CN105914981B - 一种电动车混合励磁轮毂电机 - Google Patents

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Abstract

一种电动车混合励磁轮毂电机，由轴、轮毂、转子极、定子极、两套电枢绕组、定子铁心、励磁绕组、永磁体和轮毂盖组成。扇形的定子铁心背靠背的固定在轴的中间，定子铁心的两侧皆有凸出的定子极。转子极固定在轮毂两端面的内壁上。每两个在圆周方向上对齐的定子铁心之间夹有一个永磁体，相对的两个定子铁心之间有凹槽用于嵌放励磁绕组。每个定子极上都绕有电枢绕组。本发明的技术有效的实现了轮毂和驱动电机的集成，减小了驱动系统的体积和重量；转子无永磁体和励磁绕组，减小了永磁体受冲击退磁的可能性；电励磁磁场既可以在低速时增强永磁磁场，实现大转矩输出；又可以在高速时削弱永磁磁场，实现高速弱磁控制。

Description

一种电动车混合励磁轮毂电机
技术领域
本发明涉及一种电动车混合励磁轮毂电机，属于电动汽车技术领域。
背景技术
具有永磁体和电励磁绕组两种励磁源的电机被称为混合励磁电机，它不仅具有永磁同步电机效率和功率密度高的优点，而且还有比永磁同步电机更强的磁场调节能力。鉴于混合励磁电机具有调速范围宽的优点，因此非常适合用作电动车驱动电机。
轮毂电机将电机和传动装置都整合到轮毂内，因此将电动车的传动部分大大简化，这是轮毂电机的第一个优点。轮毂电机的第二个优点是可以实现汽车灵活多样的设计，轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性，因此无论是前驱、后驱还是四驱形式，它都可以比较轻松地实现，全时四驱在轮毂电机驱动的车辆上实现起来非常容易。鉴于上述分析，研发一种混合励磁轮毂式电机非常有必要。
在相关专利方面，申请号为2015100209242的发明专利申请：一种电动汽车轮毂式永磁电机，提出了N极爪极和S极爪极扣住一个轴向充磁永磁体的轮毂电机。东南大学获得授权的专利：一种电动车用隐极式混合励磁电机直接转矩控制方法，专利号为：201310340810.7，该技术在不同运行区间，根据最大转矩电流比算法计算定子磁链给定值，减小了电枢电流无功分量，提高了电机的效率和转矩输出能力。
东南大学获得授权的专利：一种双定子盘式混合励磁电机，专利号：201310301385.0，提出了一种包括 12 个 U 形定子铁心的盘式混合励磁电机，该U 形定子铁心和永磁体（4）交替放置构成定子圆盘，永磁体沿圆周方向交替充磁。类似的，还有专利号为 201110161040.0的授权发明专利：混合励磁E形铁芯轴向磁场永磁无刷电机，等等
本发明的技术与上述方案皆不同。本发明的扇形的定子铁心背靠背的固定在轴的中间，定子铁心的两侧皆有凸出的定子极。转子极固定在轮毂两端面的内壁上。每两个在圆周方向上对齐的定子铁心之间夹有一个永磁体，相对的两个定子铁心之间有凹槽用于嵌放励磁绕组。
目前申请人尚未检索到有关使用上述技术的相关报道。
本发明的技术可以有效的实现了轮毂和驱动电机的集成，减小了驱动系统的体积和重量；转子无永磁体和励磁绕组，减小了永磁体受冲击退磁的可能性；电励磁磁场既可以在低速时增强永磁磁场，实现大转矩输出；又可以在高速时削弱永磁磁场，实现高速弱磁控制。
发明内容
为了发明一种电动车混合励磁轮毂电机，实现混合励磁电机和轮毂的集成设计，并实现转子的无刷和无励磁源化，本发明采用如下技术方案：
