CN109450126A - 电动车短磁路短矩绕组电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电动车短磁路短矩绕组电机，属于汽车电机技术领域。其特征在于：包括扇形铁心、铸铝转子、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组和轴，所述定子铁心内侧有12X个等宽的定子极，X为正整数；铸铝转子的扇形凹槽内嵌有能导磁的扇形铁心，扇形铁心的底部有若干个燕尾型凸起，励磁绕组和电枢绕组皆为集中式的短矩绕组，定子铁心上每隔两个定子极绕制一个励磁绕组，两个励磁绕组之间的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。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动车短磁路短矩绕组电机，属于汽车电机技术领域。
背景技术
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%。
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。
相近的技术中，发明人提出的一种各相电感对称的四相双凸极无刷直流电机，其单元电机的凸极式定、转子为12/9或12/15极结构。以12/9极结构为例，其电机定子极弧系数为0.667，转子极弧系数为0.5；每个励磁绕组跨三个定子极绕制，同相位的三个定子线圈位于励磁绕组的不同位置，三个线圈串联或并联后可得到各相电感对称的四相绕组。上述技术电机极弧系数不能改变，且励磁绕组为长矩绕组，励磁损耗大；各绕组磁路长，铁损耗大。
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多相电励磁磁阻电机。本发明提出了一种电动车短磁路短矩绕组电机，定子铁心内侧有12X个等宽的定子极，X为正整数；铸铝转子的扇形凹槽内嵌有能导磁的扇形铁心，扇形铁心的底部有若干个燕尾型凸起，励磁绕组和电枢绕组皆为集中式的短矩绕组，定子铁心上每隔两个定子极绕制一个励磁绕组，两个励磁绕组之间的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。
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
为了发明电动车短磁路短矩绕组电机，使其具备大于三相的互相隔离的短磁路结构和短矩绕组，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：
包括扇形铁心、铸铝转子、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组和轴；
所述定子铁心内侧有12X个等宽的定子极，X为正整数；
铸铝转子位于定子铁心内侧并固定在轴上；铸铝转子具有9X个扇形凹槽；扇形凹槽内嵌有能导磁的扇形铁心，扇形铁心的底部有若干个燕尾型凸起，燕尾型凸起嵌入到扇形凹槽的底部；扇形铁心由呈扇形的硅钢片叠压而成；
每两个定子极之间有定子槽，所述扇形铁心圆弧长度不大于一个定子极弧长与两个定子槽弧长之和；且扇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；
励磁绕组和电枢绕组皆为集中式的短矩绕组；
定子铁心上每隔两个定子极绕制一个励磁绕组，两个励磁绕组之间的定子极上绕有电枢绕组，所有的励磁绕组绕向一致。
如上所述的电动车短磁路短矩绕组电机，当定子极为12个时，定子极上的绕组依次为励磁绕组、A相电枢绕组、B相电枢绕组、励磁绕组、D相电枢绕组、A相电枢绕组、励磁绕组、C相电枢绕组、D相电枢绕组、励磁绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组；所有的电枢绕组绕向一致；当定子极为12X个时，依照上述顺序循环X次。
如上所述的电动车短磁路短矩绕组电机，其特征在于：每个定子极左侧的极靴长度大于右侧的极靴长度。
本发明的有益效果如下：
1.本发明电动车短磁路短矩绕组电机，具有四相冗余的绕组，在一相出现故障后其余各相可以继续运行；
2.本发明采用的转子上无励磁绕组，具有结构简单、可靠性高的特点，适合电机高速旋转；
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是本发明的电动车短磁路短矩绕组电机结构示意图。其中：1、扇形铁心，2、铸铝转子，3、定子铁心，4、励磁绕组，5、电枢绕组，6、轴。标注F为励磁绕组所在的极，A、B 、C和D分别为A相、B相、C相和D相电枢绕组所在的极。
图2是本发明的电动车短磁路短矩绕组电机嵌线图。其中：1-12分别代表12个极，F、A、B、C和D分别代表励磁绕组和A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组和D相电枢绕组。
图3是本发明的电动车短磁路短矩绕组电机磁链变化原理图。
图4是本发明的电动车短磁路短矩绕组电机极靴示意图。
