电动汽车直驱轮毂电机及其电动汽车的利记博彩app
【专利摘要】一种电动汽车直驱轮毂电机，所述轮毂电机采用磁阻式电机，所述磁阻式电机呈外转子结构，所述磁阻式电机为五相结构，五相结构中，比值Pw/θb的范围是1.4～1.6，其中，θb为步距角，所述步距角θb=360/mNr，相数m=5，Nr为转子凸极数；Pw为每相导通的脉冲宽度，每相导通的脉冲宽度Pw为转子凹槽距αr的一半，转子凹槽距αr为转子极距τr减去转子凸极距βr，τr=360o/Nr。以及提供了一种用所述电动汽车直驱轮毂电机实现的电动汽车。本发明提供了一种有效降低转矩脉动、提升工作效率的电动汽车直驱轮毂电机及其电动汽车。
【专利说明】电动汽车直驱轮毂电机及其电动汽车【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电动汽车驱动电机及其电动汽车。
【背景技术】
[0002]开关磁阻SR电机具有起动力矩大而起动电流小；短时过载能力强；调速范围宽；动态响应快；易方便发电回馈制动；电机结构简单坚固；可靠性高等诸多优点。正在被越来越多的电机调速领域所应用，但SR电机的最大缺陷是转矩脉动大，由此也就难以被更多应用场合所接受。尤其随着未来电动汽车被普及，所需量大面广的驱动电机必以高性价比选取。上述SR电机的诸多优点对汽车行驶于多变路况的要求虽极其适用，但电机转矩脉动大也会被拒之门外。
[0003]经理论分析和实践证实均已说明电动汽车的最佳、最终驱动方式应是直驱轮毂电机，但由此也对电机调速性能等提出更高的独特要求。而SR电机上述诸多优势也恰好适合于直驱轮毂电机的独特要求，但也必须设法减小其转矩脉动。如附图2所示为按目前应用最普遍的SR三相电机常规结构参数设计，经计算机有限元仿真后所得转矩随时间变化的波形图。通过对导出仿真所得数据估算，可得其转矩平均值约为94Ν.πι，而转矩峰值197比平均值高出109%;转矩谷值19低于平均值80%。通过与已普遍应用于电动自行车的永磁无刷轮毂电机相比，按仿真所得数据估算，其转矩脉动率超过约两倍之多。如此高的转矩脉动所引起的电机振动和噪声，势必对汽车平稳运行和乘坐舒适性带来影响。
[0004]为减小SR电机转矩脉动，业界研究人士也先后提出不少方法，以研究论文或专利文献公开。但所采取措施后的实际效果均未能较大幅度地减小转矩脉动；或对转矩脉动虽略有改善，但也一定程度地降低了电机效率。由于SR电机按相数可有多种相位结构，而定、转子凸极数又有多种匹配形式，再按改变极弧系数、绕组等各种设计参数，即可引伸出数以无计种SR电机，但究竟选用哪种SR电机结构和其设计参数，能获得较佳性能，是业界所期盼的。
【发明内容】
[0005]为了克服已有技术电动汽车驱动SR电机的转动脉动较大、工作效率较低的不足，本发明提供了一种有效降低转矩脉动、提升工作效率的电动汽车直驱轮毂电机及其电动汽车。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种电动汽车直驱轮毂电机，所述轮毂电机采用磁阻式电机，所述磁阻式电机呈外转子结构，所述磁阻式电机为五相结构，五相结构中，比值Pw/ 0b的范围是1.4-1.6，其中，QbS步距角，所述步距角eb=360/mNr，相数m=5，队为转子凸极数；Pw为每相导通的脉冲宽度，每相导通的脉冲宽度Pw为转子凹槽距的一半，转子凹槽距％为转子极距τr减去转子凸极距0r，Tr=360°/Nr。
[0007]进一步，比值Pw/ Θ b的范围是1.50-1.55。[0008]更进一步，所述转子凸极数队为16，所述定子凸极数Ns为20。
[0009]一种电动汽车，包括汽车直驱轮毂电机，所述轮毂电机采用磁阻式电机，所述磁阻式电机呈外转子结构，所述磁阻式电机为五相结构，五相结构中，比值范围是1.4-1.6，其中，0bS步距角，所述步距角0b=36O/mNr，相数m=5，Nr为转子凸极数；Pw为每相导通的脉冲宽度，每相导通的脉冲宽度Pw为转子凹槽距％的一半，转子凹槽距％为转子极距S减去转子凸极距Pr，Tr=360°/Nr。
