本發(fā)明涉及一種集中勵(lì)磁的電動(dòng)車輪轂電機(jī)，屬于特種電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電動(dòng)汽車是目前國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策明確支持的新型戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，在整車結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)劣直接關(guān)系到整車性能的好壞，研制出適合電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用的電機(jī)意義重大。電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)被裝在機(jī)動(dòng)車上，空間小，工作在高溫、壞天氣、及頻繁振動(dòng)等惡劣環(huán)境下。

近年來磁阻類電機(jī)的研究取得了比較大的進(jìn)展，開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，轉(zhuǎn)子上沒有繞組、磁鋼或滑環(huán)，調(diào)速范圍寬，適合高速運(yùn)行，但其最大缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大、噪聲大，需要位置傳感器，系統(tǒng)具有非線性特性。因此，在開關(guān)磁阻的定子上增加勵(lì)磁繞組形成電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)則可以有效的克服開關(guān)磁阻電機(jī)的缺陷。而且輪轂電機(jī)是直接作用于汽車的車輪上，省去了中間的傳動(dòng)環(huán)節(jié)，從而減小了傳動(dòng)環(huán)節(jié)的能量損失，可以達(dá)到節(jié)能的目的，這樣就克服了制約電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程短的缺陷。

目前電動(dòng)車用輪轂電機(jī)的相關(guān)專利主要集中在輪轂電機(jī)主體結(jié)構(gòu)和裝配方法上。例如發(fā)明專利申請(qǐng)：電動(dòng)車輪轂電機(jī)及電動(dòng)車車輪，申請(qǐng)?zhí)枺?01410510008.2，公開了一種電動(dòng)車輪轂電機(jī)及使用該電動(dòng)車輪轂電機(jī)的電動(dòng)車車輪。其中電動(dòng)車輪轂電機(jī)包括輪軸、輪轂、安裝于所述輪轂上的轉(zhuǎn)子、定子和支撐所述定子的支撐盤。該申請(qǐng)的電動(dòng)車輪轂電機(jī)在相同體積與輸入電流時(shí)能提供更強(qiáng)的推動(dòng)力。可以為車輛提供更強(qiáng)的推動(dòng)力，產(chǎn)生的熱量更小，耗電量更小，效率更高。

另外，還有一些輪轂式驅(qū)動(dòng)電機(jī)的專利，例如申請(qǐng)人2016年申請(qǐng)的發(fā)明專利：一種電動(dòng)車混合勵(lì)磁輪轂電機(jī)，專利號(hào)：201610256109.0，提出了實(shí)現(xiàn)了輪轂和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的集成的混合勵(lì)磁輪轂電機(jī)，該電機(jī)具有雙面盤式結(jié)構(gòu)，可提高電機(jī)的比功率。類似的，授權(quán)的發(fā)明專利：輪轂電機(jī)，專利號(hào)：200480021062.5，也公開了一種可實(shí)現(xiàn)輪轂電機(jī)的小徑化、結(jié)構(gòu)緊湊的輪轂電機(jī)。

目前傳統(tǒng)的三相雙凸極電機(jī)一個(gè)勵(lì)磁源（勵(lì)磁線圈或永磁體、本文以勵(lì)磁繞組為例進(jìn)行介紹）給三個(gè)電樞繞組提供勵(lì)磁，該電機(jī)勵(lì)磁繞組的端部長(zhǎng)度較長(zhǎng)，因此勵(lì)磁損耗較大，占用的體積較大，成本也高。另外傳統(tǒng)的多相雙凸極電機(jī)還存在各相不對(duì)稱問題（詳見本申請(qǐng)作為第一發(fā)明人發(fā)表的論文《各相對(duì)稱的五相電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)電磁特性分析》. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)2016. 36 (10)）。本申請(qǐng)作為第一發(fā)明人提出了跨一個(gè)定子極繞制的雙凸極電機(jī)“授權(quán)號(hào)ZL201510010867X，一種直驅(qū)電動(dòng)滾筒用電機(jī)”，但這種電機(jī)勵(lì)磁繞組個(gè)數(shù)較多，因此軸向占用的漆包線多，空間大且勵(lì)磁效率低。因此打破常規(guī)思維，提出一種一個(gè)勵(lì)磁源能給多個(gè)定子極提供勵(lì)磁，且各相性能對(duì)稱的雙凸極電機(jī)。

