CN107070154A - 增程式电动车五相永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种增程式电动车五相永磁电机，包括定子铁心、电枢绕组、永磁体、转子铁心、非导磁圆环、定子隔离块、轴承和轴，属于汽车电器技术领域。所述增程式电动车五相永磁电机为外转子结构，定子铁心固定在非导磁圆环上，非导磁圆环固定在轴上。转子铁心上有9个均布的凸形转子极，呈扇形的定子铁心共有5个，每个定子铁心上有2个凸形的定子极。任意两个定子极之间有电枢槽，电枢槽内嵌有电枢绕组；每个定子铁心的轭部嵌有永磁体，永磁体沿切向充磁且所有永磁体充磁方向相同；每个定子铁心靠近非导磁圆环的部位有隔磁桥；每个定子极上绕有集中式的电枢绕组，相邻的电枢绕组绕向相反。本发明的技术定子铁心相互独立形成隔离的磁链，减少了漏磁同时保证了电机的可靠性。

Description

增程式电动车五相永磁电机
技术领域
本发明涉及一种增程式电动车五相永磁电机，属于汽车电器技术领域。
背景技术
增程式电动汽车的行驶动力完全由驱动电机提供，因此设计高效可靠的驱动电机对于电动车非常关键。驱动电机通常要求能够频繁地起动、停车、加减速，低速和爬坡时要求高转矩，高速运行时要求低转矩，变速范围宽，既能工作在基速以下的恒转矩区，又能运行在高速时的恒功率区，因此驱动电机的可靠运行也是非常重要的。
永磁电机具有高的功率密度、转矩密度，所以应用在电动汽车上有明显优势并已得到推广。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永磁体形成永磁双凸极电机，这样既可以利用永磁电机高效率的优点又可以有效的克服开关磁阻电机的缺陷。
近年来永磁类电机的研究取得了比较大的进展，目前电动车用永磁电机的相关专利主要集中在机主体结构和控制方法上。例如发明专利申请： 一种电动车用永磁电机驱动装置，申请号：201510118055.7，公开了一种电动车用永磁电机驱动装置，当整车处于正常行驶状态时，预充电电路闭合，车载充电装置的开关断开，车载充电装置不工作。当永磁电机出现弱磁保护飞车故障，IGBT模块断开，永磁电机的三相绕组不能形成回路。当整车处于停车充电状态时，预充电电路断开，车载充电装置的开关闭合，三相绕组的a、b、c端连接在三相电网上，三相电经整流桥整流，再经IGBT模块斩波降压，电感和电容滤波稳压后为电池组充电。
另外，还有一些相关的专利，例如发明专利申请：永磁电机，申请号：201610560312.7，该发明转子可旋转地设在定子内且定子的齿数为转子的极对数的三倍，具有成本较低、齿槽转矩和转矩脉动小且轴伸端漏磁少的优点。
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
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增程式电动车五相永磁电机。
为了实现以上功能，本发明采取的技术方案是：
增程式电动车五相永磁电机，包括定子铁心、永磁体、电枢绕组、转子铁心、非导磁圆环、定子隔离块、轴承和轴，其特征在于：
所述增程式电动车五相永磁电机为外转子结构，定子铁心固定在非导磁圆环上，非导磁圆环固定在轴上；转子铁心在轴承的作用下能够绕轴旋转，转子铁心上固定有电动车的轮毂，用于驱动电动车；
所述转子铁心上有9个均布的凸形转子极；
呈扇形的定子铁心共有5个，每个定子铁心上有2个凸形的定子极，所有10个凸形的定子极沿圆周方向均布；
5个定子铁心之间有定子隔离块，定子隔离块不导磁；
任意两个定子极之间有电枢槽，电枢槽内嵌有电枢绕组；
每个定子铁心的轭部嵌有永磁体，永磁体沿切向充磁且所有永磁体充磁方向相同；每个定子铁心靠近非导磁圆环的部位有隔磁桥；
每个定子极上绕有集中式的电枢绕组，相邻的电枢绕组绕向相反。
如上所述的增程式电动车五相永磁电机，其特征在于：沿圆周方向每2个相邻的电枢绕组串联组成一相电枢绕组，电枢绕组依据相位不同分为五相。
如上所述所述的增程式电动车五相永磁电机，其特征在于：转子极为斜极结构。
如上所述的增程式电动车五相永磁电机，其特征在于：转子极的极弧系数为0.5。
本发明的有益效果是：
1电机结构简单，坚固耐用，适合高速运行；
2定子铁心相互独立形成隔离的磁链，减少了漏磁，保证了电机的可靠性；
3电机具备外转子，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；
4本发明转子为凸极结构，转子上无永磁体，工作可靠；
5电枢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是本发明增程式电动车五相永磁电机横剖图。其中，1、转子铁心，2、永磁体，3、定子铁心，4、非导磁圆环，5、轴，6、电枢绕组，7、定子隔离块。
图2是本发明增程式电动车五相永磁电机各线圈矢量星形图。
图3是本发明增程式电动车五相永磁电机各相绕组矢量星形图。
图4是本发明增程式电动车五相永磁电机充磁方向示意图。
具体实施方式
本发明提供增程式电动车五相永磁电机，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是本发明增程式电动车五相永磁电机横剖图。如图所示，所述增程式电动车五相永磁电机由定子铁心(3)、永磁体(2)、电枢绕组(6)、转子铁心(1)、非导磁圆环(4)、定子隔离块(7)、轴承和轴(5)组成，外转子结构。其定子铁心(3)固定在非导磁圆环(4)上，非导磁圆环(4)固定在轴(5)上，转子铁心(1)在轴承的作用下能够绕轴(5)旋转，转子铁心(1)上固定有电动车的轮毂，用于驱动电动车。
所述转子铁心(1)上有9个均布的凸形转子极，呈扇形的定子铁心(3)共有5个，每个定子铁心(3)上有2个凸形的定子极，所有10个凸形的定子极沿圆周方向均布。5个定子铁心(3)之间有定子隔离块，定子隔离块不导磁。任意两个定子极之间有电枢槽，电枢槽内嵌有电枢绕组(6)。每个定子铁心(3)的轭部嵌有永磁体(2)，永磁体(2)沿切向充磁且所有永磁体(2)充磁方向相同。每个定子铁心(3)靠近非导磁圆环(4)的部位有隔磁桥。每个定子极上绕有集中式的电枢绕组(6)，相邻的电枢绕组(6)绕向相反。
沿圆周方向每2个相邻的电枢绕组(6)串联组成一相电枢绕组，电枢绕组(6)依据相位不同分为五相。
转子极为斜极结构，转子极的极弧系数为0.5。
图2是本发明增程式电动车五相永磁电机各线圈矢量星形图。
图3是本发明增程式电动车五相永磁电机各相绕组矢量星形图。沿圆周方向每两个相邻的电枢绕组(6)串联，组成一相电枢绕组。
图4是本发明增程式电动车五相永磁电机充磁方向示意图。每个定子铁心(3)的轭部嵌有永磁体(2)，永磁体(2)沿切向充磁且所有永磁体(2)充磁方向相同。
下面对本发明提出的增程式电动车五相永磁电机进行工作原理的说明。
本发明增程式电动车五相永磁电机中位于每个定子铁心(3)轭部的永磁体(2)产生磁场，磁通经过各个定子铁心(3)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。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，本发明的增程式电动车五相永磁电机所采用极数并不是一个有限数值内的选取问题，而是对传统设计理念禁锢的一种突破，克服了传统双凸极电机极数方面的技术偏见。

