CN109462296A - 汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机，属于汽车电机技术领域。其特征在于：凸透镜形铁心、铸铝转子铁心、定子铁心、励磁绕组和电枢绕组等，所述定子铁心内侧有6X个不等宽的定子极，X为正整数，励磁定子极与电枢定子极间隔排列；励磁定子极的极弧角度比电枢定子极的极弧角度大24/X°，铸铝转子铁心的5X个圆弧形凹槽内嵌有由硅钢片叠压而成的凸透镜形铁心，绕制在定子极上的励磁绕组和电枢绕组皆为集中式的短矩绕组。本发明技术为短磁路电机，相同磁密下铁损耗小；具备开关磁阻和电励磁两种工作状态，以分别适应电动和发电运行状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机，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。研发电动汽车驱动电机具有非常重要的意义。
电动发电机既能当作电动机运行，又能作为发电机运行。汽车用驱动电机应具有这两种功能，以在起动后为用电设备供电，或在驱动汽车后回收制动能量。
目前国内外已有部分采用永磁同步电机的电动发电机的应用，但是，永磁电机不具备快速灭磁能力，在切换负载或者遇到大故障时，系统会产生很大的电压脉动，可能造成其他部件的损坏。因此永磁发电机需要外接额外的故障保护电路，这提高了系统成本。虽然永磁电机能通过利用减小励磁损耗来提高效率，但是掠夺性开采导致我国中重类稀土仅能开采15-20年。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。开关磁阻电机低速转矩大，适合作为驱动电机等电动机运行。但其作为发电机运行时需要利用电枢绕组通电励磁，因此其发电状态时是脉冲输出，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。
电励磁同步电机转子上具有单独的励磁绕组，可以很方便的通过调节励磁电流的大小来保持输出电压的稳定。由于励磁绕组在转子上，因此需要特殊的技术手段来提供励磁电流，例如碳刷滑环结构。定子上具有励磁绕组的电机都是凸极结构的，这种电机具备凸极电机典型的边缘效应负面影响。
本发明提出一种减小凸极电机典型的边缘效应负面影响的转子结构，并且既能以开关磁阻电机电动状态运行，又能以电励磁发电机发电状态运行，这种双状态电动发电机将具有非常重要的价值。
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。本发明提出的汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机，所述定子铁心内侧有6X个不等宽的定子极， X为正整数，励磁定子极与电枢定子极间隔排列；励磁定子极的极弧角度比电枢定子极的极弧角度大24/X°，铸铝转子铁心的5X个圆弧形凹槽内嵌有由硅钢片叠压而成的凸透镜形铁心，绕制在定子极上的励磁绕组和电枢绕组皆为集中式的短矩绕组。本发明技术为短磁路电机，相同磁密下铁损耗小；具备开关磁阻和电励磁两种工作状态，以分别适应电动和发电运行状态。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；
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12/10极结构的磁阻电机，突破了原有技术束缚。传统观念还认为，定子极极宽应该相等，本发明提出的技术，使用不等宽的技术实现了相邻两个极相位的不同。
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
为了发明汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机，使其具备一个短矩励磁绕组给两相电枢提供磁场、短磁路和有效减小磁阻电机的边缘效应的特征，本发明采用如下技术方案：
汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机包括凸透镜形铁心、铸铝转子铁心、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组、轴、螺钉和压片；
所述定子铁心内侧有6X个不等宽的定子极，其中一半为励磁定子极，另一半为电枢定子极，X为正整数，所述励磁定子极与电枢定子极间隔排列；
两个定子极之间有定子槽，定子极上有极靴，所述励磁定子极的极弧角度比电枢定子极的极弧角度大24/X°；
铸铝转子铁心位于定子铁心内侧并固定在轴上；铸铝转子铁心具有5X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铸铝转子铁心上；
所述凸透镜形铁心外圆弧角度不大于一个励磁定子极的极弧角度与两个定子槽槽弧角度之和；
励磁绕组绕制在励磁极上，电枢绕组绕制在电枢极上，励磁绕组和电枢绕组皆为集中式的短矩绕组。
如上所述的汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机，其特征在于：
所有的励磁绕组绕向一致；所有的电枢绕组绕向相同。
如上所述的汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机，其特征在于：
用作电动机驱动电动汽车，励磁绕组不通电工作，所述电励磁和开关磁阻双状态电机工作在开关磁阻电动机状态。
如上所述的汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机，其特征在于：
用作发电机回收汽车制动能量，驱动电动汽车，所述电励磁和开关磁阻双状态电机工作在电励磁发电机状态。
本发明的有益效果如下：
1.本发明汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机，具备开关磁阻电动和电励磁发电两种状态，有效发挥了开关磁阻电动机调速性能好，电励磁发电机调压性能好的优势；
2.本发明采用的结构不使用稀土永磁材料，节约稀土资源；
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，电机每个定子齿外侧只有一相绕组，绕组没有重叠，端部较短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.相对于传统的凸极式电机来说，本发明采用一个短矩励磁绕组给两个不同相位的电枢绕组提供励磁，励磁效率高，损耗少。
