一种电动车用U型外转子结构开关磁阻电机及其功率变换器制造技术

本发明专利技术公开一种电动车用U型外转子结构开关磁阻电机及其功率变换器，属于新型电机领域，包括电动车用U型外转子结构开关磁阻电机和适用所述结构的功率变换器，所述的电机包括U型外转子块和固定在轴上的内定子，若干U型外转子结构形成模块化转子结构，模块化U型外转子结构可直接固定在电动车的轮毂上，定子上缠绕有集中式的励磁绕组。径向相对的两个定子极缠绕的集中绕组串联成为一相，由于转子轭部的不连续性，必须采用相邻两相同时激励的方式，根据电机的激励方式，设计了一种功率变换器结构，适用于所述的电机。本发明专利技术的转子为模块化转子，便于模块化生产，并便于固定在电动车的轮毂上，同时电机具有容易维护、损耗低、效率高、等优点。

A switched reluctance motor with U type external rotor structure for electric vehicle and its power converter

The invention discloses an electric rotor structure with U type switched reluctance motor and power converter, belonging to the field of motor model, including power converter U type switch reluctance motor rotor structure and application of the structure of the electric vehicle, the motor includes U type external rotor block and fixed on the shaft of the stator some U type external rotor structure, the formation of modular rotor structure, modular U type external rotor structure can be directly fixed on the vehicle wheel hub, the stator winding excitation winding centralized. Concentrated winding two radial stator winding of the opposite poles of a series, the discontinuity of the rotor yoke, must use the adjacent two-phase incentive methods, according to the motor drive way, designed a power converter structure, suitable for the motor. The rotor of the invention is a modular rotor, which is convenient for modular production, and is easy to be fixed on the hub of an electric vehicle. Meanwhile, the motor has the advantages of easy maintenance, low loss, high efficiency and the like.

