[發明專利]容錯式永磁游標電機

無效

• 申請號: 201210192651.6
• 申請日: 2012-06-13
• 公開（公告）號: CN102710078A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 劉國海;楊俊勤;趙文祥;陳前;瞿瀝
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02K21/12
• 分類號: H02K21/12;H02K1/27;H02K1/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及電工、電機、電動汽車領域，特指一種低速大轉矩的電動汽車用五相永磁容錯型游標電機。

背景技術

隨著日益增長的油價以及環境污染危機，電動汽車開始受到越來越廣泛的關注。不同于傳統汽車，電動汽車的推進系統主要采用高性能的電機驅動，因此，電機是決定電動汽車效率和性能的關鍵部件。

相比于現有電勵磁電機或者有刷直流電機驅動系統，永磁無刷電機擁有高效率、結構簡單緊湊、運行可靠、體積小和重量輕等優點。隨著具有外轉子結構的輪轂電機的出現，電機與車輪間的機械連接得以取消，大大提高了整車效率和可靠性，輪轂式永磁容錯電機具有高穩定性和帶故障運行能力。

眾所周知，電動汽車運行在爬坡等低速運動場合時，往往需要通過機械齒輪變速以達到低速大轉矩運行的效果，即兼顧電機高功率密度的設計要求與低速大轉矩運行需要的矛盾。而輪轂式電機去除了機械連接，根據電機原理，轉子轉速越低，電機的體積、重量和制造成本就越大。永磁游標電機作為一種基于磁齒輪原理而產生的新型電機，它具有體積小，重量輕，輸出轉矩大，適用于低速大轉矩應用場合等優點。

現有技術中的永磁容錯電機盡管具有高可靠性和高容錯性能，但因其轉矩密度不高（與普通永磁電機類似），將其運用于直接驅動的電動汽車上時，電機體積受到輪胎大小限制，從而使其輸出轉矩也受到限制無法滿足低速大轉矩運行的需要。

現有技術中的永磁游標電機均采用3相電樞繞組且每極每相槽數q?=?1/2的分數槽雙層式集中繞組結構，首先q=1/2的分數槽集中繞組由于其一個線圈兩圈邊在空間呈120°電角度，從而導致繞組因數不高（約為0.866），某種程度上降低了反電勢和輸出轉矩。其次三相雙層式的集中繞組不具備高容錯性能，自互感比值低，導致相與相間耦合程度相對較高，當一相發生故障，該故障相產生磁場將會嚴重影響其他兩正常相，導致系統無法正常工作不具備帶故障運行能力。

發明內容

本發明針對現有技術的不足進行設計，提出了一種低速大轉矩的電動汽車用五相永磁容錯型游標電機，目的在于在低速大轉矩應用情況下相對于普通永磁容錯電機提高了電機的轉矩密度，從而減小了電機體積、重量和制造成本；而相對于永磁游標電機大幅提高容錯性能，使其具備高可靠性以及帶故障運行能力。?

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：包括同軸的內定子和外轉子，內定子和外轉子之間設置永磁體、電樞繞組、電樞齒、容錯齒和調制極，永磁體沿圓周方向固定貼于外轉子的內表面上，永磁體的充磁方向為徑向且N極和S極交替排列，內定子圓周上布置彼此相交錯的10個電樞齒和10個容錯齒，電樞齒上繞有單層集中電樞繞組，徑向相對兩電樞齒上的集中電樞繞組串聯成一相，電樞繞組為五相繞組；電樞齒的齒寬和容錯齒的齒寬不相等，在電樞齒和容錯齒的齒頂上設有沿圓周方向上均勻分布的40個調制極；每兩個調制極之間是間隔分布的槽口和小槽，槽口與電樞齒和容錯齒形成的齒間槽相通，小槽設在電樞齒和容錯齒上，小槽的寬度、槽口的寬度和調制極的寬度三者相等，小槽的深度、槽口的深度和調制極的高度均相等。

進一步地，調制極數n_s、電樞繞組的極對數p₁和永磁體的永磁體極對數p₂三者滿足關系式p_2?=?kn_s?-?mp₁，p₁?=?1，m?=?1，3，5…，k?=?0，±1，±2，…。

本發明采用上述技術方案后具有如下有益效果：

1、采用外轉子結構，車輪可與外轉子很好集合在一起，省除了機械齒輪箱，提高了可靠性。同時減小了電機的體積，重量和制造成本。

2、電樞繞組為每極每相槽數q<1/2的分數槽集中式繞組，端部短，安裝方便，且繞組因數高（約0.96）。

3、采用單層繞組，每槽只有一相繞組，無繞組的容錯齒作為磁通回路，同時也對相間電路、磁路和溫度進行解耦。相與相間互感幾乎為0，自互感比達到238?:?1，當電機一相發生故障（短路或者開路）時，該相對其他相繞組影響非常小，實現了相間獨立，提高了電機的可靠性和帶故障運行能力。

4、有效地結合了永磁容錯電機和永磁游標電機的優點，在保留并進一步加強了容錯性能的同時顯著的增大了輸出轉矩，具有高轉矩密度和高功率密度。