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是本发明的电动车短磁路短矩绕组电机结构示意图
包括扇形铁心、铸铝转子、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组和轴。
所述定子铁心内侧有12X个等宽的定子极，X为正整数，本事实例中，X=1。
铸铝转子位于定子铁心内侧并固定在轴上；铸铝转子具有9个扇形凹槽；扇形凹槽内嵌有能导磁的扇形铁心，扇形铁心的底部有若干个燕尾型凸起，燕尾型凸起嵌入到扇形凹槽的底部；扇形铁心由呈扇形的硅钢片叠压而成；
每两个定子极之间有定子槽，所述扇形铁心圆弧长度不大于一个定子极弧长与两个定子槽弧长之和；且扇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。
图2是本发明的电动车短磁路短矩绕组电机嵌线图。其中：1-12分别代表12个极，F、A、B、C和D分别代表励磁绕组和A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组和D相电枢绕组。励磁绕组和电枢绕组皆为集中式的短矩绕组；定子铁心上每隔两个定子极绕制一个励磁绕组，两个励磁绕组之间的定子极上绕有电枢绕组，所有的励磁绕组绕向一致。
当定子极为12个时，定子极上的绕组依次为励磁绕组、A相电枢绕组、B相电枢绕组、励磁绕组、D相电枢绕组、A相电枢绕组、励磁绕组、C相电枢绕组、D相电枢绕组、励磁绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组；所有的电枢绕组绕向一致；当定子极为12X个时，依照上述顺序循环X次。
图3是本发明的电动车短磁路短矩绕组电机磁链变化原理图。当转子极中心对着A相定子极和励磁极的中间位置时，A相磁链最大；当转子中心对齐励磁极中心时，A相磁链最小。转子旋转时，励磁绕组和A相电枢绕组的互感便发生变换。
由磁链图也可以看出，所示三个极自己形成磁回路，没有经过其他的定子极，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。由已有的技术，四相绕组还可以组成两个通道，两个通道之间互相隔离，一个通道内的故障不会传播到第二个通道。
图4是本发明的电动车短磁路短矩绕组电机极靴示意图。每个定子极左侧的极靴长度大于右侧的极靴长度。
下面对本发明提出的一种电动汽车高可靠性驱动电机进行工作原理的说明。
本发明所述的电动车短磁路短矩绕组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。
给该电动汽车高可靠性驱动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。
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.电动车短磁路短矩绕组电机，其特征在于：
包括扇形铁心、铸铝转子、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组和轴；
所述定子铁心内侧有12X个等宽的定子极，X为正整数；
铸铝转子位于定子铁心内侧并固定在轴上；铸铝转子具有9X个扇形凹槽；扇形凹槽内嵌有能导磁的扇形铁心，扇形铁心的底部有若干个燕尾型凸起，燕尾型凸起嵌入到扇形凹槽的底部；扇形铁心由呈扇形的硅钢片叠压而成；
两个定子极之间有定子槽，所述扇形铁心圆弧长度不大于一个定子极弧长与两个定子槽弧长之和；且扇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；
励磁绕组和电枢绕组皆为集中式的短矩绕组；
定子铁心上每隔两个定子极绕制一个励磁绕组，两个励磁绕组之间的定子极上绕有电枢绕组，所有的励磁绕组绕向一致。
2.如权利要求1所述的电动车短磁路短矩绕组电机，其特征在于：
当定子极为12个时，定子极上的绕组依次为励磁绕组、A相电枢绕组、B相电枢绕组、励磁绕组、D相电枢绕组、A相电枢绕组、励磁绕组、C相电枢绕组、D相电枢绕组、励磁绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组；所有的电枢绕组绕向一致；
当定子极为12X个时，依照上述顺序循环X次。
3.如权利要求1所述的电动车短磁路短矩绕组电机，其特征在于：每个定子极左侧的极靴长度大于右侧的极靴长度。
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| CN112671122A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-16 | 山东理工大学 | 一种定转子分块永磁电机 |
| CN112671122B (zh) * | 2020-12-31 | 2022-11-25 | 山东理工大学 | 一种定转子分块永磁电机 |
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