【技术实现步骤摘要】
一种电动车用U型外转子结构开关磁阻电机及其功率变换器
本专利技术涉及一种新型电机领域，尤其涉及一种电动车用U型外转子结构开关磁阻电机及其功率变换器。
技术介绍
开关磁阻电机具有结构简单，坚固耐用，运行可靠，能量转换效率高等优点，由于稀土材料价格的迅速增大，使得使用永磁体的电机成本增加，因此开关磁阻电机在电动车的应用越来越广泛。开关磁阻电机遵循磁阻最小原理，因此开关磁阻电机的磁路对开关磁阻电机的能量转化具有重要的作用，应用一个好的磁性材料和降低磁通路径有利于减少电机的能量损耗。传统的外转子开关磁阻电机相邻相之间有一相工作时，其他相之间通过转子凸极相互干扰，导致磁通路径较长，并且在电机转动换相期间存在磁通逆转，使得电机的输出转矩降低，铁耗增加，风摩损耗增加，以及电机效率降低。目前研究的转子模块化开关磁阻电机多采用内转子分块，并采用注塑的方法，把转子凹陷部分注入塑料材料填满，但是制作工艺复杂且成本高，转子多采用的倒梯形结构，并且多采用分布绕组，电机整个绕组端部比较大，降低了电机绕组的利用率并增加了电机的端部效应，降低了电机的性能。因此在电机结构设计阶段，如何增大电机的输出转矩、降低电机的损耗、提高电机的输出效率、降低制作成本及功率变换器成本成为电机结构设计阶段的亟待解决的问题。
技术实现思路
对上述技术中存在问题，本专利技术提出一种U型外转子结构的开关磁阻电机及其功率变换器，设计合理，成本低廉，容易加工和维护的能用于电动车的开关磁阻电机驱动系统中。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下的技术方案予以实现：一种电动车用U型外转子结构开关磁阻电机，包括内定子和设置在内定子周若干U型转子块，其中，内定子的定子齿为外圆弧，U型转子块的转子齿为内圆弧，且内定子的外圆弧和转子齿的内圆弧之间设有气隙，内定子上缠绕有集中式励磁绕组。本专利技术在于，内定子和U型外转子块均是由硅钢片叠压而成。本专利技术在于，内定子径向相对的两个定子极串联形成一相，但极性相反。本专利技术在于，相邻两相的定子极绕组缠绕方向相反，形成N极-S极-N极-S极…N极-S极的极性分布。本专利技术在于，U型转子块可直接固定在电动车的轮毂上，便于安装和实施。本专利技术在于，为了使电机连续旋转，必须采用相邻两相同时激励的方式。根据所述的电动车用U型外转子结构开关磁阻电机的激励方式的特点设计了一种功率变换器结构，能够有效的减少功率变换器的开关管和续流二极管的数量，其功率变换器包括开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8，续流二极管VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6、VD7、VD8和储能电容Cs。开关管VT1、VT3、VT5、VT7的集电极与电源的正极相连接，发射极分别与A、C、E、G相绕组的正极相连接。续流二极管VD1、VD3、VD5、VD7的阴极分别与A、C、E、G相绕组的正极相连接，阳极与电源的负极相连接。开关管VT2、VT4、VT6、VT8的发射极与电源的负极相连接，集电极分别与B、D、F、H相绕组的负极相连接。续流二极管VD2、VD4、VD6、VD8的阳极分别与B、D、F、H相绕组的负极相连接，阴极与电源的正极相连接。A、C、E、G相绕组的负极与B、D、F、H相绕组的正极相连接，形成公共中性点。储能电容Cs并联在电源两端。有益效果：本专利技术所述的电动车用U型外转子结构开关磁阻电机，外转子是由多个独立、分散的外转子块组成的，外转子块为U型结构，便于将外转子块固定在电动车的轮毂上，径向相对的两个定子极串联形成一相，电机相邻两相的绕组极性相反，为了使电机的磁通路径缩短，电机的相邻两相同时导通，电机通过定子齿、定子轭部、相邻相定子齿、气隙、U型转子块形成闭合的磁通路径，缩短了电机的磁通路径。由于采用较短的磁通路径，并且电机在转动换相的过程中，磁通无逆转现象，不会产生负转矩的优点。并且电机采用集中绕组，减小了端部相应对电机的影响，并且降低了绕组内阻和铜耗，同时由于采用较短的磁通路径，电机的铁心损耗减小，电机输出转矩增大，所以电机的输出效率提高。为了减少所述的电动车用U型外转子结构开关磁阻电机用功率变换器中开关管及续流二极管的使用数量，设计了设计了一种功率变换器结构，与采用不对称半桥结构的功率变换器相比，将开关管及续流二极管的使用数量减半，有效的节约了功率变换器的制作成本，并且由于采用U型外转子结构便于安装在电动车的轮毂上，方便灵活，具有良好的工程应用价值。附图说明图1是本专利技术的16/12结构的电动车用U型外转子开关磁阻电机图。图2是本专利技术的16/12结构的电动车用U型外转子开关磁阻电机不对齐位置的磁力线分布图。图3是本专利技术的16/12结构的电动车用U型外转子开关磁阻电机对齐位置的磁力线分布图。图4是本专利技术的16/12结构的电动车用U型外转子开关磁阻电机用功率变换器结构。图5是本专利技术的传统16/12结构的外转子电机结构及其几何尺寸图。图6是本专利技术的16/12结构的电动车用U型外转子开关磁阻电机电机结构及其几何尺寸图。图7是本专利技术的传统16/12结构和电动车用U型结构外转子开关磁阻电机对齐和不对齐位置的磁链特性比较图。图8是本专利技术的传统16/12结构和电动车用U型结构外转子开关磁阻电机平均转矩特性比较图。图9是本专利技术的传统16/12结构和电动车用U型结构外转子开关磁阻电机静态转矩特性比较图。图10是本专利技术的传统16/12结构和电动车用U型结构外转子开关磁阻电机效率特性比较图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的一个实施例作进一步的描述：本实施案例的电动车用U型外转子开关磁阻电机，如图1所示，包括内定子和设置在内定子周若干U型转子块，其中，内定子的定子齿为外圆弧，U型转子块的转子齿为内圆弧，且内定子的外圆弧和转子齿的内圆弧之间设有气隙，内定子上缠绕有集中式励磁绕组。电机结构为8相16/12结构外转子开关磁阻电机，径向相对的两个定子极缠绕的绕组组成一相，A1和A2组成A相，B1和B2组成B相，C1和C2组成C相，D1和D2组成D相，E1和E2组成E相，F1和F2组成F相，G1和G2组成G相，H1和H2组成H相。相邻两相的绕组极性相反，因此电机组成了N极-S极-N极-S极-N极-S极-N极-S极-N极-S极-N极-S极-N极-S极-N极-S极的磁场。如图2和图3所示，电机在A、H两相同时通电时不对齐和对齐位置的磁力线分布，磁力线大部分经过A相定子极、气隙、U型转子、气隙、H相定子极、定子轭部闭合。对于图1所示的16/12结构的电动车用U型外转子结构的开关磁阻电机，为了使电机以顺时针方向转动，可以按照HA-EF-BC-GH-DE-AB-FG-CD的顺序励磁通电，若使电机以逆时针方向转动，可以按照HA-CD-FG-AB-DE-GH-BC-EF的顺序励磁通电。根据所述的16/12结构的电动车用U型外转子开关磁阻电机励磁通电方式，设计了一种功率变换器结构，如图4所示，包括开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8，续流二极管VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6、VD7、VD8和储能电容Cs。开关管VT1、VT3、VT5、VT7的集电极与电源的正极相连接，发射极分别与A、C、E、G相绕组的正极相连接。续流二极管VD1、VD3、VD5、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动车用U型外转子结构开关磁阻电机，其特征在于：包括模块化外转子（1）、定子绕组（2）、内定子（3），其中模块化外转子（1）为U型结构，可直接固定在电动车轮毂上，所述的模块化外转子（1）的转子齿内侧为内圆弧（4），内定子的定子齿外侧为外圆弧（5），转子齿的内圆弧（4）和定子齿的外圆弧（5）之间设有气隙，定子集中绕组（2）缠绕在内定子（1）的极上，径向相对的两个定子极串联成为一相，且相邻两相的定子绕组绕线相反，形成N极‑S极‑N极‑S极…N极‑S极的极性分布。

【技术特征摘要】
1.一种电动车用U型外转子结构开关磁阻电机，其特征在于：包括模块化外转子（1）、定子绕组（2）、内定子（3），其中模块化外转子（1）为U型结构，可直接固定在电动车轮毂上，所述的模块化外转子（1）的转子齿内侧为内圆弧（4），内定子的定子齿外侧为外圆弧（5），转子齿的内圆弧（4）和定子齿的外圆弧（5）之间设有气隙，定子集中绕组（2）缠绕在内定子（1）的极上，径向相对的两个定子极串联成为一相，且相邻两相的定子绕组绕线相反，形成N极-S极-N极-S极…N极-S极的极性分布。2.一种电动车用U型外转子结构开关磁阻电机用功率变换器，其特征在于：变换器包括开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8，续流二极管VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6、VD7、VD8和储能电容Cs；开关管VT1、VT3、VT5、VT7的集电极与电源的正极相连接，发射极分别与A、C、E、G相绕组的正极相连接；续流二极管VD1、VD3、VD5、VD7的阴极分别与A、C、E、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昊，闫文举，王锴，朱彧姝，孔镜凯，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32