CN106899158B - 一种电动车四相电励磁电机 - Google Patents

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Abstract

一种电动车四相电励磁电机，属于电动车技术领域，包括定子铁心、转子铁心、励磁绕组、电枢绕组、轴承和轴。其特征在于：所述电机为外转子结构，所述转子铁心上有9k个均布的凸形转子极，k为正整数；所述定子铁心有8k个凸形的定子极，每隔两个定子极有一个励磁槽，两个励磁槽之间的两个定子极中间有一个电枢槽；励磁槽内嵌有励磁绕组，每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组；同一个励磁绕组绕过的两个定子极上的电枢绕组绕向相同，相邻励磁绕组绕过的两个定子极上的电枢绕组绕向相反。本发明的技术可有效降低传统磁阻类电机的转矩脉动，而且励磁绕组与电枢绕组互相隔离，且其反电势为正弦波。

Description

一种电动车四相电励磁电机
技术领域
本发明涉及一种电动车四相电励磁电机，属于汽车电器技术领域。
背景技术
在环境污染和能源短缺的压力下，电动车以环境污染低和可持续的特点越来越受到重视，电动车已成为解决当今环保和能源等问题的研究热点。驱动电机系统是电动车的核心部件之一，高效率、高可靠性、易控制的驱动电机系统已成为当前电动车领域的研究热点。电励磁双凸极电机具有转子结构简单、可靠性好、功率密度高、励磁可调等优点，因而受到国内外学者的大量关注。
目前，在电动汽车上使用的电机仍以电磁型电机为主，电励磁双凸极电机很少作为电动车驱动电机。例如相关授权的发明专利：一种电动车用电机，专利号：201010118916.9，发明了一种电动车用电机包括定子组件、转子架体和外转子，其定子组件包括固定轴、与固定轴连接的定子支架、均布于定子支架上的多组相同结构的独立铁芯单元。该发明可减轻电机的重量，能减少单个电机的矽钢片的用量。
另外，也有一些关于电励磁双凸极电机的专利，例如发明人还提出了一种双模电动发电机（授权专利号：ZL 201410538070.2），该发明提出了一种双模电动发电机，包括转子铁心、定子铁心、线圈、轴和外壳等，具有开关磁阻电机一样简单可靠的本体结构。其中的线圈有的是电枢线圈，有的既可以作为电枢线圈又可以作为励磁线圈，这种新型线圈结构使电机既可以作为开关磁阻电机模式运行，又可以作为电励磁双凸极电机模式运行。该发明的双模电动发电机非常适合作为汽车用起动发电机和汽车驱动电机，电动时工作在开关磁阻电机模式，发电时工作在电励磁双凸极电机模式。
在此基础上，发明人对多相双凸极电机的极数和极弧系数进行了深入的研究，在《中国电机工程学报》2015年第七期发表了“多相电励磁双凸极发电机极数与极弧系数研究”的学术论文，指出定子极数和转子极数之比应为m/(m+1)或m/(m-1)。
作为已有技术，传统的双凸极电机具有较大的转矩脉动，其换向转矩脉动产生的原理可见《中国电机工程学报》2011年第27期论文“基于半桥变换器的电 励磁双凸极电机角度优化控制策略”。随着研究的深入，发明人发现前期提出的技术仍旧存在较大的换向转矩脉动，因此急需研究一种换向转矩脉动较小的电动车电机。
基于此，本发明提出一种反电势为正弦波的电机以减小换向转矩脉动，同时具备多相绕组以提高系统的可靠性。本发明的技术突破了原有双凸极电机极数之比应为m/(m+1)或m/(m-1)这一技术偏见，因此具有创造性。
发明内容
为了发明一种磁路短、结构简单、性能可靠的一种电动车四相电励磁电机，本发明采用如下技术方案：
一种电动车四相电励磁电机，包括定子铁心、转子铁心、励磁绕组、电枢绕组、轴承和轴，其特征在于：
所述电动车四相电励磁电机为外转子结构，定子铁心固定在轴上，转子铁心在轴承的作用下能够绕轴旋转；
所述转子铁心上有9k个均布的凸形转子极，k为正整数；
所述定子铁心有8k个凸形的定子极，每隔两个定子极有一个励磁槽，两个励磁槽之间的两个定子极中间有一个电枢槽；所述励磁槽的槽深大于电枢槽的槽深；
励磁槽内嵌有励磁绕组，相邻励磁绕组的绕向相反；励磁绕组位于励磁槽的底部；
每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组，同一个励磁绕组绕过的两个定子极上的电枢绕组绕向相同，相邻励磁绕组绕过的两个定子极上的电枢绕组绕向相反；电枢绕组位于励磁槽和电枢槽的槽口。
如上所述的一种电动车四相电励磁电机，其特征在于：沿圆周方向的电枢绕组依次为A相电枢绕组、A相电枢绕组、B相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组、C相电枢绕组、D相电枢绕组、D相电枢绕组，……，依次循环k次。
如上所述的一种电动车四相电励磁电机，其特征在于：转子为斜极结构。
本发明的有益效果是：
1励磁绕组和电枢绕组可以通过绝缘纸互相隔离，避免了故障的传播；
2本发明采用四相绕组，转子上没有绕组，工作可靠；
3总的磁链较短，定子铁心磁阻小，铁耗少；
