CN203039532U - 一种双盘轴向磁场式开关磁阻电动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种适用于电动汽车驱动的双盘轴向磁场式开关磁阻电动机，由左转子、中间定子及右转子组成。左右转子在机械上固定在一起，形成一个机械输出轴；左转子与中间定子的左侧组成左盘式开关磁阻电机，而右转子与中间定子右侧组成右盘式开关磁阻电机；左、右盘式开关磁阻电机既可以施以全部电压串联或并联运行，又可以单独施以部分或全部电压运行；中间定子只有在铁芯中存在轴向的主磁场，在其定子轭中不形成磁路；两转子齿在圆周方向可以错开一定的角度排列。本双盘轴向磁场式开关磁阻电机可以满足电动汽车对驱动系统的高效、高转矩密度、高速运行、高容错能力、低速大转矩和低振动噪声等全部性能要求。

Description

一种双盘轴向磁场式开关磁阻电动机

技术领域

本实用新型涉及一种双盘轴向磁场式开关磁阻电动机，特别是电动汽车用的双盘轴向磁场式开关磁阻电动机。 

背景技术

随着环境及能源问题的加剧，电动汽车的研究开发得到广泛重视，电动汽车的电驱动系统成为其研究开发的重点。电动汽车对其电驱动系统的基本性能要求是高效、高转矩密度、高可靠性、低速大转矩和高速运行能力，同时要求低振动噪声、低重量和较好的容错能力。目前得到应用的电动汽车电驱动系统主要为直流电动机系统、PM(永磁)电动机系统、异步电机系统和传统的开关磁阻电动机系统，不同的电机系统具有不同的性能优势与不同的缺陷，都不能满足电动汽车的上述全部性能要求。 

传统的开关磁阻电机转子为凸极铁心结构，其上既没有绕组也没有永磁体，而定子也为凸极铁心结构，其中分布有多相集中绕组，各相绕组间在空间上彼此独立，同其他几种驱动电机相比，该种电机具有结构简单、运行可靠及容错能力好，但其运行效率低、转矩密度低、振动噪声高，尤其当多相定子绕组中的一相回路发生故障(缺相)时，运行性能大大降低，振动噪声极大。 

普通单盘式轴向磁场开关磁阻电机的定子轭部是其磁路的组成部分，因此必须有足够的轭部厚度以满足电机的磁路要求，而定子轭部流过主磁场，必然在其中产生铁耗(定子轭部铁耗)，影响了电机的运行效率。 

发明内容

本实用新型双盘轴向磁场式开关磁阻电机保留了传统开关磁阻电机的优点， 解决了运行效率低、转矩密度低、振动噪声高的问题，并且具有低速大转矩和高速运行能力，能够满足电动汽车对驱动系统的全部性能要求。 

本实用新型双盘轴向磁场式开关磁阻电机由左转子、中间定子及右转子构成，左、右转子在机械上固定在一起同步旋转，同轴输出机械力。左、右转子均相当于普通盘式轴向磁场开关磁阻电机的转子，都是凸极铁心结构，其上既没有绕组也没有永磁体，且左、右转子极数相同。 

中间定子由定子轭、定子铁心和定子绕组构成。定子轭为圆柱形，其圆周上均匀分布梯形孔，定子铁心是硅钢片加工而成，为梯形结构，将其固定于定子轭孔中，在定子轭左、右两端形成均匀分布的相同数量的齿槽，左、右侧齿槽中分别放置相数相同的多相集中绕组。 

左转子和定子左侧绕组、右转子和定子右侧绕组各组成一台普通的盘式轴向磁场开关磁阻电机，满足通常盘式开关磁阻电机的相数、定转子极数配合。定子左、右两侧绕组可以单独供电运行并输出动力，也可以彼此相绕组串联或并联在一起同时供电运行并输出动力。本双盘轴向磁场式开关磁阻电机相当于在一台盘式轴向磁场开关磁阻电机的一侧又加装了一台盘式轴向磁场开关磁阻电机，并且两盘式开关磁阻电机共用定子总成，提高了电机的转矩/体积密度。 

本实用新型双盘轴向磁场式开关磁阻电机的主磁场沿轴向从左转子盘、穿过定子铁芯，到右转子盘，定子轭已不是该种电机主磁路部分，定子轭厚度只满足机械强度要求，而不需考虑磁路要求，因此该厚度可以变小，另外，由于定子轭不参与导磁，可采用非导磁材料或铝合金材料，大大降低了定子轭部厚度及重量，提高了电机的转矩密度；定子轭部没有磁场，也就没有了由主磁场产生的定子轭部铁耗，提高了电机的运行效率。 

