CN108233651B - H形铁芯混合励磁轴向磁通切换轮毂电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种H形铁芯混合励磁轴向磁通切换轮毂电机，包含定子、第一转子和第二转子，第一转子和第二转子转动设置在定子两侧，定子包含若干定子模块和不导磁隔离环，不导磁隔离环设置在相邻的定子模块端部之间，每个定子模块包含两个H形定子铁芯、永磁体、电枢绕组和励磁绕组，两个H形定子铁芯首尾设置并且端部留有间隙，永磁体固定设置在两个H形定子铁芯间隙之间，电枢绕组缠绕在两个H形定子铁芯相邻的一端端部和永磁体外侧，励磁绕组设置在两个电枢绕组之间，第一转子和第二转子均由转子轭和若干转子齿构成，若干转子齿沿转子轭周向等间距固定在转子轭内侧面上。本发明增强电机容错性，提高输出转矩及拓宽调速范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种轮毂电机，特别是一种H形铁芯混合励磁轴向磁通切换轮毂电机。
背景技术
随着环境污染和能源短缺问题的日益严重，纯电动汽车由于其零排放污染物质的特性逐渐成为未来新能源汽车发展的主流趋势。电动汽车轮毂电机技术是一种将动力、传动和制动装置全部整合到轮毂内的电机技术，它极大简化了电动车辆的机械部分，增加车内空间，提高整车效率，减少了加速时间。因此，轮毂电机已成为国内外学者、汽车生产厂商研究的热点。比利时学者C. Versele等人提出了一种适合于驱动电动车轮的双转子单定子轴向磁场永磁电机，该轴向磁场永磁电机与传统径向永磁电机相比，具有转矩密度大、重量轻等优点，但是，永磁体安装在转子上，当电机发热时，转子冷却困难，容易出现永磁体退磁等故障。由法国学者E. Hoang提出的磁通切换永磁电机，将永磁体和电枢绕组均放置在定子上，易于冷却，转子上既无绕组又无永磁体使得转子结构简单、牢固，解决了上述问题，而且该类电机具有气隙磁密高、反电势正弦、电机效率高等优点。但是，对轮毂电机而言，扁平结构可有效利用车轮内空间，满足低速大转矩的要求；电机长期工作在有水、油污、灰尘等的工作环境，电元件的可靠性不及机械元件，电动汽车运行过程中故障可能性较大，而现有技术的磁通切换永磁电机并不适合用于轮毂电机，因此需要设计新型的磁通切换永磁电机来满足车用轮毂电机的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种H形铁芯混合励磁轴向磁通切换轮毂电机，增强电机容错性，提高输出转矩及拓宽调速范围。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种H形铁芯混合励磁轴向磁通切换轮毂电机，其特征在于：包含定子、第一转子和第二转子，第一转子和第二转子转动设置在定子两侧，定子包含若干定子模块和不导磁隔离环，若干定子模块呈圆环形设置，不导磁隔离环设置在相邻的定子模块端部之间将相邻定子模块之间磁场隔离，每个定子模块包含两个H形定子铁芯、永磁体、电枢绕组和励磁绕组，两个H形定子铁芯首尾设置并且端部留有间隙，永磁体固定设置在两个H形定子铁芯间隙之间，电枢绕组缠绕在两个H形定子铁芯相邻的一端端部和永磁体外侧并且两个电枢绕组对称设置在定子模块的两侧，励磁绕组平行于电枢绕组设置在两个电枢绕组之间并且励磁绕组缠绕在两个H形定子铁芯外侧，第一转子和第二转子均由转子轭和若干转子齿构成，若干转子齿沿转子轭周向等间距固定在转子轭内侧面上。
进一步地，所述H形定子铁芯包含铁芯本体和四个定子齿，定子齿齿形为扇形齿、平行齿或梯形齿中的一种，四个定子齿分成两组分别固定在铁芯本体两侧侧面的两端形成对称或不对称H形定子铁芯。
进一步地，所述永磁体沿着定子的周向交替充磁。
进一步地，所述若干定子模块的励磁绕组之间相互串联，并且相邻定子模块的两个励磁绕组的励磁方向相反。
进一步地，所述第一转子和第二转子由高导磁率的硅钢片冲叠构成。
