[發(fā)明專利]一種電動汽車用徑向雙繞組開關磁阻電機及其功率變換器

有效

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• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112436704B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設計）人: 孫曉東;陳宗哲;鄔江陵;陳龍;田翔
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02K16/04
• 分類號: H02K16/04;H02P25/18;H02K11/33;H02K3/52;H02K1/14
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本發(fā)明公開一種電動汽車用徑向雙繞組開關磁阻電機及其功率變換器，每個外分塊定子都由從外向內(nèi)依次相接的外定子梯形內(nèi)嵌區(qū)、外定子軛部和外激勵齒組成，每個外激勵齒上都纏繞外繞組，轉(zhuǎn)子環(huán)由N_r個梯形分塊轉(zhuǎn)子和非導磁梯形塊沿圓周方向交替分布組成，每個內(nèi)分塊定子都由從內(nèi)向外依次相接的內(nèi)定子梯形內(nèi)嵌區(qū)、內(nèi)定子軛部和內(nèi)激勵齒組成；以A相為例，內(nèi)繞組中的相繞組A1的負端同時和外繞組中的相繞組A2的正端以及二極管D1的正極相連，相繞組A2的負端和功率開關管V2的源極相連，外繞組中的相繞組A2，B2，C2并聯(lián)一個添加的功率開關管，可實現(xiàn)快速退磁，提高輸出轉(zhuǎn)矩、功率密度和效率，拓寬電機的驅(qū)動模式和調(diào)速范圍。

技術領域

本發(fā)明涉及屬于電機制造應用技術領域，具體是一種開關磁阻電機結(jié)構(gòu)以及能提高其功率密度和效率的相配套的功率變換器。

背景技術

開關磁阻電機是一種通過依次切換開通相來實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)動的直流電機，因其結(jié)構(gòu)簡單，無需含稀土材料的永磁體，魯棒性好，啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流小，效率較高，調(diào)速性能好，適合頻繁啟停場合等諸多優(yōu)點，在電動汽車中得到廣泛的關注。然而，傳統(tǒng)的開關磁阻電機因其無永磁體，且在退磁時產(chǎn)生負轉(zhuǎn)矩，使得其與永磁電機相比，功率密度和效率較低，這些缺點已經(jīng)制約著傳統(tǒng)開關磁阻電機在電動汽車領域的推廣應用。由于開關磁阻電機系統(tǒng)各個部分之間的關系密切，要獲得高性能的開關磁阻電機系統(tǒng)，必須充分考慮電機本體結(jié)構(gòu)，功率變換器和控制方法之間的緊密聯(lián)系。

針對電機本體結(jié)構(gòu)，雙定子結(jié)構(gòu)的開關磁阻電機逐漸成為研究熱點。如中國專利公開號為CN109742873B文獻中提出的一種分塊雙定子開關磁阻電機，其內(nèi)外定子產(chǎn)生的閉合磁路相互獨立不受干擾，縮短了磁回路，減少了轉(zhuǎn)子上的磁鏈過飽和，提高了電磁利用率，提高了輸出轉(zhuǎn)矩。針對功率變換器，如中國專利公開號為CN103166337B文獻中提出的一種雙速繞組開關磁阻電機，其在相鄰兩個定子上分別設有低速集中繞組和高速集中繞組，兩對繞組可單獨或并聯(lián)驅(qū)動電機，能在低速運行時輸出較大轉(zhuǎn)矩，在高速運行時具有較寬調(diào)速范圍。但實際上，上述兩篇公開專利技術僅僅是增加了結(jié)構(gòu)或繞組的復雜度以增加轉(zhuǎn)矩和調(diào)速范圍，本質(zhì)上可以看作是兩個電機，可以單獨運動，也可以并聯(lián)相向運動，所以兩者并不能提升電機的功率密度和效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決上述開關磁阻電機存在的問題，提出一種能增加開關磁阻電機轉(zhuǎn)矩和調(diào)速范圍的電動汽車用徑向雙繞組開關磁阻電機，同時，結(jié)合該電機結(jié)構(gòu)，提出一種與之相匹配的新型的功率變換器的拓撲結(jié)構(gòu)，在不增加其他元器件的情況下實現(xiàn)電機快速退磁，進而提高開關磁阻電機的功率密度和效率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種電動汽車用徑向雙繞組開關磁阻電機采用的技術方案是：包括外分塊定子、內(nèi)分塊定子、外繞組、內(nèi)繞組和轉(zhuǎn)軸，最外部是N_s個外分塊定子和一個非導磁外殼體，每個外分塊定子都由從外向內(nèi)依次相接的外定子梯形內(nèi)嵌區(qū)、外定子軛部和外激勵齒組成，外定子梯形內(nèi)嵌區(qū)嵌在非導磁外殼體上，外定子軛部的兩端部齊平地沿徑向向內(nèi)各延伸一個外激勵齒，外定子軛部和外激勵齒形成開口朝內(nèi)的U型結(jié)構(gòu)，每個外激勵齒上都纏繞外繞組；N_s個外分塊定子內(nèi)部同軸心地套有一個轉(zhuǎn)子環(huán)，轉(zhuǎn)子環(huán)由N_r個梯形分塊轉(zhuǎn)子和N_r個非導磁梯形塊沿圓周方向交替分布組成；轉(zhuǎn)子環(huán)內(nèi)部同軸心地套有N_s個內(nèi)分塊定子，每個內(nèi)分塊定子都由從內(nèi)向外依次相接的內(nèi)定子梯形內(nèi)嵌區(qū)、內(nèi)定子軛部和內(nèi)激勵齒組成，內(nèi)定子梯形內(nèi)嵌區(qū)嵌在非導磁內(nèi)殼體上，內(nèi)定子軛部的兩端部齊平地沿徑向向外各延伸一個內(nèi)激勵齒，內(nèi)定子軛部和內(nèi)激勵齒形成開口朝外的U型結(jié)構(gòu)，每個內(nèi)激勵齒上都纏繞內(nèi)繞組；N_s個內(nèi)分塊定子內(nèi)部同軸心地套有轉(zhuǎn)軸。