本實用新型涉及電機的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電動車、車輪及其開關(guān)磁阻電機。

背景技術(shù)：

發(fā)明人在實踐中發(fā)現(xiàn)，目前大功率電動車的輪轂驅(qū)動電機一般采用永磁同步電機和軸向磁場電機，一般很少采用開關(guān)磁阻電機。

下面對這三種電機的性能進行分析：

1、軸向磁場電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，實際應(yīng)用價值不高。

2、現(xiàn)有技術(shù)中的開關(guān)磁阻電機一般被做成內(nèi)轉(zhuǎn)子電機形式，外轉(zhuǎn)子輪轂電機未見被采用。作為內(nèi)轉(zhuǎn)子應(yīng)用的開關(guān)磁阻電機的低速平穩(wěn)性、噪聲、功率密度仍不如永磁同步電機。

3、永磁同步電機存在著易退磁、低速運行效率低、壽命較短、可維護性比較差等缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中開關(guān)磁阻電機的功率密度低、噪聲高以及生產(chǎn)工藝復(fù)雜等問題，本實用新型提供一種新型的開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)，以及利用該開關(guān)磁阻電機的電動車和車輪。

為解決上述問題，本實用新型實施例提供了一種外轉(zhuǎn)子內(nèi)定子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機，所述開關(guān)磁阻電機包括殼體及設(shè)于殼體內(nèi)的外轉(zhuǎn)子和內(nèi)定子，所述內(nèi)定子包括繞周向間隔設(shè)置的多個定子齒和位于所述定子齒之間的定子槽，其中所述定子槽的槽底寬度與所述定子齒的寬度之比為1～1.25。

根據(jù)本實用新型一優(yōu)選實施例，所述定子槽的槽深是所述定子齒的寬度的2～4倍。

根據(jù)本實用新型一優(yōu)選實施例，所述外轉(zhuǎn)子包括繞周向間隔設(shè)置的多個轉(zhuǎn)子齒以及位于所述轉(zhuǎn)子齒之間的轉(zhuǎn)子槽，其中所述轉(zhuǎn)子槽的槽口寬度與所述轉(zhuǎn)子齒的寬度之比為1～0.75。

根據(jù)本實用新型一優(yōu)選實施例，所述外轉(zhuǎn)子和所述內(nèi)定子之間氣隙的寬度為0.25～0.5mm。

根據(jù)本實用新型一優(yōu)選實施例，所述轉(zhuǎn)子槽的深度為所述外轉(zhuǎn)子和所述內(nèi)定子之間氣隙寬度的20～30倍。

根據(jù)本實用新型一優(yōu)選實施例，所述外轉(zhuǎn)子為具有16個轉(zhuǎn)子齒的16極外轉(zhuǎn)子，所述內(nèi)定子為具有24個定子槽的24槽內(nèi)定子。

根據(jù)本實用新型一優(yōu)選實施例，所述轉(zhuǎn)子齒之間設(shè)有絕緣絕磁填充材料。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)還提供一種車輪，所述車輪采用開關(guān)磁阻電機驅(qū)動，所述開關(guān)磁阻電機采用上述實施例中任一項所述開關(guān)磁阻電機的結(jié)構(gòu)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)進一步提供一種電動車，所述電動車為純電動或混合動力車，所述電動車包括上述實施例中任一項所述的開關(guān)磁阻電機。

根據(jù)本實用新型一優(yōu)選實施例，所述電動車的車輪采用輪轂式開關(guān)磁阻電機驅(qū)動。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，該開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)矩大、低速性能好、效率平臺寬、功率密度高、噪聲低、環(huán)境適應(yīng)性好、可靠性高、使用壽命長、生產(chǎn)工藝簡單、成本低?？蓮V泛用于電動車中。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成框圖；

圖2是外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機及其三相繞組示意圖；

圖3是圖2中開關(guān)磁阻電機的局部結(jié)構(gòu)放大圖；

圖4是定子繞組的磁場分布示意圖；

圖5是現(xiàn)有技術(shù)接通方法中單個繞組的磁場分布圖；

圖6是定、轉(zhuǎn)子相對位置與相繞組電感曲線圖；

圖7是轉(zhuǎn)子齒結(jié)構(gòu)第一優(yōu)選實施例的放大圖；

圖8是轉(zhuǎn)子齒結(jié)構(gòu)第二優(yōu)選實施例的放大圖；

圖9是轉(zhuǎn)子齒結(jié)構(gòu)第三優(yōu)選實施例的放大圖；

圖10是轉(zhuǎn)子齒結(jié)構(gòu)第四優(yōu)選實施例的放大圖；

圖11是現(xiàn)有技術(shù)中電感隨轉(zhuǎn)角變化的曲線圖；

圖12是本實用新型開關(guān)磁阻電機齒尖結(jié)構(gòu)的電感隨轉(zhuǎn)角變化的曲線圖；

圖13是填充物蓋設(shè)于轉(zhuǎn)子槽的槽口的示意圖；

圖14是填充物填充于轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15是開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)的組成框圖；

