一種同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)及混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)，具體涉及一種同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前電動(dòng)汽車(包括純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車)所用驅(qū)動(dòng)電機(jī)，一般為交流異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)。交流異步電機(jī)雖結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠，但存在功率密度較低、恒功率調(diào)速范圍較窄的固有缺點(diǎn)，同時(shí)由于異步電機(jī)轉(zhuǎn)子有銅損，轉(zhuǎn)子發(fā)熱量將傳導(dǎo)至軸承處，將會(huì)極大地降低軸承的壽命，從而導(dǎo)致電機(jī)整體壽命縮短；永磁同步電機(jī)雖然效率較高、功率密度較高、恒功率調(diào)速范圍較寬同時(shí)轉(zhuǎn)子發(fā)熱量較低，但一般以永磁轉(zhuǎn)矩為主，其反電動(dòng)勢在高速過高，失控會(huì)損壞系統(tǒng)，不利于車輛高速運(yùn)行的控制。因此，研發(fā)一種用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)，具有高效率、高功率密度、寬調(diào)速范圍同時(shí)轉(zhuǎn)子發(fā)熱量較低，且不存在反電勢損壞系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的電機(jī)就很有必要了。
[0003]同步磁阻電機(jī)具有功率密度高、調(diào)速范圍寬、效率高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，但是由于需要提供永磁體的性能來提供電機(jī)性能，所以往往采用稀土類永磁體，而稀土類永磁體不可再生、價(jià)格昂貴，為了節(jié)約稀有金屬資源，減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)，更為了提高電機(jī)性能、效率，本實(shí)用新型提出一種新的永磁輔助式永磁同步電機(jī)及其轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)加工簡單，高速下機(jī)械強(qiáng)度高、反電動(dòng)勢低，且凸極比大、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型出于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種新的同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有永磁同步電機(jī)和交流異步電機(jī)的固有缺陷，而且相比現(xiàn)有的同步磁阻電機(jī)，加工工藝簡單、凸極比大、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0006]一種同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)，包括定子、轉(zhuǎn)子，所述定子包括定子鐵心和繞組，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心，所述轉(zhuǎn)子鐵心由轉(zhuǎn)子沖片疊壓而成，所述轉(zhuǎn)子沖片包括若干個(gè)對稱的磁極，所述磁極沿所述轉(zhuǎn)子圓周N極和S極交替排列，所述磁極包括3?4層?xùn)鸥?，所述各相鄰柵格層之間間距H與轉(zhuǎn)子極距T之間的關(guān)系為:T/16 < H < Τ/8。
[0007]所述各柵格層包括3?4個(gè)柵格。
[0008]所述各層?xùn)鸥裰g間距W與所述轉(zhuǎn)子、定子之間氣隙δ的關(guān)系為:δ /3 彡 W 彡 3 δ。
[0009]所述磁極柵格中部分放置磁鋼，其余部分空置。
[0010]所述磁極柵格中一部分放置磁鋼，其余部分放置環(huán)氧樹脂。
[0011 ] 所述磁極柵格放置磁鋼的體積占柵格總體積的比例為10 %?50 %。
[0012]所述磁鋼為釹鐵硼磁鋼。
[0013]所述定子繞組為分布式繞組。
[0014]一種混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、電機(jī)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、電機(jī)順序連接，所述電機(jī)為上述的任意一種同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)。
[0015]與現(xiàn)有的同步磁阻電機(jī)相比，本實(shí)用新型有顯著優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體體現(xiàn)為:
[0016]1、使用本實(shí)用新型的同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)，采用部分放置磁鋼的設(shè)計(jì)，減少磁鋼的使用量，節(jié)省成本；
[0017]2、使用本實(shí)用新型的同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了柵格的位置及磁鋼的分布，進(jìn)一步提高了磁阻轉(zhuǎn)矩的利用率及電機(jī)效率；
【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型永磁輔助式同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)第一實(shí)施例的示意圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型永磁輔助式同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)中柵格層數(shù)與凸極比和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系不意圖；
[0020]圖3為本實(shí)用新型永磁輔助式同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)中同一層?xùn)鸥駛€(gè)數(shù)與凸極比和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系不意圖；
[0021]圖4為本實(shí)用新型永磁輔助式同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)中相鄰兩層?xùn)鸥耖g距與凸極比和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系不意圖；
