一種適用于增程式電動(dòng)汽車的磁通切換永磁電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種適用于增程式電動(dòng)汽車的磁通切換永磁電機(jī)，由定子、復(fù)合轉(zhuǎn)子、電樞繞組和非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸組成，復(fù)合轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子外鐵芯、同軸空套在轉(zhuǎn)子外鐵芯內(nèi)的轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯以及固定連接于轉(zhuǎn)子外鐵芯和轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯的軸向端面處的環(huán)形圓盤組成；定子同軸套在轉(zhuǎn)子外鐵芯和轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯之間，定子由交替排列的 N s個(gè)H形鐵芯模塊和 N s個(gè)永磁磁鋼按同一個(gè)圓周方向布置而成，每相鄰兩個(gè)H型定子鐵芯之間固定嵌入一個(gè)永磁磁鋼，相鄰的兩個(gè)永磁磁鋼切向充磁且方向相反；每個(gè)H形鐵芯模塊形成內(nèi)外兩個(gè)凹槽，兩個(gè)凹槽之間是定子軛部，在內(nèi)外兩個(gè)凹槽中放置三相環(huán)形電樞繞組；有效地提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力和功率密度。
【專利說明】一種適用于増程式電動(dòng)汽車的磁通切換永磁電機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電機(jī)制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種適合于電動(dòng)汽車等需要高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度和高效率等特點(diǎn)的永磁電機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)汽車(Electric Vehicles，簡(jiǎn)稱EVs)具有高效、清潔和安全等顯著優(yōu)點(diǎn)，但是，當(dāng)前電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池存在價(jià)格高昂、能量密度較低以及充電時(shí)間較長等問題，限制了電動(dòng)汽車的大規(guī)模推廣應(yīng)用。在動(dòng)力電池短期內(nèi)不能獲得較大性能提升的背景下，各種形式的混合動(dòng)力汽車應(yīng)運(yùn)而生。其中，增程式電動(dòng)汽車(Extended range electricvehicles,簡(jiǎn)稱EREVs)是最具影響的新型車型；所謂增程式電動(dòng)汽車，是指通過改變電動(dòng)汽車動(dòng)力結(jié)構(gòu)，增加小型燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)作為輔助動(dòng)力能量源，在實(shí)現(xiàn)車輛正常運(yùn)行的同時(shí)，有效提高續(xù)航里程的一類新型電動(dòng)汽車。該類車型與純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)行駛的插電式串聯(lián)混合動(dòng)力汽車極為類似，其動(dòng)力系統(tǒng)由電池供能系統(tǒng)、電力推進(jìn)系統(tǒng)以及增程器和整車控制系統(tǒng)組成。由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能直接影響整個(gè)電力推進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)力性能，所以為電力推進(jìn)系統(tǒng)匹配高性能驅(qū)動(dòng)電機(jī)是提升增程式電動(dòng)汽車運(yùn)行效率、續(xù)航里程和降低燃油消耗的有效途徑之一。電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般需要滿足以下基本特性:1)高功率、轉(zhuǎn)矩密度；
2)寬調(diào)速范圍，涵蓋高速巡航能力和低速爬坡能力；3)寬轉(zhuǎn)矩和速度范圍內(nèi)的高效率運(yùn)行；4)寬范圍恒功率運(yùn)行能力和高轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)和爬坡能力；5)車輛運(yùn)行環(huán)境中的高可靠性和魯棒性。隨著高性能永磁材料的問世，永磁無刷電機(jī)被視為最有可能滿足上述基本特性而被應(yīng)用于新型電動(dòng)汽車的電機(jī)。
