CN109245353B - 电动汽车短磁路无稀土永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动汽车短磁路无稀土永磁电机，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、螺钉、压片和轴，所述定子铁心内侧有12个等宽的定子极；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7个圆弧形凹槽；圆弧形凹槽内嵌有能导磁的凸透镜形铁心，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。本发明技术为短磁路电机，相同磁密下铁损耗小；不使用稀土永磁材料，节约稀土资源。

Description

电动汽车短磁路无稀土永磁电机

技术领域

本发明涉及一种电动汽车短磁路无稀土永磁电机，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。而电机的损耗主要为铁耗和铜耗。铁耗主要为铁心产生。铜耗主要为绕组产生。

永磁电机能通过利用减小励磁损耗来提高效率，而且稀土永磁同步电机是目前电动汽车驱动电机的主流，但是掠夺性开采导致我国中重类稀土仅能开采15-20年。据统计，2017年我国稀土产量占全世界的83%，但储量仅占36%，电动汽车产量81.13万辆，永磁同步电机装机占78.4%。加上汽车上的各种微特电机，每辆电动汽车需用稀土氧化物矿产约5kg，现有的产量和储量将逐渐无法满足未来电动汽车的增长需求。因此，必须加大力度研发无稀土的电动汽车电机。

开关磁阻电机（SRM）结构简单可靠，适合高温高速运行，调速性能好，功率密度高，也不需要永磁体，因此SRM非常适合作为汽车驱动电机，但现有技术却难以回收制动能量。但SRM在发电运行时需要快速准确的检测位置信号，并要求根据转速和负载实时调整导通关断角度，且需要复杂的控制电路或滤波电路以降低其电压脉动。电动汽车的回馈制动系统能使电动汽车行驶的里程增加10%-25%。

专利号为201510916866.1 的发明专利，公开了一种短端部短磁路分块式开关磁阻电机及其控制电路，电机包括电机定子和转子，定子包括定子铁心和绕组，转子部分包括转子叠压铁芯心和非导磁框架。在电机运行过程中，电机通电相至少有两相且该两相相邻，电机内磁场路径由这相邻两相定子齿和该两相定子齿之间的定子轭部、转子叠压铁心和气隙组成。该发明电机运行时，相邻两相同时通电断电，提高电机气隙磁场宽度，提高电机输出转矩，增高电机力密度。该电机原理上是开关磁阻电机，回收汽车制动能量时仍旧控制较为困难。

基于此，本发明提出一种兼备电励磁电机优点和磁阻电机优点的电励磁磁阻电机。本发明提出的电动汽车短磁路无稀土永磁电机，所述定子铁心内侧有12个等宽的定子极；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7个圆弧形凹槽；圆弧形凹槽内嵌有能导磁的凸透镜形铁心，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。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。

传统的观念认为，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。本发明突破了上述观念束缚，提出了12/7极结构的磁阻电机，取得了意想不到的技术效果。由于原理上与现有技术不同，因此结构上也有许多不同点。

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

为了发明电动汽车短磁路无稀土永磁电机，使其具备互相隔离的短磁路结构、短矩电枢绕组和励磁绕组、并有效减小磁阻电机的边缘效应，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、螺钉、压片和轴；

所述定子铁心内侧有12个等宽的定子极；

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7个的圆弧形凹槽；圆弧形凹槽内嵌有能导磁的凸透镜形铁心，由硅钢片叠压而成的凸透镜形铁心的中间有贯穿的孔，螺钉压紧压片并将凸透镜形铁心固定在非导磁转子铁心上；

每两个定子极之间有定子槽，所述凸透镜形铁心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；相邻的电枢绕组绕向相反。

如上所述的电动汽车短磁路无稀土永磁电机，其特征在于：

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。

本发明的有益效果如下：

1.本发明电动汽车短磁路无稀土永磁电机，不使用稀土永磁材料，节约稀土资源；

2.本发明采用的结构可以使绕组实现互补，抵消掉边缘效应引起的负面影响；

3.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；

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.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。

附图说明

图1是本发明的电动汽车短磁路无稀土永磁电机结构示意图。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。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。

图2是本发明的电动汽车短磁路无稀土永磁电机嵌线图。其中：1-12分别代表12个极，F、A、B、C分别代表励磁绕组和A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组。

图3是本发明的电动汽车短磁路无稀土永磁电机极靴示意图。

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短磁路无稀土永磁电机结构示意图。负号表示绕向相反。

电动汽车短磁路无稀土永磁电机包括凸透镜形铁心、非导磁转子铁心、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组、螺钉、压片和轴；

所述定子铁心内侧有12个等宽的定子极；

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7个的圆弧形凹槽；圆弧形凹槽内嵌有能导磁的凸透镜形铁心，由硅钢片叠压而成的凸透镜形铁心的中间有贯穿的孔，螺钉压紧压片并将凸透镜形铁心固定在非导磁转子铁心上；

每两个定子极之间有定子槽，所述凸透镜形铁心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。

图2是本发明的电动汽车短磁路无稀土永磁电机嵌线图。其中：1-12分别代表12个极，F、A、B、C分别代表励磁绕组和A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组。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；相邻的电枢绕组绕向相反。本发明与传统技术不一致的是，定子极上的绕组依次为励磁绕组、A相电枢绕组、励磁绕组、-B相电枢绕组、励磁绕组、C相电枢绕组、励磁绕组、-A相电枢绕组、励磁绕组、B相电枢绕组、励磁绕组、-C相电枢绕组，其中的负号表示绕向相反。本发明这一点能起到意想不到的技术效果：抵消边缘效应引起的负面作用。边缘效应是指转子极刚刚开始接触定子极即边缘接触时，该定子极上的磁链变换率大、感应电动势大；而当转子极基本对齐定子极时，该定子极上的磁链变换率小，感应电动势小。以图1为例说明本申请边缘效应互相抵消的原理：当标注A的绕组边缘接触时，其磁链变换率大；而此时标注为-A的绕组定转子极基本对齐，其磁链变换率小。由于标注A的绕组与标注-A的绕组同为一相，且两个绕组通过绕向相反实现了感应电动势的同向，因此两个绕组共同通电可以抵消边缘效应。

图3是本发明的电动汽车短磁路无稀土永磁电机极靴示意图。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短磁路无稀土永磁电机进行工作原理的说明。

本发明所述的电动汽车短磁路无稀土永磁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。定子铁心子铁心上的励磁磁场依次通过子铁心上的的定子极、气隙、导磁转子铁心、气隙、定子子铁心的另一定子极、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。

给该电动汽车短磁路无稀土永磁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。

Claims (1)

1.电动汽车短磁路无稀土永磁电机，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、螺钉、压片和轴；

所述定子铁心内侧有12个等宽的定子极；

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7个圆弧形凹槽；圆弧形凹槽内嵌有能导磁的凸透镜形铁心，由硅钢片叠压而成的凸透镜形铁心的中间有贯穿的孔，螺钉压紧压片并将凸透镜形铁心固定在非导磁转子铁心上；

每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；相邻的电枢绕组绕向相反；

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。

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