一种低速大转矩的电动汽车用五相永磁容错电机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种低速大转矩的电动汽车用五相永磁容错电机，包括同轴的内定子和外转子，永磁体沿圆周方向固定贴于外转子的内表面上，永磁体的充磁方向为径向且N极和S极交替排列，内定子圆周上布置彼此相交错的10个电枢齿和10个容错齿，电枢齿上绕有单层集中电枢绕组，径向相对两电枢齿上的集中电枢绕组串联成一相，电枢绕组为五相绕组；电枢齿的齿宽和容错齿的齿宽不相等，在电枢齿和容错齿的齿顶上设有沿圆周方向上均匀分布的40个调制极；在大幅度提高了转矩密度的同时保留并加强了容错性能，有助于减小电机体积，提高电机可靠性和带故障运行能力。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电工、电机、电动汽车领域，特指一种低速大转矩的电动汽车用五相永磁容错型游标电机。
技术介绍
随着日益增长的油价以及环境污染危机，电动汽车开始受到越来越广泛的关注。不同于传统汽车，电动汽车的推进系统主要采用高性能的电机驱动，因此，电机是决定电动汽车效率和性能的关键部件。相比于现有电励磁电机或者有刷直流电机驱动系统，永磁无刷电机拥有高效率、结构简单紧凑、运行可靠、体积小和重量轻等优点。随着具有外转子结构的轮毂电机的出现，电机与车轮间的机械连接得以取消，大大提高了整车效率和可靠性，轮毂式永磁容错电机具有高稳定性和带故障运行能力。众所周知，电动汽车运行在爬坡等低速运动场合时，往往需要通过机械齿轮变速以达到低速大转矩运行的效果，即兼顾电机高功率密度的设计要求与低速大转矩运行需要的矛盾。而轮毂式电机去除了机械连接，根据电机原理，转子转速越低，电机的体积、重量和制造成本就越大。永磁游标电机作为一种基于磁齿轮原理而产生的新型电机，它具有体积小，重量轻，输出转矩大，适用于低速大转矩应用场合等优点。现有技术中的永磁容错电机尽管具有高可靠性和高容错性能，但因其转矩密度不高(与普通永磁电机类似)，将其运用于直接驱动的电动汽车上时，电机体积受到轮胎大小限制，从而使其输出转矩也受到限制无法满足低速大转矩运行的需要。现有技术中的永磁游标电机均采用3相电枢绕组且每极每相槽数7 二 1/2的分数槽双层式集中绕组结构，首先7=1/2的分数槽集中绕组由于其一个线圈两圈边在空间呈120°电角度，从而导致绕组因数不高(约为O. 866)，某种程度上降低了反电势和输出转矩。其次三相双层式的集中绕组不具备高容错性能，自互感比值低，导致相与相间耦合程度相对较高，当一相发生故障，该故障相产生磁场将会严重影响其他两正常相，导致系统无法正常工作不具备带故障运行能力。
技术实现思路
本技术针对现有技术的不足进行设计，提出了一种低速大转矩的电动汽车用五相永磁容错型游标电机，目的在于在低速大转矩应用情况下相对于普通永磁容错电机提高了电机的转矩密度，从而减小了电机体积、重量和制造成本；而相对于永磁游标电机大幅提高容错性能，使其具备高可靠性以及带故障运行能力。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为包括同轴的内定子和外转子，内定子和外转子之间设置永磁体、电枢绕组、电枢齿、容错齿和调制极，永磁体沿圆周方向固定贴于外转子的内表面上，永磁体的充磁方向为径向且N极和S极交替排列，内定子圆周上布置彼此相交错的10个电枢齿和10个容错齿，电枢齿上绕有单层集中电枢绕组，径向相对两电枢齿上的集中电枢绕组串联成一相，电枢绕组为五相绕组；电枢齿的齿宽和容错齿的齿宽不相等，在电枢齿和容错齿的齿顶上设有沿圆周方向上均匀分布的40个调制极；每两个调制极之间是间隔分布的槽口和小槽，槽口与电枢齿和容错齿形成的齿间槽相通，小槽设在电枢齿和容错齿上，小槽的宽度、槽口的宽度和调制极的宽度三者相等，小槽的深度、槽口的深度和调制极的高度均相等。进一步地，调制极数/ 5、电枢绕组的极对数和永磁体的永磁体极对数三者满足关系式P2 = kns - BiPvPl = l,m = I, 3, 5...,左=O, ±1, ±2,…。本技术采用上述技术方案后具有如下有益效果I、采用外转子结构，车轮可与外转子很好集合在一起，省除了机械齿轮箱，提高了可靠性。同时减小了电机的体积，重量和制造成本。2、电枢绕组为每极每相槽数q錄的分数槽集中式绕组，端部短，安装方便，且绕组因数高(约O. 96)。3、采用单层绕组，每槽只有一相绕组，无绕组的容错齿作为磁通回路，同时也对相间电路、磁路和温度进行解耦。相与相间互感几乎为0，自互感比达到238 : 1，当电机一相发生故障(短路或者开路)时，该相对其他相绕组影响非常小，实现了相间独立，提高了电机的可靠性和带故障运行能力。4、有效地结合了永磁容错电机和永磁游标电机的优点，在保留并进一步加强了容错性能的同时显著的增大了输出转矩，具有高转矩密度和高功率密度。附图说明图I是本技术的结构示意图；图2是图I中电枢齿5、容错齿6、调制极7的局部放大图；图3是图2中电枢齿5、容错齿6、调制极7的局部展开图；图1-3中1.内定子；2.外转子；3.永磁体；4.绕组；5.电枢齿；6.容错齿；7.调制极；8.