CN106849421A - 集中励磁的电动车轮毂电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种集中励磁的电动车轮毂电机，包括定子铁心、外转子铁心、励磁绕组、电枢绕组和轴。外转子铁心的内侧有7个凸极式结构的转子极，转子极的极弧系数等于0.5；定子上有两个绕有励磁绕组的励磁极和4个绕有电枢绕组的电枢极，励磁极和电枢极都是凸极式结构的定子极。两个励磁极相隔180度机械角分布，励磁极的极弧机械角为33.6度；每个励磁极两侧有两个电枢极，电枢极的极弧机械角为25.6度；电枢极和励磁极之间有放置电枢绕组和励磁绕组的定子槽，定子槽槽口机械角为28.7度。本发明电机作为发电机运行时，调节励磁电流即可控制不同转速下的输出电压，可以回收制动能量并给电动车蓄电池充电；作为电动机运行时，调节励磁电流和电枢电流的大小，可以控制所述轮毂电机的输出转矩。

Description

集中励磁的电动车轮毂电机
技术领域
本发明涉及一种集中励磁的电动车轮毂电机，属于特种电机技术领域。
背景技术
电动汽车是目前国家产业政策明确支持的新型战略性产业，在整车结构中，驱动系统的优劣直接关系到整车性能的好坏，研制出适合电动汽车驱动系统用的电机意义重大。电动汽车驱动电机被装在机动车上，空间小，工作在高温、坏天气、及频繁振动等恶劣环境下。
近年来磁阻类电机的研究取得了比较大的进展，开关磁阻电机结构简单，坚固耐用，转子上没有绕组、磁钢或滑环，调速范围宽，适合高速运行，但其最大缺点是转矩脉动大、噪声大，需要位置传感器，系统具有非线性特性。因此，在开关磁阻的定子上增加励磁绕组形成电励磁双凸极电机则可以有效的克服开关磁阻电机的缺陷。而且轮毂电机是直接作用于汽车的车轮上，省去了中间的传动环节，从而减小了传动环节的能量损失，可以达到节能的目的，这样就克服了制约电动汽车续驶里程短的缺陷。
目前电动车用轮毂电机的相关专利主要集中在轮毂电机主体结构和装配方法上。例如发明专利申请：电动车轮毂电机及电动车车轮，申请号：201410510008.2，公开了一种电动车轮毂电机及使用该电动车轮毂电机的电动车车轮。其中电动车轮毂电机包括轮轴、轮毂、安装于所述轮毂上的转子、定子和支撑所述定子的支撑盘。该申请的电动车轮毂电机在相同体积与输入电流时能提供更强的推动力。可以为车辆提供更强的推动力，产生的热量更小，耗电量更小，效率更高。
另外，还有一些轮毂式驱动电机的专利，例如申请人2016年申请的发明专利：一种电动车混合励磁轮毂电机，专利号：201610256109.0，提出了实现了轮毂和驱动电机的集成的混合励磁轮毂电机，该电机具有双面盘式结构，可提高电机的比功率。类似的，授权的发明专利：轮毂电机，专利号：200480021062.5，也公开了一种可实现轮毂电机的小径化、结构紧凑的轮毂电机。
目前传统的三相双凸极电机一个励磁源（励磁线圈或永磁体、本文以励磁绕组为例进行介绍）给三个电枢绕组提供励磁，该电机励磁绕组的端部长度较长，因此励磁损耗较大，占用的体积较大，成本也高。另外传统的多相双凸极电机还存在各相不对称问题（详见本申请作为第一发明人发表的论文《各相对称的五相电励磁双凸极发电机电磁特性分析》.中国电机工程学报2016. 36 (10)）。本申请作为第一发明人提出了跨一个定子极绕制的双凸极电机“授权号ZL201510010867X，一种直驱电动滚筒用电机”，但这种电机励磁绕组个数较多，因此轴向占用的漆包线多，空间大且励磁效率低。因此打破常规思维，提出一种一个励磁源能给多个定子极提供励磁，且各相性能对称的双凸极电机。
本申请的技术与现有技术的不同主要体现在轮毂电机的结构方面。本申请的技术具有不均布的定子极和超出已公开常理技术的特殊定转子极弧系数和偏角组合参数，其绕组绕制方式也与传统电机有着本质的区别。
