多维分相的电机和电机的多维分相方法及电动车辆技术

一种多维分相的电机，在均匀分布于电机转子上的每一转子磁极的轴向、径向及周向的多维立体空间分设三相定子磁极，如转子磁极102周围设置三相定子磁极103、104、105，转子磁极102与其径向外侧的定子磁极104正对时，另两相定子磁极103和105分列转子磁极102的轴向两侧，且在轴向看来，定子磁极103到轴心连线512与定子磁极104到轴心连线511的夹角为+α(向左)时，定子磁极105到轴心连线513与连线511的夹角为‑α(向右)，由电子系统分相控制定子的三相绕组，通过增设定子磁极，高效利用转子周围空间，减小了转矩波动，提高了转子受力密度、电机功率、响应性和加速及制动能力，也可作发电机使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电机
，具体涉及多维分相的电机和电机的多维分相方法及电动车辆。
技术介绍
电机，是机械能与电能转换的装置，包括电动机和发电机，广泛应用于工业、农业、航天、交通、通信、计算机、科研、办公设备、家用电器、医疗设备、环保机械等多个领域，特别是应对于燃料资源的短缺和汽车尾气排放对大自然环境的破坏，世界多国都在积极努力研发各种新能源汽车；而作为新能源无污染的零排放的汽车，电机成为了核心的动力驱动部件，并且在车辆倒拖行驶时还可以作为发电机使用用以回收能量。基于电动汽车的特点，对所采用的电机也有较高的要求，为了提升最高时速，电机应有较高的瞬时功率和功率密度(W/kg)；为了增加充电行驶距离，电机应有较高的效率；而且电动汽车是变速工作的，所以电机应有较高的高低速综合效率；此外有很强的过载能力、大的启动转矩、转矩响应要快。电动车起动和爬坡时速度较低，但要求力矩较大；正常运行时需要的力矩较小，而速度很高。目前电动汽车电机主要有三种类型：一是交流电机，其效率较低、体积和重量较大、速度响应性较差。二是永磁电机，永磁同步电机也有自身的缺点，转子上的永磁材料在高温、震动和过流的条件下，会产生磁性衰退的现象，所以在相对复杂的工作条件下，电机容易发生损坏；而且永磁材料价格较高，因此整个电机及其控制系统成本较高。永磁同步电机在电动车辆应用较广泛。三是开关磁阻电机，目前，从现已成熟的电机技术来看，开关磁阻电机在各个技术特性方面似乎更符合电动车的使用需要，但其振动和噪音问题是其电动车辆尤其是小型乘用车辆所不能承受的，因而尚未得到普及，仅在货物运输车辆上处于测试阶段。纵观现有技术的汽车驱动电机来说，存在以下问题：其功率密度较为有限，这很大程度上限制了电动汽车行业的发展，交流电机虽说技术成熟可靠性强，但其体积和重量均较大，相比之下其功率密度仍然受限；综合现有电机应用于电动汽车方面的诸多问题，亟需有针对性地研发具有下述特点的高可靠汽车驱动电机：1、功率方面：电机具有较高的功率密度，满足车辆动力需求；2、转速方面：电机具有适应车辆多变的转速工况特性，满足驾驶需要；3、转矩方面：电机高速、低速均具有较大转矩，适应车辆快速启动和爬坡及加速性能需求；4、耐震方面：电机能够承受车辆颠婆耐震的工作环境；5、温度方面：电机能够承受车辆使用时较大的环境温度变化范围，特别满足是高温环境要求；6、抗过载方面：电机要经受多转速工况下的电流过载、驱动转矩过载、阻力转矩过载以及转矩多变冲击；7、可靠性方面：电机具有较高的可靠性、耐久性、稳定性，经受车辆长期行驶过程的多工况耐久性检验；8、重量方面：电机体积相对较小、重量相对较轻；9、成本方面：电机材料成本相对较低，易于推广及大规模量产；10、节能方面：电机在车辆倒拖行驶时还可以作为发电机使用用以回收能量。11、电池匹配方面：电机电流消耗适应于电池的放电特性，特别是在起步工况、过载工况、长期过载运行时要减少或消除对电池的破坏性消耗。
技术实现思路
本专利技术目的是研发设计功率密度较大、转子结构相对较为简单的多相电机，使其较为适宜电动车辆的驱动，以解决上述问题中的至少一个问题。本专利技术在总结原有电机的技术基础上，创造性地提出新的技术方案，在总结既有电机的技术特点时，专利技术人对电机的分相方法作了如下分类：现有技术的电机分相方法包括：①第一种分相方法是在转子旋转圆周方向进行分相，即“周向分相”，为“圆周维度”的分相，这种方法应用较为广泛，这种方法在用于开关磁阻电机时，其相位空间相互独立，使转子受力密度降低；②第二种方法是在轴向方向上同轴布置多相位定子绕组，即“轴向分相”，为“轴向维度”的分相，这种方法使电机的轴向加长；③第三种方法是在转子旋转圆盘的不同半径的圆周上布置不同相位的定子绕组，即“径向分相”，为“径向维度”的分相，这种方法使转子盘的结构较为复杂。本专利技术的总体思路是：充分地利用了电机转子磁极周围的立体空间，创造性地在单转子盘的磁极周围的“周向”、“轴向”及“径向”多个维度的不同位置设置不同相位的定子磁极，随着转子的运转，在不同的时间点转子所处的不同的空间位置受到不同相位的磁场驱动，即：设置多维分相的定子磁极，使电机功率密度提高，同时转子的结构较为简单；同样作为发电机也可以提高发电功率密度。本专利技术的技术方案是：依据本专利技术的第一方面，提供了一种多维分相的电机，包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其特殊之处是，所述转子、定子、所述支撑元件和所述电子控制系统构成开关磁阻方式工作的电机，所述转子包括其圆周上分布有软磁材料制成的转子磁极，所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯包括具有三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对，不同相位的软磁磁极或软磁磁极对按一定相序分布于所述转子上转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置包括位于所述转子磁极周围的所述转子轴向、所述转子径向、所述转子旋转切向的三维立体空间的多个不同位置，所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述定子绕组依相序通电时，使所述定子磁芯产生电磁力矩使所述转子旋转，或用于使所述定子绕组依相序产生感应电动势。依据本专利技术的第二方面，提供了一种多维分相的电机，包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其特殊之处是，所述转子、定子以及所述支撑元件和所述电子控制系统构成永磁电机，所述转子包括其圆周上分布的永磁材料制成的转子磁极，所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯包括具有三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对，不同相位的软磁磁极或软磁磁极对按一定相序分布于所述转子上转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置包括位于所述转子磁极周围的所述转子轴向、所述转子径向、所述转子旋转切向的三维立体空间的多个不同位置，所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述定子绕组依相序通电时，使所述定子磁芯产生电磁力矩使所述转子旋转，或用于使所述定子绕组依相序产生感应电动势。