专利摘要

本发明提供一种电动汽车模块化定转子电机，属于汽车电机技术领域。其特征在于：包括凸透镜形铁心、非导磁转子铁心、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组等，定子铁心分为6个呈E型的定子模块，每个定子模块内侧有3个不等宽的定子极，其中中间的一个为励磁极，两侧宽度相等的两个为电枢极，非导磁转子铁心具有10个扇形凹槽；扇形凹槽内嵌有由硅钢片叠压而成的扇形铁心。本发明技术可以实现用一个短矩励磁绕组给两个电枢绕组提供磁场，提高了绕组槽满率和各相隔离性能，实现了定转子皆为模块化的设计。

权利要求

1.电动汽车模块化定转子电机，其特征在于：

包括扇形铁心、非导磁转子铁心、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组和轴；

所述定子铁心分为6个呈E型的定子模块，每个定子模块内侧有3个不等宽的定子极，其中中间的一个为励磁极，两侧宽度相等的两个为电枢极，励磁极宽度大于电枢极的1.2倍且小于电枢极的1.5倍；

非导磁转子铁心位于定子铁心内侧并固定在轴上；非导磁转子铁心具有10个扇形凹槽；扇形凹槽内嵌有由硅钢片叠压而成的扇形铁心；扇型铁心的尾部有燕尾式凸起嵌入到扇形凹槽内；

两个定子极之间有定子槽，所有的定子槽槽口弧长相等；

所述扇形铁心外圆弧的机械角为36°；

励磁绕组绕制在励磁极上，电枢绕组绕制在电枢极上，励磁绕组和电枢绕组皆为集中式的短矩绕组；

所有的励磁绕组绕向一致；相邻的两个电枢绕组绕向相反。

2.如权利要求1所述的电动汽车模块化定转子电机，其特征在于：

定子铁心相邻的两个模块最外侧保留定子轭部的连接。

3.如权利要求1所述的电动汽车模块化定转子电机，其特征在于：

所述电动汽车模块化定转子电机还包括螺钉和压片；

扇形铁心的中间有贯穿的孔，螺钉穿过压片和扇形铁心，并利用压片将扇形铁心固定在非导磁转子铁心上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动汽车模块化定转子电机，属于汽车电机技术领域。

背景技术

当今社会环境恶化、能源短缺问题日益突出，因此汽车永远的追求目标是更加节能和更加环保。发展电动汽车的是全球共识。驱动电机是电动汽车要研究的关键技术之一。总体来看，电机朝着更加高效、更加可靠的方向发展。

在效率方面，电机效率的提高能提高汽车续驶里程，并减少电机发热引起的故障并延长寿命。而电机的损耗主要为铁耗和铜耗。铁耗主要为铁心产生。铜耗主要为绕组产生。永磁电机能通过利用减小励磁损耗来提高效率，而且稀土永磁同步电机是目前电动汽车驱动电机的主流，但是掠夺性开采导致我国中重类稀土仅能开采15-20年。据统计，2017年我国稀土产量占全世界的83%，但储量仅占36%，电动汽车产量81.13万辆，永磁同步电机装机占78.4%。加上汽车上的各种微特电机，每辆电动汽车需用稀土氧化物矿产约5kg，现有的产量和储量将逐渐无法满足未来电动汽车的增长需求。因此，必须加大力度研发无稀土的电动汽车电机。

在可靠性方面，汽车尤其是军用车辆要求汽车电机具备较高的可靠性，提高电机的可靠性可以使用电机容错技术，例如在部分故障的情况下依旧可以降额运行。但是，容错电机的前提是有效的故障隔离，如果这种故障不能被有效隔离，将会对其他正常部件造成负面影响。

为了实现电机各绕组之间的隔离，研究者提出了集成模块化电机的概念，将电机设计为分段极靴和集中绕组，彼此电磁分离，每极配置独立的驱动电路单元，组合为完整的电机系统， 冗余结构设计使得模块化电机具有一定的容错能力，是未来电力牵引系统的发展方向。

传统的分布绕组电机绕组发生短路时，正常相会产生感应电动势，从而影响电机的系统性能。要实现磁隔离，本质上就是减小各相绕组间的互感。模块化电机要实现磁隔离，可以采用集中绕组，每个定子极上只有一套绕组，其绕组自感远远大于绕组互感，具有较强的磁隔离能力，能有效避免 “故障传染”现象。

高可靠性的多相容错电机通过相与相之间的有效隔离来增强电机的可靠性和容错性能，在具有隔离功能的电机中，已有的相关申请主要有申请号为：CN201010120847.5的发明专利申请：一种容错式永磁直线电机，包括定子、动子和电枢绕组。在其定子上间隔均布多个电枢齿，电枢绕组绕于电枢齿上，每个所述电枢齿的齿槽中设置一套电枢绕组，每相邻两个所述电枢齿之间设置一个隔离齿；永磁体贴装于电枢齿端部，隔离齿的高度大于贴装有永磁体的电枢齿的高度；动子为由动子铁芯和多个动子齿组成的凸极形状。该发明具有结构简单、功率密度高、可靠性高的优点，电机相与相之间具有物理隔离、热隔离以及磁路解耦，永磁体宜于散热，带故障运行和容错性能强。

