CN106849401A - 一种电动汽车用飞轮储能电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电动汽车用飞轮储能电机，定子壳体内表面上沿圆周方向均匀分布六个定子齿，六个定子齿同轴套有转子；每个定子齿都由定子齿轭以及沿径向凸出的一个中间齿与两个相同的端齿组成，在每个定子齿的中间齿和端齿的相邻的两齿的正中间的定子齿轭上各嵌有一块永磁体，一个定子齿上的两块永磁体均切向充磁，充磁方向相反且均指向中间齿，在每一个中间齿上都绕有绕组，相隔180°的两组绕组同时通入电流或断开电流；转子上沿圆周方向均匀分布14个转子齿，永磁体产生的磁场与绕组产生的磁场相叠加，主要磁场由嵌入在定子齿上的永磁体产生，绕组内只要通入较小的电流就可以产生较大的转矩，调节绕组内的电流可以调节悬浮力。

Description

一种电动汽车用飞轮储能电机
技术领域
本发明涉及飞轮电池以及电机技术领域，具体是用于电动汽车的无轴承飞轮储能电机。
背景技术
电动汽车所使用的化学电池寿命较低，且废旧电池对环境有污染，飞轮电池在寿命与对环境的影响上都具有良好的性能。传统飞轮电池内部的机械轴承在飞轮高速旋转时存在磨损以及温升的问题，并会降低飞轮电池的效率，因此采用无轴承电机替代传统的机械轴承电机。无轴承电机是结合磁轴承与电机功能于一体的一种新型电机，传统无轴承电机内部有两套绕组，分别产生转矩与悬浮力，通过调节两套绕组内的电流的大小与相位可以控制转矩的大小与悬浮力的大小，因此无轴承电机在正常工作时无需轴承支撑，非常适合用于高速场合如飞轮储能、航空航天等领域。
传统无轴承电机内部有转矩绕组与悬浮绕组这两套绕组，两套绕组产生极对数相差一的磁场，分别用来产生转矩与悬浮力。这种结构的无轴承电机存在以下几个问题：无轴承电机内部有两套绕组，且两套绕组放置在同一组槽中，导致电机结构复杂。两套绕组产生的磁场耦合复杂，且两套绕组电流要满足一定关系，不利于控制。
发明内容
本发明的内容是为了解决现有飞轮电池无轴承电机存在的问题，提出一种结构简单的只有一套绕组的电动汽车用飞轮储能电机，没有磁场耦合现象，结构和控制都简单，能代替传统无轴承电机。
本发明采用的技术方案是：本发明最外部是圆筒状的定子壳体，定子壳体内表面上沿圆周方向均匀分布六个定子齿，六个定子齿同轴套有转子；每个定子齿都由定子齿轭以及沿径向凸出的一个中间齿与两个相同的端齿组成，在每个定子齿的中间齿和端齿的相邻的两齿的正中间的定子齿轭上各嵌有一块永磁体，一个定子齿上的两块永磁体均切向充磁，充磁方向相反且均指向中间齿，在每一个中间齿上都绕有绕组，相隔180°的两组绕组同时通入电流或断开电流；转子上沿圆周方向均匀分布14个转子齿，转子齿的外表面和中间齿以及两个端齿的内表面之间留有径向气隙。
进一步地，每个定子齿所占弧度为为40°，同一个定子齿的中间齿和端齿中的相邻两齿之间的夹角为20°。
本发明的有益效果是：
1、本发明中的定子带有永磁体，永磁体产生的磁场与绕组产生的磁场相叠加，主要磁场由嵌入在定子齿上的永磁体产生，因此绕组内只要通入较小的电流就可以产生较大的转矩，调节绕组内的电流可以调节悬浮力。
2、电机内部均匀分布六组线圈，每个齿上的线圈可通入不同大小的电流，但是相隔180°的两组线圈通电开始时间与结束通电时间相同，悬浮力控制起来较为简单。
3、本发明具有体积小、结构简单、控制容易等优点，将本申请应用于飞轮电池中可以有效降低飞轮电池内部电机的控制难度，进一步加强了飞轮电池实用性。
附图说明
图1是本发明一种电动汽车用飞轮储能电机的主视结构图；
图2是图1中单个定子齿的结构放大图；
图3是图1所示本发明的工作原理图；
图4是当图1中的两组绕组通电时，其他四个没有通电绕组所在定子齿上永磁体产生磁拉力的分布图；
图中标号及名称为：1.定子壳体；2.定子齿；3.永磁体；4.绕组；5.转子；6.永磁体产生的磁场；7.绕组产生的磁场；8.永磁体产生的磁拉力；9.定子齿轭；10. 转子齿。
具体实施方式
参见图1，本发明最外部是定子壳体1，定子壳体1是内部空心的圆筒状，定子壳体1的材料为非导磁的铝。在定子壳体1内表面上沿圆周方向均匀分布六个E形的定子齿2，六个定子齿2同轴套有转子5，转子5与定子壳体1具有相同的中心轴，转子5和定子齿2之间留有径向气隙。
参见图2，每一个定子齿2都由定子齿轭9和沿径向朝中心轴方向凸出的三个齿组成，这三个齿分别是一个中间齿K2和两个相同的端齿K1、K3，端齿K1、K3在E形结构的两端。即位于定子齿轭9的两端，中间齿K2位于两个端齿K1、K3的正中间。中间齿K2和两个端齿K1、K3的内径相等。
