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CN108631531B - 一种电动汽车用混合励磁开关磁阻轮毂电机 - Google Patents

一种电动汽车用混合励磁开关磁阻轮毂电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电动汽车用混合励磁开关磁阻轮毂电机，内定子由沿圆周均匀分布的Ns个相同的且轴向截面呈C形的C形定子分块组成，C形定子分块的C形开口形成一个定子槽，定子槽开口沿径向朝外，C形定子分块的轴向两侧壁为两个定子齿，两个定子齿上绕有绕组；外转子由沿圆周均匀分布的Nr个相同的且轴向截面呈C形的C形转子分块组成，C形转子分块的轴向两侧壁形成两个转子齿，C形转子分块的C形开口形成一个转子槽，转子槽开口沿径向朝内，C形转子分块刚性连接汽车轮毂；在每个C形转子分块的转子槽中固定嵌有一块永磁体，每个永磁体都是轴向充磁且充磁方向一致；内定子和外转子都是模块化结构，各个磁回路相互独立，容错性能好。

Description

一种电动汽车用混合励磁开关磁阻轮毂电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体为一种驱动电动汽车的开关磁阻轮毂电机。
背景技术
传统的开关磁阻电机的定转子上都没有永磁体，结构简单，可靠性高。但同时由于没有永磁体，在相同结构大小的情况下，电机的功率密度更低；在励磁功率相同的情况下，转矩更小。为了克服传统的开关磁阻电机的缺点，采用在电机中加入永磁体以提高电机的功率密度。例如：中国专利公开号为CN2847653Y、名称为“短磁路混合励磁开关磁阻电机”中设计的电机，在定子槽空间中加入永磁体，提高了定子的空间利用率。中国专利公开号为CN104935095A、名称为“一种U形定子混合励磁开关磁阻电机”中公开的电机，由若干U形定子块组成模块化定子，每个U形定子块的两个定子齿上均缠绕励磁绕组，每个U形定子块的内侧通过设置一个永磁体以增加电机的功率密度。中国专利公开号为CN2081432Y、名称为“混合励磁开关磁阻电机”中公开的电机，在每个定子宽槽中都镶有永磁体，提高了电机的性能体积比和性能重量比。以上公开的电机结构，虽然能在一定程度上增大电机的功率密度，但不足之处在于都是将永磁体嵌在定子槽内，相对地就减小了定子绕组的布置空间，使得结构复杂。
发明内容
本发明的目的是为解决现有混合励磁开关磁阻电机存在的问题，提出一种新的电动汽车用混合励磁开关磁阻轮毂电机，在未减小定子绕组空间的情况下还能增大开关磁阻电机的功率密度。
为了实现上述目的，本发明提出一种电动汽车用混合励磁开关磁阻轮毂电机具体采用如下方案：最中间的固定轴外同轴固定套内定子，内定子外同轴套外转子，内定子和外转子之间留有径向气隙，内定子由沿圆周均匀分布的N s 个相同的且轴向截面呈C形的C形定子分块组成，C形定子分块的C形开口形成一个定子槽，定子槽开口沿径向朝外，C形定子分块的轴向两侧壁为两个定子齿，两个定子齿上绕有绕组；外转子由沿圆周均匀分布的N r 个相同的且轴向截面呈C形的C形转子分块组成，C形转子分块的轴向两侧壁形成两个转子齿，C形转子分块的C形开口形成一个转子槽，转子槽开口沿径向朝内，C形转子分块刚性连接汽车轮毂；在每个C形转子分块的转子槽中固定嵌有一块永磁体，每个永磁体都是轴向充磁且充磁方向一致。
进一步地，C形转子分块和C形定子分块在轴向上的长度相等，转子齿与定子齿在轴向上的长度相等，转子槽和定子槽在轴向上的槽长相等。
进一步地，C形定子分块的个数N s 和C形转子分块的个数N r 的满足：LCM(N s ,N r )=mN r ，LCM为取最小公倍数，m为电机相数。
本发明的有益效果是：
1、本发明将永磁体置放在外转子的C形槽内，转子上没有绕组，不影响定子绕组布置，不占用绕组空间，不会减小绕组空间，布置方式灵活。
2、本发明不仅拥有普通开关磁阻电机所具有的励磁绕组产生的磁回路，同时叠加了永磁体产生的磁回路，磁密更高，在相同的励磁功率下，可产生更大的转矩。
3、本发明中的内定子和外转子都是C形分块结构，采用模块化结构，各个磁回路相互独立，完全隔离，电机容错性能好。
4、本发明电机的磁路短，有效降低了铁心损耗，提高了电机效率和增加了电机的功率密度，提高了电机的性能体积比和性能重量比。
附图说明
图1是本发明所述一种电动汽车用混合励磁开关磁阻轮毂电机中的外转子、内定子和永磁体的空间结构示意图；
图2是本发明所述一种电动汽车用混合励磁开关磁阻轮毂电机的轴向剖视图；
图3是图2的径向剖视图；
图4是本发明工作时的磁通路径图；
图中：1.内定子；2.外转子；3.永磁体；4.定子梯形键；5.转子梯形键；6.非导磁定子固定环；7.非导磁转子固定环；8.绕组；9.固定轴；10.端盖。