本申請(qǐng)的技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)的不同主要體現(xiàn)在輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)方面。本申請(qǐng)的技術(shù)具有不均布的定子極和超出已公開常理技術(shù)的特殊定轉(zhuǎn)子極弧系數(shù)和偏角組合參數(shù)，其繞組繞制方式也與傳統(tǒng)電機(jī)有著本質(zhì)的區(qū)別。

目前申請(qǐng)人經(jīng)國(guó)內(nèi)外檢索，尚未檢索到本發(fā)明所涉及集中勵(lì)磁的電動(dòng)車輪轂電機(jī)的高容錯(cuò)、高效率的要求所提出一種新型結(jié)構(gòu)的電機(jī)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

所要解決的技術(shù)問題：提供一種高容錯(cuò)、高效率的集中勵(lì)磁的電動(dòng)車輪轂電機(jī)。

為了實(shí)現(xiàn)以上功能，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

集中勵(lì)磁的電動(dòng)車輪轂電機(jī)，包括定子鐵心(4)、外轉(zhuǎn)子鐵心(1)、勵(lì)磁繞組(2)、電樞繞組(5)和軸(3)，外轉(zhuǎn)子鐵心(1)固定在電動(dòng)車輪轂上，外轉(zhuǎn)子鐵心(1)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)電動(dòng)車輪轂直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車，其特征在于：

外轉(zhuǎn)子鐵心(1)的內(nèi)側(cè)有7個(gè)凸極式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子極，轉(zhuǎn)子極的極弧系數(shù)等于0.5；

定子上有2個(gè)繞有勵(lì)磁繞組(2)的勵(lì)磁極和4個(gè)繞有電樞繞組(5)的電樞極，勵(lì)磁極和電樞極都是凸極式結(jié)構(gòu)的定子極；

2個(gè)勵(lì)磁極相隔180度機(jī)械角分布，勵(lì)磁極的極弧機(jī)械角為33.6度；

每個(gè)勵(lì)磁極兩側(cè)有兩個(gè)電樞極，電樞極的極弧機(jī)械角為25.6度；

電樞極和勵(lì)磁極之間有放置電樞繞組(5)和勵(lì)磁繞組(2)的定子槽，所述定子槽槽口機(jī)械角為28.7度；

電樞極上的電樞繞組(5)為集中式繞組。

如上所述集中勵(lì)磁的電動(dòng)車輪轂電機(jī)，其特征在于：沿圓周方向的電樞繞組(5)依次為A相電樞繞組、B相電樞繞組、C相電樞繞組和D相電樞繞組。

如上所述集中勵(lì)磁的電動(dòng)車輪轂電機(jī)，其特征在于：沿圓周方向的電樞繞組(5)依次為A相電樞繞組、B相電樞繞組、-A相電樞繞組和-B相電樞繞組；A相電樞繞組和-A相繞組反向串聯(lián)，B相電樞繞組和-B相電樞繞組反向串聯(lián)，構(gòu)成兩相繞組。

如上所述集中勵(lì)磁的電動(dòng)車輪轂電機(jī)，其特征在于：作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流即可控制不同轉(zhuǎn)速下的輸出電壓，能夠回收制動(dòng)能量并給電動(dòng)車蓄電池充電；作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流和電樞電流的大小，能夠控制所述輪轂電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。

本發(fā)明的有益效果是：

1電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，調(diào)速范圍寬，適合高速運(yùn)行；

2具備外轉(zhuǎn)子，從而減小了傳動(dòng)環(huán)節(jié)的能量損失，可以直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車運(yùn)行；

3轉(zhuǎn)子為凸極結(jié)構(gòu)，無勵(lì)磁繞組，工作可靠；

4總的磁鏈較短，定子鐵心磁阻小，鐵耗少；硅鋼片用量少、電機(jī)重量輕；

5繞組皆為集中式繞組，內(nèi)阻小，效率高；

6各相繞組完全對(duì)稱。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明集中勵(lì)磁的電動(dòng)車輪轂電機(jī)縱剖圖。其中，1、外轉(zhuǎn)子鐵心，2、勵(lì)磁繞組，3、軸，4、定子鐵心，5、電樞繞組。

圖2是本發(fā)明本發(fā)明集中勵(lì)磁的電動(dòng)車輪轂電機(jī)定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)縱剖示意圖。

圖3是本發(fā)明本發(fā)明集中勵(lì)磁的電動(dòng)車輪轂電機(jī)第1實(shí)施繞組分布圖。其中，1、外轉(zhuǎn)子鐵心，2、勵(lì)磁繞組，3、軸，4、定子鐵心，5、電樞繞組，A、B、C和D分別表示A相電樞繞組、B相電樞繞組、C相電樞繞組和D相電樞繞組。

