一種混合勵磁型複合式雙轉子電機的製作方法

2023-09-16 02:13:00

本發明屬於混合動力汽車領域，具體涉及一種用於混聯式混合動力汽車用混合勵磁型複合式雙轉子電機。

背景技術：

近年來，隨著全球石油資源緊張、大氣汙染問題日益嚴峻，世界各國對汽車節能減排的設計越來越重視。融合了內燃機汽車和電動汽車優點的混合動力車更是發展迅速，成為新型汽車開發的熱點。在混合動力車研究中，為了克服現有串聯式、並聯式驅動裝置中發動機和系統其他部件不能協調配合，針對整個系統體積笨重、結構複雜、耗能排放大，進而不能有效輸出動力的問題，

中國專利文獻cn1929244a於2007年3月14日提供了一種軸徑向磁通結構複合式永磁電機，該電機的結構特點為永磁轉子為圓桶形，永磁轉子的左側外表面有多個軸向充磁的永磁體，永磁轉子的內圓壁面安裝有多個徑向充磁的永磁體。該專利存在的問題是：永磁體安裝在電機的永磁轉子上，必然對永磁轉子實施加固以克服電機運轉時產生的離心力，進而造成外轉子結構複雜，製造成本較高；增大了磁路氣隙，降低了電機性能；永磁轉子位於電機中間，散熱困難帶來的溫升問題會造成永磁體失磁，進而限制電機功率密度，減小了輸出力。

術語：

混合勵磁是指勵磁繞組電勵磁和永磁體勵磁共同存在的勵磁；

複合式是指內電機與外電機結合成一個電機的組合。

技術實現要素：

針對現有的軸徑向磁通複合式永磁電機存在的問題，本發明所要解決的技術問題就是提供一種混合勵磁型複合式雙轉子電機，它結構簡單，易於散熱，能提高電機性能，增大輸出力，起動轉矩大，調速範圍廣，適於電機高速運行。

本發明所要解決的技術問題是通過這樣的技術方案實現的，它包括從外到內組裝的定子、外轉子和內轉子，內轉子外表面為十二個內轉子凸極，三相集中式內轉子繞組嵌入內轉子槽中；外轉子的徑向內表面和徑向外表面都具有八個外轉子凸極；定子是由六塊e字弧形鐵心拼裝而成的凸極結構，相鄰兩塊e字弧形鐵心之間夾持有一塊沿圓周向充磁的永磁體，相鄰兩塊永磁體充磁方向相對，直流勵磁繞組繞制在e字弧形鐵心的中間齒上，在兩塊e字弧形鐵心與永磁體構成的凸極上繞制三相集中式交流勵磁繞組，直流勵磁繞組和三相集中式交流勵磁繞組共用一個定子齒槽且各自分離。

與現有技術相比，本發明的技術效果是：

1、定子中同時放置三相集中式交流勵磁繞組、直流勵磁繞組與永磁體，在「純永磁」和「純電勵磁」之間取得平衡，解決了永磁體磁通切換電機主磁場調節困難、永磁體發生不可逆退磁風險的問題，又避免了「電勵磁」電機轉矩密度低，增強了氣隙磁場調節能力。

2、定子採用e字弧形鐵心能減少永磁體用量、提高輸出轉矩；同時，e字弧形鐵心中間的齒既為勵磁磁通提供路徑之外，還起到相間隔離的作用，能顯著提高電機的容錯運行能力。

3、將永磁體安置於定子上，外轉子為雙凸極結構，既無繞組也無永磁體，不用額外安裝不鏽鋼套筒固定外轉子，使結構簡單，加工方便，易於維護；另外，定子位於整個電機的最外層，易於散熱，避免因溫度過高而使永磁體失磁，提高裝置可靠性，適於高速運行。

4、內轉子外表面凸極與外轉子內表面凸極構成雙凸極內電機、具有結構簡單、容錯能力強、起動轉矩大，調速範圍廣、運行轉速高以及可頻繁正反轉等優點，適合用於混合動力車不同的路況需求。