圖16是工作狀態(tài)選擇模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖17是內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機及其三相繞組示意圖；

圖18是圖17中開關(guān)磁阻電機的局部結(jié)構(gòu)放大圖；以及

圖19是一種優(yōu)選的內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型作進一步的詳細描述。特別指出的是，以下實施例僅用于說明本實用新型，但不對本實用新型的范圍進行限定。同樣的，以下實施例僅為本實用新型的部分實施例而非全部實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

本實用新型的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本實用新型的實施例例如能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤４送?，術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。

開關(guān)磁阻電機的一種調(diào)速系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示，該調(diào)速系統(tǒng)一般包括開關(guān)磁阻電機100、功率變換器200、控制器300以及位置傳感器400。關(guān)于調(diào)速系統(tǒng)各組成單元之間的控制過程，在本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解范圍內(nèi)，此處不再詳述。

本實用新型實施例提供一種開關(guān)磁阻電機，該開關(guān)磁阻電機為三相開關(guān)磁阻電機，包括殼體及設(shè)于殼體內(nèi)的凸極轉(zhuǎn)子和凸極定子，定子的齒上繞有ABC三相繞組。

優(yōu)選的，ABC三相繞組中的每一相均包括至少三個引出端，其中包括兩個端部引出端，位于繞組兩端，還包括至少一個中部引出端，該中部引出端位于繞組中間的某一位置，這樣，當(dāng)將中部某一引出端和其中一個端部引出端接入電路時，則每一相繞組只有部分通電工作，而將兩個端部引出端接入電路時，則每一相繞組全部通電工作，從而實現(xiàn)對工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)。

例如，ABC三相繞組中的每一相均是具有中點的三相繞組，中部引出端即與繞組的中點相連接，則繞組可以全部接入電路進行工作，對應(yīng)于電機的正常工作狀態(tài)，也可以以其一半接入電路進行工作，對應(yīng)于電機輔助工作狀態(tài)。ABC三相繞組可以設(shè)置成包括多個中部引出端，這樣電機的工作狀態(tài)則可以有多種檔位調(diào)節(jié)。

優(yōu)選的，本實施例中開關(guān)磁阻電機可以為外轉(zhuǎn)子內(nèi)定子電機，其中，如圖2所示，定子包括繞周向間隔設(shè)置的多個定子齒和位于定子齒之間的定子槽；轉(zhuǎn)子包括繞周向設(shè)置的多個轉(zhuǎn)子齒和位于轉(zhuǎn)子齒之間的轉(zhuǎn)子槽。該轉(zhuǎn)子410可以為16極的外轉(zhuǎn)子、定子420為24槽的內(nèi)定子。

如圖2所示，16極外轉(zhuǎn)子24槽內(nèi)定子電機可采用ABCABC……的順序繞制，共24個繞組元件，三相繞組各有8個串聯(lián)的繞組元件，繞組元件采用多根絕緣銅線并繞，將多根絕緣銅線分成兩半，如此8個串聯(lián)的繞組元件，又形成并繞的兩部分，共有兩個線首端和兩個線尾端，將其中一對線首端和線尾端作為為該相繞組的端部引出端，再將另一對線首端與線尾端并接后，作為該相繞組的中點引出端，因此ABC三相繞組是具有中點引出端的三相繞組。當(dāng)然，在其他實施例中，三相繞組中的每一項還可以設(shè)有多個中部引出端，且引出位置也不限于在繞組的中點，在本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解范圍內(nèi)，此處不再贅述。

請參閱圖3，圖3是圖2中開關(guān)磁阻電機的局部結(jié)構(gòu)放大圖。優(yōu)選的，本實施例中定子的槽底寬度L10與定子齒的寬度L8之比為1～1.25，槽深D1是齒寬L8的2～4倍。此設(shè)計可以保證電機的材料利用率高，震動和噪聲小。這是由于開關(guān)磁阻電機不使用永磁體，僅僅使用鐵芯和銅線，當(dāng)其用銅量與用鐵量相當(dāng)時，電機的材料利用率最高。而開關(guān)磁阻電機的定子的槽底寬度與定子齒的寬度比為1時，可以認(rèn)為其用銅量與用鐵量相當(dāng)，槽底寬度與定子齒的寬度比大于1，則可以放更多銅線。但如果槽底寬度與定子齒的寬度比過大，當(dāng)槽深是齒寬的2～4倍時，意味著定子齒的寬度太窄，當(dāng)齒上繞組通電后，定、轉(zhuǎn)子在強烈的磁拉力作用下，容易產(chǎn)生震動和噪聲。本實用新型定子的槽深、齒和槽的寬度比的取值范圍，有效確保電機的材料利用率高，也即提高了電機的功率密度，且抑制了震動和噪聲。