定子左、右侧绕组可以串联或并联在一起，这两种方式运行效果相同，都是使本实用新型电机的左、右盘式开关磁阻电机同时工作，提供低速大转矩输出，满足电动汽车的起动和低速爬坡要求；给定子左侧绕组或右侧绕组施加全部电压(相当于一个单盘式开关磁阻电机全压运行)时，电机处于中高速运行状态，满足电动汽车的中高速行驶工况；给定子左侧绕组或右侧绕组施加一半电源电压(相当于一个单盘开关磁阻电机半压运行)时，电机处于高速运行状态，满足电动汽车的高速行驶工况。因此，通过调整本实用新型电机的电源电压，控制该电机左、右盘式开关磁阻电机的独立或同时运行，使其具有低速大转矩和高速运行能力。而且，通过这一驱动控制，使电机始终处于最佳运行效率状态，提高了电机的综合运行效率，延长了电动汽车的续驶里程。 

组成本实用新型的双盘轴向磁场式开关磁阻电机的定子左、右两侧绕组都是由集中分布线圈组成的多相绕组，如定子左侧或右侧中的某个线圈(即某相绕组)有故障不能工作，可以切断整个定子左侧或右侧绕组，而只供电定子右侧或左侧绕组，即保有一侧完整的盘式轴向磁场开关磁阻电机工作，具有良好的动力输出，体现了本实用新型电机稳定的容错特性。 

本实用新型的左、右转子盘的齿在圆周方向上有适当的位移量，有效降低了电机的振动和噪声。 

本实用新型和现有技术相比，具有以下特点：一、本实用新型的定子铁芯固定于定子轭的圆周上，磁路不经定子轭，定子轭可选铝合金材料，因此该电机的转矩密度高，同时定子轭无铁耗，电机的效率高；二、本实用新型双盘轴向磁场式开关磁阻电机的左、右盘式开关磁阻电机可以同时工作，提供低速大转矩，也可单电机全压或半压工作，提供中、高速运行。这样电机始终处于最1 佳运行效率状态，从而提高了电机的综合运行效率，可以有效提高电动汽车的续驶里程。三、当一个电机出现问题不能工作时，另一个电机可继续工作，即该种电机具有更好的容错运行性能。四、双盘轴向磁场式开关磁阻电机的左、右侧转子齿在圆周方向可以适当移动，从而有效降低该电机的振动和噪声。 

附图说明

图1为电机总装的结构示意图。 

图2为定子总成的结构示意图。 

图3为转子盘的结构示意图。 

图4为左端盖的结构示意图。 

图中：1、左端盖总成，2、对销螺钉，3、左转子盘，4、定子总成，5、机壳，6、右端盖总成，7、右转子盘，8、轴，9、定子轭，10、定子铁芯，11、左定子线圈，12、右定子线圈，13、转子铁芯，14、左转子轭，15、光电齿盘，16、左端盖，17、检测电路元件。 

具体实施方式

下面结合说明书附图1、2、3对本实用新型的结构作以下详细说明： 

本实用新型是一种两个盘式轴向磁场开关磁阻电动机的有机组合体。主要包括1、左端盖总成，2、对销螺钉，3、左转子盘，4、定子总成，5、机壳，6、右端盖总成，7、右转子盘，8、轴，9、定子轭，10、定子铁芯，11、左定子线圈，12、右定子线圈，13、转子铁芯，14、左转子轭，15、光电齿盘，16、左端盖，17、检测电路元件。如图1-图4所示，本实用新型左转子盘3机械固定于轴8的相应轴肩处，左端盖总成1旋转连接固定在轴8上，并使左转子盘3与左端盖总成1上的检测元件17位置相对应；将定子总成4机械固定于机壳5中，再一同旋转连接固定在轴8的相应位置上，并使机壳5与左端盖总成1止口相互配合，使左转子盘3的转子齿端面与定子总成4的左定子齿端面形成轴向气隙，构成左侧轴向磁场式开关磁阻电机；将右转子盘7机械固定在轴8的 相应位置上，使右转子盘7的转子齿端面与定子总成4的右定子齿端面形成轴向气隙，构成右侧轴向磁场式开关磁阻电机；最后将右端盖总成6通过对销螺钉2固定在机壳5的另一止口处。这样，由两个转子盘与一个共同的定子总成组成了一台双盘轴向磁场式开关磁阻电动机。 