依据本专利技术的第三方面，提供了一种多维分相的电机，包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其特殊之处是，所述转子、定子以及所述支撑元件和所述电子控制系统构成激磁电机，所述转子圆周上分布有软磁材料制成的转子磁极以及激磁绕组，所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯包括具有三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对，不同相位的软磁磁极或软磁磁极对按一定相序分布于所述转子上转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置包括位于所述转子磁极周围的所述转子轴向、所述转子径向、所述转子旋转切向的三维立体空间的多个不同位置，所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述定子绕组依相序通电时，使所述定子磁芯产生电磁力矩使所述转子旋转，或用于使所述定子绕组依相序产生感应电动势。依据本专利技术的第四方面，提供了一种多维分相的电机，包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其特殊之处是，所述转子、定子以及所述支撑元件和所述电子控制系统构成永磁与激磁混合电机，所述转子圆周上分布有软磁材料制成的转子磁极，所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯包括具有三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对，不同相位的软磁磁极或软磁磁极对按本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多维分相的电机，包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其特征在于，所述转子、定子、所述支撑元件和所述电子控制系统构成开关磁阻方式工作的电机，所述转子包括其圆周上分布有软磁材料制成的转子磁极，所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯包括具有三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对，不同相位的软磁磁极或软磁磁极对按一定相序分布于所述转子上转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置包括位于所述转子磁极周围的所述转子轴向、所述转子径向、所述转子旋转切向的三维立体空间的多个不同位置，所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述定子绕组依相序通电时，使所述定子磁芯产生电磁力矩使所述转子旋转，或用于使所述定子绕组依相序产生感应电动势。

【技术特征摘要】
1.一种多维分相的电机，包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其特征在于，所述转子、定子、所述支撑元件和所述电子控制系统构成开关磁阻方式工作的电机，所述转子包括其圆周上分布有软磁材料制成的转子磁极，所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯包括具有三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对，不同相位的软磁磁极或软磁磁极对按一定相序分布于所述转子上转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置包括位于所述转子磁极周围的所述转子轴向、所述转子径向、所述转子旋转切向的三维立体空间的多个不同位置，所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述定子绕组依相序通电时，使所述定子磁芯产生电磁力矩使所述转子旋转，或用于使所述定子绕组依相序产生感应电动势。2.一种多维分相的电机，包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其特征在于，所述转子、定子以及所述支撑元件和所述电子控制系统构成永磁电机，所述转子包括其圆周上分布的永磁材料制成的转子磁极，所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯包括具有三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对，不同相位的软磁磁极或软磁磁极对按一定相序分布于所述转子上转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置包括位于所述转子磁极周围的所述转子轴向、所述转子径向、所述转子旋转切向的三维立体空间的多个不同位置，所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述定子绕组依相序通电时，使所述定子磁芯产生电磁力矩使所述转子旋转，或用于使所述定子绕组依相序产生感应电动势。3.一种多维分相的电机，包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其特征在于，所述转子、定子以及所述支撑元件和所述电子控制系统构成激磁电机，所述转子圆周上分布有软磁材料制成的转子磁极以及激磁绕组，所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯包括具有三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对，不同相位的软磁磁极或软磁磁极对按一定相序分布于所述转子上转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置包括位于所述转子磁极周围的所述转子轴向、所述转子径向、所述转子旋转切向的三维立体空间的多个不同位置，所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述定子绕组依相序通电时，使所述定子磁芯产生电磁力矩使所述转子旋转，或用于使所述定子绕组依相序产生感应电动势。4.一种多维分相的电机，包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其特征在于，所述转子、定子以及所述支撑元件和所述电子控制系...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明，
申请(专利权)人：杨明，
类型：发明
国别省市：辽宁;21