圖4是本發(fā)明一種體感車電勵(lì)磁輪轂電機(jī)四相繞組接功率變換器圖。

圖5是本發(fā)明一種體感車電勵(lì)磁輪轂電機(jī)兩相繞組接功率變換器圖。

圖6是本發(fā)明定子四相電樞繞組與勵(lì)磁繞組的互感圖。其中，Laf表示A相電樞繞組與勵(lì)磁繞組(2)的互感，在數(shù)值上等于勵(lì)磁電流為1安培時(shí)A相電樞繞組的磁鏈。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供集中勵(lì)磁的電動(dòng)車輪轂電機(jī)，為使本發(fā)明的技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以及參照附圖并舉實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1給出的本發(fā)明集中勵(lì)磁的電動(dòng)車輪轂電機(jī)縱剖圖，由定子鐵心(4)、外轉(zhuǎn)子鐵心(1)、勵(lì)磁繞組(2)、電樞繞組(5)和軸(3)組成，外轉(zhuǎn)子鐵心(1)固定在電動(dòng)車輪轂上，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車。

在外轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)側(cè)有7個(gè)凸極式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子極，轉(zhuǎn)子極的極弧系數(shù)等于0.5；定子上有2個(gè)繞有勵(lì)磁繞組(2)的勵(lì)磁極和4個(gè)繞有電樞繞組(5)的電樞極，勵(lì)磁極和電樞極都是凸極式結(jié)構(gòu)的定子極。

圖2是本發(fā)明本發(fā)明集中勵(lì)磁的電動(dòng)車輪轂電機(jī)定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)縱剖示意圖。電機(jī)定子鐵心上兩個(gè)勵(lì)磁極相隔180度機(jī)械角分布，勵(lì)磁極的極弧機(jī)械角為33.6度；在每個(gè)勵(lì)磁極兩側(cè)有兩個(gè)電樞極，電樞極的極弧機(jī)械角為25.6度。電樞極和勵(lì)磁極之間有放置電樞繞組(5)和勵(lì)磁繞組(2)的定子槽，定子槽槽口機(jī)械角為28.7度。

圖3是本發(fā)明本發(fā)明集中勵(lì)磁的電動(dòng)車輪轂電機(jī)第1實(shí)施繞組分布圖。電機(jī)定子鐵心的4個(gè)電樞極上分別繞有電樞繞組(5)，沿圓周方向的電樞繞組(5)依次為A相電樞繞組、B相電樞繞組、C相電樞繞組和D相電樞繞組。

圖4是本發(fā)明一種體感車電勵(lì)磁輪轂電機(jī)四相繞組接功率變換器圖。四相繞組分別接四相功率變換器的四個(gè)橋臂上，當(dāng)其中一相繞組出現(xiàn)故障后，其余各相繞組可以繼續(xù)降額工作。

圖5是本發(fā)明一種體感車電勵(lì)磁輪轂電機(jī)兩相電樞繞組接功率變換器圖

圖6本發(fā)明定子四相電樞繞組與勵(lì)磁繞組的互感圖。可以看出各個(gè)繞組之間相隔90度電角度。

下面對(duì)本發(fā)明提出的集中勵(lì)磁的電動(dòng)車輪轂電機(jī)進(jìn)行工作原理的說明。

通過位置傳感器檢測(cè)輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，將位置信號(hào)輸送給控制器后，控制器控制功率變換器的相應(yīng)開關(guān)管，給電感上升的繞組通以正向電流，給電感下降的繞組通以負(fù)向電流，電機(jī)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)外輸出轉(zhuǎn)矩。

需要指出的是，本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)不是簡(jiǎn)單的選取或優(yōu)化問題。本申請(qǐng)電樞定子極弧系數(shù)、轉(zhuǎn)子極弧系數(shù)、永磁定子極極弧系數(shù)等具有無窮多個(gè)的配合，加上各個(gè)極之間的角度也不一樣，因此在沒見到本申請(qǐng)的技術(shù)內(nèi)容、且不具備的創(chuàng)造性思維的研究人員無法在有限時(shí)間內(nèi)求出最可行的方案。

同時(shí)需要指出的是，本發(fā)明的體感車電勵(lì)磁輪轂電機(jī)的極弧系數(shù)和偏角并非是個(gè)有限組合內(nèi)的選擇問題，而是只有在這種匹配下才能取得所述性能的特殊結(jié)構(gòu)。