[0010]本发明的技术构思:多年来本发明人通过持续、系统地全面深入研究，借助于计算机对电机磁路的有限元分析仿真，通过改变SR电机各种结构设计参数，经数以万计次仿真比较分析，以循序渐进地找出电机各种设计参数变化对其相关性能的影响趋势等一系列有用规律，包括能获最低转矩脉动的SR电机结构参数。
[0011]本发明的有益效果主要表现在:有效降低转矩脉动、提升工作效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是电动汽车直驱轮毂电机的示意图。
[0013]图2是按目前应用最普遍的SR三相电机结构参数设计后仿真所得转矩波形图。
[0014]图3是SR五相电机结构参数通过优化改进后设计的SR外转子电机经仿真所得转矩波形图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0016]实施例1
参照图广图3，一种电动汽车直驱轮毂电机，所述轮毂电机采用磁阻式电机，所述磁阻式电机呈外转子结构，所述磁阻式电机为五相结构，五相结构中，比值范围是
1.4-1.6，其中，0bS步距角，所述步距角0b=36O/mNr，相数m=5，Nr为转子凸极数；Pw为每相导通的脉冲宽度，每相导通的脉冲宽度Pw为转子凹槽距％的一半，转子凹槽距％为转子极距S减去转子凸极距Pr，Tr=360°/Nr。
[0017] 进一步，比值Pw/ 0b的范围是1.50-1.55。
[0018]更进一步，所述转子凸极数Nr为16，所述定子凸极数Ns为20。
[0019]本发明中，根据SR电机产生磁阻转矩工作原理的分析，要求电机同相绕组在相邻凸极上的绕向必须互为相反，即使通电后产生的磁场极性互为不同的N、S极，才能使同相绕组的相邻凸极磁路首尾相接。对于目前应用最普遍的三相SR电机，由于相邻相电流几乎无重叠度，因此许多文献分析时往往可忽略其互感影响。但随着SR电机相数增加，各相绕组的导通角与步距角的比值也随之增大，即使相邻相的电流重叠度增加，由此使相邻相的互感影响因素得以加强，须引起重视。对于奇数相的SR电机绕组正好可采用NSNSNS…方式连接，即使SR电机所有相邻凸极无论是自感或互感产生的磁场极性均互为相反，相邻相同时导通时磁场互为加强，形成首尾相接的短磁路，并相邻相的影响均一致。而对于偶数相的SR电机绕组无论采用何种方式连接，总存在某相邻相在同时导通时的磁场为相互减弱。在此以四相SR电机为例，绕组若采用一种NNNNSSSS方式连接，其相邻DA相导通时磁场互为加强，形成短磁路；而々8、BC、CD相导通时磁场为相互减弱，形成长磁路交替出现。如此使得相邻相的影响不一致，也易引起相应的转矩脉动。由此得出奇数相SR电机性价比应优于偶数相SR电机。
[0020]根据上述结论，为改善转矩脉动，曾以五相、七相、九相等奇数相SR外转子电机为前提，采用多种电机结构设计参数进行仿真比较，通过深入研究发现采用五相结构，设计合适参数即可使SR电机的转矩脉动处于最小。如附图3所示为SR五相电机结构参数通过优化改进后设计的SR外转子电机经仿真所得转矩波形图。通过对导出仿真所得数据估算，可得其转矩平均值为128N -m ;而转矩峰值137比平均值仅高7% ;谷值115比平均值仅低10%。即转矩脉动率远低于前述已普遍应用于电动自行车的永磁无刷轮毂电机。从根本上解决了业界公认为SR电机的最大弊端是转矩脉动大。如此即可制成电动汽车最佳、最终驱动方式的直驱轮毂电机，以充分发挥SR电机适用于汽车在多变路况独特要求的优势。
[0021]经仿真分析研究发现通过合理调整SR电机相邻相的导通重叠角，即可极大改善其转矩脉动。由于相邻相导通重叠角取决于每相导通的脉冲宽度Pw与其步距角0b的比值，再经进一步研究发现如能将比值Pw/ Θ b调整为1.52左右，即可使转矩脉动接近于最小。通过全面比较各类SR电机结构与其可能设计参数，发现其中五相SR电机最易将比值Pw/9b调整为1.52左右。即按五相SR电机结构设计时，又要兼顾其效率等，通过适当调节定、转子凸极的极弧系数，和在控制策略中设置合适的每相导通脉冲宽度Pw等，将比值Pw/Θ b调整为1.4~1.6即可使SR电机转矩脉动和效率趋于最佳状态。