目前申请人经国内外检索，尚未检索到本发明所涉及集中励磁的电动车轮毂电机的高容错、高效率的要求所提出一种新型结构的电机。
发明内容
所要解决的技术问题：提供一种高容错、高效率的集中励磁的电动车轮毂电机。
为了实现以上功能，本发明采取的技术方案是：
集中励磁的电动车轮毂电机，包括定子铁心(4)、外转子铁心(1)、励磁绕组(2)、电枢绕组(5)和轴(3)，外转子铁心(1)固定在电动车轮毂上，外转子铁心(1)旋转带动电动车轮毂直接驱动电动车，其特征在于：
外转子铁心(1)的内侧有7个凸极式结构的转子极，转子极的极弧系数等于0.5；
定子上有2个绕有励磁绕组(2)的励磁极和4个绕有电枢绕组(5)的电枢极，励磁极和电枢极都是凸极式结构的定子极；
2个励磁极相隔180度机械角分布，励磁极的极弧机械角为33.6度；
每个励磁极两侧有两个电枢极，电枢极的极弧机械角为25.6度；
电枢极和励磁极之间有放置电枢绕组(5)和励磁绕组(2)的定子槽，所述定子槽槽口机械角为28.7度；
电枢极上的电枢绕组(5)为集中式绕组。
如上所述集中励磁的电动车轮毂电机，其特征在于：沿圆周方向的电枢绕组(5)依次为A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组和D相电枢绕组。
如上所述集中励磁的电动车轮毂电机，其特征在于：沿圆周方向的电枢绕组(5)依次为A相电枢绕组、B相电枢绕组、-A相电枢绕组和-B相电枢绕组；A相电枢绕组和-A相绕组反向串联，B相电枢绕组和-B相电枢绕组反向串联，构成两相绕组。
如上所述集中励磁的电动车轮毂电机，其特征在于：作为发电机运行时，调节励磁电流即可控制不同转速下的输出电压，能够回收制动能量并给电动车蓄电池充电；作为电动机运行时，调节励磁电流和电枢电流的大小，能够控制所述轮毂电机的输出转矩。
本发明的有益效果是：
1电机结构简单，坚固耐用，调速范围宽，适合高速运行；
2具备外转子，从而减小了传动环节的能量损失，可以直接驱动电动车运行；
3转子为凸极结构，无励磁绕组，工作可靠；
4总的磁链较短，定子铁心磁阻小，铁耗少；硅钢片用量少、电机重量轻；
5绕组皆为集中式绕组，内阻小，效率高；
6各相绕组完全对称。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明集中励磁的电动车轮毂电机纵剖图。其中，1、外转子铁心，2、励磁绕组，3、轴，4、定子铁心，5、电枢绕组。
图2是本发明本发明集中励磁的电动车轮毂电机定转子结构纵剖示意图。
图3是本发明本发明集中励磁的电动车轮毂电机第1实施绕组分布图。其中，1、外转子铁心，2、励磁绕组，3、轴，4、定子铁心，5、电枢绕组，A、B、C和D分别表示A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组和D相电枢绕组。
图4是本发明一种体感车电励磁轮毂电机四相绕组接功率变换器图。
图5是本发明一种体感车电励磁轮毂电机两相绕组接功率变换器图。
图6是本发明定子四相电枢绕组与励磁绕组的互感图。其中，Laf表示A相电枢绕组与励磁绕组(2)的互感，在数值上等于励磁电流为1安培时A相电枢绕组的磁链。
具体实施方式
本发明提供集中励磁的电动车轮毂电机，为使本发明的技术方案及效果更加清楚、明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1给出的本发明集中励磁的电动车轮毂电机纵剖图，由定子铁心(4)、外转子铁心(1)、励磁绕组(2)、电枢绕组(5)和轴(3)组成，外转子铁心(1)固定在电动车轮毂上，转子旋转时直接驱动电动车。
