一種具有聚磁效應的電動汽車用五相永磁容錯電機的製作方法

2023-06-03 11:04:06 1

專利名稱：一種具有聚磁效應的電動汽車用五相永磁容錯電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及電工、電機、電動汽車技術領域，特指一種用於電動汽車的五相永磁容 錯電機。
背景技術：
近年來，使用電動汽車成為解決能源危機和環境汙染的途徑之一，驅動電機是電 動汽車的核心部件，驅動電機的性能是決定電動汽車效率和性能的關鍵因數。隨著高磁能積的永磁材料的出現，永磁電機在軍事、工農業生產和日常生活中得 到廣泛應用。與傳統的電勵磁電機相比，永磁電機具有結構簡單、運行可靠、體積小、質量 輕、損耗小、效率高、電機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優點，因而，永磁電機是電動汽 車驅動電機的理想選擇。同時，隨著具有外轉子結構的輪轂電機的出現，電機與車輪之間的 機械連接被成功取消，這大大提高了整車效率和可靠性。外轉子結構輪轂永磁電機如附圖 1所示，該電機外部是外轉子3，中間是定子1，在外轉子3和定子鐵芯1之間是電樞齒4，該 電機機構具有大的轉矩質量比，能夠在提供較大的轉矩同時降低整車質量，但該電機具有 以下弊端首先，由於該電機的永磁體3採用表貼式，永磁體3是貼於外轉子2的內表面上， 使得該電機的等效氣隙較大，很難實現弱磁調速；其次，該電機採用雙層分布繞組6，在合 理安排繞組跨度的情況下，雖然能實現電機磁路的隔離，但不同相繞組分布在同一個槽中， 使得該電機結構不可避免地會出現相間短路現象，從而大大降低了電機的容錯性能。

發明內容
本發明的目的是為克服上述現有技術中外轉子結構輪轂電機的不足，提出一種能 產生聚磁效應的電動汽車用五相永磁容錯電機，進一步提高其容錯性能，提高其可靠性和 帶故障運行能力。本發明採用的技術方案是包括定子、外轉子、永磁體、電樞齒和容錯齒，外轉子設 於定子外圈，電樞齒和容錯齒沿定子外圈周向間隔均勻分布，外轉子內的圓周方向上徑向 且均勻地嵌入永磁體，電樞齒上繞有單層集中繞組，徑向相對的兩極單層集中繞組串聯成 一相；電樞齒和容錯齒的總齒數是10的倍數，電樞齒和容錯齒的總齒數與永磁體的數量不 相等，且電樞齒和容錯齒的總齒量與永磁體數量之差不超過士4。進一步地，外轉子上設有與永磁體數量相同的轉子槽，轉子槽位於永磁體和定子 之間。進一步地，電樞齒的寬度是容錯齒寬度的兩倍。本發明具有以下技術效果
1、本發明具有高可靠性和高功率密度，有效地結合了外轉子電機和永磁體內嵌式電機 的優點，轉矩質量比高、效率高。定子上的電樞繞組為集中式繞組，端部短，安裝方便。車輪 可以和外轉子很好的集合在一起，省去了傳統的機械聯接。2、每個定子槽中只有一套繞組，沒有繞組的容錯齒作為磁通迴路同時也起著隔離的作用，相與相之間實現了電路、磁路、溫度的隔離；當電機的某一相由於發生開路或短路 故障時，由於容錯齒為電樞繞組提供了磁迴路使得電機的互感很小，近似為零，當某相繞組 發生故障時對其他相繞組影響甚小，因此實現了每相之間磁路的相互獨立，提高了電機的 可靠性和帶故障運行能力。3、永磁體在外轉子上徑向嵌入，同時在永磁體臨近氣隙的一面開槽，使得產生聚 磁效應的同時永磁體的漏磁降低，有助於減少永磁體的用量，節省電機成本和降低電機重量。


