一种高频变压器一体化双模块磁通切换电机 |
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| 申请号 | CN202210632938.X | 申请日 | 2022-06-06 | 公开(公告)号 | CN114938087B | 公开(公告)日 | 2024-04-23 |
| 申请人 | 河北工业大学; | 发明人 | 苏鹏; 常岚超; 夏玉佳; 李永建; 胡艳芳; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种高频 变压器 一体化双模 块 磁通切换 电机 ，包括 定子 组件和 转子 组件，定子组件包括定子模块，定子模块包括环周设置的多个定子 铁 心、绕制在各定子铁心上的第一 电枢绕组 、第二电枢绕组、第三电枢绕组以及设于各定子铁心之间的多个 永磁体 ，转子组件包括 转轴 以及沿转轴轴向设置的两组转子模块，转子模块包括多个转子齿，两转子模块上的转子齿之间沿圆周方向存在夹 角 。本 专利 将电机结构重构成变压器，使电动 汽车 驱动系统与充电系统在车内有限空间高度集成，简化车载充电系统，实现充电设备的高集成化。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高频变压器一体化双模块磁通切换电机，包括定子组件和转子组件，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 一种高频变压器一体化双模块磁通切换电机技术领域[0001] 本发明涉及电机制造技术领域，尤其涉及一种高频变压器一体化双模块磁通切换电机。 背景技术[0002] 进入21世纪以来，能源危机和环境问题日益突出，专家和学者都对新能源电动汽车的研发投入了极大的关注，使得电动汽车产业在全球范围内得到了高速的发展。然而，受制于电池技术，消费者对于电动汽车续航能力存在担忧，也成为电动汽车的主要瓶颈问题，因此研发便捷、快速、有效、低成本的电动汽车的高度集成充电系统具有相当重要的意义。 [0003] 出于安全性的考虑，具备电气隔离功能的电机对于集成充电系统来说总是具有更优的选择。目前，在集成式车载充电系统中添加电气隔离功能的主要思路为在功率级中增加或构造出隔离变压器。增加隔离变压器对于整车厂家而言，会显著增加整车成本和质量，挤占车内有限空间，与目前整车轻量化的趋势不符。另一方面，电动汽车领域对电机及其驱动系统的调速范围和容错能力都提出了更高要求，因此，继承了传统永磁电机高效率、高功率密度特点，同时又兼具电励磁电机磁场直接调节能力的混合励磁型磁通切换电机，在电动汽车领域受到了越来越多的关注，而混合励磁型电机在构造集成式充电系统时，因其特殊的电机结构和电磁特性，会具有多种优势，为集成充电系统的发展提供了新的技术方案。 发明内容[0004] 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种高频变压器一体化双模块磁通切换电机。 [0005] 本发明是通过以下技术方案予以实现： [0006] 一种高频变压器一体化双模块磁通切换电机，包括定子组件和转子组件，所述定子组件包括定子模块，所述定子模块包括环周设置的多个定子铁心、绕制在各定子铁心上的第一电枢绕组、第二电枢绕组、第三电枢绕组以及设于各定子铁心之间的多个永磁体，所述定子铁心为双E型结构；所述转子组件包括转轴以及沿转轴轴向设置的两组转子模块，所述转子模块包括多个转子齿，两所述转子模块上的转子齿之间沿圆周方向存在夹角。 [0007] 根据上述技术方案，优选地，所述定子组件包括同轴设置的两组定子模块，两所述定子模块之间设有隔磁环，所述定子模块包括12个定子铁心，所述定子模块包括12个永磁体，各所述永磁体均为切向充磁，每个定子模块中的相邻永磁体的充磁方向相反，两个定子模块的相同位置的永磁体充磁方向相反。所述转子模块包括20个转子齿，两所述转子模块上的转子齿之间沿圆周方向相差9°。 [0008] 根据上述技术方案，优选地，所述第一电枢绕组与第二电枢绕组均绕制于轴向分布的两定子铁心的定子轭部，所述第三电枢绕组绕制于定子铁心的中间齿上。所述第一电枢绕组、第二电枢绕组和第三电枢绕组中分别包括A相绕组、B相绕组和C相绕组，所述A相绕组、B相绕组和C相绕组之间相差电角度120°。 [0009] 本发明的有益效果是： [0010] 第一，本专利将电机结构重构成变压器，使电动汽车驱动系统与充电系统在车内有限空间高度集成，简化车载充电系统，实现充电设备的高集成化；第二，本发明有纯永磁励磁和混合励磁两种运行方式，在永磁体发生不可逆退磁故障时，可通过改变励磁绕组的电流强度调节气隙磁场的大小，维持电机的正常运行，提高了电机的容错能力，以满足不同工况下的要求；第三，本发明的第一电枢绕组与第二电枢绕组磁路隔离，且互为冗余，当一套电枢绕组故障，另一套电枢绕组可正常工作，维持电机故障状态下短时平稳运行，提高电机运行的可靠性与安全性。附图说明 [0011] 图1是本发明的立体结构示意图。 [0012] 图2是本发明转子组件部分的立体结构示意图。 [0013] 图3是本发明定子模块部分的绕组示意分布图。 [0014] 图4是本发明的永磁体装配结构图。 [0015] 图5是本发明隔磁环部分的立体结构示意图。 [0016] 图6是本发明的电机高频变压器运行模式原理图。 [0017] 图7是本发明的电机驱动运行模式原理图。 [0018] 图中：1、定子组件；2、转子组件；3、定子模块；4、隔磁环；5、定子铁心；6、永磁体；7、第一电枢绕组；8、第三电枢绕组；9、第二电枢绕组；10、中间齿；11、转子模块；12、转轴。 具体实施方式[0019] 为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。 [0020] 在发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。 [0021] 如图所示，本发明包括定子组件1和转子组件2，所述定子组件1包括定子模块3，所述定子模块3包括环周设置的多个定子铁心5、绕制在各定子铁心5上的第一电枢绕组7、第二电枢绕组9、第三电枢绕组8以及设于各定子铁心5之间的多个永磁体6，所述定子铁心5为双E型结构，具体结构为两个E型结构的定子铁心5反并在一起，使定子铁心5存在定子轭部和中间齿10。所述转子组件2包括转轴12以及沿转轴12轴向设置的两组转子模块11，所述转子模块11包括多个转子齿，两所述转子模块11上的转子齿之间沿圆周方向存在夹角。其中，定子铁心5和转子模块11均采用硅钢片制成，定子组件1和转子组件2之间存在气隙。 [0022] 根据上述实施例，优选地，所述定子组件1包括同轴设置的两组定子模块3，两所述定子模块3之间设有隔磁环4，隔磁环4位于两个定子模块3之间，其结构与各定子铁心5镶嵌永磁体6后的结构一样。所述定子模块3包括12个定子铁心5，所述定子模块3包括12个永磁体6，永磁体6采用钕铁硼、钐钴或者铁氧体永磁材料制成，各所述永磁体6均为切向充磁，每个定子模块3中的相邻永磁体6的充磁方向相反，两个定子模块3的相同位置的永磁体6充磁方向相反。 [0023] 根据上述实施例，优选地，所述第一电枢绕组7与第二电枢绕组9均绕制于轴向分布的两定子铁心5的定子轭部，所述第三电枢绕组8绕制于定子铁心5的中间齿10上，电枢绕组绕置于定子铁心5的轭部，与永磁体6分离，有效防止电机在工作过程中电枢线圈发热而引起的永磁体6高温退磁。其中，第一电枢绕组7与第二电枢绕组9可依据工况串联运行、并联运行或独立运行，第三电枢绕组8所在磁路与第一电枢绕组7、第二电枢绕组9的磁路串联，第三电枢绕组8可连接直流电源，做励磁绕组使用，也可连接电网侧，做高频变压器一次侧绕组使用。 [0024] 根据上述实施例，优选地，所述第一电枢绕组7、第二电枢绕组9和第三电枢绕组8中分别包括A相绕组、B相绕组和C相绕组，所述A相绕组、B相绕组和C相绕组之间相差电角度120°。具体地，对于第一电枢绕组和第二电枢绕组将其设置成两个一样的绕组，由于相邻的永磁体6的冲磁方向相反，所以相邻绕组的缠绕方式也相反，由图3可确定在第一电枢绕组 7、第二电枢绕组9中，A相绕组包括a1、a2、a3和a4四个线圈，B相绕组包括b1、b2、b3和b4四个线圈，C相绕组包括c1、c2、c3和c4四个线圈。对于第三电枢绕组，同理由于相邻的永磁体6的冲磁方向相反，所以相邻绕组的缠绕方式也相反，同样由图3可确定在第三电枢绕组8中，A相绕组包括a1、a2、a3和a4四个线圈，B相绕组包括b1、b2、b3和b4四个线圈，C相绕组包括c1、c2、c3和c4四个线圈。 [0025] 根据上述实施例，优选地，所述转子模块11包括20个转子齿，两所述转子模块11上的转子齿之间沿圆周方向相差9°，其中两转子模块11在空间位置相差π/Pr(其中Pr为转子齿数，本文Pr＝20)，相邻两个定子模块3相同位置的永磁体6充磁方向与励磁线圈磁场方向相反，使得第一电枢绕组7与第二电枢绕组9中永磁磁链偶次谐波抵消，永磁磁链更接近于正弦波。 [0026] 本发明具有驱动模式与充电模式两种运行方式：在驱动模式下，将定子上的第三电枢绕组串联在一起作为励磁绕组使用，调节永磁磁场，改善电机调速范围与过载能力；在充电模式下，将定子上第三电枢绕组重构成三相交流绕组作为变压器一次侧绕组接入电网，第一电枢绕组与第二电枢绕组分别作为变压器二次侧绕组配合逆变器为电池组充电。 [0027] 基于上述方案，本发明存在如下技术效果：第一，本专利将电机结构重构成变压器，使电动汽车驱动系统与充电系统在车内有限空间高度集成，简化车载充电系统，实现充电设备的高集成化；第二，本发明有纯永磁励磁和混合励磁两种运行方式，在永磁体发生不可逆退磁故障时，可通过改变励磁绕组的电流强度调节气隙磁场的大小，维持电机的正常运行，提高了电机的容错能力，以满足不同工况下的要求；第三，本发明的第一电枢绕组与第二电枢绕组磁路隔离，且互为冗余，当一套电枢绕组故障，另一套电枢绕组可正常工作，维持电机故障状态下短时平稳运行，提高电机运行的可靠性与安全性。 [0028] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 |
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