CN106981965B - 一种电动车电励磁轮毂电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种电动车电励磁轮毂电机，属于电动车技术领域，包括定子铁心、转子铁心、励磁绕组、电枢绕组、定子固定块、轴承和轴。其特征在于，所述电机为外转子结构，定子铁心固定在轴上，转子铁心上固定有电动车的轮毂，用于驱动电动车。其转子铁心上有13个均布的凸形转子极；呈扇形的定子铁心共有6个，每个定子铁心上有2个凸形的定子极，定子铁心之间有不导磁的定子固定块；定子铁心之间的定子固定块外侧有电枢槽，同一个定子铁心的两端有内、外侧励磁槽，外侧励磁槽内嵌有励磁绕组和电枢绕组，内侧励磁槽嵌有励磁绕组。本发明的技术在任意时刻都会有四相电感、电动势都在呈正弦变化，可以有效减小换向转矩脉动。

Description

一种电动车电励磁轮毂电机
技术领域
本发明涉及一种电动车电励磁轮毂电机，属于电动车技术领域。
背景技术
近年来磁阻类电机的研究取得了比较大的进展，其研究成果也被应用于电动车驱动***，其中开关磁阻电机在电动车领域的应用比较广泛。开关磁阻电机结构简单，坚固耐用，转子上没有绕组、磁钢或滑环，效率较高，调速范围宽，适合高速运行，便于实现四象限控制。但是，开关磁阻电机的最大缺点是转矩脉动大、噪声大，需要位置传感器，***具有非线性特性。
在开关磁阻电机的基础上，定子上安装励磁绕组，工作原理与开关磁阻电机不同，输出转矩由磁阻转矩和励磁转矩合成，而且调节励磁电流即可实现气隙主磁场的调节。电励磁双凸极轮毂电机减少了能量损耗，更有利于其在电动汽车领域的应用。
目前，电动车用电励磁双凸极电机的相关专利并不多，且其相关专利主要集中在轮毂电机主体结构和装配方法上。例如授权的发明专利：一种电励磁双凸极电机定子冲片，专利号：201410339438.2，发明了一种电励磁双凸极电机定子冲片，其在定子冲片的内边缘上均匀分布有两种不同的槽型，第一种槽型呈梯形状，槽底宽度大于槽口宽度，第二种槽型呈矩形状，槽底宽度等于槽口宽度；这两种槽型的槽口和槽底之间还分别设有槽肩，槽肩为圆角凸起；第一种槽型与第二种槽型间隔分布。与普通冲片相比，该发明设计的优点在于不仅能够降低成本，而且还能确保电机的性能。还有例如专利号：201410538070.2的发明专利：一种双模电动发电机，提出了一种新型线圈结构使电机既可以作为开关磁阻电机模式运行，又可以作为电励磁双凸极电机模式运行。该发明电动时工作在开关磁阻电机模式，发电时工作在电励磁双凸极电机模式。
另外，还有一些轮毂式驱动电机的专利，例如申请人2016年申请的发明专利：一种电动车混合励磁轮毂电机，专利号：201610256109.0，提出了实现了轮毂和驱动电机的集成的混合励磁轮毂电机，该电机具有双面盘式结构，可提高电机的比功率。类似的，授权的发明专利：轮毂电机，专利号：200480021062.5，也公开了一种可实现轮毂电机的小径化、结构紧凑的轮毂电机。
在此基础上，发明人对多相双凸极电机的极数和极弧系数进行了深入的研究，在《中国电机工程学报》2015年第七期发表了“多相电励磁双凸极发电机极数与极弧系数研究”的学术论文，指出定子极数和转子极数之比应为m/(m+1)或m/(m-1)。
作为已有技术，传统的双凸极电机具有较大的转矩脉动，其换向转矩脉动产生的原理可见《中国电机工程学报》2011年第27期论文“基于半桥变换器的电励磁双凸极电机角度优化控制策略”。随着研究的深入，发明人发现前期提出的技术仍旧存在较大的换向转矩脉动，因此急需研究一种换向转矩脉动较小的电动车电机。
基于此，本发明提出一种反电势为正弦波的电机以减小换向转矩脉动，同时具备多相绕组以提高***的可靠性。本发明的技术突破了原有双凸极电机极数之比应为m/(m+1)或m/(m-1)这一技术偏见，因此具有创造性。