附圖說明

本發明的附圖說明如下：

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為混合勵磁外電機產生電磁力矩的原理圖；

圖3為本發明應用於混合動力車的驅動系統結構圖。

圖中：1、定子；11、e字弧形鐵心；2、外轉子；21、外轉子凸極；3、內轉子；31、內轉子凸極；4、發動機軸；5、永磁體；51、永磁體充磁方向；6、三相集中式交流勵磁繞組；7、直流勵磁繞組；8、三相集中式內轉子繞組；9、直流勵磁繞組磁場；10、永磁體磁場；12、交流勵磁繞組磁場；13、蓄電池；14、混合勵磁外電機；15、雙凸極內電機。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：

如圖1和圖3所示，本發明包括從外到內組裝的定子1、外轉子2和內轉子3，定子1與外轉子2構成混合勵磁外電機14，外轉子2和內轉子3構成雙凸極內電機15；內轉子3外表面為十二個內轉子凸極31，三相集中式內轉子繞組8嵌入內轉子槽中；外轉子2的徑向內表面和徑向外表面都具有八個外轉子凸極21；定子1是由六塊e字弧形鐵心11拼裝而成的凸極結構，相鄰兩塊e字弧形鐵心11之間夾持有一塊永磁體5，用以產生永磁體主勵磁源，由於徑向充磁結構受到永磁體供磁面積的限制，不能提供足夠的每極磁通；為得到更大的每極磁通，提高永磁體的利用率，永磁體5沿周向充磁，並且相鄰兩塊永磁體充磁方向51相對；直流勵磁繞組7繞制在e字弧形鐵心11的中間齒上，當向直流勵磁繞組7通入直流電後將產生電勵磁源，它與永磁體5勵磁源共同作用產生直流勵磁磁場，當電勵磁磁場與永磁磁場方向相反時，氣隙磁場減弱，當兩者方向相同時氣隙磁場增強，通過調節直流勵磁電流大小和方向來實現調磁功能，從而實現轉矩或轉速性能要求；在兩塊e字弧形鐵心11與永磁體5構成的凸極上繞制三相集中式交流勵磁繞組6，用以產生旋轉磁場；e字弧形鐵心11的中間齒除了為直流勵磁磁通提供路徑之外，還可以顯著提高三相交流勵磁繞組相間的隔離作用，減小三相交流勵磁繞組之間的電、磁、熱耦合，進而提高電機的容錯運行能力；直流勵磁繞組7和三相集中式交流勵磁繞組6共用一個定子齒槽且各自分離，避免交、直流磁場的相互幹擾。

如圖2所示，以一相勵磁繞組為例說明混合勵磁外電機14產生電磁力矩的原理：假設直流繞組勵磁磁場9與永磁體磁場10方向一致，此時氣隙磁場增強；當轉子齒進入定子齒重疊區域時，如圖2（a），永磁體5和直流勵磁繞組7共同形成的主磁通隨之增加,若在三相集中式交流勵磁繞組6中通入的電流,產生交流勵磁繞組磁場12，則在外轉子2上產生電磁力矩。當轉子齒從與中間齒重疊區域離開中間齒時,如圖2(b)，主磁通隨之減小，若三相集中式交流勵磁繞組6中通入相反的電流,交流勵磁繞組磁場12反向，仍將產生方向相同的電磁力矩。因此，隨著外轉子2位置和三相集中式交流勵磁繞組6中電流方向的變化，外轉子2上產生方向一致的電磁力矩。

本發明的工作過程如圖3所示：

發動機軸4驅動內轉子3，發動機輸出功率的一部分通過內轉子與外轉子電磁力矩直接傳遞給外轉子2以機械功率形式輸出，剩餘的輸出功率由三相集中式內轉子繞組8產生電動勢，通過電刷、滑環結構流入ac/dc逆變換器中，經轉換後為蓄電池13充電。

外轉子2與混合動力車的驅動輪（或主減速器）同軸聯接。當直流蓄電池的電能經變流器輸入到三相集中式交流勵磁繞組6中並產生電磁力矩傳遞給外轉子2，外電機的電磁轉矩與發動機相連的內電機的電磁轉矩相疊加，以提高驅動力。