进一步地，所述定子模块的数量为6个，不导磁隔离环12个，不导磁隔离环两个一组设置在定子模块之间，第一转子和第二转子的转子齿数量为10个，其中沿着定子径向相对的两个电枢线圈相互串联构成一相绕组，定子两侧每一侧的6个电枢线圈形成一组三相绕组。
进一步地，所述励磁绕组产生磁场与经过电枢线圈的永磁体磁场方向相同或者相反，切换控制励磁绕组电流方向来实现对电枢线圈内磁场的增强和减弱。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、本发明的H形铁心混合励磁轴向磁通切换轮毂电机，集中了轴向磁场永磁电机和磁通切换永磁电机的优点，轴向尺寸小、功率和转矩密度大、效率高；
2、转子结构简单，其上既无永磁体又无绕组，转动惯量小，提高了电机的动态性能；永磁体在定子上易于冷却，降低了永磁体的去磁风险；
3、不导磁隔离环的设置对相与相之间的绕组进行了物理隔离、热隔离与磁隔离，降低了相绕组之间的互感，避免了相间短路故障,当电机发生故障时能继续正常工作，提高了电机的容错性能；
4、放置于相邻H形定子铁芯和不导磁隔离环间的励磁绕组可对电机磁场进行调节，提高了转矩输出能力和调速范围。
附图说明
图1是本发明的H形铁芯混合励磁轴向磁通切换轮毂电机的示意图。
图2是本发明的H形铁芯混合励磁轴向磁通切换轮毂电机的H形定子铁芯的示意图。
图3是本发明的实施例的电枢线圈A相示意图。
图4是本发明的励磁绕组线圈展开连接示意图。
图5是本发明的实施例的增磁示意图。
图6是本发明的实施例的减磁示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，本发明的一种H形铁芯混合励磁轴向磁通切换轮毂电机，包含定子1、第一转子2和第二转子3，第一转子2和第二转子3转动设置在定子1两侧，定子1包含若干定子模块和不导磁隔离环4，若干定子模块呈圆环形设置，不导磁隔离环4设置在相邻的定子模块端部之间将相邻定子模块之间磁场隔离，每个定子模块包含两个H形定子铁芯5、永磁体6、电枢绕组7和励磁绕组8，两个H形定子铁芯5首尾设置并且端部留有间隙，永磁体6固定设置在两个H形定子铁芯5间隙之间，电枢绕组7缠绕在两个H形定子铁芯5相邻的一端端部和永磁体6外侧并且两个电枢绕组7对称设置在定子模块的两侧，励磁绕组8平行于电枢绕组7设置在两个电枢绕组7之间并且励磁绕组8缠绕在两个H形定子铁芯5外侧，第一转子2和第二转子3均由转子轭9和若干转子齿10构成，若干转子齿10沿转子轭9周向等间距固定在转子轭9内侧面上。
如图2所示，H形定子铁芯5包含铁芯本体11和四个定子齿12，定子齿12齿形为扇形齿、平行齿或梯形齿中的一种，四个定子齿12分成两组分别固定在铁芯本体11两侧侧面的两端形成对称或不对称H形定子铁芯。
永磁体6沿着定子的周向交替充磁。如图4所示，若干定子模块的励磁绕组8之间相互串联，并且相邻定子模块的两个励磁绕组8的励磁方向相反。12个电枢绕组分别绕在6个永磁体和与之相邻的H形定子铁芯的定子齿上组成2套三相电枢绕组，每套三相电枢绕组中径向相对的两个线圈串联构成一相绕组。这里以A相绕组为例，A1和A3是定子左侧径向相对的A相线圈，A2和A4是右侧径向相对的A相线圈，分别将A1和A3相串联、A2和A4相串联，得到电机两套A相绕组，同理得到B相和C相的两套绕组。如图3所示，6个励磁绕组分别为L1、L2、L3、L4、L5、L6，定子模块的励磁绕组8之间相互串联，并且相邻定子模块的两个励磁绕组8的励磁方向相反。
第一转子2和第二转子3由高导磁率的硅钢片冲叠构成。所述定子模块的数量为6个，不导磁隔离环12个，不导磁隔离环两个一组设置在定子模块之间，第一转子2和第二转子3的转子齿10数量为10个，其中沿着定子1径向相对的两个电枢线圈相互串联构成一相绕组，定子两侧每一侧的6个电枢线圈形成一组三相绕组。将基本电机的定子/转子极进行整数倍扩充，可得到6/10定子/转子极、12/20定子/转子极、18/30定子/转子极……等结构电机或对定子/转子极数进行组合，可得到6/10定子/转子极、6/11定子/转子极、6/13定子/转子极、6/14定子/转子极……等结构电机。
