CN109474154B - 一种低压容错多相直流偏置电流型磁场调制轮毂电机 - Google Patents

一种低压容错多相直流偏置电流型磁场调制轮毂电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低压容错多相直流偏置电流型磁场调制轮毂电机，本发明的转子铁芯和定子铁芯均为凸极结构，同一极性的永磁体***到转子铁芯的凹槽中，定子铁芯的每个槽中的定子导体为一相，使电机定子导体采用各相独立控制，所通电流为直流叠加交流的直流偏置电流，实现磁场调制永磁电机电磁负荷的动态最优配置，进一步提升和改善磁场调制轮毂电机的转矩密度和功率因数。

Description

一种低压容错多相直流偏置电流型磁场调制轮毂电机
技术领域
本发明属于电机领域，具体涉及一种低压容错多相直流偏置电流型磁场调制轮毂电机。
背景技术
近年来，随着节约能源和保护环境意识的不断增强，以及新能源汽车产业的快速发展，轮毂电机驱动具有动力***布置灵活，可直接独立控制，***效率最高的优点，已被视为电动汽车的最终驱动形式，是国内外电动汽车技术研究的主要研究方向。随着设计技术的不断进步，基于常规永磁电机原理的容错轮毂电机技术取得了较大的突破，但在某些指标方面，如转矩密度、效率等，仍不能满足实际应用的要求。因此，开发基于新拓扑、新原理的容错轮毂电机，提高驱动***的性价比，具有重要的意义。
同时，以游标电机为代表的磁场调制类电机在国内外电机领域受到较多的研究和关注。磁场调制类电机通过空间磁导的调制，实现了少极定子和多极转子的结合，实现了定子磁链大小及其变化率的解耦，从而可以大幅甚至成倍地提高转矩密度，在低速直驱场合应用前景非常广阔，是高转矩密度直驱式轮毂电机的极具前景的技术路线。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种低压容错多相直流偏置电流型磁场调制轮毂电机，通过利用直流偏置电流来实现磁场调制轮毂电机电磁负荷的动态最优配置，提升和改善磁场调制电机的转矩密度和功率因数。
为了达到上述目的，本发明包括定子和转子，转子套设在定子外，转子与定子间具有气隙，转子包括转子铁芯和永磁体，定子包括定子铁芯和导体；
转子铁芯和定子铁芯均为凸极结构，同一极性的永磁体***到转子铁芯的凹槽中，定子铁芯的凹槽中均设置有定子导体，定子铁芯的每个槽中的定子导体为一相，各相电流单独控制，分别通入含有直流分量和交流分量的直流偏置电流。
直流偏置电流的表达式为：
Figure GDA0002651980200000021
Figure GDA0002651980200000022
Figure GDA0002651980200000023
Figure GDA0002651980200000024
…
其中，Iac为交流分量的有效值，Idc为直流分量平均值，we为电角频率，а为初相角，аph为相位差。
定子导体的两端伸出定子铁芯，定子导体的一端用驱动板连接，另一端用短接板进行短接，电流由驱动板进入，从短接板流出形成短接回路。
驱动板为扇形状，并具有多片。
短接板为整体，呈圆环状。
驱动板通过由MOSFET管构成的全桥驱动器驱动。
定子导体采用铸铝。
转子调制齿数Nr、定子槽数Ns、永磁体极对数Pm、定子导体所通电流的直流分量产生的基波磁动势的极对数Pdc、导体电流的交流分量产生的基波磁动势的极对数Pa满足关系：Pa＝|Nr±Pdc|＝|Ns±Pdc|。
与现有技术相比，本发明的转子铁芯和定子铁芯均为凸极结构，同一极性的永磁体***到转子铁芯的凹槽中，定子铁芯的每个槽中的定子导体为一相，使电机定子导体采用各相独立控制，所通电流为直流叠加交流的直流偏置电流，实现磁场调制永磁电机电磁负荷的动态最优配置，进一步提升和改善磁场调制轮毂电机的转矩密度和功率因数。
进一步的，本发明与现有的轮毂电机***相比，端部采用端环短接，大幅减小端部空间，具有成本低、转矩密度高、体积小、结构紧凑、容错能力强的显著优点；
附图说明
图1为本发明的剖面示意图；
图2为本发明的侧面示意图；
图3为本发明中驱动板示意图；
图4为本发明中短接板示意图；
其中，1、定子，2、气隙；3、转子；4、定子导体；5、永磁体；6、转子铁芯；7、定子铁芯；8、驱动板；9、短接板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1和图2，本发明包括定子1和转子3，转子3套设在定子1外，转子3与定子1间具有气隙2，转子3包括转子铁芯6和永磁体5，定子1包括定子铁芯7和定子导体4；
转子铁芯6和定子铁芯均为凸极结构，同一极性的永磁体5***到转子铁芯6的凹槽中，定子铁芯7的凹槽中均设置有定子导体4，定子铁芯7的每个槽中的定子导体4为一相，各相电流单独控制，分别通入含有直流分量和交流分量的直流偏置电流，直流偏置电流的表达式为：
Figure GDA0002651980200000031
Figure GDA0002651980200000032
Figure GDA0002651980200000033
Figure GDA0002651980200000034
…
其中，Iac为交流分量的有效值，Idc为直流分量平均值，we为电角频率，а为初相角，аph为相位差。定子导体4采用铸铝，具体工艺与感应电机鼠笼式转子的铸铝工艺类似。
参见图3和图4，定子导体4的两端伸出定子铁芯7，定子导体4的一端用驱动板8连接，另一端用短接板9进行短接，电流由驱动板8进入，从短接板9流出形成短接回路。驱动板8为扇形状，并具有多片。短接板9为整体，呈圆环状。当进行驱动时，用逆变器通过驱动板直接给各相导体供电并单独控制，考虑到电压较低，可采用成本较低的MOSFET器件进行直接驱动。
参见图1，转子调制齿数Nr、定子槽数Ns、永磁体极对数Pm、定子导体4所通电流的直流分量产生的基波磁动势的极对数Pdc、导体电流的交流分量产生的基波磁动势的极对数Pa满足关系：Pa＝|Nr±Pdc|＝|Ns±Pdc|。
本发明从拓扑结构上，实现了电机与驱动器集成化。本电机的转子永磁体为同一极性永磁体，减少磁钢用量；定子导体4的一端用逆变器直接供电，考虑到电压较低，可采用成本较低的MOSFET器件，同时电机定子提出了采用各相独立控制，且电流为直流偏置电流的创新结构，增强了磁、电和热的隔离，端部采用端环短接，大幅减小端部空间，使得电机的转矩密度、可靠性大幅度均提高。因此新型电机***具有智能化、成本低、体积小、结构紧凑、容错能力强的优点。

