CN207021795U - 电机定子组件、电机及具有其的电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种电机定子组件、电机及具有其的电动汽车。该电机定子组件包括：定子铁芯；以及至少两组对称的三相绕组，其被设置成分别缠绕所述定子铁芯；其中，各组三相绕组的三相Ui、Vi、Wi之间相差为120°电角度，且i为三相绕组的组数。为了提高驱动系统输出大功率的问题，根据本实用新型的电机定子组件采用两套空间分布对称的三相绕组，两套三相绕组磁路独立，每一套绕组被看成一个独立的单元，并通过功率器件分别控制，最后将输出功率进行叠加，提高了逆变器的容量，同时也避免了均流和过压的问题。这不仅使电机具有低成本和标准化的制造优势，而且确保了驱动系统的可靠性。

Description

电机定子组件、电机及具有其的电动汽车
技术领域
本实用新型涉及电机领域，更具体而言，其涉及一种具有双绕组的电机定子组件的电机。
背景技术
目前，随着电动汽车的广泛应用与客户对电动汽车性能需求的日益增强，作为电动汽车的核心部件，车辆驱动系统所需求的功率也在逐步提升。但受到电力电子器件功率等级的限制，传统的两电平电压源逆变器在一些大功率驱动场合的应用遇到了困难。而多电平逆变器通过设计合适的功率电路结构和相应的调制算法，用低压的功率器件可实现高电压输出，但是对于供电电压受限的场合，多电平技术并不适用，在此种情况下采用多相电机驱动系统更为合适。
对于多相电机驱动系统而言，三相驱动系统在当今仍然占据主导地位，这是因为长期以来三相电机的大量使用使其具有低成本和标准化的优势。在车用空间有限的情况下，设计结构合理且可靠性高的三相电机来满足大功率的需求成为驱动系统研究的难点之一。
作为常规方式，若要提高驱动系统的输出功率等级，则可以通过提高其三相系统的相电压和相电流来实现。
然而，对于第一方面，电压等级的升高，必然引起电机绕组绝缘等级的提升，给电机制造带来了挑战；另外，由于电力电子器件受自身的耐压等级的限制，因此在大功率逆变器中，逆变电路的桥臂需要由多个开关器件串联，这样会带来动态和静态均压问题，使逆变器的设计制造困难，且可靠性不高。
对于第二方面，在低压场合，要实现大功率输出，必须增大定子相电流，因而导致电机发热严重；其次，为了减小三相逆变器开关器件的电流应力，需要多个IGBT开关器件并联，同样也会使得逆变器的设计变得更加复杂。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种控制简单且输出功率高的电机定子组件。
本实用新型的又一目的在于提供一种控制简单且输出功率高的电机。
本实用新型的再一目的在于提供一种控制简单且具有高输出功率的电机的电动汽车。
为实现本实用新型的目的，根据本实用新型的一个方面，提供一种电机定子组件，其包括：定子铁芯；以及至少两组对称的三相绕组，其被设置成分别缠绕所述定子铁芯；其中，各组三相绕组的三相Ui、Vi、Wi之间相差为120°电角度，且i为三相绕组的组数。
可选地，该电机定子组件包括两组三相绕组；其中，第一组三相绕组及第二组三相绕组的同相之间相差为180°电角度。
可选地，所述定子铁芯具有48个定子槽，且极数为4极；各个三相绕组的各相占用2个定子槽。
可选地，所述三相绕组中各相自身的定子槽跨距为9个和11个，且在各个定子槽中具有相同的线圈匝数。
可选地，各个相Ui、Vi、Wi均包括两条并联支路。
可选地，所述第一组三相绕组的U1相的第一条并联支路由线圈沿定子槽1-40-2-39绕成，其第二条并联支路由线圈沿定子槽25-16-26-15绕成；所述第一组三相绕组的V1相的第一条并联支路由线圈沿定子槽9-48-10-47绕成，其第二条并联支路由线圈沿定子槽33-24-34-23绕成；所述第一组三相绕组的W1相的第一条并联支路由线圈沿定子槽17-8-18-7绕成，其第二条并联支路由线圈沿定子槽41-32-42-31绕成；且所述第二组三相绕组的U2相的第一条并联支路由线圈沿定子槽4-13-3-14绕成，其第二条并联支路由线圈沿定子槽28-37-27-38绕成；所述第二组三相绕组的V2相的第一条并联支路由线圈沿定子槽12-21-11-22绕成，其第二条并联支路由线圈沿定子槽36-45-35-46绕成；所述第二组三相绕组的W2相的第一条并联支路由线圈沿定子槽20-29-19-30绕成，其第二条并联支路由线圈沿定子槽44-5-43-6绕成；其中，定子槽1至定子槽48表示依序设置的48个定子槽。
