[發明專利]嵌套式永磁同步電機伺服系統及其控制運行方法

無效

• 申請號: 200710048867.4
• 申請日: 2007-04-10
• 公開（公告）號: CN101286678A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 呂虹
• 申請（專利權）人: 桂林吉星電子等平衡動力有限公司
• 主分類號: H02K16/00
• 分類號: H02K16/00;H02K21/12;H02K11/00;H02K7/00;H02P31/00;H02P9/00
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司
• 代理人: 歐陽波

(一)技術領域

本發明涉及永磁同步電機伺服系統，具體為一種嵌套式永磁同步電機伺服系統。

本發明還涉及永磁同步電機伺服系統的控制方法，具體為對本嵌套式永磁同步電機伺服系統的控制運行方法。

(二)背景技術

由于能源緊缺，油價不斷攀升，純燃油發動機驅動油耗大、污染大成為關注焦點，原因與其發動機不便調整工作點、效率低有關，各國都加快了電動車的研究。

多年的研究發現純電動車存在很多問題，主要是目前的蓄電池性能不能滿足驅動車輛的要求。蓄電池的能積比與汽油相比相差甚遠，重量為一噸的充滿電的蓄電池所具有的能量還不及發動機燃燒30公斤汽油輸出的能量大，因此純電動車的續航能力都很有限。此外是充電時間長，轉換效率低，100焦耳的電能量充入蓄電池，蓄電池能放出來的電能量不到40焦耳。快速充電用時雖短，但蓄電池效率更加降低。特別是蓄電池反復充電的次數有限，使用時間越長，其容量越低，一般很快就報廢了，大量的廢舊電池將又造成環境污染。

目前研究表明油電混合動力車是比較現實可行的節能車，因此研究的重點轉移到油電混合動力車。這種車配備了燃油發動機和蓄電池，同時還有發電機和電動機。設計原理是通過發動機、發電機/電動機、蓄電池參與調節發動機的工作點，使發動機的轉速和扭矩匹配在其最佳效率曲線上，從而使燃油發動機間歇或持續高效運行以實現消耗等量燃油獲得更大的動能。通常的方法是根據車輛行駛狀況的需要，將燃油發動機的產生的機械動能一部分輸出給驅動軸、使之獲得一定的轉矩和轉速，其余的動能則用于驅動發電機發電存貯于蓄電池，當特定地段或蓄電池電量飽和時，蓄電池帶動電動機驅動車輛行駛。也可使燃油發動機間歇運行于高效率狀態，其動能由發電機轉為電能直接傳遞給電動機或存儲于蓄電池，電動機驅動汽車運行。這樣，燃油發動機的運行效率有所提高。

現有油電混合動力車的動力結構方案有串聯式、并聯式和串并聯混合式。雖然實現了不同程度的節能，但現有的動力結構均存在一定的局限性，直接影響整車制造成本和節能效果。目前的油電混合動力車的動力結構難以滿足進一步改進性能和實用的要求。永磁同步伺服電機的特點是效率高、體積小，一臺20KW左右的電機在100％滿載率下的效率可達93％，20％滿載率下的效率達81％，并可由四象限驅動器控制切換到發電或電動的不同工作狀態，若對其進行組合、改造，與發動機配合應用于油電混合動力車中，有可能達到既便于調整發動機工作點、改進傳遞效率，又便于簡化結構和降低重量，實現進一步節能的目的。

(三)發明內容

本發明的目的是設計一種全新的嵌套式永磁同步電機伺服系統，這種電機基于永磁同步電機工作原理，但具有兩個轉子、兩個軸、兩套繞組和兩個磁路，構成的兩個分電機功率可合可分，在伺服系統控制下可分別工作于電動機或發動機狀態。

本發明的另一目的在于設計一種本發明的嵌套式永磁同步機電機伺服系統的控制運行方法，在伺服驅動系統的伺服控制下，嵌套式永磁同步電機可分別進行四象限運行，工作于電動機或發電機狀態，與燃油發動機配合，實現調整燃油發動機工作點提高其效率、改變能量傳遞方式提升傳遞效率、簡化油電混合動力結構、改進動力性的目的。

本發明設計的嵌套式永磁同步電機伺服系統包括定子、外轉子和內轉子，定子為電樞繞組，處于最外層，固定于機殼；外轉子處于定子內，其上嵌有內外層永磁磁極，外轉子外層磁極為定子提供磁場，外轉子與定子構成外電機。內轉子為電樞，位于外轉子內，外轉子內層磁極為內轉子提供磁場，外轉子與內轉子構成內電機。外轉子軸為本電機輸出軸，內轉子軸為本電機動力輸入軸。

輸出軸上安裝有輸出齒輪，輸出齒輪與外部負載連接。

輸入軸與發動機軸連接，即發動機軸即為本系統輸入軸。

本發明設計的嵌套式永磁同步電機伺服系統還包括兩個伺服驅動器、兩個速度/位置傳感器，A、B速度/位置傳感器分別安裝于內轉子軸和外轉子的軸上，A速度/位置傳感器分別連接A伺服驅動器，B速度/位置傳感器連接到A、B伺服驅動器。A伺服驅動器通過滑環與內轉子上的繞組連接，B伺服驅動器直接連接定子線圈繞組。A伺服驅動器和B伺服驅動器通過公共直流母線連接。控制單元連接A、B伺服驅動器，A、B速度/位置傳感器接入控制單元。控制單元主體為計算機。公共直流母線還連接儲能單元和用電單元，儲能單元內包含電容、蓄電池及其控制和保護線路，用電單元為空調等其它用電器。

本發明設計的嵌套式永磁同步機電機伺服系統的控制運行方法如下：