CN104821697A - 电动汽车驱动用容错式四相开关磁阻电动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动汽车驱动用容错式四相开关磁阻电动机，定子由定子轭和定子齿组成，有8个宽齿和8个窄齿沿定子轭内圈的圆周方向相互交替分布形成定子齿；转子由转子铁心块和转子套组成，有10个转子铁心块沿转子套外圈的圆周方向均匀布置并均固定嵌入转子套中，与转子套一起组成圆柱形的转子；所述8个宽齿上均集中缠绕一个定子绕组，相邻宽齿上的绕线方向相同，形成NNNNSSSS的极性分布，相对的两个宽齿上的绕组正向串联成一相；在电动机不对齐位置情况下，转矩输出能力提高；采用分块型的转子铁心块嵌入不导磁的转子套中，磁路更短，减少漏磁，风阻小；没有绕线的窄齿既可以作为磁通的回路实现更短磁路，也可以起隔离的作用。

Description

电动汽车驱动用容错式四相开关磁阻电动机

技术领域

本发明属于电机制造应用技术领域，涉及一种用于电动汽车的开关磁阻电动机。

背景技术

随着能源危机、环境污染等问题的日益加剧，具有高效率、低污染、低噪声和电力来源广等突出优点的电动汽车受到关注。开关磁阻电动机以其效率高、成本低、结构简单、工作可靠、调速范围广等优势，成为电动汽车驱动系统的最优选方案之一。

传统的开关磁阻电动机，其定子和转子均呈双凸极结构，使得运转时的转矩脉动和振动噪音相对较大，而且高速运转时定子和转子的双凸极结构使得转子风阻大，这些缺点已经成为传统开关磁阻电动机在电动汽车领域推广应用的难点和瓶颈之一。

目前研究较多的传统三相开关磁阻电动机如图1所示，属于凸极式磁阻电机，转子同轴套在定子内，转轴同轴固定在转轴16上，由转轴16带动旋转。转子由转子齿14和转子轭15组成，定子由定子轭11和定子齿12组成，在定子齿12上绕有定子绕组13。为了简化结构，图1只绘制出一相绕组的缠绕方式。该电动机虽然有结构简单的优点，但也有如下缺点：①由于定子齿的齿宽与转子极距的比值不能放大很多（若比值较大，那么在定子极与转子极间轴线对齐即自感最小时，会使得最小电感增加），从而使得输出转矩能力低，装车时不利于电动汽车的低速启动运行；②在高速运转时定子和转子的双凸极结构使得转子风阻大；③如图2所示的传统三相开关磁阻电机的某一相磁路示意图，从图2中可知其磁路属于四极型，较长的磁路会导致铁心损耗增加，从而使电机效率降低；④在图2中，当某一相绕组励磁时，不仅只产生四极型的主磁路，而且会产生漏磁现象，这样当三相顺序通电时，相邻齿间的磁路之间的耦合作用不可忽视，这样就影响了电机的容错性能。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述传统三相开关磁阻电动机用于电动汽车驱动时存在的不足之处，提出一种输出转矩大、风阻小、磁路短、效率高、具有容错功能的用于电动汽车驱动的新型四相开关磁阻电动机，以进一步提高电机容错性能，提高其带故障运行能力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明包括定子和转子，转子同轴套在定子内，定子与转子之间留有径向气隙，定子由定子轭和定子齿组成，有8个宽齿和8个窄齿沿定子轭内圈的圆周方向相互交替分布形成定子齿；转子由转子铁心块和转子套组成，有10个转子铁心块沿转子套外圈的圆周方向均匀布置并均固定嵌入转子套中，与转子套一起组成圆柱形的转子；所述8个宽齿上均集中缠绕一个定子绕组，相邻宽齿上的绕线方向相同，形成NNNNSSSS的极性分布，相对的两个宽齿上的绕组正向串联成一相。

本发明的有益效果是：

1、本发明的定子齿采用宽齿与窄齿搭配的结构形式，转子采用分块的铁心块形状，在电动机不对齐位置情况下（图4所示），由于转子铁心块间始终存在的间隙，使得不对齐位置的最小电感可以比普通开关磁阻电动机不对齐位置的最小电感还要小，从而使电动机的转矩输出能力提高。