可选地，所述第一组三相绕组的U1相的线圈的中性点沿定子槽39和15引出；所述第一组三相绕组的V1相的线圈的中性点沿定子槽47和23引出；所述第一组三相绕组的W1相的线圈的中性点沿定子槽7和31引出；且所述第二组三相绕组的U2相的线圈的中性点沿定子槽14和38引出；所述第二组三相绕组的V2相的线圈的中性点沿定子槽22和46引出；所述第二组三相绕组的W2相的线圈的中性点沿定子槽30和6引出。
可选地，各个三相绕组的各个相的线圈中性点相互独立，且各个三相绕组的磁路相互独立。
可选地，所述第一组三相绕组的U1相的线圈的接线端沿定子槽1和25引出；所述第一组三相绕组的V1相的线圈的接线端沿定子槽9和33引出；所述第一组三相绕组的W1相的线圈的接线端沿定子槽7和41引出；且所述第二组三相绕组的U2相的线圈的接线端沿定子槽4和28引出；所述第二组三相绕组的V2相的线圈的接线端沿定子槽12和36引出；所述第二组三相绕组的W2相的线圈的接线端沿定子槽20和44引出。
可选地，所述三相绕组为单层同心式绕组。
可选地，所述定子铁芯的各个定子槽的槽满率相同。
可选地，各个所述三相绕组中各相的绕组均具有相等的电阻及电感。
可选地，各个所述三相绕组分别由对应数目的IGBT功率器件独立控制。
为实现本实用新型的目的，根据本实用新型的另一个方面，还提供一种电机，其包括如前所述的电机定子组件。
为实现本实用新型的目的，根据本实用新型的再一个方面，还提供一种电动汽车，其包括如前所述的电机。
为了提高驱动系统输出大功率的问题，根据本实用新型的的电机定子组件采用两套空间分布对称的三相绕组，两套三相绕组磁路独立，每一套绕组被看成一个独立的单元，并通过功率器件分别控制，最后将输出功率进行叠加，提高了逆变器的容量，同时也避免了均流和过压的问题。这不仅使电机具有低成本和标准化的制造优势，而且确保了驱动系统的可靠性。
附图说明
图1是本实用新型的电机定子组件的电机绕组的一个实施例的布线示意图。
具体实施方式
参见图1，其示出了电机定子组件中的绕组布线的一个具体实施例。具体而言，该电机定子组件包括定子铁芯以及至少两组对称的三相绕组。且该至少两组三相绕组设置成分别缠绕定子铁芯来布线。其中，各组三相绕组的三相Ui、Vi、Wi之间相差为120°电角度，且i为三相绕组的组数。此外，输入到U1与U2的电流是来自不同回路的电流，这使得绕组U1与U2之间彼此的干扰可以降低，关于来自不同回路的电流可以是来自不同的电流输入源或来自同一动力源的电流被分流之后分别输入到U1与U2。在此提供了若干组三相Ui、Vi、Wi对称的三相绕组，使这些三相绕组呈空间对称分布，并使其磁路独立，因而可将每套绕组看成一个独立的单元，一方面满足了电机制造的低成本和标准化生产，另一方面，通过将多组独立三相绕组的输出功率进行叠加来提高逆变器的容量，同时避免均流和过压的问题，确保驱动系统的可靠性。
如下将以包括两组三相绕组的电机定子组件为例，来描述该电机定子组件的各项设置。首先，为确保两组三相绕组的空间对称布置，应使第一组三相绕组及第二组三相绕组的同相之间相差为180°电角度。也即，使U1与U2、V1与V2、W1与W2分别相差180°电角度。此外，电机定子组件中对应的定子铁芯具有48个定子槽，且极数为4极。此时，各个三相绕组的各相可占用2个定子槽。