[0022]通过研究还发现随着SR电机相数增加，各相绕组的导通角与其步距角的比值增大，即使相邻相的电流重叠度也增加。如此当系统出现如某相断路、开关管烧毁等故障时，电机仍能缺相运行，提高了系统的故障容错性；同时也使各开关管所需承担最大电流峰值有所降低。因SR电机电流只要求单方向控制，每增加一相即需增加两只开关管，五相SR电机驱动器所需开关管虽有所增加，但由于相邻相电流重叠度增加，也使所有开关管所需承担的最大电流峰值降低。又因电动汽车所用蓄电池电源电压并不很高，如此所用开关管即可考虑采用MOS管来替代IGBT，这即有利于减小管压损耗和结构体积，也能使驱动器成本并不增加，随着批量化、标准化以及工艺优化的推进，使SR直驱轮毂电机的性价比极大提高，达到普及化要求。
[0023]附图1是一种轮毂电机的不意图,其中，电机米用了五相20/16极SR外转子电机；五相20/16极SR电机表示相数m=5、定子凸极数Ns=20、转子凸极数队=16 ；
SR电机步距角0b与相数m、转子凸极数N,的关系式为0b=36O°/mNr。五相20/16极电机步距角 Θ b=360/mNr=360/5/16=4.5°。
[0024]每相导通的脉冲宽度Pw通常设置为转子凹槽距Cir的一半，转子凹槽距也就是转子极距τ J=360°/X)减去转子凸极距βρ转子的极弧系数即为转子凸极距Py转子极距
[0025]实施例2
参照图广图3，一种电动汽车，包括汽车直驱轮毂电机，所述轮毂电机采用磁阻式电机，所述磁阻式电机呈外转子结构，所述磁阻式电机为五相结构，五相结构中，比值Pw/Qb的范围是1.4~1.6，其中，0bS步距角，所述步距角0b=36O/nr，相数m=5，队为转子凸极数；Pw为每相导通的脉冲宽度，每相导通的脉冲宽度Pw为转子凹槽距％的一半，转子凹槽距CIr为转子极距Tr减去转子凸极距βρ Tr=360°/Nr。[0026]本实施例中，电动汽车的其他组成部件均采用本领域的常规技术手段，磁阻式电机的结构和设计原理均与实施例1相同。
【权利要求】
1.一种电动汽车直驱轮毂电机，所述轮毂电机采用磁阻式电机，所述磁阻式电机呈外转子结构，其特征在于:所述磁阻式电机为五相结构，五相结构中，比值Pw/eb的范围是1.4~1.6，其中，0bS步距角，所述步距角0b=36O/mNr，相数m=5，Nr为转子凸极数；Pw为每相导通的脉冲宽度，每相导通的脉冲宽度Pw为转子凹槽距％的一半，转子凹槽距％为转子极距S减去转子凸极距Pr，Tr=360°/Nr。
2.如权利要求1所述的电动汽车直驱轮毂电机，其特征在于:比值Pw/9b的范围是1.50 ~1.55。
3.如权利要求1或2所述的电动汽车直驱轮毂电机，其特征在于:所述转子凸极数队为16，所述定子凸极数凡为20。
4.一种电动汽车，包括汽车直驱轮毂电机，所述轮毂电机采用磁阻式电机，所述磁阻式电机呈外转子结构，其特征在于:所述磁阻式电机为五相结构，五相结构中，比值Pw/ 0b的范围是1.4~1.6，其中，0bS步距角，所述步距角0b=36O/n^，相数m=5，队为转子凸极数；Pw为每相导通的脉冲宽度，每相导通的脉冲宽度Pw为转子凹槽距％的一半，转子凹槽距CIr为转子极距Tr减去转子凸极距βρ Tr=360°/Nr。
5.如权利要求4所述的电动汽车，其特征在于:比值Pw/eb的范围是1.50~1.55。
6.如权利要求4或5所述的电动汽车，其特征在于:所述转子凸极数队为16，所述定子凸极数Ns为20。
【文档编号】H02K29/03GK103457433SQ201310360010
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】王贵明, 董炜江, 张华 , 张晓
申请人:浙江众泰新能源汽车科技有限公司