CN108631528A - 一种电动汽车用级联式开关磁阻电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电动汽车用级联式开关磁阻电机，转轴的轴向两端外分别同轴套有一个端部定子，两个端部定子结构相同且轴向上对称布置，在两个端部定子之间沿轴向设置若干个同轴套在转轴外且交错布置的中部定子和转子，最靠近端部定子的是转子；端部定子的轴向截面呈C型，C型的开口处形成置放有励磁绕组的端部定子槽；中部定子2的轴向截面呈工字型，在轴向上形成两个中部定子槽，两个中部定子槽各自分别面对着在中部定子轴向两侧的转子，中部定子槽中置放励磁绕组，转子与中部定子、端部定子之间均留有轴向气隙；将分块式的定子、分块式的转子轴向级联布置，定子和转子数量都能够改变，容错性能高。励磁方向为轴向，不产生径向力。
Description
技术领域
本发明属于电机结构领域，具体是一种用于电动汽车的开关磁阻电机结构。
背景技术
开关磁阻电机因其结构简单坚固、控制灵活、调速范围广、容错能力强等优势已应用于电动汽车。传统开关磁阻电机运行过程中由于产生较大的径向力，造成较高的转矩脉动和噪声。为了克服开关磁阻电机运行过程中转矩脉动大的问题，目前通过使用级联的方式对电机进行改进。专利公开号为CN2857322Y的文献中提出了一种降低噪音和转矩脉动的开关磁阻电机，为级联结构，每层均由一个单相开关磁阻电机构成，各层开关磁阻电机在轴向上依次间隔安装，通过分散径向磁拉力减小径向变形，降低噪声，但是，该电机结构并未减小径向力的大小，而且降低噪音的效果有限。专利公开号CN205509741U的文献中提出了一种级联式轴向励磁开关磁阻电机结构，采用U形状定子结构，实现轴向励磁，同时可以改变定子单元数量得到不同相的电机，但是其绕组布置空间受限，不同极的定子产生的磁场干扰大，同时转子数量不能够改变，未能达到定转子都能够级联的效果。
发明内容
本发明的目的在于解决现有电动汽车用级联式开关磁阻电机存在的问题，提出一种不产生径向力、高容错性和低转矩脉动的轴向分布级联式开关磁阻电机。
为了实现上述目的，本发明具体采用如下方案：最中间是转轴，转轴轴向两端外分别同轴套有一个端部定子，两个端部定子结构相同且轴向上对称布置，在两个端部定子之间沿轴向设置若干个同轴套在转轴外且交错布置的中部定子和转子，最靠近端部定子的是转子；端部定子的轴向截面呈C型，C型的开口处形成置放有励磁绕组的端部定子槽，端部定子槽在轴向上面对着转子；中部定子2的轴向截面呈工字型，在轴向上形成两个中部定子槽，两个中部定子槽各自分别面对着在中部定子轴向两侧的转子，中部定子槽中置放励磁绕组，转子与中部定子、端部定子之间均留有轴向气隙。
进一步地，两个端部定子均各由在径向上沿圆周均匀分布的N s 个C形分块组成，每个中部定子都由在径向上沿圆周均匀分布的N s 个工字型分块组成，转子由有在径向上沿圆周均匀分布的N r 个矩形分块组成，，LCM为取最小公倍数，m为电机相数。
更进一步地，N s 个C形分块外端共同固定连接一个端部定子支撑环，N s 个工字型分块外端共同固定连接一个中部定子支撑环，N r 个矩形分块的径向内端共同固定连接一个转子支撑环，转子支撑环固定套在转轴外。
本发明的有益效果在于：
1、不同于普通开关磁阻电机径向励磁方向，本发明电机励磁方向为轴向，不产生径向力，减少了定子机壳的变形，降低了转矩脉动。
2、通过将分块式的定子、分块式的转子轴向级联布置，定子和转子数量都能够改变，容错性能高。
3、本发明通过级联方式对电机进行连接，适用于大功率大转矩应用场合。
4、本发明同时采用非导磁的定转子支撑环，通过梯形键槽实现与定转子的定位，并且通过定转子安装数目的组合，可以构成多相不同极的开关磁阻电机。
