CN207339602U - 多层盘式电机以及具有该电机的汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及多层盘式电机以及具有该电机的汽车，其多层盘式电机包括多个转子盘和多个定子盘，转子盘和定子盘间隔设置，每个转子盘上设置有永磁体，每个定子盘上设置有n组线圈，每组线圈包括第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈，其中，n为自然数；控制电路可选择的使每个定子盘的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈形成星形连接和/或三角形连接；当定子盘的线圈形成星形连接时，该定子盘用作发电机的定子；当定子盘的线圈形成三角形连接加星形连接时，该定子盘用作电动机的定子。其汽车在于具有上述多层盘式电机。本实用新型的多层盘式电机在控制电路的控制下可以在发电机和电动机之间切换，还可以一部分作为电动机的同时另一部分作为发电机。

Description

多层盘式电机以及具有该电机的汽车

技术领域

本实用新型涉及电机，更具体地说，涉及一种既可以作为电动机又可以作为发电机的多层盘式电机以及具有该电机的汽车。

背景技术

现有的电动汽车的电动机通常采用三相磁感应电动机，电流输入或输出端子通常只有三个，不能按照电动机动力输出的情况改变线圈连接。由于电动汽车的电动机通常着重提供动力，对于电力回收方面，则未有更有效率的方案。

传统的电机改变不了电机内部的线圈连接，改不了电机内部的线圈的电阻值，因此当传统电机作为高效能电动机时，通常采用粗线圈或多重线圈来大幅降低电阻，让更大电流通过，以提供更大动力，但这种配置不能有效回收动力并转化为电能。

另一方面，传统三相磁感应电动机需要相当的电流及电压才能运转，当电动机转至均速时，亦需要相当的电力维持转速，因此传统的电动汽车的电动机未能在高速行车时节省电力。

实用新型内容

一方面，为了克服现有的电动机不能按照电动机动力输出的情况改变线圈连接的问题，本实用新型提供了一种多层盘式电机，所述多层盘式电机包括多个转子盘和多个定子盘，所述转子盘和所述定子盘间隔设置，每个所述转子盘上设置有永磁体，每个所述定子盘上设置有n组线圈，每组线圈包括一第一相线圈、一第二相线圈和一第三相线圈，其中，n为自然数；每个第一相线圈、每个第二相线圈和每个第三相线圈分别具有两个与控制电路相连的端子；所述控制电路可选择的使每个所述定子盘的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈形成星形连接和/或三角形连接；当所述定子盘的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈形成星形连接时，该定子盘用作发电机的定子；当所述定子盘的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈形成三角形连接时，或者当所述定子盘的一部分第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈形成三角形连接，另一部分第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈形成星形连接时，该定子盘用作电动机的定子。

在本实用新型所述的多层盘式电机中，所述控制电路使每个所述定子盘的 n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别串联后可选择的形成星形连接或三角形连接。

在本实用新型所述的多层盘式电机中，所述控制电路使每个所述定子盘的 n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别并联后可选择的形成星形连接或三角形连接。

在本实用新型所述的多层盘式电机中，所述控制电路使每个所述定子盘的 n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别部分串联然后并联后可选择的形成星形连接或三角形连接。

在本实用新型所述的多层盘式电机中，每个所述定子盘的n组线圈独立控制。

在本实用新型所述的多层盘式电机中，每个所述定子盘的n组线圈的每一组线圈独立控制。

在本实用新型所述的多层盘式电机中，多个所述定子盘中的一部分定子盘用作发电机的定子，另一部分用作电动机的定子。

另一方面，为了解决现有的电动汽车不能有效回收动力并转化为电能的问题，本实用新型提供了一种汽车，所述汽车为混合动力汽车或电动汽车，所述汽车具有如以上所述的多层盘式电机。

在本实用新型所述的汽车中，所述控制电路根据所述汽车的运行状况调节形成星形连接的定子盘和形成三角形连接的定子盘的比例，以及每个定子盘的 n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈的各自的串并联方式。