優(yōu)選的，外轉(zhuǎn)子的槽口寬度L7與轉(zhuǎn)子齒的寬度L6滿足：L7/L6為1～0.75，槽深D2為轉(zhuǎn)子410與定子420之間氣隙δ的20～30倍。轉(zhuǎn)子的這種結(jié)構(gòu)設(shè)計與定子的槽底寬度L10與定子齒的寬度L8之比為1～1.25，槽深D1是齒寬L8的2～4倍的設(shè)計相配合，導(dǎo)致本實用新型開關(guān)磁阻電機的與最大電感Lmax與最小電感Lmin之比Lmax/Lmin值要比傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機大得多，本實用新型的電感比可高達6～8，而傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機只能達到2.5～4.5左右。由于開關(guān)磁阻電機的輸出力矩電感比高意味大，電機的輸出力矩就大，也即成倍提高了電機的功率密度。其中，在本實施例中轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙δ的寬度可以設(shè)計為δ＝(0.25～0.5)mm。

進一步地，為了提高電機的功率密度，本實施例中定子的相鄰定子齒上的繞組產(chǎn)生的磁場方向相反，請參閱圖4，圖4是定子繞組的磁場分布示意圖，相比較于傳統(tǒng)的繞組通電方法，相鄰定子齒上的繞組的磁場方向相同，使每個繞組單獨形成一個小磁場，請參閱圖5，圖5是現(xiàn)有技術(shù)接通方法中單個繞組的磁場分布圖；本實施例中相鄰定子齒的繞組的電流方向相反，以使相鄰繞組產(chǎn)生的磁場方向相反；該種接通方法可以使相鄰定子繞組之間共同形成磁場，此種結(jié)構(gòu)可以提高磁場密度，使磁阻轉(zhuǎn)矩變大，進而提高電機的功率密度。該種繞組的通電方式不但適用于本實施例中的16極24槽的電機結(jié)構(gòu)，同樣適用于轉(zhuǎn)子為(8×n)極的轉(zhuǎn)子，定子為(12×n)槽的定子(其中，n為大于等于2的正整數(shù))的電機結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)電機的電感隨轉(zhuǎn)角變化的曲線如圖6所示，存在電感不變的小區(qū)間，該區(qū)間的不產(chǎn)生力矩。為了縮小該區(qū)間，提高電機的利用率，本實用新型轉(zhuǎn)子的每一個轉(zhuǎn)子齒的兩側(cè)設(shè)計為非對稱結(jié)構(gòu)，譬如轉(zhuǎn)子齒的兩個齒尖的角度設(shè)計為不同的角度等。則電機的電感隨轉(zhuǎn)角變化的曲線的區(qū)間變小，甚至消失。而轉(zhuǎn)子齒兩個齒尖中的至少一個可以設(shè)計為鈍角。

進一步優(yōu)選地，請一并參閱圖7，圖7是轉(zhuǎn)子齒結(jié)構(gòu)第一優(yōu)選實施例的放大圖，本實施例中的轉(zhuǎn)子齒的兩個齒尖中的一個齒尖4101設(shè)計成鈍角，另一個齒尖4102設(shè)計為銳角或者直角。其中，轉(zhuǎn)子齒尖鈍角的深度D3可以為氣隙δ的1～2倍，轉(zhuǎn)子齒尖鈍角的寬度D4可以為轉(zhuǎn)子齒的寬度L6的1/10～1/5，若電機按鈍角的方向順序地對三相繞組通電，可以大幅度減小電機的噪聲。

另外，在其他實施例中，轉(zhuǎn)子齒的兩個齒尖還可以都設(shè)計成鈍角、都設(shè)計成銳角或者銳角與直角搭配的結(jié)構(gòu)形式，只要保證轉(zhuǎn)子齒的兩側(cè)為非對稱結(jié)構(gòu)即可。請進一步參閱圖8-圖10，圖8是轉(zhuǎn)子齒結(jié)構(gòu)第二優(yōu)選實施例的放大圖，圖9是轉(zhuǎn)子齒結(jié)構(gòu)第三優(yōu)選實施例的放大圖，以及圖10是轉(zhuǎn)子齒結(jié)構(gòu)第四優(yōu)選實施例的放大圖；其中，圖8實施例中轉(zhuǎn)子齒的兩側(cè)齒尖一個為圓弧結(jié)構(gòu)4101，另一個為削角結(jié)構(gòu)4102，削角位置形成兩個鈍角；圖9實施例中轉(zhuǎn)子齒的兩側(cè)齒尖一個為銳角或者直角結(jié)構(gòu)4101，另一個為突出的尖角結(jié)構(gòu)4102，而圖10實施例中轉(zhuǎn)子齒的兩側(cè)齒尖一個為銳角或者直角結(jié)構(gòu)4101，另一個齒尖附近設(shè)有一凹槽的結(jié)構(gòu)4102。以上僅僅列舉了幾種轉(zhuǎn)子齒的結(jié)構(gòu)，本實用新型保護的主旨是轉(zhuǎn)子齒的兩側(cè)為非對稱結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，在其他實施例中，還可以有多種變化的轉(zhuǎn)子齒結(jié)構(gòu)，此處不再一一列舉。

