CN107508444A - 电动汽车磁栅式永磁双凸极电机 - Google Patents

Abstract

电动汽车磁栅式永磁双凸极电机，属于电动车电机技术领域，包括轴、前电枢铁心、前电枢绕组、前转子铁心、前永磁体、永磁铁心、后永磁体、后转子铁心、后电枢绕组、后电枢铁心和外壳。其特征在于：呈圆盘状的前转子铁心和后转子铁心间隔的固定在轴上，前转子铁心和后转子铁心的中间是固定在外壳上的永磁铁心，永磁铁心朝向转子铁心的两面分别均匀固定有永磁体，前转子铁心和后转子铁心的两侧分别是固定在外壳上的前电枢铁心和后电枢铁心，电枢铁心上有电枢极，电枢极上绕着有电枢绕组。本发明的技术转子铁心呈磁栅状，接触面大，比功率大，因此非常适合作为对功率密度要求较高的电动汽车电机。

Description

电动汽车磁栅式永磁双凸极电机

技术领域

本发明涉及一种电动汽车磁栅式永磁双凸极电机，属于电动车电机技术领域。

背景技术

永磁双凸极电机属于一种变磁阻电机，在结构上与开关磁阻电机类似。其定子、转子均为凸极结构，有硅钢片叠制而成，结构简单，转子上无绕组，电机可靠性高，功率密度高。在开关磁阻电机的基础上引入永磁材料，得到永磁双凸极电机，它具有永磁电机和开关磁阻电机的优点，同时又克服了诸如驱动控制复杂、成本高、利用率低、脉声躁动等问题。

自上个世纪90年代，随着新的高磁能积的永磁材料研制成功，一种新型的带有双凸极结构的永磁电机出现，它继承了双凸极电机的简单特性，同时兼备了永磁电机的诸多优点。各国学者对此进行了大量的研究工作，提出来各种构造形式的双凸极电机，并对电机上的特性进行了深入的分析。

在目前公开的技术中，仅有少数涉及到永磁双凸极电机。在相近的电机专利中，专利号为20121088730.2的发明专利申请：一种自藕型永磁双凸极电机，提出了一种永磁双凸极电机，包括定子组合，转子组合以及驱动控制，该发明利用自然磁能与电磁驱动单元所产生的工作磁场相互间的直接作用，使机械动力装置产生更好的节能效果，以此降低对电力的消耗，对节能减排作出贡献。

在申请号201710165533.9的发明中，提出了一种四相永磁双凸极电机：包括定子铁心，转子铁心，永磁体，四相电枢绕组和轴。该电机提出一种一个励磁源能给多个定子极提供励磁，且各相性能对称的永磁双凸极电机。

研究发现，应用于电动汽车的驱动电机需要具备较高的功率密度，而盘式电机因为可以多盘并列，提高了导磁的截面积和电枢绕组的磁链，因此一般认为盘式电机具备较高的功率密度。例如专利：高效节能电动汽车、200820109319.8 提出了一种由车身、大功率高效多盘电机、轮毂电机、离合器与变速箱、以及控制器几大部分构成的电动汽车。该驱动电机是大功率高效多盘电机，该电机为横向磁通盘式电机。本申请转子铁心呈磁栅状，接触面大，比功率大，因此非常适合作为对功率密度要求较高的电动汽车电机。

同时本发明的技术还实现了绕组和永磁体的分离，可以非常方便的实现水冷散热。这与传统的内转子永磁同步电机相比，可以有效降低永磁体涡流发热的引起的温升。

发明内容

为了发明一种高功率密度的电动汽车磁栅式永磁双凸极电机，本发明采用如下技术方案：

电动汽车磁栅式永磁双凸极电机，包括轴、前电枢铁心、前电枢绕组、前转子铁心、前永磁体、永磁铁心、后永磁体、后转子铁心、后电枢绕组、后电枢铁心和外壳，其特征在于：呈圆盘状的前转子铁心和后转子铁心间隔的固定在轴上，前转子铁心和后转子铁心的圆盘上均有5个均布的扇形通孔；

