CN109193992A - 电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机，属于汽车电机技术领域。其特征在于：包括凸透镜形铁心、非导磁转子铁心、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组等，定子铁心内侧有6X个等宽的定子极，X为正整数，非导磁转子铁心具有4X个圆弧形凹槽；圆弧形凹槽内嵌有由硅钢片叠压而成的凸透镜形铁心，定子铁心上每隔一个定子极绕制一个励磁绕组，其余定子极上绕有电枢绕组，连接两个定子极的轭部嵌有平面的永磁体，永磁体与圆弧切向有45°夹角。本发明技术可以实现预绕制的绕组嵌入到掰开的定子极上之后，定子铁心再弯曲成圆形并放入电机外壳中。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机，属于汽车电机技术领域。
背景技术
节能与环保是汽车永远的追求目标。当今社会环境恶化、能源短缺问题日益突出，全社会对节能和环保的要求正促进着新能源汽车的发展。电动汽车作为新能源汽车的代表逐渐成为发展的主要方向。驱动电机是电动汽车要研究的关键技术之一。电机效率的提高能提高汽车续驶里程，并减少电机发热引起的故障并延长寿命。
汽车尤其是军用车辆要求汽车电机具备较高的可靠性，提高电机的可靠性可以使用电机容错技术，例如在部分故障的情况下依旧可以降额运行。但是，容错电机的前提是有效的故障隔离，如果这种故障不能被有效隔离，将会对其他正常部件造成负面影响。
为了实现电机各绕组之间的隔离，研究者提出了集成模块化电机的概念，将电机设计为分段极靴和集中绕组，彼此电磁分离，每极配置独立的驱动电路单元，组合为完整的电机系统， 冗余结构设计使得模块化电机具有一定的容错能力，是未来电力牵引系统的发展方向。
传统的分布绕组电机绕组发生短路时，正常相会产生感应电动势，从而影响电机的系统性能。要实现磁隔离，本质上就是减小各相绕组间的互感。模块化电机要实现磁隔离，可以采用集中绕组，每个定子极上只有一套绕组，其绕组自感远远大于绕组互感，具有较强的磁隔离能力，能有效避免 “故障传染”现象。
高可靠性的多相容错电机通过相与相之间的有效隔离来增强电机的可靠性和容错性能，在具有隔离功能的电机中，已有的相关申请主要有申请号为：CN201010120847.5的发明专利申请：一种容错式永磁直线电机，包括定子、动子和电枢绕组。在其定子上间隔均布多个电枢齿，电枢绕组绕于电枢齿上，每个所述电枢齿的齿槽中设置一套电枢绕组，每相邻两个所述电枢齿之间设置一个隔离齿；永磁体贴装于电枢齿端部，隔离齿的高度大于贴装有永磁体的电枢齿的高度；动子为由动子铁芯和多个动子齿组成的凸极形状。该发明具有结构简单、功率密度高、可靠性高的优点，电机相与相之间具有物理隔离、热隔离以及磁路解耦，永磁体宜于散热，带故障运行和容错性能强。
但是传统的磁阻电机却不能有效实现磁隔离，因为其各相磁路是互相耦合的，例如传统的三相磁阻电机的定转子极数应该为6/4极结构，12个定子极对应8个转子极，其轭部为三相绕组共用。本发明将提供一种新型的磁路结构的电机，使其具备隔离功能的定转子皆为模块化电机技术。
基于此，本发明提出一种兼备电励磁电机优点、磁阻电机优点和模块化电机优点的混合励磁磁阻电机。本发明提出的电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机，定子铁心内侧有6X个等宽的定子极，X为正整数，非导磁转子铁心具有4X个圆弧形凹槽；圆弧形凹槽内嵌有由硅钢片叠压而成的凸透镜形铁心，定子铁心上每隔一个定子极绕制一个励磁绕组，其余定子极上绕有电枢绕组，连接两个定子极的轭部嵌有平面的永磁体，永磁体与圆弧切向有45°夹角。本发明技术可以实现预绕制的绕组嵌入到掰开的定子极上之后，定子铁心再弯曲成圆形并放入电机外壳中。同时本发明技术为短磁路电机，相同磁密下铁损耗小；绕组为短矩绕组，可以节省大量的铜材，并能减少发电机发热，提高发电机效率；电机每个定子齿外侧只有一相绕组，绕组没有重叠，槽利用率高，槽满率高。本发明的电机定子铁心为整体式，结构可靠，但各相磁路却相对独立，各绕组相互隔离，能够有效的防止故障传播；同时本发明的电机具有结构简单，定转子接触面大，功率密度高等优点。
目前申请人经国内外检索，尚未检索到本发明所涉及的上述技术。
发明内容
为了发明电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机，使其具备互相隔离的模块化结构、短矩电枢绕组和励磁绕组、并可以通过预绕制绕组来提高槽满率，本发明采用如下技术方案：
包括凸透镜形铁心、非导磁转子铁心、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组、轴、螺钉、压片和永磁体；