Claims (4)

1.增程式电动车五相永磁电机，包括定子铁心、永磁体、电枢绕组、转子铁心、非导磁圆环、定子隔离块、轴承和轴，其特征在于：
所述增程式电动车五相永磁电机为外转子结构，定子铁心固定在非导磁圆环上，非导磁圆环固定在轴上；转子铁心在轴承的作用下能够绕轴旋转，转子铁心上固定有电动车的轮毂，用于驱动电动车；
所述转子铁心上有9个均布的凸形转子极；
呈扇形的定子铁心共有5个，每个定子铁心上有2个凸形的定子极，所有10个凸形的定子极沿圆周方向均布；
5个定子铁心之间有定子隔离块，定子隔离块不导磁；
任意两个定子极之间有电枢槽，电枢槽内嵌有电枢绕组；
每个定子铁心的轭部嵌有永磁体，永磁体沿切向充磁且所有永磁体充磁方向相同；每个定子铁心靠近非导磁圆环的部位有隔磁桥；
每个定子极上绕有集中式的电枢绕组，相邻的电枢绕组绕向相反。
2.如权利要求1所述的增程式电动车五相永磁电机，其特征在于：沿圆周方向每2个相邻的电枢绕组串联组成一相电枢绕组，电枢绕组依据相位不同分为五相。
3.如权利要求1所述的增程式电动车五相永磁电机，其特征在于：转子极为斜极结构。
4.如权利要求1所述的增程式电动车五相永磁电机，其特征在于：转子极的极弧系数为0.5。
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