前转子铁心和后转子铁心的中间是固定在外壳上的永磁铁心，永磁铁心朝向前转子铁心和后转子铁心的两面分别均匀固定有6个前永磁体和6个后永磁体，前永磁体和后永磁体皆呈扇形；沿圆周方向每3个前永磁体充磁方向相同，沿圆周方向每3个后永磁体充磁方向相同；前转子铁心和后转子铁心的两侧分别是固定在外壳上的前电枢铁心和后电枢铁心，前电枢铁心朝向前转子铁心的一侧均布有6个扇形凸起的前电枢极，每个前电枢极上绕有一个前电枢绕组；后电枢铁心朝向后转子铁心的一侧均布有6个扇形凸起的后电枢极，每个后电枢极上绕有一个后电枢绕组；

如上所述前电枢极、后电枢极、前永磁体和后永磁体的扇形端面尺寸一致；前电枢极和前永磁体在轴向上对齐，后电枢极和后永磁体在轴向上对齐。

如上所述电动汽车磁栅式永磁双凸极电机，其特征在于：前转子铁心和后转子铁心的扇形缺通孔轴向上对齐，前永磁体和后永磁体沿圆周方向错开30度，前电枢绕组和后电枢绕组各自组成一个三相绕组。

如上所述电动汽车磁栅式永磁双凸极电机，其特征在于：前转子铁心和后转子铁心的扇形通孔在轴向上对齐，前永磁体和后永磁体在轴向上对齐，前电枢绕组和后电枢绕组串联组成一个三相绕组。

电动汽车磁栅式永磁双凸极电机，包括轴、前电枢铁心、前电枢绕组、前转子铁心、前永磁体、永磁铁心、后永磁体、后转子铁心、后电枢绕组、后电枢铁心和外壳，其特征在于：

呈圆盘状的前转子铁心和后转子铁心间隔的固定在轴上，前转子铁心和后转子铁心的圆盘上皆有10个均布的扇形通孔；

前转子铁心和后转子铁心的中间是固定在外壳上的永磁铁心，永磁铁心朝向前转子铁心和后转子铁心的两面分别均匀固定有6个前永磁体和6个后永磁体，前永磁体和后永磁体皆呈扇形；沿圆周方向相邻的前永磁体充磁方向相反，沿圆周方向相邻的后永磁体充磁方向相反；

前转子铁心和后转子铁心背离永磁铁心的两侧分别是固定在外壳上的前电枢铁心和后电枢铁心，前电枢铁心朝向前转子铁心的一侧均布有12个扇形凸起的前电枢极，每个前电枢极上绕有一个前电枢绕组；后电枢铁心朝向后转子铁心的一侧均布有12个扇形凸起的后电枢极，每个后电枢极上绕有一个后电枢绕组；

前电枢极、后电枢极的扇形端面尺寸一致；前永磁体和后永磁体的扇形端面尺寸一致。

本发明的有益效果如下：

1 转子铁心只有带通孔的转盘，质量轻，转动惯量小，响应迅速；

2依据无刷直流电机原理工作，控制技术成熟；

3定转子导磁面积大，在同样饱和的磁密下，本申请的技术磁通量大，反电势高，电机功率大；

4电枢绕组为集中式绕组，内阻小（铜耗少），效率高；而且各个绕组有效隔离，有利于电动汽车电机水冷散热；

5电机转子结构简单，不仅提高了电机转子的机械强度，而且更适合高速转动；

6总的磁链较短，硅钢片磁阻小，铁耗少。

附图说明

图1是电动汽车磁栅式永磁双凸极电机实施例一纵剖图，其中1轴；2轴承；3前电枢铁心；4前电枢绕组；5前转子铁心；6前永磁体；7永磁铁心；8后永磁体；9后转子铁心；10后电枢绕组；11后电枢铁心；12外壳。