所述定子铁心内侧有6X个等宽的定子极，X为正整数；
非导磁转子铁心位于定子铁心内侧并固定在轴上；非导磁转子铁心具有4X个圆弧形凹槽；圆弧形凹槽内嵌有由硅钢片叠压而成的凸透镜形铁心，凸透镜形铁心的中间有贯穿的孔，螺钉穿过压片和凸透镜形铁心，并利用压片将凸透镜形铁心固定在非导磁转子铁心上；
两个定子极之间有定子槽，所述凸透镜形铁心外圆弧长度大于一个定子极弧长与一个定子槽弧长之和，且凸透镜形铁心外圆弧长度不大于一个定子极弧长与两个定子槽弧长之和；
励磁绕组和电枢绕组皆为集中式的短矩绕组；
定子铁心上每隔一个定子极绕制一个励磁绕组，其余定子极上绕有电枢绕组，所有的励磁绕组绕向一致；所有的电枢绕组绕向相同；
所述连接两个定子极的轭部嵌有平面的永磁体，永磁体与圆弧切向有45°夹角，所述永磁体将定子铁心分为6X个模块。
如上所述的电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机，其特征在于：
定子铁心相邻的两个模块最外侧有1-2mm的连接，使定子铁心的6X个模块未完全断开，相邻两个模块可以绕定子轭部的连接处掰开；
紧密绕制并粘结为一体的励磁线圈组成预绕制高槽满率励磁绕组，紧密排列并粘结为一体的电枢线圈组成预绕制高槽满率电枢绕组；预绕制的励磁绕组和电枢绕组分别嵌入到掰开的励磁极和电枢极上之后，定子铁心的6X个模块再弯曲成圆形并放入电机外壳中。
如上所述的电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机，其特征在于：
绕有电枢绕组的定子极左侧极靴长度大于右侧的极靴长度。
本发明的有益效果如下：
1.本发明电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机，预绕制的绕组嵌入到掰开的定子极上之后，定子铁心再弯曲成圆形并放入电机外壳中，与传统电机嵌线技术相比，大幅度提高了槽满率；
2.本发明采用的结构具备永磁体和电励磁绕组，可以随时调整气隙磁场，适合电动运行弱磁调速和发电运行调节电压；
3.本发明的电机定子各相磁路却相对独立，各绕组相互隔离，能够有效的防止故障传播，这是模块化电机带来的好处；
4.可以有效地缩小总的磁链长度，减小铁耗；
5.转子铁心渐进式导磁，可以将传统磁阻电机的方波反电势变化为近似正弦波，减小谐波和脉动；
6.绕组为短矩绕组，可以节省大量的铜材，并能减少发电机发热，提高发电机效率；
7.转子铁心导磁部分固定简单可靠。
附图说明
图1是本发明的电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机结构示意图。其中：1、凸透镜形铁心，2、非导磁转子铁心，3、定子铁心，4、励磁绕组，5、电枢绕组，6、轴，7、螺钉，8、压片，9、永磁体。
图2是本发明的电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机嵌线图。其中：1-12分别代表12个极，F、A、B和C分别代表励磁绕组和A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组。
图3是本发明的电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机极靴示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
图1是本发明的电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机结构示意图。标注F为励磁绕组所在的极，A、B和C分别为A相、B相和C相电枢绕组所在的极。
包括凸透镜形铁心、非导磁转子铁心、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组、轴、螺钉、压片和永磁体；
所述定子铁心内侧有6X个等宽的定子极，X为正整数；本实施例中，X=2
非导磁转子铁心位于定子铁心内侧并固定在轴上；非导磁转子铁心具有8个圆弧形凹槽；圆弧形凹槽内嵌有由硅钢片叠压而成的凸透镜形铁心，凸透镜形铁心的中间有贯穿的孔，螺钉穿过压片和凸透镜形铁心，并利用压片将凸透镜形铁心固定在非导磁转子铁心上；
两个定子极之间有定子槽，所述凸透镜形铁心外圆弧长度大于一个定子极弧长与一个定子槽弧长之和，且凸透镜形铁心外圆弧长度不大于一个定子极弧长与两个定子槽弧长之和；
所述连接两个定子极的轭部嵌有平面的永磁体，永磁体与圆弧切向有45°夹角，所述永磁体将定子铁心分为12个模块。
定子铁心相邻的两个模块最外侧有1-2mm的连接，使定子铁心的12个模块未完全断开，相邻两个模块可以绕定子轭部的连接处掰开；