4总的磁链较短，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。
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是本发明一种电动车四相电励磁电机横向剖视结构示意图。其中，1、转子铁心，2、定子铁心，3、轴，4、电枢绕组，5、励磁绕组。
图2是本发明一种电动车四相电励磁电机的各线圈矢量星形图。
图3是本发明一种电动车四相电励磁电机的各相绕组矢量星形图。
图4是本发明一种电动车四相电励磁电机的A相绕组反电势图。
具体实施方式
本发明提供一种电动车四相电励磁电机，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是本发明一种电动车四相电励磁电机横向剖视结构示意图，如图所示该电机由定子铁心(1)、转子铁心(2)、励磁绕组(5)、电枢绕组(4)、轴承和轴(3)组成。所述电动车四相电励磁电机为外转子结构，定子铁心(1)固定在轴(3)上，转子铁心(2)在轴承的作用下能够绕轴(3)旋转；转子铁心(2)上有9k个均布的凸形转子极，k为正整数。本实施例中，k=1。
所述定子铁心有8k个凸形的定子极，每隔两个定子极有一个励磁槽，两个励磁槽之间的两个定子极中间有一个电枢槽，励磁槽的槽深大于电枢槽的槽深。励磁槽内嵌有励磁绕组(5)，相邻励磁绕组(5)的绕向相反，励磁绕组(5)位于励磁槽的底部。每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组(4)，同一个励磁绕组(5)绕过的两个定子极上的电枢绕组(4)绕向相同，相邻励磁绕组(5)绕过的两个定子极上的电枢绕组(4)绕向相反。电枢绕组(4)位于励磁槽和电枢槽的槽口。
图2是本发明一种电动车四相电励磁电机的各线圈矢量星形图。可以看出，可以看出电机各相反电势互相间隔90°电角度，而且本电机任意一相都可以全周期导通工作，即本电机可以四相同时通电运行，因此具有较高的容错能力。
图3是本发明一种电动车四相电励磁电机的各相绕组矢量星形图。沿圆周方向每两个相邻的电枢绕组(4)串联，所有2k个电枢绕组(4)串联组成一相电枢绕组(4)。由于本实施例k=1，因此沿圆周方向的电枢绕组(4)依次为A相电枢绕组、A相电枢绕组、B相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组、C相电枢绕组、D相电枢绕组、D相电枢绕组。图4是本发明一种电动车四相电励磁电机的A相绕组反电势图。如图所示，图中以A相绕组为例，可以看出A相绕组的反电势呈正弦状。
下面对本发明提出的一种电动车四相电励磁电机进行工作原理的说明。可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
给本发明电机的励磁绕组(5)通电时，在电机内部会建立起磁场，产生的磁通将经过各相的定子轭部、定子齿部、空气隙、转子齿部、转子轭部形成闭合回路。
电机既可以作为发电机运行，又可以作为电动机运行。作为电动机时，通过位置传感器检测电机转子位置，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，给磁链上升的绕组通以正向电流，给磁链下降的绕组通以负向电流，电机即可实现对外输出转矩。电机发电运行时，当励磁绕组(5)通有恒定电流时，在电机内产生的磁通将经过定子轭部、定子极、气隙、转子极、转子轭部形成闭合磁路。外加机械力传动转子使其按某一方向旋转时，由于每相电枢绕组(4)所匝链的磁链发生变化，绕组将产生感应电动势，当绕组与外接负载连接时，则电机发电，向负载输送电能。

Claims (2)

1.一种电动车四相电励磁电机，包括定子铁心、转子铁心、励磁绕组、电枢绕组、轴承和轴，其特征在于：
所述电动车四相电励磁电机为外转子结构，定子铁心固定在轴上，转子铁心在轴承的作用下能够绕轴旋转；
所述转子铁心上有9k个均布的凸形转子极，k为正整数；
所述定子铁心有8k个凸形的定子极，每隔两个定子极有一个励磁槽，两个励磁槽之间的两个定子极中间有一个电枢槽；所述励磁槽的槽深大于电枢槽的槽深；
励磁槽内嵌有励磁绕组，相邻励磁绕组的绕向相反；励磁绕组位于励磁槽的底部；
每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组，同一个励磁绕组绕过的两个定子极上的电枢绕组绕向相同，相邻励磁绕组绕过的两个定子极上的电枢绕组绕向相反；电枢绕组位于励磁槽和电枢槽的槽口；
沿圆周方向的电枢绕组依次为A相电枢绕组、A相电枢绕组、B相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组、C相电枢绕组、D相电枢绕组、D相电枢绕组，……，依次循环k次。
2.如权利要求1所述的一种电动车四相电励磁电机，其特征在于：转子为斜极结构。
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