[0003]目前的永磁無刷電機(jī)，依據(jù)永磁勵(lì)磁源的擺放位置可以分為定子永磁型無刷電機(jī)和轉(zhuǎn)子永磁型無刷電機(jī)兩大類。中國專利號(hào)為201410053207.5提出了一種電動(dòng)汽車內(nèi)嵌永磁轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子上的永磁磁鋼米用直插式交替切向充磁的圓周排列方式，相鄰磁鋼之間設(shè)有切向矩形槽隔磁氣隙，通過該特殊設(shè)計(jì)使得電機(jī)具有顯著的聚磁特性和降低了永磁磁鋼產(chǎn)生不可逆的退磁風(fēng)險(xiǎn)；但是該電機(jī)結(jié)構(gòu)具有較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和轉(zhuǎn)子散熱的問題，并且由于該種永磁磁鋼內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子的特殊設(shè)計(jì)使得該轉(zhuǎn)子的機(jī)械魯棒性大大降低，因此，其應(yīng)用場(chǎng)合會(huì)受到嚴(yán)重的限制。中國專利號(hào)為201310173635.7提出了一種六相磁通切換型永磁電機(jī)，其定子鐵芯是由“U”形導(dǎo)磁鐵芯及嵌在導(dǎo)磁鐵芯間的各切向交替充磁的永磁磁鋼拼裝而成，轉(zhuǎn)子無繞組無永磁磁鋼，僅由娃鋼片疊壓形成凸極結(jié)構(gòu)；該電機(jī)屬于定子永磁型無刷電機(jī)范疇，具有高功率密度和高效率的固有特點(diǎn)；由于采用六相繞組的特殊設(shè)計(jì)，使得該電機(jī)相比三相電機(jī)在同等功率等級(jí)要求下對(duì)功率變換器的要求獲得降低，隨著相數(shù)的增加，使得影響較大的空間諧波次數(shù)增大，且幅值下降，進(jìn)而降低了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的幅值；但是隨著相數(shù)的增加，該電機(jī)的“U”形導(dǎo)磁鐵芯的拼裝個(gè)數(shù)增加，永磁磁鋼的用量也隨之增加。鑒于該電機(jī)模塊化定子鐵心的特殊設(shè)計(jì)，其“U”形導(dǎo)磁鐵芯和永磁磁鋼的個(gè)數(shù)越多，加工工藝的難度就越大。此外，該電機(jī)定子外圓還存在不可避免的漏磁問題，由此加大了電機(jī)的渦流損耗，降低了永磁磁鋼的利用率。中國專利號(hào)為201310069627.8提出了一種徑向磁場(chǎng)雙定子游標(biāo)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子呈圓環(huán)形，環(huán)體圓周上均勻間隔布置多個(gè)永磁磁鋼，且內(nèi)外定子均為凸極結(jié)構(gòu)，電樞繞組置于定子凹槽當(dāng)中；該電機(jī)屬于定子永磁型無刷電機(jī)范疇，比傳統(tǒng)的單層氣隙永磁電機(jī)具有更高的轉(zhuǎn)矩、功率密度，該電機(jī)通過設(shè)置定子齒與轉(zhuǎn)子極的相對(duì)位置關(guān)系，獲得較高的功率因數(shù)；但是該電機(jī)整體存在兩套繞組以及兩層氣隙，因而電機(jī)的尺寸設(shè)計(jì)幾乎為普通單層氣隙電機(jī)的兩倍，功率密度會(huì)有所降低，此外，該電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由多個(gè)均勻間隔布置的永磁磁鋼組成，其機(jī)械魯棒性受到嚴(yán)重的影響。因此，該電機(jī)適用的場(chǎng)合也會(huì)受到一定的限制。
[0004]因此，如何獲得小體積、高功率密度、高效率和機(jī)械魯棒性強(qiáng)的永磁無刷電機(jī)成為增程式電動(dòng)汽車亟需解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、具有高效率、高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小和機(jī)械魯棒性強(qiáng)的增程式電動(dòng)汽車用永磁無刷驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以滿足增程式電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)性能需求。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:由定子、復(fù)合轉(zhuǎn)子、電樞繞組和非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸組成，復(fù)合轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子外鐵芯、同軸空套在轉(zhuǎn)子外鐵芯內(nèi)的轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯以及固定連接于轉(zhuǎn)子外鐵芯和轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯的軸向端面處的環(huán)形圓盤組成；定子同軸套在轉(zhuǎn)子外鐵芯和轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯之間且與轉(zhuǎn)子外鐵芯之間存有外氣隙、與轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯之間存有內(nèi)氣隙，轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯同軸緊密固定套在非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸外；轉(zhuǎn)子外鐵芯內(nèi)圈上有外鐵芯凸極，轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯外圈上有內(nèi)鐵芯凸極，外鐵芯凸極和內(nèi)鐵芯凸極的軸向長度相等、徑向上的相對(duì)位置一致且具有相同的凸極數(shù)％，A=戊±2 ;所述定子由交替排列的戊個(gè)H形鐵芯模塊和戊個(gè)永磁磁鋼按同一個(gè)圓周方向布置而成，N=Mc, 為單相繞組所含有的線圈個(gè)數(shù)；每相鄰兩個(gè)H型定子鐵芯之間固定嵌入一個(gè)永磁磁鋼，相鄰的兩個(gè)永磁磁鋼切向充磁且方向相反；每個(gè)H形鐵芯模塊形成內(nèi)外兩個(gè)凹槽，兩個(gè)凹槽之間是定子軛部，在定子軛部的徑向外側(cè)形成左右2個(gè)定子外齒、徑向內(nèi)側(cè)形成左右2個(gè)定子內(nèi)齒、中間是I個(gè)定子軛部，在內(nèi)外兩個(gè)凹槽中放置三相環(huán)形電樞繞組。