[0022]圖5為本實(shí)用新型永磁輔助式同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)中同一柵格層相鄰柵格之間距離與最高轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子剪切應(yīng)力和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系示意圖；
[0023]圖6為本實(shí)用新型永磁輔助式同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)中磁鋼填充率與空載線反電勢的關(guān)系不意圖；
[0024]圖7為本實(shí)用新型永磁輔助式同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)中相鄰磁極之間最小間距與凸極比和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系示意圖；
[0025]圖8為本實(shí)用新型永磁輔助式同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)中相鄰磁極柵格間角度與凸極比和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系示意圖；
[0026]圖9為本實(shí)用新型永磁輔助式同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)第二實(shí)施例的示意圖；
[0027]圖10為本實(shí)用新型永磁輔助式同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)第三實(shí)施例的示意圖；
[0028]圖11為本實(shí)用新型永磁輔助式同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)第四實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本實(shí)用新型的具體實(shí)施方法如下:
[0030]現(xiàn)有的永磁同步電機(jī)設(shè)多使用昂貴的稀土永磁材料，而且由于永磁體分布產(chǎn)生的反電動(dòng)勢較大；同步磁阻電機(jī)雖然能夠提供較小的反電動(dòng)勢，但是由于其轉(zhuǎn)子不使用永磁體，故在電機(jī)大小相同的情況下，同步磁阻電機(jī)的功率密度要小得多。
[0031]本實(shí)用新型提供的永磁輔助式同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子具有多個(gè)永磁體槽組，每組永磁體槽包括多層?xùn)鸥?。本文中所謂“柵格”是指在轉(zhuǎn)子鐵心上設(shè)置的槽狀或沿軸向貫通于轉(zhuǎn)子鐵芯的結(jié)構(gòu)，類似于永磁同步電機(jī)的磁極槽，但該柵格內(nèi)可以填充或者不填充永磁材料。本實(shí)用新型電機(jī)轉(zhuǎn)子同一永磁體槽組內(nèi)的永磁體磁性相同，相鄰永磁體槽組間的永磁體磁性相反，即采用沿圓周方向排列成N極和S極交替的形式，圖1為本實(shí)用新型第一實(shí)施例中永磁輔助式同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，轉(zhuǎn)子鐵心由轉(zhuǎn)子沖片疊壓而成，轉(zhuǎn)子沖片由六個(gè)對稱的磁極構(gòu)成，每個(gè)磁極由多層?xùn)鸥窠M成，經(jīng)過大量的試驗(yàn)和仿真得出每個(gè)磁極的柵格層數(shù)對電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩及電機(jī)凸極比的影響如圖2所示。本文中所謂“凸極比”是指電機(jī)交軸電感與直軸電感的比值。本實(shí)施例選用3層?xùn)鸥窠Y(jié)構(gòu)，每層?xùn)鸥裼扇舾芍本€型的柵格組成，圖1中所示結(jié)構(gòu)中每層?xùn)鸥裨O(shè)置為2個(gè)以上柵格，所有柵格具有相同的寬度，相鄰兩層?xùn)鸥裰g具有相同的間距H，且每層?xùn)鸥裣噜彇鸥裰g具有相同的間隔W，沿電機(jī)轉(zhuǎn)子外圓半徑由外向內(nèi)第一層?xùn)鸥窠M由兩個(gè)柵格組成，兩柵格呈一直線排列；在轉(zhuǎn)子尺寸允許的情況下，第一層?xùn)鸥窨梢杂啥嘤?個(gè)柵格組成，且各柵格不一定呈直線排列。由第一層?xùn)鸥窠M向內(nèi)的第二層及第N層?xùn)鸥窠M分別由2個(gè)以上的柵格組成，每兩個(gè)柵格之間互相形成小于180度的夾角，相對弧形結(jié)構(gòu)來說，該結(jié)構(gòu)加工工藝更加簡單，易于操作。本實(shí)施例中第二層?xùn)鸥窠M及第三層?xùn)鸥窠M分別由三個(gè)柵格組成，每一層?xùn)鸥窠M的柵格向轉(zhuǎn)子外沿構(gòu)成U形排列。在工藝允許的情況下，每一層?xùn)鸥窠M都可以包括3個(gè)甚至多個(gè)柵格，且柵格不限于相同的長度。對于汽車領(lǐng)域所使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，每個(gè)磁極的柵格層數(shù)對電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩及電機(jī)凸極比的影響如圖2所示，柵格的層數(shù)對電機(jī)的d軸電感的變化很小，但是q軸電感在隨著層數(shù)的變化會(huì)有較大變化，即當(dāng)永磁輔助同步磁阻電機(jī)柵格層數(shù)增加時(shí)，永磁輔助同步磁阻電機(jī)的q軸電感急劇增大，這主要是因?yàn)樵诙鄬拥臇鸥駥咏Y(jié)構(gòu)中，q軸磁通更多地經(jīng)由兩層?xùn)鸥駥娱g的導(dǎo)磁通道流過，導(dǎo)致產(chǎn)生更大的q軸電感，從而增大了永磁輔助同步磁阻電機(jī)產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。且每層?xùn)鸥竦臇鸥駭?shù)對于電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩及電機(jī)凸極比的影響如圖3所示，因此，處于電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩及電機(jī)凸極比的考慮，優(yōu)選地，選擇3?4層?xùn)鸥?，每層?xùn)鸥癜??4個(gè)柵格。
[0032]為了增加d軸方向磁阻，減小電機(jī)的d軸電感，電機(jī)的柵格厚度必須加大，但在厚度達(dá)到一定程度后，因?yàn)閐軸磁力線很難直接穿過永磁體槽，繼續(xù)增加永磁體槽的厚度，而d軸電感卻很難下降，為了減小d軸電感及使導(dǎo)磁通道不發(fā)生局部飽和，導(dǎo)磁通道設(shè)計(jì)成各處的寬度相差不大。結(jié)合電機(jī)轉(zhuǎn)子多層永磁體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可使得同步磁阻電機(jī)的q軸電感迅速增大，盡可能增大q軸與d軸的電感差，進(jìn)一步提高電機(jī)磁阻轉(zhuǎn)矩的利用率，出于上述