在本实用新型所述的汽车中，所述多层盘式电机用作发电机时：当转子处于低转速时，所述定子盘的n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别串联连接；当转子处于高转速时，所述定子盘的n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别并联连接。

在本实用新型所述的汽车中，所述多层盘式电机用作电动机时：当汽车处于经济模式时，所述定子盘的n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别串联连接；当汽车处于运动模式时，所述定子盘的n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别并联连接。

实施本实用新型的多层盘式电机以及具有该电机的汽车，具有以下有益效果：由于控制电路可选择的使每个定子盘的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈形成星形连接或三角形连接；当定子盘的线圈形成星形连接时，该定子盘用作发电机的定子；当定子盘的线圈形成三角形连接加星形连接时，该定子盘用作电动机的定子，使得本实用新型的多层盘式电机在控制电路的控制下可以在发电机和电动机之间切换，还可以一部分作为电动机的同时另一部分作为发电机。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型的多层盘式电机的结构示意图；

图2是本实用新型的多层盘式电机的定子盘的示意图；

图3是本实用新型的多层盘式电机的定子盘的其中一组线圈的示意图；

图4是本实用新型的多层盘式电机的定子盘的星形连接和三角形连接的切换电路的示意图；

图5是本实用新型的多层盘式电机的定子盘的线圈的串并联切换电路的示意图；

图6a至6c是图5所示的串并联切换电路在不同模式下的开关位置图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

下面详细描述本实用新型的多层盘式电机以及具有该电机的汽车的实施例，这些实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的组件或具有相同或类似功能的组件。

在本实用新型的多层盘式电机以及具有该电机的汽车的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“上端”、“下端”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1和图2所示，为本实用新型的多层盘式电机的一实施例的示意图，其中图1为多层盘式电机的结构示意图，图2为多层盘式电机的定子盘的结构示意图。本实施例的多层盘式电机包括多个转子盘1和多个定子盘2，转子盘 1和定子盘2同轴设置，其中转子盘1可以绕中心轴3转动，定子盘2相对中心轴3固定设置。转子盘1和定子盘2间隔设置，每个转子盘1具有与其对应的定子盘2，每个转子盘1上设置有多个永磁体11。每个定子盘2上设置有n组线圈，n为自然数，每组线圈21包括一第一相线圈211、一第二相线圈212 和一第三相线圈213，也就是说每个定子盘2上的线圈的数目是3的倍数。每个第一相线圈211、每个第二相线圈212和每个第三相线圈213分别具有两个与控制电路4相连的端子，控制电路4可以通过电路开关的开闭来改变每个定子盘2上的n组线圈21的连接关系，以满足各种工况的需要。在控制电路4 的控制下，本实用新型的多层盘式电机可以用作发电机或电动机，或电机的一部分用作发电机，另一部分用作电动机，具体地，控制电路4可选择的使每个定子盘2的第一相线圈211、第二相线圈212和第三相线圈213形成星形连接和/或三角形连接；当定子盘2的第一相线圈211、第二相线圈212和第三相线圈213形成星形连接时，该定子盘2用作发电机的定子；当定子盘2的第一相线圈211、第二相线圈212和第三相线圈213形成三角形连接时，或者当定子盘2的第一相线圈211、第二相线圈212和第三相线圈213形成三角形连接加星形连接时，也即定子盘2的一部分第一相线圈211、第二相线圈212和第三相线圈213形成三角形连接，定子盘2的另一部分第一相线圈211、第二相线圈212和第三相线圈213成星形连接时，该定子盘2用作电动机的定子。