发明内容
所要解决的技术问题：提供一种高可靠、易控制的一种电动车电励磁轮毂电机。
为了实现以上功能，本发明采取的技术方案是：
一种电动车电励磁轮毂电机，包括定子铁心、转子铁心、励磁绕组、电枢绕组、定子固定块、轴承和轴，其特征在于：
所述电动车电励磁轮毂电机为外转子结构，定子铁心固定在轴上，转子铁心在轴承的作用下可以绕轴旋转；转子铁心上固定有电动车的轮毂，用于驱动电动车；
所述转子铁心上有13个均布的凸形转子极；
呈扇形的定子铁心共有6个，每个定子铁心上有2个凸形的定子极，所有12个凸形的定子极沿圆周方向均布；
6个定子铁心之间有定子固定块，定子固定块不导磁；
定子铁心之间的定子固定块外侧有电枢槽；
同一个定子铁心的两个定子极之间有外侧励磁槽，外侧励磁槽内嵌有励磁绕组和电枢绕组；
每个定子铁心的内侧有内侧励磁槽，内侧励磁槽嵌有励磁绕组；
励磁绕组从定子铁心的外侧励磁槽绕进，再从内侧励磁槽绕出；所有励磁绕组的绕制方向相同；
每个定子极上绕有集中式的电枢绕组，相邻的电枢绕组绕向相反。
如上所述的一种电动车电励磁轮毂电机，其特征在于：沿圆周方向每3个相邻的电枢绕组串联，3个电枢绕组串联组成一相电枢绕组。
如上所述的一种电动车电励磁轮毂电机，其特征在于：转子极为斜极结构。
如上所述的一种电动车电励磁轮毂电机，其特征在于：转子极的极弧系数为0.5。
本发明的有益效果是：
1本发明的一种电动车电励磁轮毂电机在任意时刻会有四相电感、电动势都在呈正弦变化，可以有效减小换向转矩脉动；
2本发明的电机绕组皆为集中式绕组，内阻小，效率高；
3轮毂电机与双凸极电机技术相结合，可以直接驱动电动车运行，提高了效率；
4转子为凸极结构，无励磁绕组，工作可靠；
5本发明的双凸极电机的四相定子绕组可以同时工作，具备更高的容错运行能力和可靠性。
应当指出的是：本发明的极数并不是一个有限数值内的选取问题，而是对传统设计理念禁锢的一种突破，克服了传统双凸极电机极数方面的技术偏见。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明一种电动车电励磁轮毂电机横向剖视结构示意图。其中，1、转子铁心，2、定子铁心，3、定子固定块，4、轴，5、励磁绕组，6、电枢绕组。
图2是本发明一种电动车电励磁轮毂电机各线圈矢量星形图。其中A1、A2和A3分别表示A相第一个线圈、第二个线圈和第三个线圈，B1、B2和B3分别表示B相第一个线圈、第二个线圈和第三个线圈，C1、C2和C3分别表示C相第一个线圈、第二个线圈和第三个线圈，D1、D2和D3分别表示D相第一个线圈、第二个线圈和第三个线圈。
图3是本发明一种电动车电励磁轮毂电机各相绕组矢量星形图。其中A1、A2和A3分别表示A相第一个线圈、第二个线圈和第三个线圈，B1、B2和B3分别表示B相第一个线圈、第二个线圈和第三个线圈，C1、C2和C3分别表示C相第一个线圈、第二个线圈和第三个线圈，D1、D2和D3分别表示D相第一个线圈、第二个线圈和第三个线圈。
图4是本发明一种电动车电励磁轮毂电机纵剖结构图。其中，1、转子铁心，2、定子铁心，4、轴，6、电枢绕组，7、轴承。
图5是本发明一种电动车电励磁轮毂电机反电势图。
具体实施方式
本发明提供一种电动车电励磁轮毂电机，为使本发明的技术方案及效果更加清楚、明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明一种电动车电励磁轮毂电机横向剖视结构示意图。如图所示，一种电动车电励磁轮毂电机由定子铁心(2)、转子铁心(1)、励磁绕组(5)、电枢绕组(6)、定子固定块(3)、轴承和轴(4)组成。所述电动车电励磁轮毂电机为外转子结构，定子铁心(2)固定在轴(4)上，转子铁心(1)在轴承的作用下可以绕轴(4)旋转；转子铁心上固定有电动车的轮毂，用于驱动电动车。