一种电动车混合励磁轮毂电机，其特征在于：
由轴(1)、轴承(2)、轮毂(3)、第一转子极(4)、第一定子极(5)、第一电枢绕组(6)、定子铁心(7)、励磁绕组(8)、永磁体(9)、第二定子极(10)、第二电枢绕组(11)、第二转子极(12)和轮毂盖(13)组成；
个数为2N的扇形的定子铁心(7)背靠背的固定在轴(1)的中间，N为自然数；定子铁心(7)的轴向两侧分别是固定在轮毂(3)上的第一转子极(4)和固定在轮毂盖(13)上的第二转子极(12)；
定子铁心(7)朝向第一转子极(4)的端面上有沿轴向凸起的扇环形的第一定子极(5)，定子铁心(7)朝向第二转子极(12)的端面上有沿轴向凸起的扇形的第二定子极(10)；每个定子铁心(7)上有三个第一定子极(5)或有三个第二定子极(10)；
第一定子极(5)和扇环形的第一转子极(4)之间有一层气隙，第二定子极(10)和扇环形的第二转子极(12)之间也有一层气隙；
每两个在圆周方向上对齐的定子铁心(7)之间夹有一个永磁体(9)，永磁体(9)充磁方向平行于轴(1)，相邻永磁体(9)的充磁方向相反；
相对的两个定子铁心(7)之间有凹槽用于嵌放励磁绕组(8)；励磁绕组(8)绕每个永磁体(9)的充磁方向绕绕制，相邻励磁绕组(8)的绕向相反；
每个第一定子极(5)和每个第二定子极(10)上分别绕有第一电枢绕组(6)和第二电枢绕组(11)，第一电枢绕组(6)和第二电枢绕组(11)都是集中绕组且绕轴(1)的轴线方向绕制；
两个轴承(2)的内圈分别固定在轴(1)的两端，两个轴承(2)的外圈分别固定在轮毂(3)和轮毂盖(13)的中心孔内，在轴承(2)的作用下，轮毂(3)和轮毂盖(13)可绕轴(1)旋转，从而驱动车轮旋转。
如上所述的一种电动车混合励磁轮毂电机，其特征在于：第一转子极(4)和第二转子极(12)的极数相等；第一定子极(5)和第二定子极(10)在圆周方向上对齐；设相邻两个转子极之间的角度为转子极距角，第一转子极(4)和第二转子极(12)在圆周方向上相差半个转子极距角。
如上所述的一种电动车混合励磁轮毂电机，其特征在于：当所述电动车混合励磁轮毂电机低速或大转矩运行时，给励磁绕组(8)通正向电流，励磁绕组(8)产生的磁场增强永磁磁场；当所述电动车混合励磁轮毂电机高速或小转矩运行时，给励磁绕组(8)通负向电流，励磁绕组(8)产生的磁场削弱永磁磁场，实现永磁电机的高速弱磁。
本发明的有益效果如下：
⑴有效的实现了轮毂和驱动电机的集成，减小了驱动系统的体积和重量；
⑵转子无永磁体和励磁绕组，减小了永磁体受冲击退磁的可能性；
⑶电励磁磁场既可以在低速时增强永磁磁场，实现大转矩输出；又可以在高速时削弱永磁磁场，实现高速弱磁控制；
⑷电机的轴向尺寸较小，很适合应用作严格要求薄型安装的轮毂驱动电机；
⑸电枢绕组与励磁绕组都采用集中绕组，端部较短，铜耗较小。
附图说明
图1是本发明一种电动车混合励磁轮毂电机的纵剖图。其中：1、轴，2、轴承、3、轮毂，4、第一转子极，5、第一定子极，6、第一电枢绕组，7、定子铁心，8、励磁绕组，9、永磁体，10、第二定子极，11、第二电枢绕组，12、第二转子极，13、轮毂盖。
图2是本发明一种电动车混合励磁轮毂电机定子铁心侧视图。其中：1、轴，5、第一定子极，6、第一电枢绕组。
图3为本发明一种电动车混合励磁轮毂电机励磁绕组和永磁体侧视图。其中：1、轴，8、励磁绕组，9、永磁体。
图4为本发明一种电动车混合励磁轮毂电机转子极侧视图。其中：1、轴，3、轮毂，4、第一转子极。