图2是实施例一永磁体示意图，其中6前永磁体。

图3是实施例一转子铁心示意图，其中1轴；5前转子铁心。

图4是实施例一电枢极示意图，其中3前电枢铁心,4前电枢绕组。

图5是实施例一前电枢绕组和后电枢绕组各自串联组成一个三相绕组的示意图。

图6是电动汽车磁栅式永磁双凸极电机实施例二纵剖图，其中1轴，2轴承，3前电枢铁心，4前电枢绕组，5前转子铁心，6前永磁体，7永磁铁心，8后永磁体，9后转子铁心，10后电枢绕组,11后电枢铁心，12外壳。

图7是实施例二前永磁极示意图，其中6前永磁体；7永磁铁心。

图8是实施例二前转子铁心示意图，其中1轴，5前转子铁心。

图9是实施例二前电枢极示意图，其中3前电枢铁心，4前电枢绕组。

具体实施方式

图1是电动汽车磁栅式永磁双凸极电机实施例一纵剖图，其中1轴；2轴承；3前电枢铁心；4前电枢绕组；5前转子铁心；6前永磁体；7永磁铁心；8后永磁体；9后转子铁心；10后电枢绕组；11后电枢铁心；12外壳。

电动汽车磁栅式永磁双凸极电机，属于电动车电机技术领域，包括轴、前电枢铁心、前电枢绕组、前转子铁心、前永磁体、永磁铁心、后永磁体、后转子铁心、后电枢绕组、后电枢铁心和外壳，其特征在于：呈圆盘状的前转子铁心和后转子铁心间隔的固定在轴上，前转子铁心和后转子铁心的圆盘上均有5个均布的扇形通孔。

前转子铁心和后转子铁心的中间是固定在外壳上的永磁铁心，永磁铁心朝向前转子铁心和后转子铁心的两面分别均匀固定有6个前永磁体和6个后永磁体，前永磁体和后永磁体皆呈扇形；沿圆周方向每3个前永磁体充磁方向相同，沿圆周方向每3个后永磁体充磁方向相同；前转子铁心和后转子铁心的两侧分别是固定在外壳上的前电枢铁心和后电枢铁心，前电枢铁心朝向前转子铁心的一侧均布有6个扇形凸起的前电枢极，每个前电枢极上绕有一个前电枢绕组；后电枢铁心朝向后转子铁心的一侧均布有6个扇形凸起的后电枢极，每个后电枢极上绕有一个后电枢绕组。

前电枢极、后电枢极、前永磁体和后永磁体的扇形端面尺寸一致；前电枢极和前永磁体在轴向上对齐，后电枢极和后永磁体在轴向上对齐。

电动汽车磁栅式永磁双凸极电机，其特征在于：前转子铁心和后转子铁心的扇形缺通孔轴向上对齐，前永磁体和后永磁体沿圆周方向错开30度，前电枢绕组和后电枢绕组各自组成一个三相绕组。

图2是实施例一永磁体示意图，其中6前永磁体前转子铁心和后转子铁心的中间是固定在外壳上的永磁铁心，永磁铁心朝向前转子铁心和后转子铁心的两面分别均匀固定有6个前永磁体和6个后永磁体，前永磁体和后永磁体皆呈扇形；沿圆周方向每3个前永磁体充磁方向相同，沿圆周方向每3个后永磁体充磁方向相同。