所述转子铁心上有13个均布的凸形转子极，呈扇形的定子铁心共有6个，每个定子铁心(2)上有2个凸形的定子极，所有12个凸形的定子极沿圆周方向均布。6个定子铁心(2)之间有定子固定块(3)，定子固定块(3)不导磁。定子铁心(2)之间的定子固定块(3)外侧有电枢槽，同一个定子铁心(2)的两个定子极之间有外侧励磁槽，外侧励磁槽内嵌有励磁绕组(5)和电枢绕组(6)；每个定子铁心(2)的内侧有内侧励磁槽，内侧励磁槽嵌有励磁绕组(5)。励磁绕组(5)从定子铁心(2)的外侧励磁槽绕进，再从内侧励磁槽绕出，所有励磁绕组(5)的绕制方向相同。每个定子极上绕有集中式的电枢绕组(6)，相邻的电枢绕组(6)绕向相反。沿圆周方向每3个相邻的电枢绕组(6)串联，3个电枢绕组(6)串联组成一相电枢绕组。
图2是本发明一种电动车电励磁轮毂电机各线圈矢量星形图。
图3是本发明一种电动车电励磁轮毂电机各相绕组矢量星形图。如图所示，沿圆周方向每三个相邻的电枢绕组串联，3个电枢绕组串联组成一相电枢绕组。
图4是本发明一种电动车电励磁轮毂电机纵剖结构图。所述电动车电励磁轮毂电机为外转子结构，定子铁心(2)固定在轴(4)上，转子铁心(1)在轴承(7)的作用下可以绕轴(4)旋转；转子铁心(1)上固定有电动车的轮毂，用于驱动电动车。
图5是本发明一种电动车电励磁轮毂电机反电势图。可以看出各相绕组互相间隔90°电角度，而且各相感应电势呈正弦状。
下面对本发明提出的一种电动车电励磁轮毂电机进行工作原理的说明。
本发明所述的一种电动车电励磁轮毂电机励磁绕组(5)上通有电流时，此时在电机内部会建立起磁场，经过定子轭部、定子极、气隙、转子铁心(1)、气隙、定子铁心(2)形成闭合磁路。通过位置传感器检测电机转子位置，将位置信号输送给控制器后，控制器控制功率变换器的相应开关管，给电感上升的绕组通以正向电流，给电感下降的绕组通以负向电流，电机即可实现对外输出转矩。
通过图3所示的一种电动车无刷直流电机各线圈矢量星形图，可以看出电机各相反电势互相间隔90°电角度，而且本电机任意一相都可以全周期导通工作，即本电机可以四相同时通电运行，因此具有较高的容错能力。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种电动车电励磁轮毂电机，包括定子铁心、转子铁心、励磁绕组、电枢绕组、定子固定块、轴承和轴，其特征在于：所述电动车电励磁轮毂电机为外转子结构，定子铁心固定在轴上，转子铁心在轴承的作用下能够绕轴旋转；转子铁心上固定有电动车的轮毂，用于驱动电动车；所述转子铁心上有13个均布的凸形转子极；呈扇形的定子铁心共有6个，每个定子铁心上有2个凸形的定子极，所有12个凸形的定子极沿圆周方向均布；6个定子铁心之间有定子固定块，定子固定块不导磁；定子铁心之间的定子固定块外侧有电枢槽；同一个定子铁心的两个定子极之间有外侧励磁槽，外侧励磁槽内嵌有励磁绕组和电枢绕组；每个定子铁心的内侧有内侧励磁槽，内侧励磁槽嵌有励磁绕组；励磁绕组从定子铁心的外侧励磁槽绕进，再从内侧励磁槽绕出；所有励磁绕组的绕制方向相同；每个定子极上绕有集中式的电枢绕组，相邻的电枢绕组绕向相反。
2.如权利要求1所述的一种电动车电励磁轮毂电机，其特征在于：沿圆周方向每3个相邻的电枢绕组串联，3个电枢绕组串联组成一相电枢绕组。
3.如权利要求1所述的一种电动车电励磁轮毂电机，其特征在于：转子极为斜极结构。
4.如权利要求1所述的一种电动车电励磁轮毂电机，其特征在于：转子极的极弧系数为0.5。
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