圖1是背景技術中外轉子結構輪轂永磁電機的結構簡圖； 圖2是本發明結構簡圖3是本發明氣隙磁密與定子磁密圖； 圖4是本發明空載反電勢圖； 圖5是本發明不同轉子結構下的氣隙磁密圖1-2中1.定子；2.外轉子；3.永磁體；4.電樞齒；5.容錯齒；6.雙層分布繞組； 7.單層集中繞組；8.轉子槽。
具體實施例方式如圖2所示，本發明為一種五相、外轉子、永磁體內嵌式的電機結構，由定子1、外 轉子2、永磁體3、電樞齒4、容錯齒5和單層集中繞組7組成。定子1和外轉子2的鐵芯均 採用國內常用的D23材料衝片疊壓而成。外轉子2設置於定子1的外圈，在外轉子2和定子1之間設置電樞齒4和容錯齒 5，電樞齒4和容錯齒5沿定子1外圈周向間隔均勻分布，電樞齒4和容錯齒5之間彼此一一 間隔布置，並且電樞齒4的寬度是容錯齒5寬度的兩倍。將永磁體3沿外轉子2的圓周方 向徑向嵌入在外轉子2內，嵌入時，將永磁體3沿外轉子2的圓周方向徑向均勻分布。本發 明電樞齒4和容錯齒5總齒數為10的倍數，並且電樞齒4和容錯齒5的總齒數與永磁體3 的數量不相等，電樞齒4和容錯齒5的總齒量與永磁體3的數量之差不超過士4個，這樣使 得電機齒部磁密是氣隙磁密的兩倍，如果想要獲得相同磁密，所用的永磁體3的數量將減 少近一倍，大大降低電機的製造成本，尤其適用於大轉矩、低成本、高可靠性的電動汽車的 驅動電機。在外轉子2上設有與永磁體3數量相同的轉子槽8，轉子槽8位於永磁體3和定子 1之間，即在外轉子2上、並且在靠近氣隙的永磁體3處開有轉子槽8，可降低永磁體3的漏 磁。單層集中繞組7放置於相應的定子槽內並且繞在電樞齒4上，容錯齒5上不繞單層集 中繞組7，這樣，兩相鄰單層集中繞組7之間由容錯齒5隔離，在提供磁通迴路的同時起到相 間物理隔離、增強磁路獨立性的作用，具有較高的可靠性和帶故障運行能力，降低了轉矩脈 動。單層集中繞組7採用集中繞組，將徑向相對的單層集中繞組7串聯構成一相，使得本發 明從根本上避免了相間短路。永磁體3按切向方向勵磁，這樣的結構保證電機輸出大轉矩 的情況下減小整車的重量。附圖3為電機的氣隙磁密和齒部磁密的圖，本發明由於將永磁體3徑向嵌入外轉子2中，並且永磁體3、電樞齒4和容錯齒5採用合理的數量，使得每個電樞齒4和容錯齒5 中的磁通由分布在它兩旁的永磁體3產生。從圖3中可看出，氣隙磁密僅為0. 74時，齒部 的磁密即為1. 5以上，電機齒部的磁密被加強，電機具有聚磁效應，降低了永磁體3的用量， 有利於節省了電機的重量和成本。附圖4為電機空載時的反電勢，由於電樞齒4寬度設計成容錯齒5寬度的兩倍，使 得電機的反電勢平頂寬度與電樞齒4和容錯齒5寬度相等的情況有所增加。從圖4中可以 得到本發明電機的反電勢的平頂寬度處達到了 144°，使得該電機具有高可靠性和控制方 便的特性，有利於採用簡單的控制策略。附圖5為本發明電機在外轉子2處是否開有轉子槽8情況下的氣隙磁密圖，由於 本發明在外轉子2上開槽，使得外轉子2形成了其特殊結構，有利於降低永磁體的漏磁，提 高電機的氣隙磁密。
權利要求
1.一種具有聚磁效應的電動汽車用五相永磁容錯電機，包括定子(1)、外轉子(2)、永 磁體(3)、電樞齒(4)和容錯齒(5)，外轉子(2)設於定子(1)外圈，電樞齒(4)和容錯齒(5) 沿定子(1)外圈周向間隔均勻分布，其特徵是外轉子(2)內的圓周方向上徑向且均勻地嵌 有永磁體(3)，電樞齒(4)上繞有單層集中繞組(7)，徑向相對的兩極單層集中繞組(7)串聯 成一相；電樞齒(4)和容錯齒(5)的總齒數是10的倍數，電樞齒(4)和容錯齒(5)的總齒數 與永磁體(3)的數量不相等，且電樞齒(4)和容錯齒(5)的總齒量與永磁體(3)的數量之差 不超過士4。
2.根據權利要求1所述的一種具有聚磁效應的電動汽車用五相永磁容錯電機，其特徵 是外轉子(2)上設有與永磁體(3)數量相同的轉子槽(8)，轉子槽(8)位於永磁體(3)和定 子(1)之間。
3.根據權利要求1所述的一種具有聚磁效應的電動汽車用五相永磁容錯電機，其特徵 是電樞齒(4)的寬度是容錯齒(5)寬度的兩倍。
全文摘要
本發明公開一種具有聚磁效應的電動汽車用五相永磁容錯電機，外轉子設於定子外圈，電樞齒和容錯齒沿定子外圈周向間隔均勻分布，外轉子內的圓周方向上徑向且均勻地嵌入永磁體，電樞齒上繞有單層集中繞組，徑向相對的兩極單層集中繞組串聯成一相；電樞齒和容錯齒的總齒數是10的倍數，電樞齒和容錯齒的總齒數與永磁體的數量不相等，且電樞齒和容錯齒的總齒量與永磁體數量之差不超過±4；外轉子上設有與永磁體數量相同的轉子槽，轉子槽位於永磁體和定子之間；電樞齒的寬度是容錯齒寬度的兩倍。本發明在產生聚磁效應的同時降低永磁體的漏磁，有助於減少永磁體的用量，節省電機成本和降低電機重量；提高電機的可靠性和帶故障運行能力。
文檔編號H02K1/14GK102130559SQ20111006639
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月18日 優先權日2011年3月18日
發明者劉國海, 張多, 蔣彥, 趙文祥, 陳前, 龔文勝 申請人:江蘇大學