CN1753289A

CN1753289A - 双凸极磁阻轮毂电动机

Info

Publication number: CN1753289A
Application number: CN 200510100823
Authority: CN
Inventors: 张大鹏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-11-02
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2006-03-29

Abstract

本发明为一种双凸极磁阻轮毂电动机，包括相互联接的机壳和端盖构成的壳体，所述壳体中心穿越有主轴，其两端以轴承支撑于壳体上，壳体的内部设有定子和转子，其特征是：所述的定子和转子均为凸极式结构，其中转子为外转子结构；定子上集中有绕组并镶嵌4块永磁材料；转子用矽钢片或硅钢片冲制叠压而成；定子设12N极、转子设8N极，且转子极弧等于定子极弧，定子极弧是定子极距的∏/12机械角；壳体内嵌有位置传感器；永磁材料为稀土磁钢。本发明具有结构简单，免维护，高效率，功率密度高，控制灵活、错容性好，调速性能好，转矩波动小，噪声低，转矩/电流比大的优点，可实现各种特殊要求的转矩/转速特性。

Description

双凸极磁阻轮毂电动机

技术领域

本发明涉及一种电机，具体涉及一种应用于电动车辆的双凸极磁阻轮毂电动机。

背景技术

一般普通的开关磁阻电机，在结构上，它采用双凸极形式，即定子、转子均为凸极式构造；定子线圈采用集中式而不是分布式绕组；加在定子绕组上的电压为不连续的矩形波而非连续的正弦波。转子仅由硅钢片叠压而成，既无绕组也无永磁体，定子各极上绕有集中绕组。这种普通的开关磁阻电机具有的优点很多：

1).普通开关磁阻电机结构简单，无电刷及整流子，适用于高速(如10000RPM以上)，易做成水冷防爆结构，基本上无须维护。

2).动力性好，调速范围大，具有串级电机的机械特性，可减少档数，方便操作。

3).电机的起动电流小(为额定值的30％)，对电瓶无冲击，起动转矩大(为额定值的150％)，适合于重载起动。

4).制动转矩可调，最大制动转矩不小于电动额定转矩。

5).整个调速范围内均能保持高效率。

6).具有能量回馈功能，在下坡及刹车过程中将机械能转换为电能，对电瓶充电。

7).普通开关磁阻电机具有多种自保护功能，可靠性高。功率电路简单可靠，成本较低，适合推广。

8).可以根据车辆总体动力要求实现转速调节***、转矩调节***、功率调节***或混合调节***。

但上述普通开关磁阻电机也有以下缺点：

1).电机功率密度低

2).转矩波动大

3).噪声大

4).需要大量的传动装置才能将能量传递到车轮上，因而带来了与其相匹配之产品结构的庞大。

而轮毂电机的优点是制造工艺简单，使用方便，缺点是控制线路复杂，控制可靠性差，电机及控制***成本高，能量转换效率低下，不适合用于做大功率的电机，且粘贴在外壳上的永磁体容易脱落，需要数倍于额定工作电流的启动电流才能启动，不适合用来做汽车驱动或任何需要频繁启动的装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有电机存在的上述缺陷和问题，提出了一种结构简单、转矩/电流比大、噪声低、易于控制，兼具有普通开关磁阻电机和轮毂电机双重特点之双凸极磁阻轮毂电动机。

本发明所提出的技术方案是：

一种双凸极磁阻轮毂电动机，包括相互联接的机壳和端盖构成的壳体，所述壳体中心穿越有主轴，其两端以轴承支撑于壳体上，壳体的内部设有定子和转子，其特征是：所述的定子和转子均为凸极式结构，其中转子为外转子结构；