[0007]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后具有的有益效果是:
1、本發(fā)明采用一種復(fù)合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和H形模塊化定子鐵芯設(shè)計(jì)，使得電機(jī)在滿足單定子固定部件和單轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)部件特性的同時(shí)，形成內(nèi)外兩層氣隙結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。此外，由定子圓周上交替切向充磁的永磁磁鋼產(chǎn)生的永磁磁能，通過兩層氣隙分別形成內(nèi)外兩個(gè)相互獨(dú)立的永磁磁場(chǎng)。這樣的特殊設(shè)計(jì)，不僅使得該電機(jī)避免了傳統(tǒng)聚磁式定子永磁型無刷電機(jī)中定子外圓嚴(yán)重漏磁的問題，而且提高了永磁磁鋼材料的利用率。
[0008]2、本發(fā)明采用圓周上交替切向充磁的永磁磁鋼，使得電機(jī)的磁場(chǎng)具有聚磁特性，進(jìn)而提高了氣隙的磁通密度。
[0009]3、本發(fā)明由于存在內(nèi)外兩層氣隙，使得該電機(jī)可以有效地將傳統(tǒng)磁通切換永磁電機(jī)定子齒的過飽和部分的永磁磁能，轉(zhuǎn)化為建立電機(jī)的外磁場(chǎng)。因此，該電機(jī)不僅可以降低傳統(tǒng)磁通切換永磁電機(jī)定子齒的飽和程度，還可以使分別作用在復(fù)合轉(zhuǎn)子內(nèi)外轉(zhuǎn)子鐵芯上的電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行疊加，有效地提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力和提高電機(jī)的功率密度。
[0010]4、本發(fā)明對(duì)“H”形模塊化定子鐵芯的內(nèi)外定子齒采取非等弧度設(shè)計(jì)，改變了蘊(yùn)含在氣隙中的磁共能對(duì)定轉(zhuǎn)子相對(duì)位置角變化率的方向，使得該電機(jī)由內(nèi)外層氣隙產(chǎn)生的定位力矩經(jīng)過疊加后相互抵消，以達(dá)到減小作用在復(fù)合轉(zhuǎn)子上總定位力矩的目的，進(jìn)而獲得減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的效果。
[0011]5、本發(fā)明采用三相環(huán)形繞組作為電樞繞組，且繞組匝繞于“H”形模塊化定子鐵芯的中間軛部。這樣的繞組設(shè)計(jì)，使得不同于傳統(tǒng)繞組匝繞于定子齒和永磁磁鋼周圍的排列方式，使得該電機(jī)避免了定子齒和永磁磁鋼部分過熱的現(xiàn)象，有效提高了電機(jī)的整體散熱性能。
[0012]6、本發(fā)明采用三相環(huán)形繞組作為電樞繞組，具有繞組互補(bǔ)性，使得電機(jī)的空載反電勢(shì)具有較高的正弦度。
[0013]7、本發(fā)明由于僅采用一套電樞繞組，則設(shè)計(jì)過程中可以有效減小電機(jī)中間定子軛部的設(shè)計(jì)尺寸，使得電機(jī)的整體設(shè)計(jì)尺寸得以降低，進(jìn)而減小了鐵芯損耗，提高了運(yùn)行效率。
[0014]8、本發(fā)明僅采用一套電樞繞組，巧妙地避免了傳統(tǒng)雙層氣隙永磁電機(jī)采用兩套電樞繞組所帶來的電磁耦合問題，提高了電機(jī)正常運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)拆分示意圖；
圖2是本發(fā)明的軸向視圖；
圖3是本發(fā)明在去掉環(huán)形圓盤后的徑向截面放大示意圖；
圖4是圖3中相鄰兩個(gè)H形定子鐵芯模塊和永磁磁鋼的結(jié)構(gòu)及幾何尺寸標(biāo)注放大示意圖；
圖5是圖3中電樞繞組的安裝與連接方式示意圖；
圖6是本發(fā)明運(yùn)行在第一位置時(shí)沿圓周方向展開的局部視圖以及磁通示意圖；
圖7是本發(fā)明從圖7的第一位置運(yùn)行到第二位置的磁通示意圖；
圖8是本發(fā)明空載磁場(chǎng)分布圖；
圖9是傳統(tǒng)磁通切換電機(jī)磁場(chǎng)分布圖；
圖10是本發(fā)明空載反電動(dòng)勢(shì)波形圖；
圖11是傳統(tǒng)模塊化定子設(shè)計(jì)下的定位力矩；
圖12是傳統(tǒng)模塊化定子設(shè)計(jì)下的輸出轉(zhuǎn)矩波形圖；
圖13是本發(fā)明的定位力矩波形圖；
圖14是本發(fā)明的輸出轉(zhuǎn)矩波形圖。