参看图3和图4，为多层盘式电机的定子盘2的线圈的星形连接和三角形连接切换的示意图，当开关S1处于断开状态时，第一相线圈211的Ap端、第二相线圈212的Bp端和第三相线圈213的Cp端连接在一起，第一相线圈 211的Aq端、第二相线圈212的Bq端和第三相线圈213的Cq分别与输入/ 输出端L3、L1和L2相连，此时三相线圈形成星形连接。当开关S1处于闭合时，第一相线圈211的Ap端与第二相线圈212的Bq端相连，第二相线圈212 的Bp端与第三相线圈的Cq端相连，第一相线圈211的Aq端、第二相线圈 212的Bq端和第三相线圈213的Cq分别与输入/输出端L3、L1和L2相连，此时三相线圈形成三角形连接。选择星形连接方式，有利于电机将动能转化作电能，即成为发电机，若选择三角形连接时，有利于电机将电能转化为动能，即电动机。控制电路4可以通过改变每个定子盘2的三相线圈的连接方式来确定每个定子盘2的功能，由此可以实现电机功能的切换，例如将多层盘式电机用作电动机、发电机，或一部分定子盘2用作发电机，另一部分定子盘2用作电动机。

在本实用新型的多层盘式电机中，控制电路4不仅可以改变定子盘2的三相线圈的连接方式，还可以通过改变定子盘2的n组线圈中的n个第一相线圈、n个第二相线圈和n个第三相线圈的各自的串并联关系，由此改变发电机或电动机的电阻，以满足不同工况的需求。例如，控制电路可以使每个定子盘的n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别串联后可选择的形成星形连接或三角形连接；或者，控制电路可以使每个定子盘的n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别并联后可选择的形成星形连接或三角形连接；或者，控制电路可以使每个定子盘的n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别部分串联然后并联后可选择的形成星形连接或三角形连接。

参看图5，为本实用新型的多层盘式电机的定子盘的线圈的串并联切换电路的示意图，该串并联切换电路属于控制电路的一部分。该多层盘式电机具有L个定子盘2，每个定子盘2具有n组线圈，每组线圈包括一第一相线圈 211、一第二相线圈212和一第三相线圈213，则整个多层盘式电机具有g组线圈，其中：g＝n*L。g组线圈的每一组的每一相线圈都连接着开关，而每个开关均可选择端子a或端子b，其中，第一组线圈的低侧均连接至输入或输出端子(U,V,W)。第二组至第g-1组线圈的高侧和低侧均连接至可选择端子a或端子b的开关。第g组的线圈的高侧则以星形或三角形的方式连接在一起，在图5中是以星形连接的方式连接在一起，而低侧则连接至可选择端子a或端子 b的开关。当电机的线圈组需要使用并联连接时，所有开关均连接至端子a，当电机的线圈组需要使用串联连接时，所有开关均连接至端子b。每一个组线圈的电路，均可通过连接，端子a或端子b来控制与下一个线圈组以串联或并联连接，即连接至端子a为并联，连接至端子b为串联。条件是在每一组线圈组内的高侧开关或低侧开关均需连接至同一型号端子。

通过控制图5中所示的串并联切换电路的开关，还可以实现对每个定子盘以及定子盘的每组线圈的独立控制，即每个定子盘以及每个定子盘的每组线圈都可以独立的进行控制，以确定其连接方式以及是否启用。每组线圈高侧开关须连接至端子a或端子b，而线圈低侧的开关处于中间状态，即未有连接端子a或端子b时，该组线圈就成为闲置线圈组。

图6a至6b则示出了图5所示的串并联切换电路在不同模式下的开关位置图。其中，图6a中第一组至第g-1组线圈的高侧都切换至与开关的b端连接，第二组至第g组线圈的底侧都切换至与开关的b端连接，该g组线圈的g 个第一相线圈、g第二相线圈和g个第三相线圈分别串联后形成星形连接。图 6b中第一组至第g-1组线圈的高侧都切换至与开关的a端连接，第二组至第g 组线圈的底侧都切换至与开关的a端连接，该g组线圈的g个第一相线圈、g 个第二相线圈和g个第三相线圈分别并联后形成星形连接。