所述的定子上集中有绕组并镶嵌4块永磁材料；

所述的转子用矽钢片或硅钢片冲制叠压而成；

所述定子设12N极、转子设8N极，其中N＝1，2，......，且转子极弧等于定子极弧，定子极弧是定子极距的II/12机械角；

所述的壳体内嵌有霍尔或光电两种不同的位置传感器；

所述的永磁材料为稀土磁钢。

本发明具有结构简单，免维护，高效率，功率密度高，控制灵活、错容性好，调速性能好，转矩波动小，噪声低，转矩/电流比大的优点，可实现各种特殊要求的转矩/转速特性。因它既有普通双凸极磁阻电机的特征如定子、转子均为凸极式结构，又有普通轮毂电机的特征如定子和转子为外转子结构即中间为定子外圈为转子，所以它不但具有普通磁阻电机的所有优点，而且力矩/电流比小：启动时，只需要额定电流的15-30％即可获得100-150％的额定力矩；效率高：在很宽的速度范围，其效率≥85％，最高效率高于90％；无启动死角：定子和转子为12/8极，即定子12极、转子8极，且转子极弧等于定子极弧，任意位置均可启动；噪声低，力矩波纹小；定子极弧是定子极距的II/12机械角，保证了定转子重叠角之和恒等于转子极弧，与转子位置无关，使得气隙合成磁导为常数，故而无定位力矩；电流很方便地实现快速换向，由于引入了稀土永磁磁钢(称第二气隙)，使得绕组电感减小，电流快速换向变得很容易；而外转子结构：没有减速机构直接驱动，车辆轮毂固定在电机外壳上，可以很方便地拆卸轮毂；易于控制：电机内的位置传感器使得电机的控制更加灵活；结构简单，坚固：外转子无绕组，只是矽钢片或硅钢片冲制叠压而成，内定子上集中绕组和稀土磁钢。

附图说明

图1是现有开关磁阻电机图；

图2是现有轮毂电机图；

图3是本发明结构剖视图；

图4是本发明中的定子图。

具体实施方式

以下结合本发明的附图来具体说明。

图1、图2均为现有技术的范畴，其中图1是现有开关磁阻电机图，图2是现有轮毂电机图。在图1中，外圈为定子2，定子2上有集中的绕组4，中间为转子3，转子3无绕组，定子2和转子3均无永磁材料。图1为为8/6极(定子八极、转子六极)四相开关磁阻电动机图，在结构上，它采用双凸极形式，即定子、转子均为凸极式构造；定子线圈采用集中式而不是分布式绕组；加在定子绕组上的电压为不连续的矩形波而非连续的正弦波。转子仅由硅钢片叠压而成，既无绕组也无永磁体，定子各极上绕有集中绕组。而图2中，中间部分作为定子2，定子2上有绕组4，无永磁体；外圈为转子3，转子3上贴有永磁体11，优点是制造工艺简单，使用方便，缺点是控制线路复杂，控制可靠性差，电机及控制***成本高，能量转换效率低下，不适合用于做大功率的电机，且粘贴在外壳上的永磁体容易脱落，需要数倍于额定工作电流的启动电流才能启动，其特点不适合用来做汽车驱动或任何需要频繁启动的装置。

图3是本发明结构实施例剖视图，本实施例之电机主要用于电动车上。如图所示，相互固连的机壳1和端盖7构成了一个壳体，壳体内定子3和转子2，其中定子3和转子2为外转子结构即中间为定子3外圈为转子2，且定子3和转子2均为凸极式结构，电动机的中心轴孔内设有两端以轴承8支撑的主轴9，该主轴9穿越于壳体中心，支架6支撑着压圈5，定子3上有集中绕组4并镶嵌四块稀土永磁，本实施例中稀土永磁材料为Na-Fe-B，转子2则用矽钢片或硅钢片冲制叠压而成，转子无绕组，壳体内嵌有霍尔传感器10，霍尔传感器10使得电机的控制更加灵活，霍尔传感器10还可以为光电传感器。图4是本发明实施例之的定子3结构示意图，从图中可以看到，四块以Na-Fe-B为材料的永磁均匀镶嵌分布在定子3内部。

本发明具有结构简单，免维护，高效率，功率密度高，控制灵活、错容性好，调速性能好，噪声低，转矩/电流比大的优点。可实现各种特殊要求的转矩/转速特性。

本发明针对电动车运行特点，设计成外转子结构，为了在任何位置启动，降低力矩波动和电磁噪声，提高功率密度，设计成12N/8N极，其中N＝1，2，....。本发明实施例附图之N＝1，且令定子3极弧是定子3极距的π/12机械角，保证定、转子重叠角之和恒等于转子2极弧，而与转子2位置无关。因此，没有定位力矩。