图5是一种电动车混合励磁轮毂电机励磁绕组通正向电流时的示意图。其中：1、轴，5、第一定子极，6、第一电枢绕组，7、定子铁心，8、励磁绕组，9、永磁体，10、第二定子极，11、第二电枢绕组。
图6是一种电动车混合励磁轮毂电机励磁绕组通负向电流时的示意图。其中：1、轴，5、第一定子极，6、第一电枢绕组，7、定子铁心，8、励磁绕组，9、永磁体，10、第二定子极，11、第二电枢绕组。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
图1是本发明一种电动车混合励磁轮毂电机的纵剖图。
所述电动车混合励磁轮毂电机由轴(1)、轴承(2)、轮毂(3)、第一转子极(4)、第一定子极(5)、第一电枢绕组(6)、定子铁心(7)、励磁绕组(8)、永磁体(9)、第二定子极(10)、第二电枢绕组(11)、第二转子极(12)和轮毂盖(13)组成。
个数为2N的扇形的定子铁心(7)背靠背的固定在轴(1)的中间，N为自然数；定子铁心(7)的轴向两侧分别是固定在轮毂(3)上的第一转子极(4)和固定在轮毂盖(13)上的第二转子极(12)；
定子铁心(7)朝向第一转子极(4)的端面上有沿轴向凸起的扇形的第一定子极(5)，定子铁心(7)朝向第二转子极(12)的端面上有沿轴向凸起的扇形的第二定子极(10)；每个定子铁心(7)上有三个第一定子极(5)或有三个第二定子极(10)；
第一定子极(5)和扇环形的第一转子极(4)之间有一层气隙，第二定子极(10)和扇环形的第二转子极(12)之间也有一层气隙；
每两个在圆周方向上对齐的定子铁心(7)之间夹有一个永磁体(9)，永磁体(9)充磁方向平行于轴(1)，相邻永磁体(9)的充磁方向相反；
相对的两个定子铁心(7)之间有凹槽用于嵌放励磁绕组(8)；励磁绕组(8)绕每个永磁体(9)的充磁方向绕绕制，相邻励磁绕组(8)的绕向相反；
两个轴承(2)的内圈分别固定在轴(1)的两端，两个轴承(2)的外圈分别固定在轮毂(3)和轮毂盖(13)的中心孔内，在轴承(2)的作用下，轮毂(3)和轮毂盖(13)可绕轴(1)旋转，从而驱动车轮旋转。
图2是本发明一种电动车混合励磁轮毂电机定子铁心侧视图。
每个第一定子极(5)和每个第二定子极(10)上分别绕有第一电枢绕组(6)和第二电枢绕组(11)，第一电枢绕组(6)和第二电枢绕组(11)都是集中绕组且绕轴(1)的轴线方向绕制。
图3为本发明一种电动车混合励磁轮毂电机励磁绕组和永磁体侧视图。
永磁体(10)充磁方向平行于轴(1)，相邻永磁体(9)的充磁方向相反。相对的两个定子铁心(7)之间有凹槽用于嵌放励磁绕组(8)；励磁绕组(8)绕每个永磁体(9)的充磁方向绕绕制，相邻励磁绕组(8)的绕向相反。
图4为本发明一种电动车混合励磁轮毂电机转子极侧视图。
个数为2N的扇形的定子铁心(7)背靠背的固定在轴(1)的中间，N为自然数；
所述一种电动车混合励磁轮毂电机，第一转子极(4)和第二转子极(12)的极数相等；第一定子极(5)和第二定子极(10)在圆周方向上对齐；设相邻两个转子极之间的角度为转子极距角，第一转子极(4)和第二转子极(12)在圆周方向上相差半个转子极距角。
图5是一种电动车混合励磁轮毂电机励磁绕组通正向电流时的示意图。
当所述电动车混合励磁轮毂电机低速或大转矩运行时，给励磁绕组(8)通正向电流，励磁绕组(8)产生的磁场增强永磁磁场。
图6是一种电动车混合励磁轮毂电机励磁绕组通负向电流时的示意图。