但是传统的磁阻电机却不能有效实现磁隔离，应为其各相磁路是互相耦合的，例如传统的三相磁阻电机的定转子极数应该为6/4极结构，12个定子极对应8个转子极，其轭部为三相绕组共用。本发明将提供一种新型的磁路结构的电机，使其具备隔离功能的定转子皆为模块化电机技术。

基于此，本发明提出一种兼备电励磁电机优点、磁阻电机优点和模块化电机优点的混合励磁磁阻电机。本发明提出的电动汽车模块化定转子电机，定子铁心分为6个呈E型的定子模块，每个定子模块内侧有3个不等宽的定子极，其中中间的一个为励磁极，两侧宽度相等的两个为电枢极，非导磁转子铁心具有10个扇形凹槽；扇形凹槽内嵌有由硅钢片叠压而成的扇形铁心。本发明技术可以实现用一个短矩励磁绕组给两个电枢绕组提供磁场，提高了绕组槽满率和各相隔离性能。同时本发明技术为短磁路电机，相同磁密下铁损耗小；绕组为短矩绕组，可以节省大量的铜材，并能减少发电机发热，提高发电机效率；电机每个定子齿外侧只有一相绕组，绕组没有重叠，槽利用率高，槽满率高。本发明的电机定子铁心虽然为模块化，但轭部也可以连接为整体，使其结构可靠，因为本电机各模块的磁路是相对独立的，这种各绕组相互隔离的技术能够有效的防止故障传播；同时本发明的电机具有结构简单，定转子接触面大，功率密度高等优点。

目前申请人经国内外检索，尚未检索到本发明所涉及的上述技术。

发明内容

为了发明电动汽车模块化定转子电机，使其具备互相隔离的模块化结构、短矩电枢绕组和励磁绕组、并且转子圆周皆可用于导磁的特点，本发明采用如下技术方案：

包括扇形铁心、非导磁转子铁心、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组和轴；

所述定子铁心分为6个呈E型的定子模块，每个定子模块内侧有3个不等宽的定子极，其中中间的一个为励磁极，两侧宽度相等的两个为电枢极，励磁极宽度大于电枢极的1.2倍且小于电枢极的1.5倍；

非导磁转子铁心位于定子铁心内侧并固定在轴上；非导磁转子铁心具有10个扇形凹槽；扇形凹槽内嵌有由硅钢片叠压而成的扇形铁心；扇型铁心和尾部有燕尾式凸起嵌入到扇形凹槽内；

两个定子极之间有定子槽，所有的定子槽槽口弧长相等；

所述扇形铁心外圆弧的机械角为36°；

励磁绕组绕制在励磁极上，电枢绕组绕制在电枢极上，励磁绕组和电枢绕组皆为集中式的短矩绕组；所有的励磁绕组绕向一致；相邻的两个电枢绕组绕向相反。

如上所述的电动汽车模块化定转子电机，其特征在于：

定子铁心相邻的两个模块最外侧保留定子轭部的连接。由于传统的模块化电机定子铁心容易散开，定位不准也会造成相位误差。本发明的技术可以使本发明的电机定子铁心虽然磁路为互不干涉的模块化，但轭部也可以连接为整体，使其结构可靠、定位准确，因为本电机各模块的磁路是相对独立的。

如上所述的电动汽车模块化定转子电机，其特征在于：

所述模块化电机还包括螺钉和压片；扇形铁心的中间有贯穿的孔，螺钉穿过压片和扇形铁心，并利用压片将扇形铁心固定在非导磁转子铁心上。

本发明的有益效果如下：

1.本发明的电机定子各相磁路却相对独立，各绕组相互隔离，能够有效的防止故障传播，这是模块化电机带来的好处；

2.本发明电动汽车模块化定转子电机，各模块的磁路是相对独立的，因此轭部也可以连接为整体，使定子铁心结构可靠、定位准确；

3.本发明采用的结构具备电励磁绕组，可以随时调整气隙磁场，同时避免了过度开采的稀土资源的利用；

4.特殊的定转子结构可以有效地缩小总的磁链长度，减小铁耗；

5.转子铁心渐进式导磁，可以将传统磁阻电机的方波反电势变化为近似正弦波，减小谐波和脉动；

6.绕组为短矩绕组，端部较短可以节省大量的铜材，并能减少发电机发热，提高发电机效率；

7.各种绕组的端部没有叠压，可以有效提高槽满率；

8.转子铁心导磁部分固定简单可靠。

附图说明

图1是本发明的电动汽车模块化定转子电机结构示意图。其中：1、扇形铁心，2、非导磁转子铁心,3、定子铁心,4、励磁绕组,5、电枢绕组,6、轴。

图2是本发明的电动汽车模块化定转子电机嵌线图。其中：1-18分别代表18个极，F、A、B和C分别代表励磁绕组和A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组。