[0016]圖中:1.定子；2.復(fù)合轉(zhuǎn)子；3.轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯；4.轉(zhuǎn)子外鐵芯；5.永磁磁鋼；6.環(huán)形電樞繞組；7.環(huán)形圓盤；8.外鐵芯凸極；9.內(nèi)鐵芯凸極；10.H形定子鐵芯模塊；11.非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸；12.定子內(nèi)齒；13.定子外齒；14.定子軛部。

【具體實(shí)施方式】
[0017]參見圖1、圖2和圖3，本發(fā)明由定子1、復(fù)合轉(zhuǎn)子2、電樞繞組6和非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸11組成，定子1、復(fù)合轉(zhuǎn)子2和非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸11在整體上屬于同心同軸套環(huán)式結(jié)構(gòu)。其中，復(fù)合轉(zhuǎn)子2由轉(zhuǎn)子外鐵芯4、轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯3和環(huán)形圓盤7組成，轉(zhuǎn)子外鐵芯4內(nèi)同軸空套轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯3，在轉(zhuǎn)子外鐵芯4和轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯3的軸向同一端面上固定安裝一個(gè)環(huán)形圓盤7，或軸向兩端面上均固定安裝一個(gè)環(huán)形圓盤7，通過通過環(huán)形圓盤7將轉(zhuǎn)子外鐵芯4和轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯3固定連接在一起，其連接方式為鉚接或者焊接，使復(fù)合轉(zhuǎn)子2成為一個(gè)整體。定子I同軸心地套在轉(zhuǎn)子外鐵芯4和轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯3之間，轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯3同軸心地固定套在非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸11夕卜。這樣，本發(fā)明在徑向上由內(nèi)而外依次是由非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸11、轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯3、定子I和轉(zhuǎn)子外鐵芯4同軸心套裝。非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸11在軸向上穿過復(fù)合轉(zhuǎn)子2以及環(huán)形圓盤7，非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸11外緊密固定套著轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯3，非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸11通過轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯3帶動(dòng)整個(gè)復(fù)合轉(zhuǎn)子2同軸旋轉(zhuǎn)。由于復(fù)合轉(zhuǎn)子2的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其在空間上形成了一個(gè)空心杯狀的旋轉(zhuǎn)部件。
[0018]在徑向上，轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵心3的外圈表面與定子I的內(nèi)圈表面之間存有的內(nèi)氣隙，而定子I的外圈表面與轉(zhuǎn)子外鐵心4的內(nèi)圈表面之間也存有4mm-6_的外氣隙。在軸向上，環(huán)形圓盤7與定子I之間留有軸向間隙，且軸向間隙3mm-5mm。
[0019]轉(zhuǎn)子外鐵芯4、轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯3和定子I都是由0.35mm厚度的硅鋼片疊壓而成，疊壓系數(shù)為0.95 ;非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸11和環(huán)形圓盤7均由散熱系數(shù)較高的非導(dǎo)磁材料組成。
[0020]定子I是由交替排列的戊個(gè)H形鐵芯模塊10和戊個(gè)永磁磁鋼5按同一個(gè)圓周方向布置拼裝固定而成，其中，為單相繞組所含有的線圈個(gè)數(shù)；#s可以取6、12或18，每相鄰的兩個(gè)H型定子鐵芯10之間固定嵌入一個(gè)永磁磁鋼5，相鄰的兩個(gè)永磁磁鋼5切向充磁且方向相反，所有的永磁磁鋼5和H形鐵芯模塊10粘合為一個(gè)整體。在該H型定子鐵芯10的內(nèi)外兩個(gè)U型凹槽中放置三相環(huán)形電樞繞組6。
