[发明专利]一种轨道车辆用独立轮牵引轮毂电机

说明书

本发明涉及一种轨道车辆用独立轮牵引轮毂电机，包括定子、转子、不等宽不等厚Halbach轴向环形部分分段永磁体阵列、转轴和电枢绕组；转子安装于定子内，转子固定在转轴上，电枢绕组安装在所述定子上，不等宽不等厚Halbach轴向环形部分分段永磁体阵列安装在所述转子上且位于所述转子与所述定子之间，每个磁极由三块极性相同的永磁体组成，永磁体采用Halbach充磁方式，三块永磁体包括一块主磁极和两块边界磁极，主磁极采用轴向环形部分分段结构，两块边界磁极位于主磁极的两侧，同时与主磁极既不等宽也不等厚。本发明提出一种应用于轮毂内的不等宽不等厚Halbach轴向环形部分分段永磁同步电机，其气隙磁场谐波畸变率小，永磁体利用率高，转矩脉动低，永磁体涡流损耗小。

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种轨道车辆用独立轮牵引轮毂电机。

背景技术

轮毂电机驱动系统的特点是将轮毂电机、减速器和制动器等整合到轨道车辆的轮毂中，提高了轨道车辆的空间利用率和灵活性。根据轨道车辆用独立轮牵引轮毂电机的特点和行驶要求，具有以下优点：

（1）轮毂电机具有较高的功率密度；

（2）轮毂电机具有峰值转矩输出能力来满足轨道车辆的起动、加速以及爬坡的需求；轮毂电机具有较宽的恒功率运行速度范围，且在恒功率运行范围内，轮毂电机具有较高的效率。

（3）为降低轨道车辆中由轮毂电机的转矩波动引起的振动和噪声，电机的转矩波动应尽量减小。

（4）轮毂电机应具有良好的散热和冷却能力，以便实现电机的高功率密度。

与其他类型电机相比，永磁同步电动机具有高效率、高转矩密度、低转矩波动等优点，因此十分适合作为轮毂电机使用。

Halbach充磁通过将磁化方向各异的永磁体依照某一固定顺序排列，从而得到更高正弦性分布的合成气隙磁场。这种永磁体排列方式的合成结果是使永磁体其中一侧的磁场大幅增强，与此同时另一侧磁场大幅减弱，气隙磁场产生自屏蔽效应，并使气隙磁密的幅值大幅提升。

永磁体采用Halbach充磁方式，并将不同充磁方向的永磁体按照一定规律排列，能够在磁体一侧汇聚磁力线，而在另一侧削弱磁力线，从而获得比较理想的单边磁场的永磁体排列。Halbach阵列永磁电机能够减小气隙磁场的谐波含量，提高永磁体的利用率，提升电机的功率密度，因而在永磁电机中得到了广泛的应用。

等宽等厚Halbach永磁同步电机采用Halbach充磁方式，主磁极与边界磁极等宽等厚。相比于表贴式永磁同步电机，等宽等厚Halbach永磁同步电机的气隙磁密波形更加正弦、电磁转矩波动更小、永磁体涡流损耗更低，其中，负载气隙磁密谐波畸变率降低约45%、电机转矩波动降低约49%、永磁体涡流损耗降低约23%。

然而，等宽等厚Halbach永磁同步电机的电磁性能仍有进步的空间，有待于进一步优化。在固定的极间间隔时，进一步优化负载气隙磁密波形、减少负载气隙谐波畸变率、降低电机转矩波动以及永磁体涡流损耗，从而提升电机的电磁性能。如图1所示为现有等宽等厚Halbach永磁同步电机的充磁模型，相邻磁极间存在极间间隔，同一磁极相邻永磁体充磁夹角为θ。

以往对永磁同步电机Halbach永磁体阵列的研究主要侧重于改变边界磁极的高度、厚度以及充磁角度对气隙磁密谐波畸变率和电磁转矩波动的影响，未考虑将永磁同步电机的电磁性能进行统一考虑，存在一定的局限性，尤其是对于处在狭小轮毂内的永磁同步电机，其永磁体涡流损耗的抑制问题十分重要。

发明内容

为了克服背景技术中的问题，本发明提出一种轨道车辆用独立轮牵引轮毂电机，其气隙磁场谐波畸变率小，电机的转矩脉动小，永磁体涡流损耗小。