每个定子齿2所占弧度为为40°，即定子齿轭9的跨度为40°。每个定子齿轭9的厚度w为6~10mm。在中间齿K2和两个端齿K1、K3中，相邻的两个齿之间的夹角α为20°，其中，中间齿K2的齿宽w 1为8~12mm，两个端齿K1、K3的宽度相等，均为w 2，w 2为w 1的二分之一。中间齿K2和两个端齿K1、K3的每个齿的径向高度都相等，高度h为14~10mm。定子齿2的材料为导磁的硅钢片叠压而成，在每一个定子齿2中，在中间齿K2和两个端齿K1、K3的任意相邻的两个齿的正中间的定子齿轭9上各嵌有一块永磁体3，因此，一个定子齿2上嵌有两块永磁体3，这两块永磁体3均切向充磁，充磁方向相反，且均指向中间齿K2。每块永磁体3的切向宽度w 3均为1.5~2.5mm，永磁体3的径向高度等于定子齿轭9的径向厚度w，每块永磁体3的内外径与定子齿轭9的内外径对应相等。
在每一个定子齿2的中间齿K2上都绕有绕组4，每个中间齿K2上的绕组4的电流大小可以单独调节，但是相隔180°的两组绕组4要同时通入电流或断开电流。
转子5的材料为导磁的硅钢片，由硅钢片叠压而成。转子5上沿圆周方向均匀分布14个转子齿10，每个转子齿10的径向高度为6~10mm，每个转子齿10的齿宽与定子齿2中的中间齿K2的齿宽相等，等于w 1。转子齿10的外表面和中间齿K2、两个端齿K1、K3的内表面之间是留有的径向气隙。
参见图3，绕组4中的线圈A1、A2位置对应，彼此面对面，通电时，永磁体4产生磁场6，绕组4产生磁场7。同一个定子齿2上的两块永磁体4产生的磁场路径依次为第一个永磁体4、中间齿K2、转子齿10、端齿K1、K3、第二块永磁体4，绕组4产生的磁路与永磁体4产生的磁路相同。其中永磁体4产生主要磁场，线圈A1、A2同时通入电流，当线圈A1、A2通入的电流相等时，此时不产生悬浮力；当线圈A1通入的电流大于线圈A2内的电流时，此时产生向上的悬浮力；当线圈A1通入的电流小于线圈A2内的电流时，产生向下的悬浮力。同理，可以通过控制彼此面对面的线圈B1、B2以及面对面的线圈C1、C2内的电流大小来调节沿x轴上的悬浮力。
参见图4，当线圈A1、A2通电时，其他四组线圈B1、B2、C1、C2没有通电时，线圈B1、C1所在的定子齿2上的永磁体4产生的磁拉力沿竖直方向即y轴方向相互抵消，两者产生一个沿水平向左即x轴负方向上的合力，线圈B2、C2所在的定子齿2上的永磁体4产生的磁拉力沿y轴方向相互抵消，两者产生一个沿x轴方向上的合力，因此总的合力为零。
根据以上所述，便可以实现本发明。对本领域的技术人员在不背离本发明的精神和保护范围的情况下做出的其它的变化和修改，仍包括在本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电动汽车用飞轮储能电机，最外部是圆筒状的定子壳体（1），其特征是：定子壳体（1）内表面上沿圆周方向均匀分布六个定子齿（2），六个定子齿（2）同轴套有转子（5）；每个定子齿（2）都由定子齿轭（9）以及沿径向凸出的一个中间齿与两个相同的端齿组成，在每个定子齿（2）的中间齿和端齿的相邻的两齿的正中间的定子齿轭（9）上各嵌有一块永磁体（3），一个定子齿（2）上的两块永磁体（3）均切向充磁，充磁方向相反且均指向中间齿，在每一个中间齿上都绕有绕组（4），相隔180°的两组绕组（4）同时通入电流或断开电流；转子（5）上沿圆周方向均匀分布14个转子齿（10），转子齿（10）的外表面和中间齿以及两个端齿的内表面之间留有径向气隙。
2.根据权利要求1所述一种电动汽车用飞轮储能电机，其特征是：每个定子齿（2）所占弧度为为40°，同一个定子齿（2）的中间齿和端齿中的相邻两齿之间的夹角为20°。
3.根据权利要求2所述一种电动汽车用飞轮储能电机，其特征是：永磁体（3）的内外径与定子齿轭（9）的内外径对应相等。
4.根据权利要求2所述一种电动汽车用飞轮储能电机，其特征是：中间齿和两个端齿的内径相等，两个端齿的宽度为中间齿的齿宽的二分之一，每个转子齿（10）的齿宽与中间齿的齿宽相等。
5.根据权利要求3所述一种电动汽车用飞轮储能电机，其特征是：每块永磁体（3）的切向宽度为1.5~2.5mm，定子齿轭（9）的径向厚度为6~10mm。
6.根据权利要求4所述一种电动汽车用飞轮储能电机，其特征是：中间齿的齿宽为8~12mm，中间齿和两个端齿的径向高度为14~10mm。
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