附图说明
图1是本发明的汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机结构示意图。其中：1、凸透镜形铁心，2、铸铝转子铁心，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是本发明的汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机嵌线图。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。
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是本发明的汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机结构示意图。
汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机包括凸透镜形铁心、铸铝转子铁心、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组、轴、螺钉和压片；
所述定子铁心内侧有6X个不等宽的定子极，其中一半为励磁定子极，另一半为电枢定子极，X为正整数，所述励磁定子极与电枢定子极间隔排列；在本实施例中，X=2。
两个定子极之间有定子槽，定子极上有极靴，所述励磁定子极的极弧角度比电枢定子极的极弧角度大12°；
铸铝转子铁心位于定子铁心内侧并固定在轴上；铸铝转子铁心具有10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铸铝转子铁心上；
所述凸透镜形铁心外圆弧角度不大于一个励磁定子极的极弧角度与两个定子槽槽弧角度之和；
如上所述的汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机，其特征在于：
用作电动机驱动电动汽车，励磁绕组不通电工作，所述电励磁和开关磁阻双状态电机工作在开关磁阻电动机状态。
如上所述的汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机，其特征在于：
用作发电机回收汽车制动能量，驱动电动汽车，所述电励磁和开关磁阻双状态电机工作在电励磁发电机状态。
图2是本发明的汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机嵌线图。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。
励磁绕组绕制在励磁极上，电枢绕组绕制在电枢极上，励磁绕组和电枢绕组皆为集中式的短矩绕组。
如上所述的汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机，其特征在于：
所有的励磁绕组绕向一致；所有的电枢绕组绕向相同。
下面继续对本发明提出的汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机进行工作原理的说明。
本发明所述的汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机通过轴的旋转带动转子转动。如果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励磁定子极、气隙、导磁转子铁心、气隙、电枢定子极、定子轭部，最后回到初始励磁定子极，形成闭合磁路。如果电枢绕组提供磁场，则电枢磁场依次通过铁心上的的电枢定子极、气隙、导磁转子铁心、气隙、励磁定子极、定子轭部，最后回到初始电枢定子极，形成闭合磁路。
当转子极使一相电枢定子极和励磁定子极联通时，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，该相电枢绕组的自感也最大。转子极使一相电枢定子极和励磁定子极不联通时，该相定子极上的电枢绕组的匝链的磁阻最大、磁链最小，该相电枢绕组与励磁绕组的互感也最小，该相电枢绕组的自感也最小。
给该汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机电枢自感上升的一相绕组通以电流，则该绕组可以产生正的转矩。在提供励磁磁场情况下，转子旋转，电枢绕组的磁链会发生变化，从而感应出电动势。
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 (4)
1.汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机，其特征在于：
包括凸透镜形铁心、铸铝转子铁心、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组、轴、螺钉和压片；
所述定子铁心内侧有6X个不等宽的定子极，其中一半为励磁定子极，另一半为电枢定子极，X为正整数，所述励磁定子极与电枢定子极间隔排列；
两个定子极之间有定子槽，定子极上有极靴，所述励磁定子极的极弧角度比电枢定子极的极弧角度大24/X°；
铸铝转子铁心位于定子铁心内侧并固定在轴上；铸铝转子铁心具有5X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铸铝转子铁心上；
所述凸透镜形铁心外圆弧角度不大于一个励磁定子极的极弧角度与两个定子槽槽弧角度之和；
励磁绕组绕制在励磁极上，电枢绕组绕制在电枢极上，励磁绕组和电枢绕组皆为集中式的短矩绕组。
2.如权利要求1所述的汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机，其特征在于：
所有的励磁绕组绕向相同；所有的电枢绕组绕向相同。
3.如权利要求1所述的汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机，其特征在于：
用作电动机驱动电动汽车，励磁绕组不通电工作，所述电励磁和开关磁阻双状态电机工作在开关磁阻电动机状态。
4.如权利要求1所述的汽车用电励磁和开关磁阻双状态电机，其特征在于：
用作发电机回收汽车制动能量，驱动电动汽车，所述电励磁和开关磁阻双状态电机工作在电励磁发电机状态。
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