随后将结合图1，以包括两组三相绕组的电机定子组件为例，来描述其具体布线方式，为便于描述，下文中将通过定子槽1至定子槽48的标号来分别指示依序设置的48个定子槽。在该实施例中，各个相Ui、Vi、Wi均包括两条并联支路。其中，第一组三相绕组的U1相的第一条并联支路由线圈沿定子槽1-40-2-39绕成，其第二条并联支路由线圈沿定子槽25-16-26-15绕成；第一组三相绕组的V1相的第一条并联支路由线圈沿定子槽9-48-10-47绕成，其第二条并联支路由线圈沿定子槽33-24-34-23绕成；第一组三相绕组的W1相的第一条并联支路由线圈沿定子槽17-8-18-7绕成，其第二条并联支路由线圈沿定子槽41-32-42-31绕成；且第二组三相绕组的U2相的第一条并联支路由线圈沿定子槽4-13-3-14绕成，其第二条并联支路由线圈沿定子槽28-37-27-38绕成；第二组三相绕组的V2相的第一条并联支路由线圈沿定子槽12-21-11-22绕成，其第二条并联支路由线圈沿定子槽36-45-35-46绕成；第二组三相绕组的W2相的第一条并联支路由线圈沿定子槽20-29-19-30绕成，其第二条并联支路由线圈沿定子槽44-5-43-6绕成。由该布线方式可知，三相绕组中各相自身的定子槽跨距为9个和11个，例如，参见U1相的第一条并联支路的布线可知，其跨距为从定子槽1-40及从定子槽2-39，也即对应的9个定子槽跨距与11个定子槽跨距，如此提供了一种单层同心式绕组的布线方式，其具有加工便捷、定子槽利用率高等优点。
此外，第一组三相绕组的U1相的线圈的中性点沿定子槽39和15引出；第一组三相绕组的V1相的线圈的中性点沿定子槽47和23引出；第一组三相绕组的W1相的线圈的中性点沿定子槽7和31引出；且第二组三相绕组的U2相的线圈的中性点沿定子槽14和38引出；第二组三相绕组的V2相的线圈的中性点沿定子槽22和46引出；第二组三相绕组的W2相的线圈的中性点沿定子槽30和6引出。且各组三相绕组采用不同的电流源作为输入端。此时，各个三相绕组的各个相的线圈中性点相互独立，且各个三相绕组的磁路相互独立，绕组间不会存在环流与耦合现象。
另外，第一组三相绕组的U1相的线圈的接线端沿定子槽1和25引出；第一组三相绕组的V1相的线圈的接线端沿定子槽9和33引出；第一组三相绕组的W1相的线圈的接线端沿定子槽7和41引出；且第二组三相绕组的U2相的线圈的接线端沿定子槽4和28引出；第二组三相绕组的V2相的线圈的接线端沿定子槽12和36引出；第二组三相绕组的W2相的线圈的接线端沿定子槽20和44引出，用以分别提供接线端口，并分别经由两套IGBT功率器件来独立控制，并最终叠加二者的输出功率来提高整个系统的输出功率。
此时，为了满足两套绕组性能平衡，定子铁芯内的各个定子槽中均应设置相同的线圈匝数，且各个定子槽的槽满率相同，并使各个三相绕组中各相的绕组均具有相等的电阻及电感。
相比于通过提高相电压或者相电流的功率输出提高方式，本实施例具有更广的适用范围及高可靠性。例如，在供电电压或电流受限的场合，要实现大功率输出，通过采用两套空间对称的定子绕组结构，使其两套三相绕组磁路独立，将二者各自看作独立单元，并分别由两个IGBT功率器件进行控制，随后仅需运用传统的三相电机矢量控制算法进行控制，最终将两套绕组产生的功率进行叠加来提高逆变器的容量。这不仅提高了整个驱动系统的输出功率，且简化了逆变器硬件电路布局，同时还避免了均流和过压的问题，确保了驱动系统的可靠性。
另外，本实用新型采用的绕组结构调制算法更容易实现，每一套三相绕组被看成一个基本单元，这便将传统的三相电机矢量控制算法分别应用到每一套三相绕组中，分别对每一个三相电机模型进行三相静止到两相静止再到两相旋转的坐标变换，同时也解决了调制算法难的问题。
虽然前文以两组电机绕组为例，但根据本发明的教示可知，通过调整绕组的布线方式，还可以实现三组及以上电机绕组空间对称及磁路独立的布置方式，使其同样可以实现用小功率器件控制，并最终整合功率来达成提高输出功率的效果，且同样具有极高的可靠性。
在此，还提供一种电机，其包括如上文所描述的电机定子组件中的任意一种，因而也具有对应的提高输出功率及高可靠性的效果。故在此不再赘言。
此外，还提供一种电动汽车，其包括具有如上文所描述的电机定子组件中的任意一种的电机，因而也具有对应的提高输出功率及高可靠性的效果。故在此不再赘言。
以上例子主要说明了本实用新型的电机定子组件、电机及具有其的电动汽车。尽管只对其中一些本实用新型的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本实用新型可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本实用新型精神及范围的情况下，本实用新型可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (15)