請參閱圖11和圖12，圖11是現(xiàn)有技術(shù)中電感隨轉(zhuǎn)角變化的曲線圖，圖12是本實用新型開關(guān)磁阻電機齒尖結(jié)構(gòu)的電感隨轉(zhuǎn)角變化的曲線圖，很顯然，本實用新型中的齒尖設(shè)計結(jié)構(gòu)，其電感隨轉(zhuǎn)角變化的曲線的區(qū)間變小(圖中標(biāo)號X為位置)，甚至消失，即不產(chǎn)生力矩的區(qū)間很小甚至消失，從很大程度上提高了電機的磁通利用率，進而增大了電機的輸出轉(zhuǎn)矩。

優(yōu)選的，轉(zhuǎn)子槽的槽口或者轉(zhuǎn)子槽內(nèi)部還可以設(shè)置填充物，以減小轉(zhuǎn)子的風(fēng)阻。該填充物(覆蓋物)需要為絕緣絕磁材料，譬如塑料、玻璃鋼或者復(fù)合材料等等。

請一并參閱圖13和圖14，圖13和圖14是兩種填充物設(shè)置結(jié)構(gòu)的示意圖，其中，圖13是覆蓋物蓋設(shè)于轉(zhuǎn)子槽的槽口的示意圖，圖14是填充物填充于轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13中覆蓋物500可以為粘貼在轉(zhuǎn)子槽430槽口的帶狀結(jié)構(gòu)，覆蓋物500可以為一整條覆蓋在整個轉(zhuǎn)子的所有轉(zhuǎn)子槽430上，還可以為分段結(jié)構(gòu)覆蓋部分轉(zhuǎn)子槽430，在本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解范圍內(nèi)，此處不再詳述。

圖14中填充物500為填充在轉(zhuǎn)子槽430內(nèi)楔塊，優(yōu)選為填平轉(zhuǎn)子槽430。在填充物500填充于轉(zhuǎn)子槽時，填充物500與銳角或者直角齒尖結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子齒之間平滑過渡連接(圖14中標(biāo)注510位置處)；而填充物500與鈍角齒尖結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子齒之間通過弧面(圖14中標(biāo)注520位置處)過渡連接。這種填充物500與兩側(cè)轉(zhuǎn)子齒之間通過平滑過渡結(jié)構(gòu)連接可以保證轉(zhuǎn)子的整體外側(cè)面為平滑結(jié)構(gòu)，達到最大程度的減小風(fēng)阻的目的。

進一步地，為了使填充物500可以可靠的鑲嵌在相應(yīng)的轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，在轉(zhuǎn)子齒的側(cè)面上可以設(shè)置有的定位槽(圖中未標(biāo)注)，相應(yīng)地，填充物500的側(cè)面設(shè)有與定位槽結(jié)構(gòu)相適配的定位凸起530，該定位凸起530與定位槽配合實現(xiàn)對填充物500的卡接定位，進而保證填充物500可靠的鑲嵌在相應(yīng)的轉(zhuǎn)子槽內(nèi)。當(dāng)然，圖14中僅僅示意了一種弧狀結(jié)構(gòu)的定位突起530，當(dāng)然，還可以為燕尾結(jié)構(gòu)等，只要能夠保證填充物500可以穩(wěn)定鑲嵌或者卡接在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)即可，此處不再一一列舉。

本實用新型另外還提供一種開關(guān)磁阻電機的控制系統(tǒng)，請參閱圖15，圖15是開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)的組成框圖；該系統(tǒng)包括開關(guān)磁阻電機510和驅(qū)動器520，其中開關(guān)磁阻電機510可以是前述實施例描述的開關(guān)磁阻電機。

該驅(qū)動器520至少包括工作狀態(tài)選擇模塊521，該工作狀態(tài)選擇模塊521用于選擇三相繞組的位于兩個端部引出端之間全部繞組或位于端部引出端與中點引出端之間或中點引出端之間的部分進行工作，以使得開關(guān)磁阻電機實現(xiàn)不同扭矩輸出。