如果本图中6标注为8，也可以代表后永磁体。

图3是实施例一转子铁心示意图，其中1轴；5前转子铁心呈圆盘状的前转子铁心和后转子铁心间隔的固定在轴上，前转子铁心和后转子铁心的圆盘上均有4个均布的扇形通孔。

如果本图中5标注为9，也可以代表后转子铁心。

图4是实施例一电枢极示意图，其中3前电枢铁心,4前电枢绕组前转子铁心和后转子铁心的两侧分别是固定在外壳上的前电枢铁心和后电枢铁心，前电枢铁心朝向前转子铁心的一侧均布有6个扇形凸起的前电枢极，每个前电枢极上绕有一个前电枢绕组；后电枢铁心朝向后转子铁心的一侧均布有6个扇形凸起的后电枢极，每个后电枢极上绕有一个后电枢绕组。如果本图中4标注为10、3标注为11，也可是分别表示后电枢绕组和后电枢铁心。

图5是前电枢绕组和后电枢绕组各自串联组成一个三相绕组的示意图。前转子铁心和后转子铁心的扇形缺通孔轴向上对齐，前永磁体和后永磁体沿圆周方向错开30度，前电枢绕组和后电枢绕组各自组成一个三相绕组。

图6是电动汽车磁栅式永磁双凸极电机实施例二纵剖图。一种双通道永磁伺服电机，其特征在于：呈圆盘状的前转子铁心和后转子铁心间隔的固定在轴上，前转子铁心和后转子铁心的圆盘上均有10个均布的扇形通孔；前转子铁心和后转子铁心的中间是固定在外壳上的永磁铁心，永磁铁心朝向前转子铁心和后转子铁心的两面分别均匀固定有6个前永磁体和6个后永磁体，前永磁体和后永磁体皆呈扇形；沿圆周方向相邻的前永磁体充磁方向相反，沿圆周方向相邻的后永磁体充磁方向相反；前转子铁心和后转子铁心背离永磁铁心的两侧分别是固定在外壳上的前电枢铁心和后电枢铁心，前电枢铁心朝向前转子铁心的一侧均布有12个扇形凸起的前电枢极，每个前电枢极上绕有一个前电枢绕组；后电枢铁心朝向后转子铁心的一侧均布有12个扇形凸起的后电枢极，每个后电枢极上绕有一个后电枢绕组；前电枢极、后电枢极的扇形端面尺寸一致；前永磁体和后永磁体的扇形端面尺寸一致。

图7是实施例二永磁极示意图，其中6前永磁体；7永磁铁心。每两个前电枢极和一个前永磁体在轴向上对齐，每两个后电枢极和一个后永磁体在轴向上对齐；前转子铁心和后转子铁心的扇形通孔在轴向上对齐；前永磁体和后永磁体在圆周方向上相差30度。永磁铁心朝向前转子铁心和后转子铁心的两面分别均匀固定有6个前永磁体和6个后永磁体，前永磁体和后永磁体皆呈扇形。

如果本图中的6标注为8，也可以代表后永磁体示意图。

图8是实施例二转子铁心示意图，其中1轴，5前转子铁心。呈圆盘状的前转子铁心和后转子铁心间隔的固定在轴上，前转子铁心和后转子铁心的圆盘上均有10个均布的扇形通孔；前转子铁心和后转子铁心的中间是固定在外壳上的永磁铁心。

如果本图中的5标注为9，也可代表后转子铁心示意图。

图9是实施例二电枢极示意图，其中3前电枢铁心，4前电枢绕组。前电枢绕组和后电枢绕组各自组成一套三相绕组，两套三相绕组构成双通道。前电枢铁心朝向前转子铁心的一侧均布有12个扇形凸起的前电枢极，每个前电枢极上绕有一个前电枢绕组。

如果本图中的3标注11、4标注10，也可代表后电枢极示意图。

本发明工作原理: 由于本发明的励磁源永磁体和电枢极在轴向上对齐，因此当转子铁心能导磁的部分与电枢极对齐时，该电枢极匝链的磁阻最小、电枢绕组磁链最大；当转子铁心的扇形通孔对齐电枢极时，该电枢极匝链的磁阻最大、电枢绕组磁链最小。

当转子铁心能导磁的部分逐渐靠近电枢极时，该相电枢绕组与永磁体的互感在增加；该相电枢绕组的自感也在增加。当转子铁心能导磁的部分脱离电枢极时，该相电枢绕组与永磁体的互感在增加；该相电枢绕组的自感也在增加。