2、采用分块型的转子铁心块嵌入不导磁的转子套中，不仅磁路更短，减少了漏磁，而且风阻小，最终可以提高电动机运行效率。

3、没有绕线的窄齿既可以作为磁通的回路实现更短磁路，也可以起隔离的作用，有效地实现了磁路、电路、温度之间的隔离。当电动机某一相发生故障时，窄齿可以提供磁回路来降低电机互感，减小对其他相绕组的影响，提高了电动机带故障运行的能力。

4、不导磁的转子套由铝制成，转子的机械强度得到提高，以及整个电动机的重量得到减轻。

附图说明

图1是传统三相开关磁阻电动机的截面结构示意图，为了简化结构，此图只绘制出一相绕组的缠绕方式；

图1中标号及名称为：11.定子轭；12.定子齿；13.定子绕组；14.转子齿；15. 转子轭；16.转轴。

图2是图1所示传统三相开关磁阻电动机某一相绕组励磁时对齐位置（电感最大）磁力线回路图；

图3是本发明电动汽车驱动用容错式四相开关磁阻电动机横截面结构示意图；

图3中标号及名称为：1.定子轭；2.宽齿；3.窄齿；4.定子绕组；5.转子铁心块；6.转子套；7.转轴。

图4是图3所示本发明的某一相绕组励磁时的不对齐位置（电感最小）磁力线回路图，定义此时转子位置角为0度；

图5是图3所示本发明的某一相绕组励磁时转子位置角为10.8度时的磁力线回路图；

图6是图3所示本发明的某一相绕组励磁时对齐位置（电感最大）的磁力线回路图，此刻转子位置角为18度；

图7是图3所示本发明的某一相绕组励磁时转子位置角为28.8度时的磁力线回路图；

图8是图3所示本发明的某一相绕组励磁时转子位置角为36度时的磁力线回路图。此刻转子又回到0度位置。

具体实施方式

如图3所示，本发明电动汽车驱动用容错式四相开关磁阻电动机，包括定子和转子，转子同轴套在定子内，且固定套在转轴7外表面，由转轴7带动旋转，定子由定子轭1和定子齿组成，8个宽齿2和8个窄齿3形成定子齿，8个宽齿2和8个窄齿3沿定子轭1内圈的圆周方向相互交替分布，每个宽齿2两侧是窄齿3，每个窄齿3两侧是宽齿2。定子轭1、宽齿2和窄齿3均由电工硅钢片叠压制成。

转子由转子铁心块5和转子套6组成，转子套6由不导磁材料例如铝制成，以便提高机械强度。转子铁心块5均由硅钢片叠压而成。10个转子铁心块5沿转子套6外圈的圆周方向均匀布置，固定嵌入转子套6中，与转子套6一起组成圆柱形的转子。

转子铁心块5由横截面呈T型的底部和横截面呈扇形的顶部组成，T型的底部嵌入在转子套6中对应的T型槽内，以便转子在旋转时径向固定住转子铁心块5。转子铁心块5的扇形的顶部外弧面与转子套6的外圈在同一个圆上，使转子铁心块5与转子套6形成一个外表面平齐光滑的圆柱形转子。

定子与转子之间留有径向气隙，径向气隙为0.3mm。

窄齿3上不缠绕定子绕组，在8个宽齿2上均集中缠绕一个定子绕组4，分别是定子绕组a2、b2、c3、d4、a2、b2、c3、d4。定子绕组4的电流方向如图3所示，其中“⊕”表示电流方向垂直于纸面向里，“⊙”表示电流方向垂直于纸面向外，根据“安培定则二”可以得到定子绕组a1、b1、c1、d1为NNNN极，而定子绕组a2、b2、c3、d4为SSSS极，相邻宽齿2上的绕线方向相同，从而形成NNNNSSSS的极性分布。相对的两个宽齿2上的绕组正向串联成一相，即相对的定子绕组a1、a2正向串联成A相，相对的定子绕组b1、b2正向串联成B相，相对的定子绕组c1、c2正向串联成C相，相对的定子绕组d1、d2正向串联成D相，总共是A、B、C、D四相绕组。各相绕组通过外电路连接并在各相绕组的自感上升期通以电流，宽齿2对转子铁心块5产生吸力，使转子运转起来。