具体实施方式
参见图1、图2和图3，本发明包括固定轴9、内定子1、外转子2、永磁体3和绕组8。最中间是固定轴9，固定轴9外同轴固定套有内定子1，内定子1外同轴套外转子2，内定子1和外转子2之间留有径向气隙。
内定子1由沿圆周均匀分布的N s 个相同的C形定子分块组成，C形定子分块是轴向截面呈C形，这样，C形定子分块的轴向两侧壁形成两个定子齿，两个定子齿部位于轴向两侧且沿固定轴9的轴向中心点对称。在C形定子分块的两个定子齿上绕有绕组8，为定子绕组。C形定子分块的C形状的开口是沿径向朝向外端开口，C形开口形成一个定子槽，即定子槽的开口沿径向朝外。相邻的两个C形定子分块之间的夹角为360/N s 度。每个C形定子分块都由C形的硅钢片叠压而成。
外转子2由沿圆周均匀分布的N r 个相同的C形转子分块组成，C形转子分块是轴向截面呈C形，这样，C形转子分块的轴向两侧壁形成两个转子齿，两个转子齿部位于轴向两侧，沿固定轴9的轴向中心点对称。C形转子分块的C形状的开口是沿径向朝向内端开口，C形转子分块的C形开口形成一个转子槽，转子槽的开口朝内。相邻的两个C形转子分块的夹角为360/N r 度，每个C形转子分块都由C形的硅钢片叠压而成。每个C形转子分块都刚性连接汽车轮毂，带动轮毂转动。
外转子2的C形转子分块的C形开口与内定子1的C形定子分块的C形开口在径向上面对面。外转子2的C形转子分块在轴向上的长度等于内定子1的C形定子分块在轴向上的长度，C形转子分块的转子齿与C形定子分块的定子齿在轴向上的长度相等，转子槽和定子槽在轴向上的槽长相等。
C形定子分块的个数N s 和C形转子分块的个数N r 的关系满足：LCM(N s ,N r )=mN r ，LCM为取最小公倍数，m为电机相数。
内定子1的每个C形定子分块的内表面都固定连接一个定子梯形键4，共N s 个定子梯形键4。定子梯形键4在C形定子分块的径向内侧，所有的定子梯形键4的内端都固定嵌在同一个非导磁定子固定环6的外壁上，非导磁定子固定环6同轴固定套在固定轴9外。非导磁定子固定环6由非导磁材料制成，其上沿圆周方向均匀加工了N s 个梯形槽，用于固定N s 个定子梯形键4以及N s 个C形定子分块。非导磁定子固定环6的轴向长度与C形定子分块的轴向长度相同。
外转子2的每个C形转子分块的外表面都固定连接一个转子梯形键5，共N r 个转子梯形键5。转子梯形键5在C形转子分块的径向外侧。所有的转子梯形键5的外端都固定嵌在同一个非导磁转子固定环7的内壁上。非导磁转子固定环7由非导磁材料制成，其上沿圆周方向均匀加工了N r 个梯形槽，用于固定N r 个转子梯形键5和C形转子分块。非导磁转子固定环7的轴向长度与C形转子分块的轴向长度相同。外转子2、转子梯形键5和非导磁转子固定环7固定连成一个整体，非导磁转子固定环7固定在汽车轮毂内部，直接带动轮毂转动。
在每个C形转子分块的C形开口中固定嵌有一块永磁体3，即永磁体3布置在C形转子分块的转子槽内，个数是N r 个。每个永磁体3都是轴向充磁，且所有的永磁体3充磁方向一致。永磁体3与C形转子分块装配时，在C形转子分块的两个转子齿的轴向内部加工了两个凹口，永磁体3在轴向两端固定卡在凹口中。
每块永磁体3都是长方体结构，其轴向长度略大于转子槽的轴向长度，径向长度小于或者等于转子槽的径向长度，两个径向相对的永磁体3关于固定轴9的中心线径向对称分布。N r 个永磁体3在沿其中心的圆周上均匀分布，每个永磁体3在其中心圆周的切向方向上的厚度与C形转子分块在切向方向上的厚度相同。
为了减少漏磁，各个C形转子分块的转子齿端在圆周的切向厚度略大于各个C形定子分块在同方向的厚度。
在外转子2和内定子1的轴向两端各设有端盖10，端盖10同轴固定套在固定转轴9外，通过端盖10对内定子1和外转子2的轴向进行定位，从而限制内定子1和外转子2的轴向位移。
C形转子分块上的绕组8中，径向相对的两个C形定子分块上的励磁绕组8构成一相，参见图4，当某个定子极励磁时，产生有两个磁通回路，分别为励磁绕组8产生的回路A和永磁体3产生的回路B，两个回路在经过相同路径时，磁通沿同向，产生叠加效果。同侧绕组8的磁极与同侧永磁体3的磁极磁性相反。磁回路A的路径依序为：C形定子分块、径向气隙、C形转子分块、径向气隙、C形定子分块定子；磁回路B的路径依序为：永磁体3、C形转子分块齿端、径向气隙、C形定子分块、径向气隙、C形转子分块齿端、永磁体3。每相的两个C形定子分块上的绕组8并联连接，同时，每相的绕组8布置形式相同。
本发明工作时，给每相绕组8依次通电，根据最小磁阻原理，带动了外转子2转动，外转子2带动非导磁转子固定环7转动，因非导磁转子固定环7固定在汽车轮毂内部，进而驱动轮毂转动。与普通开关磁阻电机磁回路不同的是：本发明工作时的磁回路只经过自身励磁的定子齿极，不通过其它定子极，因此各个磁路独立，完全隔离。