5、转子是非凸极结构，节省了空间和成本。
附图说明
图1是本发明的轴向结构剖视图；
图2是图1中端部定子1的径向结构视图；
图3是图1中转子3的径向结构视图；
图4是图1中中部定子的单个工字型分块的结构图；
图5是本发明工作时的磁通路径示意图。
图中：1、端部定子；2、中部定子；2-1、定子齿；2-2、定子轭部；2-3定子梯形键；3、转子；4、中部定子支撑环；5、端部定子支撑环；6、励磁绕组；7、转子支撑环；8、转轴。
具体实施方式
参见图1，本发明最中间是转轴8，转轴8的轴向两端外分别同轴套一个端部定子1，两个端部定子1的结构相同，轴向上对称布置。在两个端部定子1之间，沿轴向设置若干个中部定子2和若干个转子3，转子3和中部定子2之间交错布置，即每相邻两个中部定子2之间是一个转子3。端部定子1和邻近的一个中部定子2之间是一个转子3，即轴向最靠近端部定子1的是转子3。转子3与中部定子2、端部定子1之间均留有轴向气隙。端部定子1、中部定子2和转子3都同轴套在转轴8外部，端部定子1、中部定子2与转轴8不接触，之间留有距离，转子3与转轴8固定连接，同轴转动。
端部定子1的轴向长度是中部定子2的轴向长度一半，端部定子1的结构与轴向上半个中部定子2的结构相同。端部定子1、转子3和中部定子2三者的外径相同、内径也相同。转子3的轴向长度等于端部定子1的轴向长度的2倍。
本发明中沿转轴8轴向上的端部定子1数量为2，中部定子2和转子3的数量都可变，转子3数量比中部定子2数量多1个。
端部定子1的轴向截面呈C型，C型的开口处形成端部定子槽，端部定子槽在轴向上面对着转子3，在端部定子槽中置放励磁绕组6。中部定子2的轴向截面呈工字型，工字型的中部定子2在轴向上形成两个中部定子槽，两个中部定子槽各自分别面对着在中部定子2轴向两侧的两个转子3，在中部定子槽中置放励磁绕组6。转子3的轴向截面呈矩形，转子3的轴向两侧正对着端部定子1或者是中部定子2。
参见图2，两个端部定子1均各由N s 个C形分块组成，N s 个C形分块在径向上沿圆周均匀分布，空套在转轴8外，与转轴8之间留有径向气隙。N s 个C形分块外端共同固定连接一个端部定子支撑环5，每个C形分块的径向外端都通过径向外端加工的一个梯形键嵌入在端部定子支撑环5内。端部定子支撑环5由非导磁材料加工而成，其内壁加工了N s 个梯形槽，实现对N s 个C形分块的定位。C形分块由硅钢片叠压而成，相邻两个C形分块之间的夹角为360/N s 度。
同样地，每个中部定子2都由N s 个工字型分块组成，N s 个工字型分块在径向上沿圆周均匀分布，空套在转轴8外，与转轴8之间留有径向气隙。N s 个工字型分块外端共同固定连接一个中部定子支撑环4，每个工字型分块的径向外端都通过径向外端加工的一个梯形键嵌入在中部定子支撑环4内。中部定子支撑环4由非导磁材料加工而成，其内壁加工了N s 个梯形槽，实现对N s 个工字型分块的定位。工字型分块由硅钢片叠压而成，相邻两个工字型分块之间的夹角为360/N s 度。
参见图3，转子3有N r 个矩形分块组成，N r 个矩形分块在径向上沿圆周均匀分布。N r 个矩形分块的径向内端都共同固定连接一个转子支撑环7，通过径向内端面加工的梯形键嵌在转子支撑环7上，转子支撑环7内壁上加工了N r 个梯形槽，梯形槽数目与矩形分块的数目相同，实现对矩形分块的定位。转子支撑环7固定套在转轴8外，与转轴8和转子3共同转动。转子支撑环7为非导磁材料加工而成，N r 个矩形分块由硅钢片叠压而成，相邻两个N r 个矩形分块之间的夹角为360/N r 度。
N r 个矩形分块、N s 个工字型分块、N s 个C形分块的数量关系满足：，其中LCM为取最小公倍数，m为电机相数。