齿间槽；9.槽口；10.小槽；A.小槽10的宽度；B.调制极7的宽度；C.槽口 9的宽度；D小槽10的深度。图4是本技术气隙磁密空间分布图；图5是本技术空载反电势随m值变化而变化图； 图6是本技术自感和互感对比图；图7是本技术输出转矩与同体积永磁容错电机比较图。具体实施方式参照图1，本技术包括内定子I、外转子2、永磁体3、电枢绕组4、电枢齿5、容错齿6和调制极7。内定子I和外转子2同轴，在内定子I和外转子2之间设置永磁体3、电枢绕组4、电枢齿5、容错齿6和调制极7。沿外转子2内表面的圆周方向上，永磁体3固定贴在外转子2的内表面上,永磁体3的材料为钕铁硼,充磁方向为径向,永磁体3的N极和S极交替排列。内定子I圆周上布置10个电枢齿5和10个容错齿6，电枢齿5和容错齿6彼此相交错，电枢齿5上绕有单层集中电枢绕组4，径向相对两电枢齿5上的集中电枢绕组串联成一相绕组，本技术电枢绕组4为每极每相槽数^<1/2分数槽集中绕组构成的五相绕组，具体是有ABCDE五相绕组在定子I的10个电枢齿5上呈A、D、B、E、C、A、D、B、E、C分布。电枢齿5和容错齿6采用不等齿宽，在保证磁力线完全通过容错齿6的前提下最大限度增大电枢齿5和容错齿6形成的齿间槽8的面积；在电枢齿5和容错齿6的齿顶上设置在定子圆周方向上等宽均匀分布的调制极7，如附图2。为细致描述调制极7的结构，参见附图3的横向展开图，每两个调制极7之间是间隔分布的槽口 9和小槽10，槽口 9与齿间槽8相通,小槽10设置在电枢齿5和容错齿6的齿顶上，即,在电枢齿5和容错齿6上各开一小槽10，保证小槽10的宽度A、槽口 9的宽度C和调制极7的宽度B三者相等，即A = B = C，小槽10的深度、槽口 9的深度和调制极7的高度均相等，为图3中的D，如此最终形成在定子外圆周等宽均匀分布的40个调制极7，即= 40。根据图I绕组分相可知，定子电枢单相绕组基波极对数为I，即电枢绕组4的基波 极对数为1，即定子电枢绕组极对数P1 = I。调制极数&、定子电枢绕组极对数A和永磁体3的永磁体极对数三者满足关系式=左/ 5 - /71 = 1,3, 5···,^ = 0,±1,±2，…。为得到空间最大的谐波磁场，取其中A = I, = 9，从而得到永磁体极对数为31。电枢绕组4采用每极每相槽数<1/2的分数槽集中绕组结构，槽数为20，》/ i为9，Q 二 20/5/18 = 2/9，最大限度增大了绕组因数，从而增大了绕组反电势。当内定子电枢绕组4通以交流电时，产生电枢磁场，其旋转角速度为-^2，经过调制极7的调制作用，在气隙中产生一个调制波磁场，其旋转角速度为W1，该速度与外转子2速度一致，从而使该磁场与转子永磁体作用产生力矩。W1 : ω2为转速变比，等于与/ 2之比。本技术工作原理具体说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低速大转矩的电动汽车用五相永磁容错电机，包括同轴的内定子（1）和外转子（2），其特征是：内定子（1）和外转子（2）之间设置永磁体（3）、电枢绕组（4）、电枢齿（5）、容错齿（6）和调制极（7），永磁体（3）沿圆周方向固定贴于外转子（2）的内表面上，永磁体（3）的充磁方向为径向且N极和S极交替排列，内定子（1）圆周上布置彼此相交错的10个电枢齿（5）和10个容错齿（6），电枢齿（5）上绕有单层集中电枢绕组（4），径向相对两电枢齿（5）上的集中电枢绕组（4）串联成一相，电枢绕组（4）为五相绕组；电枢齿（5）的齿宽和容错齿（6）的齿宽不相等，在电枢齿（5）和容错齿（6）的齿顶上设有沿圆周方向上均匀分布的40个调制极（7）；每两个调制极（7）之间是间隔分布的槽口（9）和小槽（10），槽口（9）与电枢齿（5）和容错齿（6）形成的齿间槽（8）相通，小槽（10）设于电枢齿（5）和容错齿（6）上，小槽（10）的宽度、槽口（9）的宽度和调制极（7）的宽度三者相等，小槽（10）的深度、槽口（9）的深度和调制极（7）的高度均相等。

【技术特征摘要】
1.一种低速大转矩的电动汽车用五相永磁容错电机，包括同轴的内定子(I)和外转子(2)，其特征是内定子(I)和外转子(2)之间设置永磁体(3)、电枢绕组(4)、电枢齿(5)、容错齿(6)和调制极(7)，永磁体(3)沿圆周方向固定贴于外转子(2)的内表面上，永磁体(3)的充磁方向为径向且N极和S极交替排列，内定子(I)圆周上布置彼此相交错的10个电枢齿(5 )和10个容错齿(6 )，电枢齿(5 )上绕有单层集中电枢绕组(4 )，径向相对两电枢齿(5 )上的集中电枢绕组(4)串联成一相，电枢绕组(4)为五相绕组；电枢齿(5)的齿宽和容错齿(6)的齿宽不相等，在电枢齿(5)和容错齿(6)的齿顶上设有沿圆周方向上均匀分布的40个调制极(7);每两个调制极(7)之间是间隔分布的槽口(9)和小槽(10)，槽口(9)与电枢齿(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国海，杨俊勤，赵文祥，陈前，瞿沥，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：实用新型
国别省市：