励磁绕组产生磁场与经过电枢线圈的永磁体磁场方向相同或者相反，切换控制励磁绕组电流方向来实现对电枢线圈内磁场的增强和减弱。如图5和6所示，H形铁心混合励磁轴向磁通切换轮毂电机主磁路结构和磁场路径。在不导磁隔离环和相邻H形定子铁心模块中放置励磁绕组可调节电机的磁场。图5、6中实线为永磁磁场方向，虚线为励磁磁场方向，由图5所示当在励磁绕组通入正向励磁电流时，励磁磁场的方向与永磁磁场的方向一致，实现增磁；在励磁绕组中通入反向励磁电流，如图6所示，励磁磁场的方向与永磁磁场的方向相反，实现弱磁。因此，该结构电机可见实现混合励磁。
本发明所提出的H形铁心混合励磁轴向磁通切换轮毂电机，集中了轴向磁场永磁电机和磁通切换永磁电机的优点，轴向尺寸小、功率和转矩密度大、效率高；转子结构简单，其上既无永磁体又无绕组，转动惯量小，提高了电机的动态性能；永磁体在定子上易于冷却，降低了永磁体的去磁风险；不导磁隔离环的设置对相与相之间的绕组进行了物理隔离、热隔离与磁隔离，降低了相绕组之间的互感，避免了相间短路故障,当电机发生故障时能继续正常工作，提高了电机的容错性能；放置于相邻H形定子铁芯和不导磁隔离环间的励磁绕组可对电机磁场进行调节，提高了转矩输出能力和调速范围。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种H形铁芯混合励磁轴向磁通切换轮毂电机，其特征在于：包含定子、第一转子和第二转子，第一转子和第二转子转动设置在定子两侧，定子包含若干定子模块和不导磁隔离环，若干定子模块呈圆环形设置，不导磁隔离环设置在相邻的定子模块端部之间将相邻定子模块之间磁场隔离，每个定子模块包含两个H形定子铁芯、永磁体、电枢绕组和励磁绕组，两个H形定子铁芯首尾设置并且端部留有间隙，永磁体固定设置在两个H形定子铁芯间隙之间，电枢绕组缠绕在两个H形定子铁芯相邻的一端端部和永磁体外侧并且两个电枢绕组对称设置在定子模块的两侧，励磁绕组平行于电枢绕组设置在两个电枢绕组之间并且励磁绕组缠绕在两个H形定子铁芯外侧，第一转子和第二转子均由转子轭和若干转子齿构成，若干转子齿沿转子轭周向等间距固定在转子轭内侧面上。
2.按照权利要求1所述的H形铁芯混合励磁轴向磁通切换轮毂电机，其特征在于：所述H形定子铁芯包含铁芯本体和四个定子齿，定子齿齿形为扇形齿、平行齿或梯形齿中的一种，四个定子齿分成两组分别固定在铁芯本体两侧侧面的两端形成对称或不对称H形定子铁芯。
3.按照权利要求1所述的H形铁芯混合励磁轴向磁通切换轮毂电机，其特征在于：所述永磁体沿着定子的周向交替充磁。
4.按照权利要求1所述的H形铁芯混合励磁轴向磁通切换轮毂电机，其特征在于：所述若干定子模块的励磁绕组之间相互串联，并且相邻定子模块的两个励磁绕组的励磁方向相反。
5.按照权利要求1所述的H形铁芯混合励磁轴向磁通切换轮毂电机，其特征在于：所述第一转子和第二转子由高导磁率的硅钢片冲叠构成。
6.按照权利要求1所述的H形铁芯混合励磁轴向磁通切换轮毂电机，其特征在于：所述定子模块的数量为6个，不导磁隔离环12个，不导磁隔离环两个一组设置在定子模块之间，第一转子和第二转子的转子齿数量为10个，其中沿着定子径向相对的两个电枢线圈相互串联构成一相绕组，定子两侧每一侧的6个电枢线圈形成一组三相绕组。
7.按照权利要求1所述的H形铁芯混合励磁轴向磁通切换轮毂电机，其特征在于：所述励磁绕组产生磁场与经过电枢线圈的永磁体磁场方向相同或者相反，切换控制励磁绕组电流方向来实现对电枢线圈内磁场的增强和减弱。
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