参见图4和图1，中部定子2的每个工字型分块由沿轴向的4个定子齿2-1和沿径向的1个定子轭部2-2组成，定子齿2-1的外表面延伸有定子梯形键2-3，用于连接中部定子支撑环4。定子齿2-1上没有绕组，定子轭部2-2上绕有励磁绕组6，定子轭部2-2的轴向长度是定子齿2-1的径向厚度的2倍。4个定子齿2-1的径向厚度均相同，保证4个定子齿2-1齿部磁密相等。
参见图5，本发明工作时，端部定子1上的励磁绕组6通电，产生单侧励磁回路，单侧励磁回路的路径是：端部定子1、轴向气隙、转子3、轴向气隙、端部定子1。中部定子2上的励磁绕组6通电，产生方向相反的双侧励磁回路，双侧励磁回路的路径是：中部定子2、轴向气隙、转子3、轴向气隙、中部定子2。双侧励磁回路在中部定子2上叠加，与经过转子3的单侧励磁回路在转子3上叠加后的回路方向相反，不产生径向力。
Claims (8)
1.一种电动汽车用级联式开关磁阻电机，最中间是转轴（8），其特征是：转轴（8）的轴向两端外分别同轴套有一个端部定子（1），两个端部定子（1）结构相同且轴向上对称布置，在两个端部定子（1）之间沿轴向设置若干个同轴套在转轴（8）外且交错布置的中部定子（2）和转子（3），最靠近端部定子（1）的是转子（3）；端部定子（1）的轴向截面呈C型，C型的开口处形成置放有励磁绕组（6）的端部定子槽，端部定子槽在轴向上面对着转子（3）；中部定子（2）的轴向截面呈工字型，在轴向上形成两个中部定子槽，两个中部定子槽各自分别面对着在中部定子（2）轴向两侧的转子（3），中部定子槽中置放励磁绕组（6），转子（3）与中部定子（2）、端部定子（1）之间均留有轴向气隙。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用级联式开关磁阻电机，其特征是：两个端部定子（1）均各由在径向上沿圆周均匀分布的N s 个C形分块组成，每个中部定子（2）都由在径向上沿圆周均匀分布的N s 个工字型分块组成，转子（3）由在径向上沿圆周均匀分布的N r 个矩形分块组成，，LCM为取最小公倍数，m为电机相数。
3.根据权利要求2所述的一种电动汽车用级联式开关磁阻电机，其特征是：N s 个C形分块外端共同固定连接一个端部定子支撑环（5），N s 个工字型分块外端共同固定连接一个中部定子支撑环（4），N r 个矩形分块的径向内端共同固定连接一个转子支撑环（7），转子支撑环（7）固定套在转轴（8）外。
4.根据权利要求2所述的一种电动汽车用级联式开关磁阻电机，其特征是：工字型分块由沿轴向的4个定子齿（2-1）和沿径向的1个定子轭部（2-2）组成，定子轭部（2-2）上绕有励磁绕组（6），定子轭部（2-2）的轴向长度是定子齿（2-1）的径向厚度的2倍，4个定子齿（2-1）的径向厚度均相同。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车用级联式开关磁阻电机，其特征是：端部定子（1）的轴向长度是中部定子（2）的轴向长度一半，端部定子（1）的结构与轴向上半个中部定子（2）的结构相同。
6.根据权利要求1所述的一种电动汽车用级联式开关磁阻电机，其特征是：端部定子（1）、转子（3）和中部定子（2）三者的外径相同、内径也相同。
7.根据权利要求1所述的一种电动汽车用级联式开关磁阻电机，其特征是：转子（3）的轴向长度等于端部定子（1）的轴向长度的2倍。
8.根据权利要求1所述的一种电动汽车用级联式开关磁阻电机，其特征是：转子（3）的轴向截面呈矩形。
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