Claims (7)

1.一种电动汽车用混合励磁开关磁阻轮毂电机，最中间的固定轴（9）外同轴固定套内定子（1），内定子（1）外同轴套外转子（2），内定子（1）和外转子（2）之间留有径向气隙，其特征是：内定子（1）由沿圆周均匀分布的N s 个相同的且轴向截面呈C形的C形定子分块组成，C形定子分块的C形开口形成一个定子槽，定子槽开口沿径向朝外，C形定子分块的轴向两侧壁为两个定子齿，两个定子齿上绕有绕组（8）；外转子（2）由沿圆周均匀分布的N r 个相同的且轴向截面呈C形的C形转子分块组成，C形转子分块的轴向两侧壁形成两个转子齿，C形转子分块的C形开口形成一个转子槽，转子槽开口沿径向朝内，C形转子分块刚性连接汽车轮毂；在每个C形转子分块的转子槽中固定嵌有一块永磁体（3），每个永磁体（3）都是轴向充磁且充磁方向一致；径向相对的两个C形定子分块上的绕组（8）构成一相，当某个定子极励磁时，产生两个磁通回路，两个磁通回路在经过相同路径时，磁通沿同向，产生叠加，同侧绕组（8）的磁极与同侧永磁体（3）的磁极磁性相反，每相的两个C形定子分块上的绕组（8）并联连接，磁通回路只经过自身励磁的定子齿极。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用混合励磁开关磁阻轮毂电机，其特征是： C形转子分块和C形定子分块在轴向上的长度相等，转子齿与定子齿在轴向上的长度相等，转子槽和定子槽在轴向上的槽长相等。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车用混合励磁开关磁阻轮毂电机，其特征是：C形定子分块的个数N s 和C形转子分块的个数N r 的满足：LCM(N s ,N r )=mN r ，LCM为取最小公倍数，m为电机相数。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车用混合励磁开关磁阻轮毂电机，其特征是：每个C形定子分块的内表面都固定连接一个定子梯形键（4），定子梯形键（4）在C形定子分块的径向内侧，所有的定子梯形键（4）的内端都固定嵌在同一个非导磁定子固定环（6）的外壁上，非导磁定子固定环（6）同轴固定套在固定轴（9）外。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车用混合励磁开关磁阻轮毂电机，其特征是：每个C形转子分块的外表面都固定连接一个转子梯形键（5），转子梯形键（5）在C形转子分块的径向外侧，所有的转子梯形键（5）的外端都固定嵌在同一个非导磁转子固定环（7）的内壁上，非导磁转子固定环（7）固定连接汽车轮毂。
6.根据权利要求1所述的一种电动汽车用混合励磁开关磁阻轮毂电机，其特征是： 每块永磁体（3）都是长方体结构，其轴向长度大于转子槽的轴向长度，径向长度小于或等于转子槽的径向长度，每个永磁体（3）在其中心圆周切向方向上的厚度与C形转子分块在同切向方向上的厚度相同。
7.根据权利要求1所述的一种电动汽车用混合励磁开关磁阻轮毂电机，其特征是：在外转子（2）和内定子（1）的轴向两端各设有端盖（10），端盖（10）同轴固定套在固定轴（9）外。
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