該工作狀態(tài)選擇模塊521至少包括三個第一開關(guān)、三個第二開關(guān)、三個第三開關(guān)、三個第一續(xù)流二極管、三個第二續(xù)流二極管以及三個第三續(xù)流二極管，其中三個第一開關(guān)的集電極接電源的正極，發(fā)射極分別連接對應(yīng)的一相繞組的一個端部引出端，三個第二開關(guān)的集電極分別連接對應(yīng)的一相繞組的另一個端部引出端，發(fā)射極連接電源的負(fù)極，三個第三開關(guān)的集電極分別連接對應(yīng)的一相繞組的中點引出端，發(fā)射極連接電源的負(fù)極，三個第一續(xù)流二極管的負(fù)極分別連接對應(yīng)的一相繞組所連接的第一開關(guān)的集電極，正極分別連接對應(yīng)的一相繞組所連接的第二開關(guān)的集電極，三個第二續(xù)流二極管的負(fù)極分別連接對應(yīng)的一相繞組所連接的第一開關(guān)的發(fā)射極，正極分別連接對應(yīng)的一相繞組所連接的第二開關(guān)的發(fā)射極，三個三續(xù)流二極管的負(fù)極分別連接對應(yīng)的一相繞組所連接的第一開關(guān)的集電極，正極分別連接對應(yīng)的一相繞組所連接的第三開關(guān)的集電極。

舉例來說，如圖16所示，上述工作狀態(tài)選擇模塊521可包括3個輔助功率開關(guān)V7、V8、V9和3個輔助續(xù)流二極管VD7、VD8、VD9，輔助功率開關(guān)參與工作時，為輔助工作狀態(tài)；輔助功率開關(guān)停止工作時，為正常工作狀態(tài)。

當(dāng)ABC三相繞組是具有中點的三相繞組時(即以繞組的中點引出端為例)，V1、V2、V3分別是A、B、C三相繞組的上橋臂功率開關(guān)，其集電極接電源Us的正極；其發(fā)射極分別接A、B、C三相繞組的輸入端，且分別與續(xù)流二極管VD4、VD5、VD6的負(fù)極相連，然后將續(xù)流二極管VD4、VD5、VD6的正極接電源Us的負(fù)極。A、B、C三相繞組的輸出端分別接下橋臂功率開關(guān)V4、V5、V6的集電極，且分別與續(xù)流二極管VD1、VD2、VD3的正極相連，然后將續(xù)流二極管VD1、VD2、VD3的負(fù)極接電源Us的正極。而功率開關(guān)V4、V5、V6的發(fā)射極接電源Us的負(fù)極(電源地)。如此構(gòu)成三相開關(guān)磁阻電機的功率驅(qū)動電路；A、B、C三相繞組的中點引出端分別與輔助功率開關(guān)V7、V8、V9的集電極相連接，且分別與輔助續(xù)流二極管VD7、VD8、VD9的正極相連，然后將輔助續(xù)流二極管VD7、VD8、VD9的負(fù)極接電源Us的正極。

正常工作狀態(tài)時，讓輔助功率開關(guān)V7、V8、V9關(guān)斷停止工作，三相開關(guān)磁阻電機驅(qū)動控制器的V1～V6功率開關(guān)正常工作，可以使三相開關(guān)磁阻電機的A、B、C三相繞組全部投入工作；輔助工作狀態(tài)時，讓三相開關(guān)磁阻電機驅(qū)動控制器的V1～V3和V7～V9輔助功率開關(guān)正常工作，而功率開關(guān)V4、V5、V6關(guān)斷停止工作，使三相開關(guān)磁阻電機的A、B、C三相繞組的1/2匝數(shù)繞組投入工作。由于正常工作狀態(tài)時，三相繞組全部投入工作，電機的總匝數(shù)大，電機產(chǎn)生的力矩大，轉(zhuǎn)速低；輔助工作狀態(tài)時，電機的只有1/2匝數(shù)參與工作，電機的力矩小但轉(zhuǎn)速高；兩者配合實現(xiàn)了兩檔無極變速。

本實施例三相開關(guān)磁阻電機的驅(qū)動控制器520可以在當(dāng)電機獲得輸入轉(zhuǎn)速時，利用開關(guān)磁阻電機的位置傳感器，令其在三相繞組電感隨位置角變化的變化率，的區(qū)域，對相應(yīng)的三相繞組的功率開關(guān)進行開關(guān)控制，實現(xiàn)發(fā)電機運行。

該驅(qū)動控制器520可以根據(jù)轉(zhuǎn)速，控制開關(guān)磁阻電機在正常工作狀態(tài)和輔助工作狀態(tài)下運行；正常工作狀態(tài)時，讓輔助功率開關(guān)V7、V8、V9關(guān)斷停止工作，三相開關(guān)磁阻電機的驅(qū)動控制器的V1～V6功率開關(guān)正常工作，可以使三相開關(guān)磁阻電機的A、B、C三相繞組全部投入工作；輔助工作狀態(tài)時，讓三相開關(guān)磁阻電機的驅(qū)動控制器的V1～V3和V7～V9輔助功率開關(guān)正常工作，而功率開關(guān)V4、V5、V6關(guān)斷停止工作，使三相開關(guān)磁阻電機的A、B、C三相繞組的1/2匝數(shù)繞組投入工作。由于正常工作狀態(tài)時，三相繞組全部投入工作，電機的總匝數(shù)大，電機適應(yīng)大力矩，轉(zhuǎn)速低狀態(tài)；輔助工作狀態(tài)時，電機的只有1/2匝數(shù)參與工作，電機適應(yīng)小力矩高轉(zhuǎn)速狀態(tài)；兩者配合實現(xiàn)了低轉(zhuǎn)速發(fā)電機運行和高轉(zhuǎn)速發(fā)電機運行。

