CN109742872A - 一种电动汽车用轴向磁通开关磁阻电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电动汽车用轴向磁通开关磁阻电机，非导磁转子套环的外壁正中间沿径向突出台阶环，台阶环的轴向两侧各设有N r 个相同的分块转子，分块转子外部同轴心地设有N s 个E形分叉定子，每个E形分叉定子都由2个定子分叉齿、1个定子宽齿、1个定子轭和2个定子窄齿组成，定子轭沿轴向布置且与转轴平行，定子轭的轴向两端沿径向向内延伸出2个定子窄齿，定子轭的轴向正中间沿径向向内延伸出一个定子宽齿，定子宽齿的径向内端沿径向向内延伸且分叉成轴向对称的V型的两个定子分叉齿，第一绕组和第二绕组分别位于定子宽齿轴向的两侧均绕在定子轭上；转子与E形分叉结构定子在励磁回路上配合，缩短了励磁回路，各个磁路独立，励磁效率高。
Description
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体为一种适用于电动汽车的磁通新型开关磁阻电机。
背景技术
电机是电动汽车中的关键部件，运行时应当具有安全可靠、高效率、低速大转矩、低噪声的特点。开关磁阻电机因其结构简单、控制灵活、效率高、成本低、容错能力强等优势逐步广泛应用于电动汽车。然后开关磁阻电机的凸极结构使得电机旋转时风阻较大，同时各相磁路相互干扰，影响了电机的励磁效率。中国专利公开号为CN101546927的文献中公开一种“[”形模块化定子分段转子开关磁阻电机，中国专利公开号为CN101557153A的文献中公开一种E形模块化定子分段转子开关磁阻电机，具体包括模块化的定子铁心以及嵌入在不导磁转子套中的分段转子，其存在的问题是：励磁回路长，存在磁路间的耦合，导致转矩密度低。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的普通开关磁阻电机存在转矩密度低的问题，提出了一种能缩短励磁回路、避免磁路间耦合的电动汽车用的轴向磁通新型开关磁阻电机。
为了实现上述目的，本发明具体采用如下技术方案：正中间转轴，转轴外部同轴心地固定套一个非导磁转子套环，非导磁转子套环的外壁正中间沿径向突出一个台阶环，台阶环的轴向两侧各设有N r 个相同的分块转子，同侧的N r 个分块转子沿圆周方向均匀布置且固定连接非导磁转子套环外壁；在2N r 个分块转子的外部同轴心地设有N s 个相同的E形分叉定子，N s 个E形分叉定子沿圆周方向均匀布置，每个E形分叉定子的轴向截面呈E形，E形的两个开口沿径向朝内，每个E形分叉定子都由2个定子分叉齿、1个定子宽齿、1个定子轭和2个定子窄齿组成，定子轭沿轴向布置且与转轴相平行，定子轭的轴向两端沿径向向内延伸出2个定子窄齿，定子轭的轴向正中间沿径向向内延伸出一个定子宽齿，定子宽齿的径向内端沿径向向内延伸且分叉成轴向对称的V型的两个定子分叉齿，V型开口正对着台阶环，第一绕组和第二绕组分别位于定子宽齿轴向的两侧均绕在定子轭上。
进一步地，E形分叉定子的个数N s 和分块转子的个数2N r 满足式，LCM为取最小公倍数，m为电机相数。
进一步地，径向相对的两个E形分叉定子上的第一绕组、第二绕组相串联构成一相。
进一步地，两个定子分叉齿形成的V型开口的内端的轴向长度等于台阶环的轴向长度。
进一步地，E形分叉定子的轴向长度等于非导磁转子套环的轴向长度，分块转子的外径等于台阶环的外径，分块转子的轴向一端紧密贴合在台阶环环面上，另一端与非导磁转子套环的端部平齐。
本发明的有益效果是：
1、本发明提出了E形分叉结构定子，同时转子在轴向分成了两部分，与E形分叉结构定子在励磁回路上配合，进一步缩短了励磁回路，避免了磁路间的耦合，减小了电机铁损，同时减小了分块转子的材料，进一步降低了成本。
2、本发明电机的磁回路只经过自身励磁的定子极，不通过其他定子极，因此各个磁路独立，没有互感，同时励磁效率高。
3、本发明中的定子采用E形分叉结构，节省了电机轭部的材料，降低了制造成本。
4、本发明中的定转子都采用分块结构，布置灵活。
5、本发明中的分块转子紧固于非导磁转子套环中，转子旋转部分无凸极结构，减小了电机旋转的风阻。
附图说明
图1是本发明一种电动汽车用轴向磁通开关磁阻电机的轴向剖视图；
图2是本发明一种电动汽车用轴向磁通开关磁阻电机的径向剖视图；
图3是图2中定子和转子的立体结构示意图；
图4是本发明电机位于最大电感位置时的磁通路径图，以图1中径向相对的两个E形分叉定子为例。