Claims (3)

1.一种低压容错多相直流偏置电流型磁场调制轮毂电机，其特征在于，包括定子(1)和转子(3)，转子(3)套设在定子(1)外，转子(3)与定子(1)间具有气隙(2)，转子(3)包括转子铁芯(6)和永磁体(5)，定子(1)包括定子铁芯(7)和定子导体(4)；
转子铁芯(6)和定子铁芯均为凸极结构，同一极性的永磁体(5)***到转子铁芯(6)的凹槽中，定子铁芯(7)的凹槽中均设置有定子导体(4)，定子铁芯(7)的每个槽中的定子导体(4)为一相，各相电流单独控制，分别通入含有直流分量和交流分量的直流偏置电流；
定子导体(4)的两端伸出定子铁芯(7)，定子导体(4)的一端用驱动板(8)连接，另一端用短接板(9)进行短接，电流由驱动板(8)进入，从短接板(9)流出形成短接回路；
驱动板(8)为扇形状，并具有多片；
短接板(9)为整体，呈圆环状；
直流偏置电流的表达式为：
Figure FDA0002651980190000011
Figure FDA0002651980190000012
Figure FDA0002651980190000013
Figure FDA0002651980190000014
…
其中，Iac为交流分量的有效值，Idc为直流分量平均值，we为电角频率，а为初相角，аph为相位差；
转子调制齿数Nr、定子槽数Ns、永磁体极对数Pm、定子导体(4)所通电流的直流分量产生的基波磁动势的极对数Pdc、导体电流的交流分量产生的基波磁动势的极对数Pa满足关系：Pa＝|Nr±Pdc|＝|Ns±Pdc|。
2.根据权利要求1所述的一种低压容错多相直流偏置电流型磁场调制轮毂电机，其特征在于，驱动板(8)通过由MOSFET管构成的全桥驱动器驱动。
3.根据权利要求1所述的一种低压容错多相直流偏置电流型磁场调制轮毂电机，其特征在于，定子导体(4)采用铸铝。
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