图3是本发明的电动汽车模块化定转子电机扇形铁心固定图。其中：1、扇形铁心，7螺钉，8压片。

图4是本发明的电动汽车模块化定转子电机磁路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。

图1是本发明的电动汽车模块化定转子电机结构示意图。其中F、A、B和C分别代表励磁绕组和A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组，负号表示绕向相反。

电动汽车模块化定转子电机包括扇形铁心、非导磁转子铁心、定子铁心、励磁绕组、电枢绕组和轴；

所述定子铁心分为6个呈E型的定子模块，每个定子模块内侧有3个不等宽的定子极，其中中间的一个为励磁极，两侧宽度相等的两个为电枢极，励磁极宽度大于电枢极的1.2倍且小于电枢极的1.5倍；

非导磁转子铁心位于定子铁心内侧并固定在轴上；非导磁转子铁心具有10个扇形凹槽；扇形凹槽内嵌有由硅钢片叠压而成的扇形铁心；扇型铁心的尾部有燕尾式凸起嵌入到扇形凹槽内；

两个定子极之间有定子槽，所有的定子槽槽口弧长相等；

所述扇形铁心外圆弧的机械角为36°；

定子铁心相邻的两个模块最外侧可以保留定子轭部的连接，也可以不保留两个模块之间定子轭部的连接。

图2是本发明的电动汽车模块化定转子电机嵌线图。其中：1-18分别代表18个极，F、A、B和C分别代表励磁绕组和A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组。负号表示绕向相反。

励磁绕组绕制在励磁极上，电枢绕组绕制在电枢极上，励磁绕组和电枢绕组皆为集中式的短矩绕组；所有的励磁绕组绕向一致；相邻的两个电枢绕组绕向相反。

本发明与传统技术不一致的是，相同的模块上的两个同相绕组绕向相反。本发明这一点能起到意想不到的技术效果：抵消边缘效应引起的负面作用。边缘效应是指转子极刚刚开始接触定子极即边缘接触时，该定子极上的磁链变换率大、感应电动势大；而当转子极基本对齐定子极时，该定子极上的磁链变换率小，感应电动势小。以图1为例说明本申请边缘效应互相抵消的原理：当标注A的极磁通量开始增加时，而此时标注为-A极磁通量在减小。开始增加的极由于边缘效应影响其磁链变换率大，而开始减小的极没有边缘效应影响其磁链变换率小，由于标注A的绕组与标注-A的绕组同为一相，且两个绕组通过绕向相反实现了感应电动势的同向，因此两个绕组共同通电或发电可以抵消边缘效应。

图3是本发明的电动汽车模块化定转子电机扇形铁心固定图。

所述模块化电机还包括螺钉和压片；扇形铁心的中间有贯穿的孔，螺钉穿过压片和扇形铁心，并利用压片将扇形铁心固定在非导磁转子铁心上。

图4是本发明的电动汽车模块化定转子电机磁路示意图。

此图定子铁心相邻的两个模块最外侧保留了定子轭部的连接，可以看出，没有磁力线经过两个模块，各模块至今有效的保留了磁隔离特性。由于传统的模块化电机定子铁心容易散开，定位不准也会造成相位误差。本发明的技术可以使本发明的电机定子铁心虽然磁路为互不干涉的模块化，但轭部也可以连接为整体，使其结构可靠、定位准确，因为本电机各模块的磁路是相对独立的。

下面继续对本发明提出的电动汽车模块化定转子电机进行工作原理的说明。

本发明所述的电动汽车模块化定转子电机通过轴的旋转带动转子转动，此时励磁绕组产生径向磁场。定子铁心上的励磁磁场依次通过定子铁心上的定子极、气隙、导磁转子铁心、气隙、定子铁心的另一定子极、永磁体、定子轭部，最后回到初始定子极，形成闭合磁路。当转子极使一相定子极和转子极联通时，该相定子极上的电枢绕组的匝链的磁阻最小、磁链最大，该相电枢绕组与励磁绕组的互感也最大。转子极使一相定子极和转子极不联通时，该相定子极上的电枢绕组的匝链的磁阻最大、磁链最小。

给该电动汽车模块化定转子电机电感上升的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生正的转矩；给电感下降的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生负的转矩。本发明与传统技术显著区别还有一点，转子极布满了转子圆周，因此可以导通的磁通量大，功率大。

由于转子模块化，每个电枢绕组和励磁绕组仅能在相近的定子极形成磁回路，不会经过其他的定子极，电机具备很高的磁隔离性能。因此当其中一相绕组出现故障后，其余各相绕组不会受到影响，还可以继续降额工作。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

电动汽车模块化定转子电机专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。