图中：1、E形分叉定子：1-1、定子分叉齿；1-2、定子宽齿；1-3、定子轭；1-4、定子窄齿；2、分块转子：2-1、转子导磁端；2-2、转子固定端；3-1、第一绕组；3-2、第二绕组；4、非导磁转子套环；5、定位压板；6、转轴；7、机壳。
具体实施方式
参见图1、图2和图3，本发明的正中间是转轴6，转轴6外部同轴心地固定套一个非导磁转子套环4，非导磁转子套环4的材料为非导磁材料。非导磁转子套环4的外壁正中间是沿径向延伸突出一个台阶环4-1，台阶环4-1的外径大于非导磁转子套环4，台阶环4-1在轴向上将非导磁转子套环4分为相同的两段，非导磁转子套环4的每段的外壁都沿圆周方向均匀固定连接N r 个相同的分块转子2，也就是在台阶环4-1的轴向两侧各设有N r 个分块转子2，同侧的N r 个分块转子2沿圆周方向均匀布置。这样非导磁转子套环4的两段上共连接有2N r 个分块转子2。每段上相邻两个分块转子2之间的夹角为360/N r 度。
2N r 个分块转子2的外径等于台阶环4-1的外径，每个分块转子2的轴向长度都等于非导磁转子套环4的一段的轴向长度，也就是分块转子2的轴向一端紧密贴合在台阶环4-1环面上，另一端与非导磁转子套环4的轴向端部平齐。
每个分块转子2的径向截面都呈T形状，由转子导磁部分2-1和转子固定端2-2组成T形，靠近气隙的外段是转子导磁部分2-1，内段是转子固定端2-2，转子导磁部分2-1提供励磁回路。转子导磁部分2-1的外端面为圆弧面，圆弧面的半径等于台阶环4-1的半径。
在非导磁转子套环4的每段的外壁上，沿圆周方向均匀加工有N r 个槽孔，槽孔的大小和转子固定端2-2的大小相同，转子固定端2-2伸在槽孔中，用于将分块转子2紧密固定。
转轴6的轴向两端各安装一个定位压板5，定位压板5将分块转子2和非导磁转子套环4的轴向位置进行定位。
在2N r 个分块转子2的外部同轴心地设有N s 个相同的E形分叉定子1，N s 个E形分叉定子1沿圆周方向均匀布置，相邻的两个E形分叉定子1之间的夹角为360/N s 度。E形分叉定子1的内壁与分块转子2的外壁之间留有径向气隙。E形分叉定子1的轴向长度等于非导磁转子套环4的轴向长度。N s 个相E形分叉定子1都固定连接于机壳7上。
E形分叉定子1的轴向截面呈E形，E形分叉定子1的开口沿径向朝内。每个E形分叉定子1的两个开口处分别对应于非导磁转子套环4的两段上的分块转子2的旋转轨迹空间，两个开口处分正对着旋转着的分块转子2。
在E形分叉定子1的两个开口处各置放一套绕组，分别是第一绕组3-1和第二绕组3-2。径向相对的两个E形分叉定子1的绕组构成电机的一相，如图2中径向相对的绕组A1与A2、B1与B2，C1与C2，分别构成电机的A、B、C相。
E形分叉定子1的个数N s 和分块转子2的个数2N r 的关系满足下式：
，
式中，LCM为取最小公倍数，m为电机相数。
参见图2，分块转子2的外端的圆弧面所占的弧度是β r ，E形分叉定子1所占的弧度是β s ，弧度β r 等于弧度β s 。
参见1和图4，每个E形分叉定子1由2个定子分叉齿1-1、1个定子宽齿1-2，1个定子轭1-3和2个定子窄齿1-4组成。定子轭1-3沿轴向布置，与转轴6相平行，定子轭1-3的轴向两端沿径向向内延伸出2个定子窄齿1-4，定子轭1-3的轴向正中间沿径向向内延伸出一个定子宽齿1-2，定子宽齿1-2的径向内端沿径向向内延伸且分叉成V型，形成两个定子分叉齿1-1，两个定子分叉齿1-1在轴向上对称布置，两个定子分叉齿1-1形成V型开口正对着台阶环4-1。第一绕组3-1和第一绕组3-1均绕在定子轭1-3上，分别位于定子宽齿1-2轴向的两侧。
定子分叉齿1-1和定子窄齿1-4的内端面为圆弧面，和分块转子2的外端圆弧面之间是径向气隙。
两个定子分叉齿1-1形成的V型开口的内端的轴向长度等于台阶环4-1的轴向长度，即分块转子2的轴向长度等于定子窄齿1-4的轴向端面到定子分叉齿1-1的V型开口内端的轴向长度。
定子分叉齿1-1的轴向长度是a，定子窄齿1-4的轴向长度是b、定子轭1-3径向宽度是c，分块转子2的径向宽度是d，本发明设计a=b=c=d，以确保定子和转子具有相同的导磁能力。
定子宽齿1-2的轴向长度是e，e=2a，即为定子分叉齿1-1轴向长度a的两倍。