本實施例中三相開關(guān)磁阻電機作為發(fā)電機運行的突出優(yōu)點是：完全沒有由于齒槽效應(yīng)產(chǎn)生的定位力矩；加上擁有低轉(zhuǎn)速發(fā)電機運行和高轉(zhuǎn)速發(fā)電機運行模式，高效率發(fā)電的區(qū)域非常寬。

本實用新型實施例中的開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)有效提高了開關(guān)磁阻電機的功率密度，降低開關(guān)磁阻電機的轉(zhuǎn)矩波動和噪音，具有特別寬的高效率工作區(qū)域。該開關(guān)磁阻電機完全沒有由于齒槽效應(yīng)產(chǎn)生的定位力矩，作為發(fā)電機運行，高效率發(fā)電的區(qū)域非常寬。

另外，在工作狀態(tài)選擇模塊521選擇接入繞組其他位置的中部引出線時，還可以組合出不同的檔位變換形式，在本領(lǐng)域技術(shù)人的理解范圍內(nèi)，此處不再一一詳述。

進一步地，本實用新型實施例還提供一種內(nèi)轉(zhuǎn)子外定子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機，請參閱圖17，圖17是內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機及其三相繞組示意圖。優(yōu)選地，該實施例中的開關(guān)磁阻電機為具有16個轉(zhuǎn)子齒的16極的內(nèi)轉(zhuǎn)子且具有24個定子槽的24槽外定子電機。圖中標(biāo)號210為定子，220為轉(zhuǎn)子。

同樣的，該16極內(nèi)轉(zhuǎn)子24槽外定子電機可采用ABCABC……的順序繞制，共24個繞組元件，三相繞組各有8個串聯(lián)的繞組元件，繞組元件采用多根絕緣銅線并繞，將多根絕緣銅線分成兩半，如此8個串聯(lián)的繞組元件，又形成并繞的兩部分，共有兩個線首端和兩個線尾端，將其中一對線首端和線尾端作為為該相繞組的端部引出端，再將另一對線首端與線尾端并接后，作為該相繞組的中點引出端，因此ABC三相繞組是具有中點引出端的三相繞組。當(dāng)然，在其他實施例中，三相繞組中的每一項還可以設(shè)有多個中部引出端，且引出位置也不限于在繞組的中點，在本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解范圍內(nèi)，此處不再贅述。

請一并參閱圖18，圖18是圖17中開關(guān)磁阻電機的局部結(jié)構(gòu)放大圖。優(yōu)選的，本實施例中定子的槽口寬度L2與定子齒的寬度L1之比為1～1.25，槽深D5是齒寬L1的2～4倍。此設(shè)計可以保證電機的材料利用率高，震動和噪聲小。這是由于開關(guān)磁阻電機不使用永磁體，僅僅使用鐵芯和銅線，當(dāng)其用銅量與用鐵量相當(dāng)時，電機的材料利用率最高。而開關(guān)磁阻電機的定子的槽口寬度與定子齒的寬度比為1時，可以認(rèn)為其用銅量與用鐵量相當(dāng)，槽口寬度與定子齒的寬度比大于1，則可以放更多銅線。但如果槽口寬度與定子齒的寬度比過大，當(dāng)槽深是齒寬的2～4倍時，意味著定子齒的寬度太窄，當(dāng)齒上繞組通電后，定、轉(zhuǎn)子在強烈的磁拉力作用下，容易產(chǎn)生震動和噪聲。本實用新型定子的槽深、齒和槽的寬度比的取值范圍，有效確保電機的材料利用率高，也即提高了電機的功率密度，且抑制了震動和噪聲。

優(yōu)選的，外轉(zhuǎn)子的槽口寬度L5與轉(zhuǎn)子齒的寬度L4滿足：L5/L4為1～0.75，槽深D6為轉(zhuǎn)子220與定子210之間氣隙δ的20～30倍。轉(zhuǎn)子的這種結(jié)構(gòu)設(shè)計與定子的槽口寬度L5與定子齒的寬度L4之比為1～1.25，槽深D5是齒寬L1的2～4倍的設(shè)計相配合，導(dǎo)致本實用新型開關(guān)磁阻電機的與最大電感Lmax與最小電感Lmin之比Lmax/Lmin值要比傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機大得多，本實用新型的電感比可高達6～8，而傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機只能達到2.5～4.5左右。由于開關(guān)磁阻電機的輸出力矩電感比高意味大，電機的輸出力矩就大，也即成倍提高了電機的功率密度。其中，在本實施例中轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙δ的寬度可以設(shè)計為δ＝(0.25～0.5)mm。