当所述电动车混合励磁轮毂电机高速或小转矩运行时，给励磁绕组(8)通负向电流，励磁绕组(8)产生的磁场削弱永磁磁场，实现永磁电机的高速弱磁。
下面对本发明提出的一种电动车混合励磁轮毂电机进行工作原理的说明。
当转子极与其中一相定子极完全重叠时，该相定子极上的电枢绕组的匝链的磁阻最小、磁链最大，该相电枢绕组与励磁绕组的互感也最大。当转子极与一相定子极完全脱离时，该极电枢绕组的磁阻最大、磁链最小，该相电枢绕组与励磁绕组的互感也最小。
将该电动车混合励磁轮毂电机作为电动机，给电感上升的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生正的转矩；给电感下降的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生负的转矩。可以利用三相桥式变换器给所述电动车混合励磁轮毂电机的三相绕组供电。

Claims (3)

1.一种电动车混合励磁轮毂电机，其特征在于：
由轴(1)、轴承(2)、轮毂(3)、第一转子极(4)、第一定子极(5)、第一电枢绕组(6)、定子铁心(7)、励磁绕组(8)、永磁体(9)、第二定子极(10)、第二电枢绕组(11)、第二转子极(12)和轮毂盖(13)组成；
个数为2N的扇形的定子铁心(7)背靠背的固定在轴(1)的中间，N为自然数；定子铁心(7)的轴向两侧分别是固定在轮毂(3)上的第一转子极(4)和固定在轮毂盖(13)上的第二转子极(12)；定子铁心(7)朝向第一转子极(4)的端面上有沿轴向凸起的扇环形的第一定子极(5)，定子铁心(7)朝向第二转子极(12)的端面上有沿轴向凸起的扇形的第二定子极(10)；每个定子铁心(7)上有三个第一定子极(5)或有三个第二定子极(10)；
第一定子极(5)和扇环形的第一转子极(4)之间有一层气隙，第二定子极(10)和扇环形的第二转子极(12)之间也有一层气隙；
每两个在圆周方向上对齐的定子铁心(7)之间夹有一个永磁体(9)，永磁体(9)充磁方向平行于轴(1)，相邻永磁体(9)的充磁方向相反；
相对的两个定子铁心(7)之间有凹槽用于嵌放励磁绕组(8)；励磁绕组(8)绕每个永磁体(9)的充磁方向绕绕制，相邻励磁绕组(8)的绕向相反；
每个第一定子极(5)和每个第二定子极(10)上分别绕有第一电枢绕组(6)和第二电枢绕组(11)，第一电枢绕组(6)和第二电枢绕组(11)都是集中绕组且绕轴(1)的轴线方向绕制；
两个轴承(2)的内圈分别固定在轴(1)的两端，两个轴承(2)的外圈分别固定在轮毂(3)和轮毂盖(13)的中心孔内，在轴承(2)的作用下，轮毂(3)和轮毂盖(13)绕轴(1)旋转，从而驱动车轮旋转。
2.如权利要求1所述的一种电动车混合励磁轮毂电机，其特征在于：第一转子极(4)和第二转子极(12)的极数相等；第一定子极(5)和第二定子极(10)在圆周方向上对齐；设相邻两个转子极之间的角度为转子极距角，第一转子极(4)和第二转子极(12)在圆周方向上相差半个转子极距角。
3.如权利要求1所述的一种电动车混合励磁轮毂电机，其特征在于：当所述电动车混合励磁轮毂电机低速或大转矩运行时，给励磁绕组(8)通正向电流，励磁绕组(8)产生的磁场增强永磁磁场；当所述电动车混合励磁轮毂电机高速或小转矩运行时，给励磁绕组(8)通负向电流，励磁绕组(8)产生的磁场削弱永磁磁场，实现永磁电机的高速弱磁。
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