[0021 ] 參見圖3，轉(zhuǎn)子外鐵芯4內(nèi)圈上有外鐵芯凸極8，轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯3外圈上有內(nèi)鐵芯凸極9，外鐵芯凸極8和內(nèi)鐵芯凸極9的軸向長度相等，外鐵芯凸極8和內(nèi)鐵芯凸極9的凸極在徑向上的相對(duì)位置一致，即兩者的中心互相重合在同一直徑上。外鐵芯凸極8和內(nèi)鐵芯凸極9具有相同的凸極齒數(shù)％。H形鐵芯模塊10的數(shù)量％和凸極齒數(shù)％滿足關(guān)系式:戊=3%，A=#S±2，其中，為單相繞組所含有的線圈個(gè)數(shù)。因此，本發(fā)明可有多種極槽配合。
[0022]參見圖4，戊個(gè)H型鐵芯模塊10和永磁磁鋼5均采用扇形結(jié)構(gòu)按圓周方向布置，以達(dá)到擴(kuò)大該模塊內(nèi)外兩個(gè)U槽的有效繞線面積和提高電機(jī)帶載能力的效果。每個(gè)H形鐵芯模塊10徑向上形成內(nèi)外兩個(gè)凹槽，兩個(gè)凹槽之間是定子軛部14，并且在定子軛部14的徑向外側(cè)形成左右2個(gè)定子外齒13、定子軛部14的徑向內(nèi)側(cè)形成左右2個(gè)定子內(nèi)齒12，定子軛部14共同地?zé)o縫連接于左右2個(gè)定子外齒13以及左右2個(gè)定子內(nèi)齒12。每個(gè)H形鐵芯模塊10在同側(cè)的I個(gè)定子外齒13和定子內(nèi)齒12形成一個(gè)整體的扇形結(jié)構(gòu)。這樣，本發(fā)明戊個(gè)H鐵芯模塊10 —共具有2戊個(gè)定子內(nèi)齒12、2戊個(gè)定子外齒13和戊個(gè)定子軛部14。也就是，在定子外齒13和外鐵芯凸極8之間存有的外氣隙，在定子內(nèi)齒12和內(nèi)鐵芯凸極9之間存有的外氣隙。所有的H型模塊化定子鐵芯10和永磁磁鋼5均具有同一個(gè)圓心ft且圓心併卩非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸11、定子I等的軸心重合。所有的H型模塊化定子鐵芯10的定子外齒13外圈和永磁磁鋼5外圈均位于同一個(gè)圓上，所有的H型模塊化定子鐵芯10的定子內(nèi)齒12的內(nèi)圈和永磁磁鋼5內(nèi)圈也位于同一個(gè)圓上。所有的H型模塊化定子鐵芯10和永磁磁鋼5均具有同一個(gè)圓心ft圓心應(yīng)Ij定子內(nèi)齒12內(nèi)圈的距離為半徑Rs1、到定子外齒13外圈的距離為半徑疋。。在扇形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下，為了使得內(nèi)外定位力矩獲得較好的補(bǔ)償效果，H型定子鐵芯模塊10的定子外齒13外圈所在的弧度Ps。和永磁磁鋼5外圈面所在的弧度Ppm。需滿足約束關(guān)系:0.85 ( β J β mo< 1同理，定子內(nèi)齒12內(nèi)圈所在的弧度Ai和永磁磁鋼5的內(nèi)圈面所在的弧度/?pmi需滿足約束關(guān)系是:0.85 βSJ /?pmi< 1為了在避免定子軛部14出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象的基礎(chǔ)上擴(kuò)大定子凹槽的面積，減小鐵耗和提高效率，定子軛部14在徑向的軛高Asy需要滿足約束條件是:(l/?s。+H)/2彡么(H) /4。
[0023]參見圖5，圖5中“ + ”為電樞繞組6的進(jìn)線方向，為電樞繞組6的出線方向，A、B、C為電機(jī)三相繞組。其中，每相繞組一共分為％組線圈(對(duì)應(yīng)地，H形鐵芯模塊10的數(shù)量故取6、12、18時(shí)％取2、4、6)，且每組線圈均集中式匝繞于H型定子鐵芯模塊10的定子軛部14。該種繞組設(shè)置和繞線方式，繞線簡(jiǎn)單，端部占用空間小，并有效避免了傳統(tǒng)集中式繞線方式的散熱問題。
[0024]參見圖6和圖7，本發(fā)明工作時(shí)，在電機(jī)運(yùn)行過程中，電機(jī)的中間定子軛部14流過的磁通(磁鏈)會(huì)根據(jù)復(fù)合轉(zhuǎn)子2的不同位置切換方向。如圖6所示為電機(jī)運(yùn)行在第一個(gè)位置，電機(jī)的復(fù)合轉(zhuǎn)子2運(yùn)行到圖6所示的位置時(shí)，復(fù)合轉(zhuǎn)子2和定子I的相對(duì)位置為:由于復(fù)合轉(zhuǎn)子2的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針，因此按從左往右的順序是:復(fù)合轉(zhuǎn)子2的連續(xù)的第一個(gè)外鐵芯凸極8、第二個(gè)外鐵芯凸極8和第三個(gè)外鐵芯凸極8的位置分別與連續(xù)的第一個(gè)H定子鐵芯模塊10的右側(cè)定子外齒13、第二個(gè)H型定子鐵芯模塊10的右側(cè)定子外齒13和第三個(gè)H型定子鐵芯模塊10的右側(cè)定子外齒13相對(duì)，復(fù)合轉(zhuǎn)子2的連續(xù)的第一個(gè)內(nèi)鐵芯凸極9、第二個(gè)內(nèi)鐵芯凸極9和第三個(gè)內(nèi)鐵芯凸極9的位置分別與連續(xù)的第一個(gè)H型定子鐵芯模塊10的右側(cè)定子內(nèi)齒12、第二個(gè)H型定子鐵芯模塊10的右側(cè)定子內(nèi)齒12和第三個(gè)H型定子鐵芯模塊10的右側(cè)定子內(nèi)齒12相對(duì)。此時(shí)，圖6中從左至右方向上第一個(gè)永磁磁鋼5產(chǎn)生上半部分磁通al和下半部分磁通Cl，上半部分磁通al和下半部分磁通cl均以正方向(順時(shí)針方向)穿過電樞繞組6。