為了進一步提高電機的功率密度，本實施例中定子的相鄰定子齒上的繞組也采用產(chǎn)生磁場方向相反的電流控制形式，具體的磁場形式及原理請參數(shù)上述實施例中的相關(guān)描述，此處不再贅述。

請參閱圖19，圖19是一種優(yōu)選的內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的示意圖，優(yōu)選地，本實施例中的轉(zhuǎn)子齒兩側(cè)齒尖同樣可以設(shè)計成角度不同的結(jié)構(gòu)，關(guān)于轉(zhuǎn)子齒齒尖的結(jié)構(gòu)特征，請參閱上述實施例中的相關(guān)描述，此處不再贅述。

另外，轉(zhuǎn)子槽內(nèi)同樣可以設(shè)置填充物(圖中標(biāo)號600)，以減小轉(zhuǎn)子的風(fēng)阻，圖中雖然只標(biāo)示出了一處設(shè)置有填充物600，但應(yīng)該是所有轉(zhuǎn)子槽內(nèi)都設(shè)置填充物600。而關(guān)于填充物600的設(shè)置結(jié)構(gòu)以及材料等技術(shù)特征，也請參閱上述實施例中的相關(guān)描述，此處亦不再重復(fù)。

內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機的一個最優(yōu)實施例

本實施例中的開關(guān)磁阻電機包括凸極轉(zhuǎn)子、凸極定子以及驅(qū)動控制器等，其中，轉(zhuǎn)子為16極、定子為24槽。

本實施例取定子的槽口寬度與定子齒的寬度之比為1/0.8，槽深是齒寬的3倍。此設(shè)計有效確保電機的材料利用率高，也即提高了電機的功率密度，且抑制了震動和噪聲。

本實施例三相開關(guān)磁阻電機，16極的轉(zhuǎn)子的槽口寬度角與轉(zhuǎn)子齒的寬度之比為0.8，槽深為氣隙δ的25倍。轉(zhuǎn)子的這種設(shè)計結(jié)構(gòu)可使電感比高達7，而傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機只能達到2.5～4.5左右。由于開關(guān)磁阻電機的輸出力矩電感比高意味大，電機的輸出力矩就大，也即成倍提高了電機的功率密度。

同時轉(zhuǎn)子的每一個轉(zhuǎn)子齒的兩個齒尖中的一個齒尖設(shè)計成鈍角，另一個為銳角。則電機的電感隨轉(zhuǎn)角變化的曲線的區(qū)間變小，甚至消失。若電機按鈍角的方向順序地對三相繞組通電，還可以大幅度減小電機的噪聲。

本實施例三相開關(guān)磁阻電機的轉(zhuǎn)子、定子之間的氣隙δ的寬度為δ＝0.25mm，轉(zhuǎn)子齒齒尖鈍角的深度為0.3mm，鈍角的寬度為轉(zhuǎn)子齒的寬度的1/6。

本實施例定子的齒上繞有ABC三相繞組，ABC三相繞組是具有中點的三相繞組。三相繞組的分布順序分別為A-B-C-A-B-C-A-B-C-A-B-C-A-B-C-A-B-C-A-B-C-A-B-C-共24個繞組元件，三相繞組各有8個串聯(lián)的繞組元件；繞組元件采用多根絕緣銅線并繞，將多根絕緣銅線分成兩半，如此8個串聯(lián)的繞組元件，又形成并繞的兩部分，共有兩個線首端和兩個線尾端，將其中一對首端和尾端作為為該相繞組的引出端，再將另一對首端、尾端并接后，作為該相繞組的中點引出端，因此ABC三相繞組是具有中點的三相繞組。

本實施例中的三相開關(guān)磁阻電機，為了減小風(fēng)阻和噪音，轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)插有楔塊，楔塊的材料可以為塑料和玻璃纖維復(fù)合材料等。

本實施例三相開關(guān)磁阻電機的驅(qū)動控制電路圖中(請參閱圖16)，V1、V2、V3分別是A、B、C三相繞組的上橋臂功率開關(guān)，其集電極接電源Us的正極；其發(fā)射極分別接A、B、C三相繞組的輸入端，且分別與續(xù)流二極管VD4、VD5、VD6的負(fù)極相連，然后將續(xù)流二極管VD4、VD5、VD6的正極接電源Us的負(fù)極。A、B、C三相繞組的輸出端，分別接下橋臂功率開關(guān)V4、V5、V6的集電極，且分別與續(xù)流二極管VD1、VD2、VD3的正極相連，然后將續(xù)流二極管VD1、VD2、VD3的負(fù)極接電源Us的正極。而功率開關(guān)V4、V5、V6的發(fā)射極接電源Us的負(fù)極(電源地)。如此構(gòu)成普通三相開關(guān)磁阻電機的功率驅(qū)動電路；A、B、C三相繞組的中點引出端，分別與輔助功率開關(guān)V7、V8、V9的集電極相連接，且分別與輔助續(xù)流二極管VD7、VD8、VD9的正極相連，然后將輔助續(xù)流二極管VD7、VD8、VD9的負(fù)極接電源Us的正極。

