中八字形的小端开口指向转子中心，相邻的两个磁极极性相反形成N极与S极间隔的形式。

进一步的，在本发明中，该电机采用近极槽电机结构且极槽数的最小公倍数小于等于12。本发明中具体采用12槽8极结构，单齿定子铁心有12个，转子铁心的磁极有8个。在单齿定子铁心有12个的情况下，每个单齿定子铁心表征30度弧度。

进一步的，在本发明中，所述定子采用模块化设计，在每个单齿定子铁心上用于和两侧相邻的单齿定子铁心连接的两个侧壁上，一侧为凹槽、另一侧是与凹槽匹配的凸槽，相邻的单齿定子铁心通过凹槽和凸槽的组合形成完整的定子结构。全齿绕的绕组不能超过单齿定子铁心的范围，避免单齿定子铁心之间不能耦合。

进一步的，在本发明中，所述转子的尺寸以齿槽转矩最小为优化条件后确定，具体过程为：确定初始的定子厚度、定转子裂比、每个磁钢的厚度以及转子补充部分的弧度；按照加工工艺精度进一步调整以上各个初始参数；而后利用仿真软件进行仿真计算，最终以最小的齿槽转矩为优化目标，在最小的齿槽转矩仿真结果下，对应的定转子尺寸为最终的方案。

进一步的，在本发明中，所述磁钢的尺寸以稳态下电机的气隙平均磁场密度最大和谐波最小为优化条件后确定。

进一步的，在本发明中，所述风冷通道位于八字形结构中两个磁钢之间，且在轴向比磁钢靠近转子的中心；风冷通道的高度不小于每个磁钢的厚度，隔磁效果明显；风冷通道的宽度小于单个磁极的宽度，优选风冷通道宽度是单个磁极宽度的1/2。

上述尺寸中，风冷通道的高度尺寸定义如下：垂直电机轴向的剖面上，沿着径向分布的尺寸。风冷通道的厚度尺寸定义如下：垂直于风冷通道高度方向的尺寸。磁钢厚度尺寸定义如下：垂直电机轴向的剖面上，沿着径向分布的尺寸为磁钢宽度，垂直于磁钢宽度方向的尺寸为磁钢厚度。单个磁极宽度尺寸定义如下：垂直电机轴向的剖面上，沿着径向分布的尺寸。

有益效果：

本发明属于一种新能源汽车电机，具有端部小，定位力小，谐波含量低和功率密度高，转矩密度高等优点。本发明中，新能源汽车电机充分地利用12槽8极外定子内转子的特性。采用分布式集中绕组结构，有效地降低了电机的端部尺寸，简化了电机的生产工艺，减少了电机的安装空间，提供了汽车的舒适；另外，端部长度的明显减少，有效地减少了铜的消耗量，减小了铜耗，从而增加了效率；采用模块化定子结构和全齿绕的绕组绕线形式，有利于电机的机械化生产，提供了生产效率，而且模块化结构，增加了电机的可维护性；采用八字形磁钢，大大地提高了空气隙磁场密度，从而提高了电机的功率密度和转矩密度；采用转子风冷通道，有效地降低了电机内部的温度，且避免八字型磁场的磁场短路；采用奇异的转子结构，有效地降低了电机谐波，进一步提高电机的有效功率密度和安全稳定性。

附图说明

图1是本发明的示意图；

图2是本发明的定子结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为本发明的新能源汽车电机，采用外定子内转子形式，定子与转子之间具有空气气息5；所述定子由多个单齿定子铁心1耦合而成，每个单齿定子铁心1与其定子齿3上设置的采用全齿绕形式的电枢绕组2形成一个模块，12个同种模块，通过单齿定子铁心1的凸起和凹槽配合耦合成定子后整体形成分数槽集中式绕组，相邻的定子齿3之间形成定子槽口4；采用分数槽集中绕组，其绕组通过全齿绕，不需要跨接导线，整个端部极短。图2为单齿定子铁心1，一边是凸起部分，一边是凹槽，表征30弧度。

所述转子包括转子铁心和磁极，所述转子铁心包括转子铁心主体部分7和转子铁心补充部分6；所述转子铁心主体部分7包括基体和设置于基体上的齿、整体呈齿轮状，两两相邻齿之间设置有一块转子铁心补充部分6，转子铁心补充部分6与基体之间设置有风冷通道10，共有8个磁极，每个磁极均为一块磁铁等分成两个磁钢分别安装在同一个转子铁心补充部分6的两侧与相应位置处的齿之间，使得每个磁极形成八字形结构，其中八字形的小端开口指向转子中心，相邻的两个磁极极性相反形成N极8与S极9间隔的形式。八字形结构，其尺寸和安装方式是以稳态下气隙平均磁场密度最大和谐波最小为优化条件后确定。

本发明结构中，所述转子的尺寸以齿槽转矩最小为优化条件后确定，具体过程为：确定初始的定子厚度、定转子裂比、每个磁钢的厚度以及转子补充部分的弧度；按照加工工艺精度进一步调整以上各个初始参数；而后利用仿真软件进行仿真计算，最终以最小的齿槽转矩为优化目标，在最小的齿槽转矩仿真结果下，对应的定转子尺寸为最终的方案。

上述风冷通道位于八字形结构中两个磁钢之间，且在轴向比磁钢靠近转子的中心；风冷通道10的高度不小于每个磁钢的厚度，隔磁效果明显；风冷通道10宽度是单个磁极宽度的1/2。

本发明主要采用分数槽集中绕组、八字形结构、模块化定子等技术，实现了该发明电机的低齿槽转矩，少谐波，无端部，功率密度大等特征。所述的模块化定子结构，如图2所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。