所述定子总成4由定子轭9、定子铁芯10、及左、右定子线圈11、12组成。定子铁芯10由成型铁芯片叠装后，焊接成一体，并用螺钉固定于定子轭9的梯形孔中，在定子轭9左、右两侧形成相同尺寸的齿槽，将左定子线圈11及右定子线圈12分别安装于左、右齿槽中，再将轴承通过机械压力压入定子轭孔中，装配为定子总成4。 

所述左转子盘3是由转子铁芯13、左转子轭14及光电齿盘15组成。转子铁芯13由成型铁芯片叠装后，焊接成一体，并用螺钉紧固于左转子轭14的梯形孔中，使转子铁芯13凸出于左转子轭14右侧端面，形成左开关磁阻电机的转子齿。再用螺钉将光电齿盘15紧固到左转子轭14相应的端面上，该光电齿盘15与左端盖总成1上的检测电路元件17实现本实用新型电机的速度及位置的检测；所述右转子盘7由转子铁芯13及右转子轭组成。装配形式同左转子盘3，使转子铁芯凸出于右转子轭的左侧端面，形成右开关磁阻电机的转子齿。 

所述左端盖总成1先通过机械压力将轴承压入左端盖16中，再用螺钉将检测电路元件17固定于内侧端面上。与右端盖总成6、机壳5组成本实用新型电机的外壳，起保护与支撑作用。 

工作原理：该实用新型电机通过控制器对电机进行控制。电机的左定子线圈、右定子线圈既可采用串联或并联方式，通过控制器同时供电；也可将两定子线圈分开，通过控制器单独进行供电。根据SR电动机“磁阻最小原理”，产生磁拉力，形成磁阻性质的电磁转矩而使转子转动，其转速及转矩通过输出轴 输出。当定子左、右侧绕组串联或并联在一起，这两种方式运行效果相同，都是使本实用新型电机的左、右盘式开关磁阻电机同时工作，提供低速大转矩输出，满足电动汽车的起步和低速爬坡要求；给定子左侧绕组或右侧绕组施加全部电压(相当于一个单盘式开关磁阻电机全压运行)时，电机处于中高速运行状态，满足电动汽车的中高速行驶工况；给定子左侧绕组或右侧绕组施加一半电源电压(相当于一个单盘开关磁阻电机半压运行)时，电机处于高速运行状态，满足电动汽车的高速行驶工况。因此，通过调整本实用新型电机的电源电压，控制该电机左、右盘式开关磁阻电机的独立或同时运行，使其具有低速大转矩和高速运行能力。而且，通过这一驱动控制，使电机始终处于最佳运行效率状态，提高电机的综合运行效率，延长电动汽车的续驶里程。 

本实用新型采用双盘式结构，提高了电机的容错能力。 

本实用新型由于定子轭不参与导磁，可选用非导磁、重量轻的铝合金材料，从而减小电机重量及铁耗，提高电机的转矩密度及效率。 

适用范围：本实用新型应用于电动汽车上。 

Claims (5)

1.一种双盘轴向磁场式开关磁阻电动机，特别是适用于电动汽车驱动的双盘轴向磁场式开关磁阻电动机，其特征在于，其由左转子、中间定子及右转子构成，左、右转子通过机械方式固定在同一轴上同步旋转，同轴输出机械力。 

2.根据权利要求书1所述的一种双盘轴向磁场式开关磁阻电机，其特征在于，所述双盘轴向磁场式开关磁阻电机在结构上，是在一台盘式轴向磁场开关磁阻电机的一侧另加一台盘式轴向磁场开关磁阻电机，该两盘式开关磁阻电机共用定子总成。 

3.根据权利要求书1或2所述的一种双盘轴向磁场式开关磁阻电机，其特征在于所述双盘轴向磁场式开关磁阻电机的定子左、右侧绕组可以串联或并联工作，以相同的效果，使电机提供低速大转矩输出；当给定子左侧绕组或右侧绕组施加全部电压时，使电机提供中高速输出；当给定子左侧绕组或右侧绕组施加一半电源电压时，使电机提供高速输出。 

4.根据权利要求书1或2所述的一种双盘轴向磁场式开关磁阻电机，其特征在于，所述定子总成中只有轴向的主磁场，定子轭的圆周方向没有主磁场，磁场路径由定子铁芯左侧沿轴向穿过铁芯到达定子铁芯右侧。 

5.根据权利要求书1或2所述的双盘轴向磁场式开关磁阻电机，其特征在于，所述左、右转子盘的齿在圆周方向上有适当的位移量。 

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