在外转子铁心的内侧有7个凸极式结构的转子极，转子极的极弧系数等于0.5；定子上有2个绕有励磁绕组(2)的励磁极和4个绕有电枢绕组(5)的电枢极，励磁极和电枢极都是凸极式结构的定子极。
图2是本发明本发明集中励磁的电动车轮毂电机定转子结构纵剖示意图。电机定子铁心上两个励磁极相隔180度机械角分布，励磁极的极弧机械角为33.6度；在每个励磁极两侧有两个电枢极，电枢极的极弧机械角为25.6度。电枢极和励磁极之间有放置电枢绕组(5)和励磁绕组(2)的定子槽，定子槽槽口机械角为28.7度。
图3是本发明本发明集中励磁的电动车轮毂电机第1实施绕组分布图。电机定子铁心的4个电枢极上分别绕有电枢绕组(5)，沿圆周方向的电枢绕组(5)依次为A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组和D相电枢绕组。
图4是本发明一种体感车电励磁轮毂电机四相绕组接功率变换器图。四相绕组分别接四相功率变换器的四个桥臂上，当其中一相绕组出现故障后，其余各相绕组可以继续降额工作。
图5是本发明一种体感车电励磁轮毂电机两相电枢绕组接功率变换器图
图6本发明定子四相电枢绕组与励磁绕组的互感图。可以看出各个绕组之间相隔90度电角度。
下面对本发明提出的集中励磁的电动车轮毂电机进行工作原理的说明。
通过位置传感器检测轮毂电机转子位置，将位置信号输送给控制器后，控制器控制功率变换器的相应开关管，给电感上升的绕组通以正向电流，给电感下降的绕组通以负向电流，电机即可实现对外输出转矩。
需要指出的是，本发明的创新点不是简单的选取或优化问题。本申请电枢定子极弧系数、转子极弧系数、永磁定子极极弧系数等具有无穷多个的配合，加上各个极之间的角度也不一样，因此在没见到本申请的技术内容、且不具备的创造性思维的研究人员无法在有限时间内求出最可行的方案。
同时需要指出的是，本发明的体感车电励磁轮毂电机的极弧系数和偏角并非是个有限组合内的选择问题，而是只有在这种匹配下才能取得所述性能的特殊结构。

Claims (4)

1.集中励磁的电动车轮毂电机，包括定子铁心(4)、外转子铁心(1)、励磁绕组(2)、电枢绕组(5)和轴(3)，外转子铁心(1)固定在电动车轮毂上，外转子铁心(1)旋转带动电动车轮毂直接驱动电动车，其特征在于：
外转子铁心(1)的内侧有7个凸极式结构的转子极，转子极的极弧系数等于0.5；
定子上有2个绕有励磁绕组(2)的励磁极和4个绕有电枢绕组(5)的电枢极，励磁极和电枢极都是凸极式结构的定子极；
2个励磁极相隔180度机械角分布，励磁极的极弧机械角为33.6度；
每个励磁极两侧有两个电枢极，电枢极的极弧机械角为25.6度；
电枢极和励磁极之间有放置电枢绕组(5)和励磁绕组(2)的定子槽，所述定子槽槽口机械角为28.7度；
电枢极上的电枢绕组(5)为集中式绕组。
2.如权利要求1所述的集中励磁的电动车轮毂电机，其特征在于：沿圆周方向的电枢绕组(5)依次为A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组和D相电枢绕组。
3.如权利要求1所述的集中励磁的电动车轮毂电机，其特征在于：沿圆周方向的电枢绕组(5)依次为A相电枢绕组、B相电枢绕组、-A相电枢绕组和-B相电枢绕组；A相电枢绕组和-A相绕组反向串联，B相电枢绕组和-B相电枢绕组反向串联，构成两相绕组。
4.如权利要求1所述的集中励磁的电动车轮毂电机，其特征在于：作为发电机运行时，调节励磁电流即可控制不同转速下的输出电压，能够回收制动能量并给电动车蓄电池充电；作为电动机运行时，调节励磁电流和电枢电流的大小，能够控制所述轮毂电机的输出转矩。
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