一种低成本绕组切换电机的制作方法

本发明涉及一种低成本绕组切换电机。

背景技术：

近年来，随着电机在电动汽车领域内的应用越来越广泛，对电机的性能和成本都提出来越来越高的要求。电动汽车对电机的性能要求主要体现在两个方面：1、对电机的运行范围要求较高，在系统电压一定的情况下要求电机低速能输出大扭矩，同时能够运行于较高的转速下，并能保持足够的输出功率；2、对电机全速度范围内的效率要求较高，希望电机在各个转速下都能表现出较高的效率。在成本上也对电机及电机控制器也提出了越来越苛刻的要求。但目前为兼顾低速大扭矩与高速输出功率，控制器的容量都远大于电机功率导致控制器成本居高不下。

技术实现要素：

1）解决的技术问题

为解决电机在电动汽车上低速性能与高速性能要求的矛盾，本发明提出了一种绕组切换电机，通过绕组切换实现电机高速和低速模式的切换，同时兼顾高速性能和低速性能。

2）技术方案

本发明提出了一种绕组切换电机，其基本原理是利用电机的绕组在高速模式和低速模式的切换实现低速和高速性能的兼顾。

一般电机的绕组均由若干绕组元件串并联构成，电机制造完成后，绕组结构即确定下来了。本方通过绕组元件的串并联切换实现高速模式和低速模式的切换。

假设某电机各相绕组由两个元件构成，如图1所示，A相绕组由A1和A2两个绕组元件构成，B相绕组由B1和B2两个绕组元件构成，C相绕组由C1和C2两个绕组元件构成。如果将A1和A2两个绕组元件进行并联如图1所示，此时电机的绕组电感较小，适合于高速运行。如果将A1和A2两个绕组元件进行串联如图2所示，此时电机的绕组电感较大，适合于低速运行，低速输出相同扭矩，电流需求较小。B、C相同理。可以看出通过绕组元件的串并联切换，电机适合于运行的转速范围发生大幅的变化。

实现绕组元件的串并联切换，可以通过两个开关实现，其电路如图3所示，图中SA1开关切换到A点，A与Oa2短接，开关SA2切换到Oa点，Oa1与Oa短接，此时A1和A2两个绕组元件并联。A1和A2两个绕组元件串联的情形如图4所示，SA1开关切换到Oa1点，Oa2与Oa1短接，SA2开关断开，Oa1与Oa断开。

这两个开关SA1和SA2如果采用继电器或功率器件实现，其成本较高，且体积较大。本发明提出采用旋转模式切换盘的方法来切换绕组的串并联结构。其原理如图5所示，将绕组各元件的端点A、Oa2、Oa1、Oa均引出到电极上，如图5所示，另有一可移动的载体其上有对应的电极A’、Oa2’、Oa1’、Oa’，其中A’与Oa2’有导体相连，Oa1’与Oa’有导体相连。当电极A与A’、 Oa2与Oa2’、 Oa1与Oa1’、 Oa与Oa’完全一一对应接触时，A与Oa2被短接，Oa1与Oa被短接，此时为并联模式。当载体带着电极A’、Oa2’、Oa1’、Oa’往右平移，Oa2与A’、Oa1与Oa2’完全一一对应接触时，Oa2与Oa1被短接，Oa与Oa1断开，此时为串联模式。B、C相同理。将上述载体的平移运动转换为沿圆周运动可以得到相同的效果，且结构更简单，更便于安装于电机上。

3）有益效果

本发明中采用绕组切换的方式使电机适应高速和低速两种应用场景，可以大幅降低对电机控制器的容量需求，同时可以提高各个速度下的系统效率，大幅降低了成本，提高了性能。

附图说明

图1：电机绕组并联电路图；

图2：电机绕组串联电路图；

图3：电机绕组并联开关电路图；

图4：电机绕组串联开关电路图；

图5：电机绕组串并联切换装置示意图；

图6：电机绕组串并联切换装置视图1，图中：1-绕组接线盘1、2-模式切换盘2、3-A电极、4-Oa2电极、5-Oa1电极、6-Oa电极、7-B电极、8-Ob2电极、9-Ob1电极、10-Ob电极、11-C电极、12-Oc2电极、13-Oc1电极、14-Oc电极、15-齿；

图7：电机绕组串并联切换装置视图2，图中：1-绕组接线盘1、2-模式切换盘2、16-A’电极、17-Oa2’电极、18-Oa1’电极、19-Oa’电极、20-B’电极、21-Ob2’电极、22-Ob1’电极、23-Ob’电极、24-C’电极、25-Oc2’电极、26-Oc1’电极、27-Oc’电极。

具体实施方式

一种低成本绕组切换电机，在电机上安装有绕组切换装置，该装置包括两个盘状部件，两个部件叠在一起，相互之间有导体接触，这两个部件分别为绕组接线盘1和模式切换盘2，每个盘上均镶嵌有导电部件；电机各相绕组，至少包括有两个绕组元件，这两个绕组元件的端点分别接到绕组接线盘1上；模式切换盘2可以绕中心轴旋转，通过旋转接触绕组接线盘1上不同的电极，从而实现绕组元件串联和并联模式的切换。

绕组接线盘1上镶嵌有12个电极，分别连接：A相绕组元件A1的两个端点A和Oa1、元件A2的两个端点Oa2和Oa，B相绕组元件B1的两个端点B和Ob1、元件B2的两个端点Ob2和Ob, C相绕组元件C1的两个端点C和Oc1、元件C2的两个端点Oc2和Oc；这12个电极沿圆周分布，A和Oa2电极之间的分布夹角为X度，Oa2与Oa1电极之间的分布夹角为X度，5≤X≤30;Oa1与Oa电极之间的分布夹角为Y度,5≤Y≤X，B、C相的电极分别与A相类似；A、B、C三相之间等距；Oa、Ob、Oc三个电极之间通过导体连接在一起。

模式切换盘2上镶嵌有12个电极，分别为：A’电极、Oa1’电极、 Oa2’电极、Oa电极、B’电极、Ob1’电极、 Ob2’电极、Ob电极、C’电极、Oc1’电极、 Oc2’电极、Oc电极;其中A’电极、Oa1’电极之间有导体连通,Oa2’电极与Oa电极之间有导体连通; B、C相的电极分别与A相类似。当绕组接线盘1和模式切换盘2叠在一起时，模式切换盘2上的电极与绕组接线盘1上的对应电极相对应；模式切换盘2可以绕轴旋转，与绕组接线盘1上的对应电极完全对应时，即A与A’、 Oa1与Oa1’、 Oa2与Oa2’、 Oa与Oa’互相接触时，电机A相绕组由元件A1和元件A2并联构成；当模式切换盘2由Oa1’电极往Oa’电极方向旋转30度时，此时Oa2电极与A’电极相对应，Oa1电极与Oa2’电极相对应，电机A相绕组由元件A1和元件A2串联构成；B、C相的情形同A相。

模式切换盘2上有若干齿,用于驱动装置驱动模式切换盘2旋转。

绕组接线盘1上各电极的材料为铜，且表面有锡层。

模式切换盘2上各电极的材料为石墨。