图6c示出了g组线圈串联加并联时的开关位置图，也即g组线圈先平均分成若干子线圈组，这些子线圈组内的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别串联，然后这些子线圈组再并联起来。例如，g组线圈分成x个子线圈组，每个子线圈组的线圈组的数量相同，也即x为大于1的自然数，且g/x为整数，每个子线圈组的各组线圈第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈形成串联连接，然后x个子线圈组再并联连接。

例如，在一个实施例中，多层盘式电机为两层，具有两个定子盘2，每个定子盘具有6组线圈，则整个多层盘式电机具有12组线圈，即g＝6*2，当x 取不同值时，会形成不同的连接状态。例如，当x＝2时，即将所有的12组线圈组分成2个子线圈组，2个子线圈组并联，每个子线圈组的g/x＝6组线圈串联，也即每个定子盘的6组线圈串联形成一个子线圈组，然后两个定子盘形成的子线圈组再并联连接。例如，当x＝3时，即将所有的12组线圈组分成3个子线圈组，3个子线圈组并联，每个子线圈组的g/x＝4组线圈串联，也即第一个定子盘的4组线圈串联形成一个子线圈组，第二个定子盘的4组线圈串联形成一个子线圈组，第一个定子盘的另外2组线圈和第二个定子盘的另外2组线圈串联形成一个子线圈组，然后这3个子线圈组再并联连接。例如，当x＝4 时，即将所有的12组线圈组分成4个子线圈组，4个子线圈组并联，每个子线圈组的g/x＝3组线圈串联，也即第一个定子盘的3组线圈串联形成一个子线圈组，第一个定子盘的另外3组线圈串联形成一个子线圈组，第二个定子盘的 3组线圈串联形成一个子线圈组，第二个定子盘的另外3组线圈串联形成一个子线圈组，然后这4个子线圈组再并联连接。

本实用新型除了提供一种多层盘式电机之外，还提供了一种具有该多层盘式电机的汽车，该汽车可以是混合动力汽车或纯电动汽车。

在该汽车中，控制电路可以根据汽车的运行状况调节形成星形连接的定子盘和形成三角形连接的定子盘的比例，以及每个定子盘的n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈的各自的串并联方式，以满足汽车的各种工况，该多层盘式电机可以在发电机、电动机以及电动机发电机混合状态之间切换，以最大程度的利用能源，实现电能和动能二者之间的最佳转换。例如，多层盘式电机用作发电机时：当转子处于低转速时，定子盘的n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别串联连接；当转子处于高转速时，定子盘的n 组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别并联连接。多层盘式电机用作电动机时：当汽车处于经济模式时，定子盘的n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别串联连接；当汽车处于运动模式时，定子盘的n 组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别并联连接。

通过多端子多层盘式电机设计，配合电机的控制电路，使汽车上的电机成为一个既高效能又能省电的电动机，又可成为一个高效率的发电机，增加汽车在制动时的电力回收。可通过控制电路，控制电机特性，当线圈连接为三角形线圈，本电机就能发挥其高效能电动机的特性。当本电机设置为电动机时，控制电路可按惯性转速对动力的需求，关掉部份线圈组或定子盘，在不影响其惯性速度的情况下节省电力。当线圈连接为星形线圈时，本电机就能发挥其高效能的发电特性，用作动力回收，将动能转化成电路存储起来。当电机设置为发电时，控制电路可按回收动力的转速和扭力，控制线圈组的并联和串联的连接配搭，改变收回来的电压和电流的比例，从而把回收来的电力最大化。不同的分组和不同的串并联连接，可有不同变化的线圈，使电机无论是设定为发电机或电动机，都能发挥最佳的表现。