为了车辆在高速行驶时稳定安全，故电机设计时需要考虑足够机械强度和自重，提高抓地能力。

本电机可在基速以下，采用电流斩波控制(CCC) 实现恒转矩运行，基速以上采用多角度位置控制(APC)实现恒功率运行。

通过改变控制电流波形，得到灵活的控制策略。

低速时，因反电势和电抗很小，电流上升很快，常对电流进行斩波限幅，以实现恒转矩运行，此时，可以固定控制角，通过改变电流限值来控制转矩，高速时，由于绕组电抗和永磁感应电势均较大，可将电流参数值设定在一个恒定值，而通过改变导通角来控制转矩。

当给电机通以电流，随着转子位置的不同，定子绕组电感发生变化而产生磁阻转矩分量，电感上升区产生的磁阻转矩为正，下降区为负，所以各项磁阻转矩在一个电感周期的平均值为零；由于本电机的磁阻转矩在一个通电周期的平均值为零，因此电机的输出转矩主要由永磁转矩提供，转矩的大小可以通过控制相电流的大小或导通区间宽度来实现。

本发明具有结构简单，免维护，高效率，功率密度高，控制灵活、错容性好，调速性能好，转矩/电流比大的优点。可实现各种特殊要求的转矩/转速特性。因它既有普通双凸极磁阻电机的特征如定子、转子均为凸极式结构，又有普通轮毂电机的特征如定子和转子为外转子结构即中间为定子外圈为转子，所以它不但具有普通磁阻电机的所有优点，而且还具有以下特有优点：

1、力矩/电流比小：启动时，只需要额定电流的15-30％即可获得100-150％的额定力矩；

2、效率高：在很宽的速度范围，其效率≥85％，最高效率高于90％；

3、无启动死角：定子和转子为12/8极，即定子12极、转子8极，且转子极弧等于定极弧，任意位置均可启动；

4、噪声低，力矩波纹小；

5、定子极弧是定子极距的II/12机械角，保证了定转子重叠角之和恒等于转子极弧，与转子位置无关，使得气隙合成磁导为常数，故尔无定位力矩；

6、电流很方便地实现快速换向，由于引入了稀土永磁磁钢(称第二气隙)，使得绕组电感减小，电流快速换向变得很容易；

7、而外转子结构：没有减速机构直接驱动，轿车轮毂固定在电机外壳上，可以很方便地拆卸轮毂；

8、易于控制：电机内的位置传感器使得电机的控制更加灵活；

9、结构简单，坚固：外转子无绕组，只是矽钢片或硅钢片冲制叠压而成，内定子上集中绕组和稀土磁钢。

Claims

1、一种双凸极磁阻轮毂电动机，包括相互固连的机壳和端盖构成的壳体，壳体内部有定子和转子，电动机的中心轴孔内设有两端以轴承支撑的主轴，其特征是：所述的定子和转子均为凸极式结构，其中转子为外转子结构。

2、根据权利要求1所述的一种双凸极磁阻轮毂电动机，其特征是：所述的定子有集中绕组并镶嵌4块永磁材料。

3、根据权利要求1所述的一种双凸极磁阻轮毂电动机，其特征是：所述的转子用矽钢片或硅钢片叠压而成。

4、根据权利要求1所述的一种双凸极磁阻轮毂电动机，其特征是：所述定子设12N极、转子设8N极，其中N＝1，2，......，且转子极弧等于定子极弧，定子极弧是定子极距的∏/12机械角。

5、根据权利要求1所述的一种双凸极磁阻轮毂电动机，其特征是：所述的壳体内嵌有位置传感器。

6、根据权利要求2所述的一种双凸极磁阻轮毂电动机，其特征是：所述的永磁材料为稀土磁钢。

7、根据权利要求5所述的一种双凸极磁阻轮毂电动机，其特征是：所述的位置传感器为霍尔传感器或光电传感器。