本发明电动机在一个转子周期内逆时针旋转，某一相绕组励磁时的具体磁回路路线如图4~图8所示。在图4中，当本发明电动机处于转子位置角为0度时，宽齿2的中心线与转子铁心块5的中心线对齐，某一相绕组建立起的磁场主回路为：由宽齿2经过定子和转子间的气隙到转子铁心块5，然后从转子铁心块5上对称分为两路，经由气隙到宽齿2两侧的两个窄齿3上，再由窄齿3经过定子轭1回到励磁极上。所形成的磁回路为四极型。与图2中普通开关磁阻电动机的磁回路相比，本发明电动机的磁回路相对更短。由于此时定子宽齿2的中心线与转子铁心块5的中心线对齐，此时磁阻最大，所以自感最小。在图5中，当转子铁心块5逆时针转离励磁的宽齿2，下一个转子铁心块5转向励磁的宽齿2并且其转子铁心块5的前沿与励磁宽齿后沿重合时，此刻由于定子和转子间的气隙减小，磁阻减小，从而自感增大。当转子转到如图6所示自感最大位置时，励磁的宽齿2的中心线与转子铁心块5的中心线重合，定子和转子间磁阻最小。当转子铁心块5转离自感最大位置时，如图7所示，此刻定子和转子间气隙又增大，磁阻相应增加，从而自感下降，直到转子铁心块5转过一个周期，又回到转子位置角为0度时，自感最小，电机完成一个转子周期的运行，如图8所示。

为了使从宽齿2中流出的磁力线均匀分布于相邻两侧的窄齿3，宽齿2的齿宽为窄齿3的齿宽的两倍；为了保证定子轭部、定子齿部及转子铁心块5内的磁密基本一致，转子铁心块5的齿高、定子轭的厚度、窄齿的齿宽三者要相等。

根据以上所述，便可以实现本发明。对本领域的技术人员在不背离本发明的精神和保护范围的情况下做出的其它的变化和修改，仍包括在本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电动汽车驱动用容错式四相开关磁阻电动机，包括定子和转子，转子同轴套在定子内，定子与转子之间留有径向气隙，其特征是：定子由定子轭（1）和定子齿组成，有8个宽齿（2）和8个窄齿（3）沿定子轭（1）内圈的圆周方向相互交替分布形成定子齿；转子由转子铁心块（5）和转子套（6）组成，有10个转子铁心块（5）沿转子套（6）外圈的圆周方向均匀布置并均固定嵌入转子套（6）中，与转子套（6）一起组成圆柱形的转子；所述8个宽齿（2）上均集中缠绕一个定子绕组（4），相邻宽齿（2）上的绕线方向相同，形成NNNNSSSS的极性分布，相对的两个宽齿（2）上的绕组正向串联成一相。

2.根据权利要求1所述电动汽车驱动用容错式四相开关磁阻电动机，其特征是：转子铁心块（5）由横截面呈T型的底部和横截面呈扇形的顶部组成，T型的底部嵌入在转子套（6）中对应的T型槽内，扇形的顶部外弧面与转子套（6）的外圈在同一个圆上。

3.根据权利要求1所述电动汽车驱动用容错式四相开关磁阻电动机，其特征是：转子套（6）由不导磁材料制成，转子铁心块（5）由硅钢片叠压而成。

4.根据权利要求1所述电动汽车驱动用容错式四相开关磁阻电动机，其特征是：定子轭（1）、宽齿（2）和窄齿（3）均由电工硅钢片叠压制成。

5.根据权利要求1所述电动汽车驱动用容错式四相开关磁阻电动机，其特征是：宽齿（2）的齿宽为窄齿（3）的齿宽的两倍；转子铁心块（5）的齿高、定子轭的厚度、窄齿的齿宽三者相等。