本實施例中三相開關(guān)磁阻電機的驅(qū)動控制器增加了3個輔助功率開關(guān)和3個輔助續(xù)流二極管，輔助功率開關(guān)參與工作時，為輔助工作狀態(tài)，輔助功率開關(guān)停止工作時，為正常工作狀態(tài)。正常工作狀態(tài)時，讓輔助功率開關(guān)V7、V8、V9關(guān)斷停止工作，三相開關(guān)磁阻電機的驅(qū)動控制器的V1～V6功率開關(guān)正常工作，可以使三相開關(guān)磁阻電機的A、B、C三相繞組全部投入工作；輔助工作狀態(tài)時，讓三相開關(guān)磁阻電機的驅(qū)動控制器的V1～V3和V7～V9輔助功率開關(guān)正常工作，而功率開關(guān)V4、V5、V6關(guān)斷停止工作，使三相開關(guān)磁阻電機的A、B、C三相繞組的1/2匝數(shù)繞組投入工作。由于正常工作狀態(tài)時，三相繞組全部投入工作，電機的總匝數(shù)大，電機產(chǎn)生的力矩大，轉(zhuǎn)速低；輔助工作狀態(tài)時，電機的只有1/2匝數(shù)參與工作，電機的力矩小但轉(zhuǎn)速高；兩者配合實現(xiàn)了兩檔無極變速。

由于正常工作狀態(tài)時，三相繞組全部投入工作，電機的總匝數(shù)大，電機產(chǎn)生的力矩大，轉(zhuǎn)速低。正常工作狀態(tài)時，能夠保證低轉(zhuǎn)速區(qū)間，電機有高的效率平臺，轉(zhuǎn)速接近高速區(qū)效率漸漸變低，此時控制器根據(jù)轉(zhuǎn)速反饋，切換到輔助工作狀態(tài)。

輔助工作狀態(tài)時，電機的只有1/2匝數(shù)參與工作，電機的力矩小但轉(zhuǎn)速高。輔助工作狀態(tài)時，電機能夠保證高轉(zhuǎn)速區(qū)間(4000～9000轉(zhuǎn)/分)，電機有高的效率平臺，盡管當(dāng)轉(zhuǎn)速接近低速區(qū)效率漸漸變低，但此時控制器根據(jù)轉(zhuǎn)速反饋，又切換到正常工作狀態(tài)，獲得低速區(qū)(0～4000轉(zhuǎn)/分)的高的效率平臺?？梢姡瑑煞N工作狀態(tài)的配合實現(xiàn)了兩檔無極變速，擴展了電機實際工作區(qū)域的高效率區(qū)域。因此，本實施例三相開關(guān)磁阻電機的實際效率平臺比傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機寬許多。

本實施例開關(guān)磁阻電機效率曲線在125-50％額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，和在50-300％額定扭矩范圍內(nèi)，效率不低于86％，最高效率97％。

本實用新型實施例中的開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)有效提高了開關(guān)磁阻電機的功率密度，降低開關(guān)磁阻電機的轉(zhuǎn)矩波動和噪音，具有特別寬的高效率工作區(qū)域。

本發(fā)明還提供一種車輪，該車輪采用開關(guān)磁阻電機驅(qū)動，而該開關(guān)磁阻電機為如前實施例中所述的開關(guān)磁阻電機。

優(yōu)選地，該車輪可以包括輪轂式開關(guān)磁阻電機，即利用輪轂式開關(guān)磁阻電機驅(qū)動，該輪轂式開關(guān)磁阻電機為外轉(zhuǎn)子內(nèi)定子的電機結(jié)構(gòu)。

進一步地，本發(fā)明還提供一種電動車，該電動車可以為電動汽車、電動摩托車或者電動自行車等。該電動車為純電動或混合動力車，該電動車的車輪采用開關(guān)磁阻電機驅(qū)動，該開關(guān)磁阻電機也為如前實施例中所述的開關(guān)磁阻電機。優(yōu)選的，該電動車的驅(qū)動輪可采用上述實施例中的車輪結(jié)構(gòu)，即車輪包括輪轂式開關(guān)磁阻電機，利用輪轂式開關(guān)磁阻電機驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動。

需要說明的是，以上各實施例均屬于同一實用新型構(gòu)思，各實施例的描述各有側(cè)重，在個別實施例中描述未詳盡之處，可參考其他實施例中的描述。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲于一計算機可讀存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)可以包括：閃存盤、只讀存儲器(Read-Only Memory，ROM)、隨機存取器(Random Access Memory，RAM)、磁盤或光盤等。

以上對本實用新型實施例所提供的開關(guān)磁阻電機及系統(tǒng)進行了詳細介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實用新型的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本實用新型的限制。