在本发明中，定子齿部没有绕组，即定子宽齿1-2和定子窄齿1-4以及定子分叉齿1-1上没有绕组，两套绕组3-1、3-2绕在定子轭1-3上，两套绕组3-1、3-2串联连接，图4中“⊕”表示电流方向垂直于纸面向里，“⊙”表示电流方向垂直于纸面向外。相对的两个E形分叉定子构成一相，如图4中的A1与A2，一相上的4套绕组串联连接，构成电机的一相绕组，每相绕组的布置形式相同。当某相绕组励磁时，磁回路参见图4，与普通开关磁阻电机磁回路不同之处在于，本发明所述电机的磁回路只经过自身励磁的定子极，不通过其他定子极，因此各个磁路独立，没有互感。同时，1个E形分叉定子1上在轴向上有两段励磁回路，一相绕组上包含有4段励磁回路。每段励磁回路所经路径依序为：定子轭1-3、定子宽齿1-2、气隙、分块转子2、气隙、定子窄齿1-4、定子轭1-3。E形分叉定子1与径向内侧的分块转子2间形成气隙，气隙大小随着分块转子2的转动不断变化。
本发明的运行原理为：电机每相绕组依次通电，根据最小磁阻原理带动分块转子2转动，分块转子2带动非导磁转子套环4转动，由于非导磁转子套环4与转轴6紧密固定，进而带动转轴6转动。
本发明由于E形分叉定子1的分叉齿结构和相对应的轴向两部分的分块转子2，减小了磁回路，有效降低了电机的铁损，减小定转子的铁心材料，同时分块转子2的结构减小了电机运行时的风阻，因此本发明的电机结构励磁效率高。
Claims (9)
1.一种电动汽车用轴向磁通开关磁阻电机，正中间转轴（6），转轴（6）外部同轴心地固定套一个非导磁转子套环（4），其特征是：非导磁转子套环（4）的外壁正中间沿径向突出一个台阶环（4-1），台阶环（4-1）的轴向两侧各设有N r 个相同的分块转子（2），同侧的N r 个分块转子（2）沿圆周方向均匀布置且固定连接非导磁转子套环（4）外壁；在2N r 个分块转子（2）的外部同轴心地设有N s 个相同的E形分叉定子（1），N s 个E形分叉定子（1）沿圆周方向均匀布置，每个E形分叉定子（1）的轴向截面呈E形，E形的两个开口沿径向朝内，每个E形分叉定子（1）都由2个定子分叉齿（1-1）、1个定子宽齿（1-2）、1个定子轭（1-3）和2个定子窄齿（1-4）组成，定子轭（1-3）沿轴向布置且与转轴（6）相平行，定子轭（1-3）的轴向两端沿径向向内延伸出2个定子窄齿（1-4），定子轭（1-3）的轴向正中间沿径向向内延伸出一个定子宽齿（1-2），定子宽齿（1-2）的径向内端沿径向向内延伸且分叉成轴向对称的V型的两个定子分叉齿（1-1），V型开口正对着台阶环（4-1），第一绕组（3-1）和第二绕组（3-2）分别位于定子宽齿（1-2）轴向的两侧均绕在定子轭（1-3）上。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用轴向磁通开关磁阻电机，其特征是：E形分叉定子（1）的个数N s 和分块转子（2）的个数2N r 满足式，LCM为取最小公倍数，m为电机相数。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车用轴向磁通开关磁阻电机，其特征是：径向相对的两个E形分叉定子（1）上的第一绕组（3-1）和第二绕组（3-2）相串联构成一相。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车用轴向磁通开关磁阻电机，其特征是：两个定子分叉齿（1-1）形成的V型开口的内端的轴向长度等于台阶环（4-1）的轴向长度。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车用轴向磁通开关磁阻电机，其特征是：E形分叉定子（1）的轴向长度等于非导磁转子套环（4）的轴向长度，分块转子（2）的外径等于台阶环（4-1）的外径，分块转子（2）的轴向一端紧密贴合在台阶环（4-1）环面上，另一端与非导磁转子套环（4）的端部平齐。
6.根据权利要求1所述的一种电动汽车用轴向磁通开关磁阻电机，其特征是：每个分块转子（2）都是由转子导磁部分（2-1）和转子固定端（2-2）组成的径向截面呈T形的结构，外段是转子导磁部分（2-1），内段是固定连接非导磁转子套环（4）外壁的转子固定端（2-2）。
7.根据权利要求1所述的一种电动汽车用轴向磁通开关磁阻电机，其特征是：分块转子（2）的外端所占的弧度β r 等于E形分叉定子（1）所占的弧度β s 。
8.根据权利要求1所述的一种电动汽车用轴向磁通开关磁阻电机，其特征是：两个定子分叉齿（1-1）形成的V型开口的内端的轴向长度等于台阶环（4-1）的轴向长度。
9.根据权利要求1所述的一种电动汽车用轴向磁通开关磁阻电机，其特征是：定子分叉齿（1-1）的轴向长度、定子窄齿（1-4）的轴向长度、定子轭（1-3）径向宽度和分块转子（2）的径向宽度都相等，定子宽齿（1-2）的轴向长度是定子分叉齿（1-1）轴向长度的两倍。
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