上半部分磁通al路徑如下:依次經(jīng)第一永磁磁鋼5、第一個(gè)H型定子鐵芯模塊10的右側(cè)定子外齒13、外氣隙、第一個(gè)外鐵芯凸極8、第二個(gè)外鐵芯凸極8、外氣隙、第二個(gè)H型定子鐵芯模塊10的右側(cè)定子外齒13、電樞繞組6、第一個(gè)永磁磁鋼5 ;下半部分磁通Cl的路徑是依次經(jīng)第一個(gè)永磁磁鋼5、第一 H型定子鐵芯模塊10的右側(cè)定子內(nèi)齒12、內(nèi)氣隙、第一個(gè)內(nèi)鐵芯凸極9、第二個(gè)內(nèi)鐵芯凸極9、內(nèi)氣隙、第二個(gè)H型定子鐵芯模塊10的右側(cè)定子內(nèi)齒12、電樞繞組6、第個(gè)永磁磁鋼5。同時(shí)，第二永磁磁鋼5產(chǎn)生上半部分磁通bl和下半部分磁通dl，上半部分磁通bl經(jīng)過的路徑依次是第二個(gè)永磁磁鋼5、第三H型定子鐵芯模塊10的右側(cè)定子外齒13、外氣隙、第三個(gè)外鐵芯凸極8、第二個(gè)外鐵芯凸極8、外氣隙、第二個(gè)H型定子鐵芯模塊10的定子外齒13、第二永磁磁鋼5。下半部分磁通dl經(jīng)過的路徑依次是第二個(gè)永磁磁鋼5、第三個(gè)H型定子鐵芯模塊10的右側(cè)內(nèi)齒12、內(nèi)氣隙、第三個(gè)內(nèi)鐵芯凸極9、第二個(gè)內(nèi)鐵芯凸極9、內(nèi)氣隙、第二個(gè)H型定子鐵芯模塊10的右側(cè)定子內(nèi)齒12、第二永磁磁鋼(5)。由此可見，磁通al和磁通bl以同方向穿入第二個(gè)H型定子鐵芯模塊10的右側(cè)定子外齒13，而磁通Cl和磁通dl也以同方向穿入第二個(gè)H型定子鐵芯模塊10的右側(cè)定子內(nèi)齒12。因此，在圖6位置時(shí)，本發(fā)明具有較強(qiáng)的聚磁效應(yīng)，可提供較高的氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度。
[0025]當(dāng)電機(jī)的復(fù)合轉(zhuǎn)子2運(yùn)行到如圖7所示的第二個(gè)位置時(shí)，其復(fù)合轉(zhuǎn)子2和定子I的相對(duì)位置為:圖7中，從左往右的順序是:復(fù)合轉(zhuǎn)子2的連續(xù)的第一個(gè)外鐵芯凸極8、第二個(gè)外鐵芯凸極8和第三個(gè)外鐵芯凸極8的位置分別與連續(xù)的第一個(gè)H型定子鐵芯模塊10的左側(cè)定子外齒13、第二個(gè)H型定子鐵芯模塊10的左側(cè)定子外齒13和第三個(gè)H型定子鐵芯模塊10的左側(cè)定子外齒13相對(duì)，復(fù)合轉(zhuǎn)子2的連續(xù)的第一個(gè)內(nèi)鐵芯凸極9、第二個(gè)內(nèi)鐵芯凸極9和第三個(gè)內(nèi)鐵芯凸極9的位置分別與連續(xù)的第一個(gè)H型定子鐵芯模塊(10)的左側(cè)定子內(nèi)齒12、第二個(gè)H型定子鐵芯模塊10的左側(cè)定子內(nèi)齒12和第三H型定子鐵芯模塊10的左側(cè)定子內(nèi)齒12相對(duì)。此時(shí)，圖7中從左至右方向上的第一個(gè)永磁磁鋼5產(chǎn)生的上半部分磁通a2和下半部分磁通c2，上半部分磁通a2所經(jīng)過的路徑依次是:第一個(gè)永磁磁鋼5、第一個(gè)H型定子鐵芯模塊10的左側(cè)定子外齒13、外氣隙、第一個(gè)外鐵芯凸極8、第二個(gè)外鐵芯凸極8、外氣隙第二個(gè)H型定子鐵芯模塊10的左側(cè)定子外齒13、第一個(gè)永磁磁鋼5。下半部分磁通c2所經(jīng)過的路徑依次是:第一個(gè)永磁磁鋼5、第一個(gè)H型定子鐵芯模塊10的左側(cè)定子內(nèi)齒12、內(nèi)氣隙、第一個(gè)內(nèi)鐵芯凸極9、第二個(gè)內(nèi)鐵芯凸極9、內(nèi)氣隙、第二個(gè)H型定子鐵芯模塊10的左側(cè)定子內(nèi)齒12、第一個(gè)永磁磁鋼5。同時(shí)，第二個(gè)永磁磁鋼5產(chǎn)生上半部分磁通b2和下半部分磁通d2，均以負(fù)方向(逆時(shí)針方向)穿過電樞繞組6。上半部分磁通b2所經(jīng)過的路徑依次是:第二個(gè)永磁磁鋼5、第三個(gè)H型定子鐵芯模塊10的左側(cè)定子外齒13、外氣隙、第三個(gè)外鐵芯凸極8、第二個(gè)外鐵芯凸極8、外氣隙、第二個(gè)H型定子鐵芯模塊10的左側(cè)定子外齒13、電樞繞組6、第二個(gè)永磁磁鋼5。下半部分磁通d2所經(jīng)過的路徑依次是:第二個(gè)永磁磁鋼5、第三個(gè)H型定子鐵芯模塊10的左側(cè)定子內(nèi)齒12、內(nèi)氣隙、第三個(gè)內(nèi)鐵芯凸極9、第二個(gè)內(nèi)鐵芯凸極9、內(nèi)氣隙、第二個(gè)H型定子鐵芯模塊10的左側(cè)定子內(nèi)齒12、電樞繞組6、第二個(gè)永磁磁鋼5。由此可見，上半部分磁通a2和磁通b2以同方向穿入第二個(gè)H型定子鐵芯模塊10的左側(cè)定子外齒13，而下半部分磁通c2和磁通d2也以同方向穿入第二個(gè)H型定子鐵芯模塊10的左側(cè)定子內(nèi)齒12。因此，在圖7所示位置時(shí)，本發(fā)明依然具有較強(qiáng)的聚磁效應(yīng)。此外，由于在圖6所示的第一位置時(shí)，磁通al和Cl以正方向(順時(shí)針方向)穿過電樞繞組6，而切換到圖7所示第二位置時(shí)，磁通b2和磁通d2以負(fù)方向(逆時(shí)針方向)穿過電樞繞組6，因而當(dāng)連續(xù)切換定子I和復(fù)合轉(zhuǎn)子2的相對(duì)位置時(shí)，電樞繞組6內(nèi)會(huì)感應(yīng)出具有雙極性的交變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