当线圈组以串联连接，电机的内电阻就增加，若线圈组以并联连接，电机内的电阻就会减少，当电机用作为发电机时，内电阻增加有效提升输出电压，电流相对减少，当电动车在减慢至刹停时，发电机的转速相对低，但扭力大，因此线圈以串联方式连接增加内电阻，提升输出电压，以符合电池在瞬间充电的情况下对高电压的要求。当电动车在高速行驶稍微减速时，发电机的扭力相对小，但转速高，因此线圈以并联方式连接，减少内电阻，由于转速快已经可以达到电池在瞬间充电的要求，因此，并联连接可提升输出电流，更可避免因回收能量过大而发生烧掉线圈的情况。在电机设定为发电机时，线圈组的串并联连接，可因应实际的工作条件及应用情况，改变电机内线圈组的串并比例，达到最佳的电力回收效果。相对来说，在电机设定为电动机时，线圈组可在不同的行车模式下，以串联或并联连接、和调节串并联比例。当车辆设定为经济模式时，串联连接的比例增加，使电动机的内电阻增大，起动所需的电流就相对较少，加速度相对较低，但耗电量亦较低；当车辆设定为运动模式时，并联连接的比例增加，电动机的内电阻减少，起动所需的电流增大，提升加速度，但耗电量亦较高，车辆可因应不同工作环境需要，调配串联和并联的比例，达到省电的效果。

当电机设定为电动机时，每组电路或每层线圈都可独立开关，当车辆起动时，需要最大动力，使车辆加速，因此线圈组需要全部开动，使电动机输出最大动力。但当车辆加速至所需速度时，车辆已有一定惯性，电动机亦不需要输出最大动力来维持速度，因此车辆可通过电路关掉部份线圈组或定子盘，剩下一定数量的定子盘提供足够动力来维持速度，减低续航的耗电量。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些落入于本实用新型的保护之内。

Claims (11)

1.一种多层盘式电机，其特征在于，包括多个转子盘和多个定子盘，所述转子盘和所述定子盘间隔设置，每个所述转子盘上设置有永磁体，每个所述定子盘上设置有n组线圈，每组线圈包括一第一相线圈、一第二相线圈和一第三相线圈，其中，n为自然数；

每个第一相线圈、每个第二相线圈和每个第三相线圈分别具有两个与控制电路相连的端子；

所述控制电路可选择的使每个所述定子盘的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈形成星形连接或三角形连接；

当所述定子盘的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈形成星形连接时，该定子盘用作发电机的定子；

当所述定子盘的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈形成三角形连接时，或者当所述定子盘的一部分第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈形成三角形连接，该定子盘用作电动机的定子。

2.根据权利要求1所述的多层盘式电机，其特征在于，所述控制电路使每个所述定子盘的n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别串联后可选择的形成星形连接或三角形连接。

3.根据权利要求1所述的多层盘式电机，其特征在于，所述控制电路使每个所述定子盘的n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别并联后可选择的形成星形连接或三角形连接。

4.根据权利要求1所述的多层盘式电机，其特征在于，所述控制电路使每个所述定子盘的n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别部分串联然后并联后可选择的形成星形连接或三角形连接。

5.根据权利要求1所述的多层盘式电机，其特征在于，每个所述定子盘的n组线圈独立控制。

6.根据权利要求1所述的多层盘式电机，其特征在于，每个所述定子盘的n组线圈的每一组线圈独立控制。

7.根据权利要求1所述的多层盘式电机，其特征在于，多个所述定子盘中的一部分定子盘用作发电机的定子，另一部分用作电动机的定子。

8.一种汽车，其特征在于，所述汽车为混合动力汽车或电动汽车，所述汽车具有如权利要求1至7任一项所述的多层盘式电机。

9.根据权利要求8所述的汽车，其特征在于，所述控制电路根据所述汽车的运行状况调节形成星形连接的定子盘和形成三角形连接的定子盘的比例，以及每个定子盘的n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈的各自的串并联方式。

10.根据权利要求9所述的汽车，其特征在于，所述多层盘式电机用作发电机时：当转子处于低转速时，所述定子盘的n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别串联连接；当转子处于高转速时，所述定子盘的n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别并联连接。

11.根据权利要求9所述的汽车，其特征在于，所述多层盘式电机用作电动机时：当汽车处于经济模式时，所述定子盘的n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别串联连接；当汽车处于运动模式时，所述定子盘的n组线圈的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别并联连接。