紧密绕制并粘结为一体的励磁线圈组成预绕制高槽满率励磁绕组，紧密排列并粘结为一体的电枢线圈组成预绕制高槽满率电枢绕组；预绕制的励磁绕组和电枢绕组分别嵌入到掰开的励磁极和电枢极上之后，定子铁心的12个模块再弯曲成圆形并放入电机外壳中。
图2是本发明的电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机嵌线图。励磁绕组和电枢绕组皆为集中式的短矩绕组；定子铁心上每隔一个定子极绕制一个励磁绕组，其余定子极上绕有电枢绕组，所有的励磁绕组绕向一致；所有的电枢绕组绕向相同。
图3是本发明的电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机极靴示意图。绕有电枢绕组的定子极左侧与转子之间的气隙大于右侧与转子之间的气隙,可以看出绕有电枢绕组的定子极内侧圆弧的左侧一半为直线，形成不对称气隙，以减小电枢反应的畸变影响。
下面继续对本发明提出的一种电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机进行工作原理的说明。
本发明所述的电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机通过轴的旋转带动转子转动，此时励磁绕组产生径向磁场。定子铁心上的励磁磁场依次通过定子铁心上的定子极、气隙、导磁转子铁心、气隙、定子铁心的另一定子极、永磁体、定子轭部，最后回到初始定子极，形成闭合磁路。当转子极使一相定子极和转子极联通时，该相定子极上的电枢绕组的匝链的磁阻最小、磁链最大，该相电枢绕组与励磁绕组的互感也最大。转子极使一相定子极和转子极不联通时，该相定子极上的电枢绕组的匝链的磁阻最大、磁链最小。
给该电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机电感上升的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生正的转矩；给电感下降的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生负的转矩。本发明与传统技术显著区别还有一点，转子极布满了转子圆周，因此可以导通的磁通量大，功率大。
由于转子模块化，每个电枢绕组和励磁绕组仅能在相近的定子极形成磁回路，不会经过其他的定子极，电机具备很高的磁隔离性能。因此当其中一相绕组出现故障后，其余各相绕组不会受到影响，还可以继续降额工作。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。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各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (3)
1.电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机，其特征在于：
包括凸透镜形铁心、非导磁转子铁心、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组、轴、螺钉、压片和永磁体；
所述定子铁心内侧有6X个等宽的定子极，X为正整数；
非导磁转子铁心位于定子铁心内侧并固定在轴上；非导磁转子铁心具有4X个圆弧形凹槽；圆弧形凹槽内嵌有由硅钢片叠压而成的凸透镜形铁心，凸透镜形铁心的中间有贯穿的孔，螺钉穿过压片和凸透镜形铁心，并利用压片将凸透镜形铁心固定在非导磁转子铁心上；
两个定子极之间有定子槽，所述凸透镜形铁心外圆弧长度大于一个定子极弧长与一个定子槽弧长之和，且凸透镜形铁心外圆弧长度不大于一个定子极弧长与两个定子槽弧长之和；
励磁绕组和电枢绕组皆为集中式的短矩绕组；
定子铁心上每隔一个定子极绕制一个励磁绕组，其余定子极上绕有电枢绕组，所有的励磁绕组绕向相同；所有的电枢绕组绕向相同；
所述连接两个定子极的轭部嵌有平面的永磁体，永磁体与圆弧切向有45°夹角，所述永磁体将定子铁心分为6X个模块。
2.如权利要求1所述的电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机，其特征在于：
定子铁心相邻的两个模块最外侧有1-2mm的连接，使定子铁心的6X个模块未完全断开，相邻两个模块可以绕定子轭部的连接处掰开；
紧密绕制并粘结为一体的励磁线圈组成预绕制高槽满率励磁绕组，紧密排列并粘结为一体的电枢线圈组成预绕制高槽满率电枢绕组；预绕制的励磁绕组和电枢绕组分别嵌入到掰开的励磁极和电枢极上之后，定子铁心的6X个模块再弯曲成圆形并放入电机外壳中。
3.如权利要求1所述的电动汽车预绕制高槽满率绕组的模块化电机，其特征在于：
绕有电枢绕组的定子极左侧极靴长度大于右侧的极靴长度。
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