[0026]參見圖8和圖9，采用本發(fā)明實(shí)施例的特殊設(shè)計(jì)，相比圖9中傳統(tǒng)磁通切換電機(jī)的磁場(chǎng)分布，本發(fā)明磁場(chǎng)分布巧妙而有效地避免了定子I外圈嚴(yán)重漏磁的問題。此外，圖8中的磁場(chǎng)分布也表明了在該特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下，永磁磁鋼5產(chǎn)生的磁通通過復(fù)合轉(zhuǎn)子2和定子I形成了兩個(gè)相互獨(dú)立的磁場(chǎng)，即在傳統(tǒng)磁通切換電機(jī)的基礎(chǔ)上將定子I外圈的漏磁場(chǎng)用于建立本發(fā)明實(shí)施例的外磁場(chǎng)，與內(nèi)磁場(chǎng)共同作用于復(fù)合轉(zhuǎn)子2上，提高了電機(jī)的整體轉(zhuǎn)矩輸出能力。
[0027]參見圖10，為本發(fā)明的空載反電動(dòng)勢(shì)波形圖。當(dāng)只有A相線圈Al和A3共同作用時(shí)，空載反電動(dòng)勢(shì)波形含有較大的諧波分量。同理，當(dāng)只有A相線圈A2和A4共同作用時(shí)，其繞組感應(yīng)的空載反電動(dòng)勢(shì)同樣顯示出諧波含量較大的空載反電動(dòng)勢(shì)波形。當(dāng)A相4個(gè)線圈共同作用的時(shí)候，空載反電勢(shì)波形顯示出較高的正弦度，其大部分諧波含量獲得了抵消補(bǔ)償，且適合于無刷交流控制運(yùn)行。因此，本發(fā)明的特殊繞組設(shè)置，具備繞組的互補(bǔ)性特點(diǎn)。
[0028]參見圖11、圖12、圖13和圖14，分別為傳統(tǒng)模塊化定子設(shè)計(jì)下的定位力矩、輸出轉(zhuǎn)矩波形，以及本發(fā)明設(shè)計(jì)下的定位力矩、輸出轉(zhuǎn)矩波形。從圖11和圖12可以看出，在傳統(tǒng)模塊化定子設(shè)計(jì)下的外定位力矩Trag。和內(nèi)定位力矩7；。8」在復(fù)合轉(zhuǎn)子上的合成定位力矩Trag。+Trag i獲得了增大。同理，內(nèi)輸出轉(zhuǎn)矩7；n和外輸出轉(zhuǎn)矩:在復(fù)合轉(zhuǎn)子上的合成輸出轉(zhuǎn)矩Ttotal的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)也獲得了較大程度的增加。由此，該種設(shè)計(jì)對(duì)電機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性產(chǎn)生了較大的影響。從圖13和圖14可以看出，本發(fā)明設(shè)計(jì)下的外定位力矩Trag。和內(nèi)定位力矩Trag i在復(fù)合轉(zhuǎn)子2上的合成定位力矩Trag。+“」得到了明顯的補(bǔ)償?shù)窒?，達(dá)到降低定位力矩的目的。同理，內(nèi)輸出轉(zhuǎn)矩rin和外輸出轉(zhuǎn)矩7；ut在復(fù)合轉(zhuǎn)子2上的合成輸出轉(zhuǎn)矩Ttotal的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)也獲得了較大程度的補(bǔ)償?shù)窒?，達(dá)到減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的效果。因此，本發(fā)明的特殊設(shè)計(jì)對(duì)電機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性起了明顯的有益效果。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于增程式電動(dòng)汽車的磁通切換永磁電機(jī)，由定子(I)、復(fù)合轉(zhuǎn)子(2)、電樞繞組(6)和非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸(11)組成，其特征是:復(fù)合轉(zhuǎn)子(2)由轉(zhuǎn)子外鐵芯(4)、同軸空套在轉(zhuǎn)子外鐵芯(4)內(nèi)的轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯(3)以及固定連接于轉(zhuǎn)子外鐵芯(4)和轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯(3)的軸向端面處的環(huán)形圓盤(7)組成；定子(I)同軸套在轉(zhuǎn)子外鐵芯(4)和轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯(3)之間且與轉(zhuǎn)子外鐵芯(4)之間存有外氣隙、與轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯(3)之間存有內(nèi)氣隙，轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯(3)同軸緊密固定套在非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸(11)外；轉(zhuǎn)子外鐵芯(4)內(nèi)圈上有外鐵芯凸極(8)，轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯(3)外圈上有內(nèi)鐵芯凸極(9)，外鐵芯凸極(8)和內(nèi)鐵芯凸極(9)的軸向長度相等、徑向上的相對(duì)位置一致且具有相同的凸極數(shù)％，A=戊±2 ;所述定子(I)由交替排列的戊個(gè)H形鐵芯模塊(10)和戊個(gè)永磁磁鋼(5)按同一個(gè)圓周方向布置而成，Ns=Wc, Λ{為單相繞組所含有的線圈個(gè)數(shù)；每相鄰兩個(gè)H型定子鐵芯(10)之間固定嵌入一個(gè)永磁磁鋼(5)，相鄰的兩個(gè)永磁磁鋼(5)切向充磁且方向相反；每個(gè)H形鐵芯模塊(10)形成內(nèi)外兩個(gè)凹槽，兩個(gè)凹槽之間是定子軛部(14)，在定子軛部(14)的徑向外側(cè)形成左右2個(gè)定子外齒(13)、徑向內(nèi)側(cè)形成左右2個(gè)定子內(nèi)齒(12)，在內(nèi)外兩個(gè)凹槽中放置三相環(huán)形電樞繞組(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁通切換永磁電機(jī)，其特征是:所有的H型模塊化定子鐵芯(10)和永磁磁鋼(5)均具有同一個(gè)圓心ft定子外齒(13)外圈所在的弧度。和永磁磁鋼(5)外圈面所在的弧度Ppm。需滿足約束關(guān)系:0.85 ( β50/βνα0< I ;定子內(nèi)齒(12)內(nèi)圈所在的弧度Psi和永磁磁鋼(5)內(nèi)圈所在的弧度Ppmi需滿足約束關(guān)系:0.85彡定子軛部(14)在徑向的軛高Asy需要滿足約束條件:(疋。盧s。+H)/2 ( Asy彡(/4 ;7?si是定子內(nèi)齒(12)內(nèi)圈至圓心6的半徑，疋。是定子外齒(13)外圈至圓心6?勺半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁通切換永磁電機(jī)，其特征是:在電機(jī)運(yùn)行的第一個(gè)位置時(shí)，復(fù)合轉(zhuǎn)子(2)的連續(xù)的第一、第二、第三個(gè)外鐵芯凸極(8)的位置分別與連續(xù)的第一、第二、第三個(gè)H定子鐵芯模塊(10)的右側(cè)定子外齒(13)相對(duì)，第一個(gè)永磁磁鋼(5)產(chǎn)生的上半部分磁通(al)和相鄰的第二永磁磁鋼(5)產(chǎn)生的上半部分磁通(bl)以同方向穿入第二個(gè)H型定子鐵芯模塊(10 )的右側(cè)定子外齒(13 )，第一個(gè)永磁磁鋼(5 )產(chǎn)生的下半部分磁通(c I)和第二永磁磁鋼(5)產(chǎn)生的下半部分磁通(dl)以同方向穿入第二個(gè)H型定子鐵芯模塊(10)的右側(cè)定子內(nèi)齒(12)； 在第二個(gè)位置時(shí)，復(fù)合轉(zhuǎn)子(2)的連續(xù)的第一、第二、第三個(gè)外鐵芯凸極(8)的位置分別與連續(xù)的第一、第二、第三個(gè)H型定子鐵芯模塊(10)的左側(cè)定子外齒(13)相對(duì)；第一個(gè)永磁磁鋼(5)產(chǎn)生的上半部分磁通(a2)和第二永磁磁鋼(5)產(chǎn)生的上半部分磁通(b2)以同方向穿入第二個(gè)H型定子鐵芯模塊(10)的左側(cè)定子外齒(13)，第一個(gè)永磁磁鋼(5)產(chǎn)生的下半部分磁通(c2)和第二永磁磁鋼(5)產(chǎn)生的下半部分磁通(d2)以同方向穿入第二個(gè)H型定子鐵芯模塊(10)的左側(cè)定子內(nèi)齒(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述磁通切換永磁電機(jī)，其特征是:第一位置時(shí)，第一個(gè)永磁磁鋼(5)產(chǎn)生的上半部分磁通(al)和下半部分磁通(Cl)以正方向穿過電樞繞組(6);第二位置時(shí)，第二個(gè)永磁磁鋼(5)產(chǎn)生的上半部分磁通(b2)和下半部分磁通(d2)以負(fù)方向穿過電樞繞組(6 )，連續(xù)切換定子(I)和復(fù)合轉(zhuǎn)子(2 )的相對(duì)位置，電樞繞組(6 )內(nèi)感應(yīng)出具有雙極性的交變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁通切換永磁電機(jī)，其特征是:電樞繞組(6)的每組線圈均集中式匝繞于H型定子鐵芯模塊(10)的定子軛部(14)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁通切換永磁電機(jī)，其特征是:所述外氣隙和內(nèi)氣隙均為4mm-6mm0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁通切換永磁電機(jī)，其特征是:所述轉(zhuǎn)子外鐵芯(4)、轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵芯(3)和定子(I)均是由0.35mm厚度的娃鋼片疊壓而成，疊壓系數(shù)為0.95 ;非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸(11)和環(huán)形圓盤(7)均采用非導(dǎo)磁材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁通切換永磁電機(jī)，其特征是:所述環(huán)形圓盤(7)與定子(I)之間留有的軸向間隙。
【文檔編號(hào)】H02K29/03GK104506011SQ201410781916
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】全力, 項(xiàng)子旋, 朱孝勇, 閆兵, 樊德陽 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)