[發(fā)明專利]混合動力汽車用五相容錯式永磁行星齒輪電機及工作方法

無效

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• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN103023206A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設計）人: 朱孝勇;孫彥彪;全力;葛葉明;李淵
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02K7/116
• 分類號: H02K7/116;H02K7/18;H02J7/14;B60K6/26
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發(fā)明屬于無刷電機制造技術領域，特指一種適合于需要高效率、高可靠性的中/重度混合動力機車場合的五相容錯式永磁電機。

背景技術

?目前，混合動力汽車以其燃油經(jīng)濟性高和排放少等特點受到重視。基于起動/發(fā)電模式的輕度混合動力汽車節(jié)能減排效果有限，所以，中/重度混合動力汽車就成為了該領域的發(fā)展方向。已有的混合動力合成系統(tǒng)在動力合成模式上分為兩大類，一類是機械式混合動力合成系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，一般將機械行星齒輪系作為混合動力耦合裝置，能夠方便、高效地將發(fā)動機和電機兩種動力源進行動力合成和能量傳輸。但機械行星齒輪作為一種接觸式動力合成系統(tǒng)，在高速嚙合時需要專門的油路潤滑和冷卻，汽車在不同運行工況下載荷的變化會對齒輪產(chǎn)生較大的嚙合沖力，這對行星齒輪的硬度、剛度以及耐磨性都有更高的要求。并且，該系統(tǒng)的集成度較低，占據(jù)空間大且容易造成部件損壞。另一類是電磁式混合動力合成系統(tǒng)，利用雙轉(zhuǎn)子電機實現(xiàn)兩種不同動力源的合成和無級變速，在該系統(tǒng)中，由中間轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子構成的內(nèi)層電機由于受空間的限制，一般體積較小、難以實現(xiàn)大功率的動力合成和轉(zhuǎn)矩傳遞，使得該類電磁式混合動力系統(tǒng)在混合動力公交車、重型運輸車等大功率場合的應用受到限制。并且，該系統(tǒng)所必須的電刷或集電環(huán)大大降低了傳遞效率。

隨著永磁材料性能的不斷提高，永磁齒輪傳動技術得到了新的發(fā)展，研究表明：永磁齒輪在變速比、轉(zhuǎn)矩傳遞密度(接近100kNm/m^3)、轉(zhuǎn)矩傳遞效率(>96%)等方面已與機械齒輪性能接近，遠大于水冷條件下的無刷直流電機的轉(zhuǎn)矩密度(約30?kNm/m^3)。但該類永磁齒輪結(jié)構上內(nèi)、外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速比固定，調(diào)磁鐵心層靜止不動，無法實現(xiàn)不同速度下兩種動力源的合成和分配，難以直接應用于混合動力汽車領域。

容錯永磁電機是將開關磁阻電機與永磁同步電機相結(jié)合，將傳統(tǒng)的永磁同步電機分布繞組改為集中繞組，且每個定子槽中只有一套繞組，把沒有繞組的電樞齒作為磁通回路，同時也起著相間隔離的作用。集中繞組永磁容錯電機相與相之間實現(xiàn)了電路、磁路和溫度的隔離，大大提高了電機的可靠性和容錯能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服已有混合動力系統(tǒng)的缺點，提供一種具有高轉(zhuǎn)矩密度、高效率、高可靠性、適合于中/重度混合動力汽車場合的容錯式永磁行星齒輪電機及該電機的工作方法。

本發(fā)明混合動力汽車用五相容錯式永磁行星齒輪電機采用的技術方案是：電機最外圈是定子，每個定子槽中有一相電樞繞組，每兩相電樞繞組之間有一個容錯齒，徑向相對的兩套電樞繞組串聯(lián)構成一相，定子內(nèi)依次套有同軸的永磁齒圈、永磁太陽齒輪，永磁齒圈內(nèi)、外表面上均貼有幾對永磁體，內(nèi)、外表面上相對應的兩塊永磁體的中心線位于徑向上且兩個中心線相重合，內(nèi)表面上的永磁體緊密排列，外表面上的相鄰兩個永磁體之間留有空隙，永磁齒圈外表面上的永磁體和定子之間留有氣隙；永磁齒圈內(nèi)表面和永磁太陽齒輪外表面之間是4個沿圓周方向均布的相同的永磁行星齒輪，每個永磁行星齒輪外表面上緊密貼有永磁體，永磁行星齒輪連接行星架；永磁行星齒輪外表面上的永磁體與永磁齒圈內(nèi)表面上的永磁體之間留有氣隙；永磁太陽齒輪外表面上貼有幾對緊密排列的永磁體，永磁太陽齒輪外表面上的永磁體和永磁行星齒輪外表面上的永磁體之間留有氣隙；所有的永磁體沿各自所在的圓的徑向充磁，且相鄰兩個永磁體是按N、S、N、S順序排列；在初始位置，在徑向上，永磁太陽輪和永磁行星輪之間最靠近的兩塊永磁體極性相反，永磁行星輪與永磁齒圈之間最靠近的兩塊永磁體極性相同，永磁齒圈內(nèi)外兩層相對應的兩塊永磁體極性相同。

本發(fā)明混合動力汽車用五相容錯式永磁行星齒輪電機的工作方法的技術方案是采用如下步驟：

?A、將行星架的輸出端口固定連接于混合動力汽車的驅(qū)動軸，將永磁太陽齒輪通過機械離合器和發(fā)動機相連，電池組通過一個整流逆變器連接啟動發(fā)電一體機，通過另一個整流逆變器連接電樞繞組，將啟動發(fā)電一體機連接發(fā)動機的輸出軸；

?B、混合動力汽車在純電動啟動、低速巡航時，關閉發(fā)動機，斷開機械離合器，固定永磁太陽輪，電池組通過整流逆變器對放電，永磁齒圈旋轉(zhuǎn)，永磁行星輪自轉(zhuǎn)且公轉(zhuǎn)，永磁行星輪通過行星架把電功率轉(zhuǎn)化為機械功率傳輸給混合動力汽車的驅(qū)動軸；

C、混合動力汽車在高速巡航時，固定永磁齒圈，閉合機械離合器，發(fā)動機帶動永磁太陽輪旋轉(zhuǎn)，永磁行星輪及行星架旋轉(zhuǎn)，把能量傳輸給驅(qū)動軸；同時發(fā)動機向電池組充電；