[發明專利]一種開關磁阻輪轂電機及其運行方法

在審

• 申請號: 201810028790.2
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108110983A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 張東東;湯祺
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: H02K29/03
• 分類號: H02K29/03;H02P6/10
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明公開了一種開關磁阻輪轂電機，包括：輪轂，其外緣部套設有純電動汽車的輪胎；內定子，采用相同的兩段鐵芯同軸連接組成，設置于輪轂的中間位置，中央部位與汽車的懸架連接；外轉子，其外緣部通過螺栓與輪轂的內緣部固定連接，使得輪轂與外轉子同軸旋轉，外轉子的內緣部通過軸承與內定子的鐵芯固定連接；兩段鐵芯的中央部位之間通過銷固定，兩個鐵芯的外緣分別設置有多個沿徑向向外延伸的凸極，兩個鐵芯之間的凸極相差1/2內定子的極角，兩個鐵芯上的凸極上繞有多組線圈繞組，且徑向相對的凸極上的線圈繞組串聯或并聯成一相，共有n相，外轉子的內緣設置有沿徑向向內延伸的凸極，該凸極在軸向上的延伸長度與內定子的兩個凸極相對應。

技術領域

本發明涉及一種電機，具體涉及一種開關磁阻輪轂電機及其運行方法。

背景技術

新能源車現在已經成為汽車行業頗具前瞻性的領域，而新能源車型的驅動技術和傳統內燃機汽車有著不小的區別，其中有一類驅動技術有著很大的發展前景，這就是輪轂電機技術。輪轂電機技術又稱車輪內裝電機技術，它的最大特點就是將動力、傳動和制動裝置都整合到輪轂內，因此將電動車輛的機械部分大大簡化。

開關磁阻電動機運行遵循磁阻最小原理，即磁力線總要沿著磁阻最小的路徑閉合。根據這一原理，給定子的某一相施加勵磁電流后，離該相最近的一對轉子齒將企圖與該定子通電相磁極的軸線對齊，使得磁通路徑上具有最小的磁阻。按一定次序輪流給定子各相施加勵磁時，轉子的這一轉動趨勢就會持續下去，從而獲得連續轉矩。開關磁阻電動機啟動電流小，轉矩大；可控參數多，調速性能好；具有較強的再生制動能力；定子和轉子的材料均采用硅鋼片，易于獲取和回收利用；冷卻性能極好。

現有的轉子與輪轂同軸轉動的SRD(開關磁阻電動機)輪轂內電機，僅適用混合動力車型作低速時動力的補充和高速情況下動力的輸出。其內轉子與外圈輪轂連接，而外定子與汽車懸掛連接，結構復雜。開關磁阻電機外面的固定的電機殼和轉動的輪轂需要留有一定距離。受徑向空間尺寸限制，難以布置功率較大的電機。并且按照傳統開關磁阻電機結構，其凸極數量較少，相數較少。純電動汽車采用此電機驅動行駛時，由于該電機相數較少，加上采用的是轉子與輪轂同軸旋轉的結構，電機轉速即為車輪轉速，所以低速行駛下轉矩波動較大，汽車行駛頓挫感明顯。功率小加上此電機結構無法通過降低轉速來增大扭矩，甚至難以保證車輛順利平穩起步。且該電機每兩相之間存在一個平衡位置，低速轉動時，外轉子可能在此位置發生震蕩擺動，也會影響駕乘體驗。

申請號為201610189400.0的關于現有的SRD輪轂內電機驅動技術可以在不改變現有機車輪轂的基礎上，通過輪轂內設置開關磁阻電機SRD驅動的方式對機車進行驅動和主動剎車，并可以回收剎車的能量。相對于目前主流的新能源車在汽車發動機端并聯或者串聯電動機的做法，無需對汽車本身進行大的改動，可以適用于絕大部分機車。開發改造成本低，結構簡單，由于主動控制保證了機車的發動機大部分時候都在較佳的工況下工作，從而提高了機車的燃油經濟性。

上述技術僅適用混合動力車型作低速時動力的補充和高速情況下動力的輸出。電機轉子旋轉一圈，車輪也旋轉一周。轉子旋轉一周的過程中，各項繞組依次通電，受開關磁阻電機相數所限，純電動汽車使用此電機驅動起步或低速行駛時，頓挫感強烈。同時，在兩相繞組中間存在一個平衡位置，轉子在平衡位置可能還會出現震蕩的情況，影響駕乘體驗。

另外，申請號為200910117477.7的雙定轉子倍極開關磁阻電動機的定子極數為轉子極數的2倍,且定轉子的極數為偶數組合，即4/2、8/4、12/6、16/8等的組合。其開關磁阻電動機定子極數為轉子極數的2倍，此發明并未充分利用定子極數，本發明定子與轉子凸極數比等于2n/(2n+2)。用此電機做轉子與車輪同軸旋轉的輪轂電機的車輛起步時，頓挫感明顯，如果能充分利用其定子極數，則會有較好效果。并且，其發明的電機極數不少但相數少，僅適用于中高速旋轉，或需要搭配減速器使用。同時，單靠一相繞組通電吸引轉子，穩定性不好，容易在平衡位置附近振蕩。而且，其運行方式下步距較大，不適合做轉子與輪轂同軸旋轉的開關磁阻輪轂電機，所以需要設計一種合適的輪轂電機。

發明內容