由于本申请电机电枢绕组与永磁体的互感、电枢绕组匝链的磁链也在不断变化，因此如果移动转子铁心，则电枢绕组会产生感应电动势。这就是本申请电机作为发电机运行回收制动能量的原理。

本申请电机作为电动机运行驱动电动汽车时，给产生正的感应电动势的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生正的转矩；给产生负的感应电动势的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生负的转矩。

Claims (4)

1.电动汽车磁栅式永磁双凸极电机，包括轴、前电枢铁心、前电枢绕组、前转子铁心、前永磁体、永磁铁心、后永磁体、后转子铁心、后电枢绕组、后电枢铁心和外壳，其特征在于：

呈圆盘状的前转子铁心和后转子铁心间隔的固定在轴上，前转子铁心和后转子铁心的圆盘上均有5个均布的扇形通孔；

前转子铁心和后转子铁心的中间是固定在外壳上的永磁铁心，永磁铁心朝向前转子铁心和后转子铁心的两面分别均匀固定有6个前永磁体和6个后永磁体，前永磁体和后永磁体皆呈扇形；沿圆周方向每3个前永磁体充磁方向相同，沿圆周方向每3个后永磁体充磁方向相同；

前转子铁心和后转子铁心的两侧分别是固定在外壳上的前电枢铁心和后电枢铁心，前电枢铁心朝向前转子铁心的一侧均布有6个扇形凸起的前电枢极，每个前电枢极上绕有一个前电枢绕组；后电枢铁心朝向后转子铁心的一侧均布有6个扇形凸起的后电枢极，每个后电枢极上绕有一个后电枢绕组；

前电枢极、后电枢极、前永磁体和后永磁体的扇形端面尺寸一致；

前电枢极和前永磁体在轴向上对齐，后电枢极和后永磁体在轴向上对齐。

2.如权利要求1所述的电动汽车磁栅式永磁双凸极电机，其特征在于：

前转子铁心和后转子铁心的扇形通孔轴向上对齐，前永磁体和后永磁体沿圆周方向错开30度，前电枢绕组和后电枢绕组各自组成一个三相绕组。

3.如权利要求1所述的电动汽车磁栅式永磁双凸极电机，其特征在于：

前转子铁心和后转子铁心的扇形通孔在轴向上对齐，前永磁体和后永磁体在轴向上对齐，前电枢绕组和后电枢绕组串联组成一个三相绕组。

4.电动汽车磁栅式永磁双凸极电机，包括轴、前电枢铁心、前电枢绕组、前转子铁心、前永磁体、永磁铁心、后永磁体、后转子铁心、后电枢绕组、后电枢铁心和外壳，其特征在于：

呈圆盘状的前转子铁心和后转子铁心间隔的固定在轴上，前转子铁心和后转子铁心的圆盘上皆有10个均布的扇形通孔；

前转子铁心和后转子铁心的中间是固定在外壳上的永磁铁心，永磁铁心朝向前转子铁心和后转子铁心的两面分别均匀固定有6个前永磁体和6个后永磁体，前永磁体和后永磁体皆呈扇形；沿圆周方向相邻的前永磁体充磁方向相反，沿圆周方向相邻的后永磁体充磁方向相反；

前转子铁心和后转子铁心背离永磁铁心的两侧分别是固定在外壳上的前电枢铁心和后电枢铁心，前电枢铁心朝向前转子铁心的一侧均布有12个扇形凸起的前电枢极，每个前电枢极上绕有一个前电枢绕组；后电枢铁心朝向后转子铁心的一侧均布有12个扇形凸起的后电枢极，每个后电枢极上绕有一个后电枢绕组；

前电枢极、后电枢极的扇形端面尺寸一致；前永磁体和后永磁体的扇形端面尺寸一致。