1.一种电机定子组件，其特征在于，包括：
定子铁芯；以及
至少两组对称的三相绕组，其被设置成分别缠绕所述定子铁芯；
其中，各组三相绕组的三相Ui、Vi、Wi之间相差为120°电角度，且i为三相绕组的组数。
2.根据权利要求1所述的电机定子组件，其特征在于，包括两组三相绕组；其中，第一组三相绕组及第二组三相绕组的同相之间相差为180°电角度。
3.根据权利要求2所述的电机定子组件，其特征在于，所述定子铁芯具有48个定子槽，且极数为4极；各个三相绕组的各相占用2个定子槽。
4.根据权利要求3所述的电机定子组件，其特征在于，所述三相绕组中各相自身的定子槽跨距为9个和11个，且在各个定子槽中具有相同的线圈匝数。
5.根据权利要求4所述的电机定子组件，其特征在于，各个相Ui、Vi、Wi均包括两条并联支路。
6.根据权利要求5所述的电机定子组件，其特征在于：
所述第一组三相绕组的U1相的第一条并联支路由线圈沿定子槽1-40-2-39绕成，其第二条并联支路由线圈沿定子槽25-16-26-15绕成；
所述第一组三相绕组的V1相的第一条并联支路由线圈沿定子槽9-48-10-47绕成，其第二条并联支路由线圈沿定子槽33-24-34-23绕成；
所述第一组三相绕组的W1相的第一条并联支路由线圈沿定子槽17-8-18-7绕成，其第二条并联支路由线圈沿定子槽41-32-42-31绕成；且
所述第二组三相绕组的U2相的第一条并联支路由线圈沿定子槽4-13-3-14绕成，其第二条并联支路由线圈沿定子槽28-37-27-38绕成；
所述第二组三相绕组的V2相的第一条并联支路由线圈沿定子槽12-21-11-22绕成，其第二条并联支路由线圈沿定子槽36-45-35-46绕成；
所述第二组三相绕组的W2相的第一条并联支路由线圈沿定子槽20-29-19-30绕成，其第二条并联支路由线圈沿定子槽44-5-43-6绕成；
其中，定子槽1至定子槽48表示依序设置的48个定子槽。
7.根据权利要求6所述的电机定子组件，其特征在于，所述第一组三相绕组的U1相的线圈的中性点沿定子槽39和15引出；所述第一组三相绕组的V1相的线圈的中性点沿定子槽47和23引出；所述第一组三相绕组的W1相的线圈的中性点沿定子槽7和31引出；且所述第二组三相绕组的U2相的线圈的中性点沿定子槽14和38引出；所述第二组三相绕组的V2相的线圈的中性点沿定子槽22和46引出；所述第二组三相绕组的W2相的线圈的中性点沿定子槽30和6引出。
8.根据权利要求7所述的电机定子组件，其特征在于，各个三相绕组的各个相的线圈中性点相互独立，且各个三相绕组的磁路相互独立。
9.根据权利要求6所述的电机定子组件，其特征在于，所述第一组三相绕组的U1相的线圈的接线端沿定子槽1和25引出；所述第一组三相绕组的V1相的线圈的接线端沿定子槽9和33引出；所述第一组三相绕组的W1相的线圈的接线端沿定子槽7和41引出；且所述第二组三相绕组的U2相的线圈的接线端沿定子槽4和28引出；所述第二组三相绕组的V2相的线圈的接线端沿定子槽12和36引出；所述第二组三相绕组的W2相的线圈的接线端沿定子槽20和44引出。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的电机定子组件，其特征在于，所述三相绕组为单层同心式绕组。
11.根据权利要求3至9任意一项所述的电机定子组件，其特征在于，所述定子铁芯的各个定子槽的槽满率相同。
12.根据权利要求1至9任意一项所述的电机定子组件，其特征在于，各个所述三相绕组中各相的绕组均具有相等的电阻及电感。
13.根据权利要求1至9任意一项所述的电机定子组件，其特征在于，各个所述三相绕组分别由对应数目的IGBT功率器件独立控制。
14.一种电机，其特征在于，包括如权利要求1至13任意一项所述的电机定子组件。
15.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求14所述的电机。
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