[發明專利]一種高轉矩密度的無刷雙機電端口永磁電機及其應用

有效

• 申請號: 201611137501.X
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106655671B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 曲榮海;任翔;李大偉
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02K16/02
• 分類號: H02K16/02;H02K1/16;H02K3/16;H02K1/27
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李歡

本發明公開了一種高轉矩密度的無刷雙機電端口永磁電機，其包括環狀的定子鐵心(1)、調制轉子和永磁轉子，所述定子鐵心(1)內表面開有閉口槽，槽內放置兩套極對數不等的繞組，一組為調制繞組(2)，另一組為永磁繞組(3)；所述調制轉子包括調制轉子鐵軛(4)，其與所述調制繞組(2)及所述永磁轉子構成磁場調制電機結構；相鄰調制轉子鐵軛(4)之間設有調制轉子永磁體(5)，所述調制轉子永磁體(5)為切向勵磁結構，其與所述永磁繞組(3)構成永磁電機結構。該發明還公開了一種包括所述電機的混合動力汽車。本發明的電機可實現兩個機械端口轉速與轉矩的獨立控制，實現繞組無刷化，結構緊湊，且具有較大的輸出轉矩。

技術領域

本發明屬于永磁電機領域，更具體地，涉及一種高轉矩密度的無刷雙機電端口永磁電機及其應用。

背景技術

混合動力汽車利用機械及電磁裝置，將發動機的轉速及輸出轉矩與車輪的轉速及轉矩完全解耦，從而實現發動機一直工作于高效率區，從而提高車輛的行駛效率。傳統的混合動力汽車采用行星齒輪結構雖然能夠較為方便地實現這一功能，但機械齒輪結構也帶來摩擦損耗、振動噪聲、維護較為頻繁等固有問題，同時該結構需要一個行星齒輪、兩個電機、多個離合器等設備，體積較為龐大。為了解決行星齒輪結構的問題，有學者提出了雙機械端口這一概念，該電機具有雙轉子，從而實現兩機械端口狀態的完全解耦，即可以利用一套電機系統實現行星齒輪系統的功能，緊湊型大為提升。然而，由于其中一個轉子需要設置電樞繞組，需要電刷滑環結構將電流引入旋轉電樞中，而電刷滑環結構同樣需要定期維護，同時可靠性較低，同時由于電樞旋轉，無法使用水冷、油冷等冷卻方式，導致電樞電流無法過高，因此輸出轉矩較低。為了克服這一缺陷，有學者提出了基于磁場調制原理的無刷雙機電端口電機。

在專利文獻CN105375714A公開了一種雙機械端口雙電端口永磁電機，其將磁場調制電機與普通永磁電機嵌入到同一臺電機內，外部定子與永磁體構成一臺普通永磁電機，內部定子、調制環與永磁體構成一臺磁場調制電機。該結構通過內、外定子繞組的電流頻率獨立控制兩轉子的轉速，通過普通永磁電機在永磁轉子上施加額外轉矩實現兩轉子的轉矩解耦，從而利用無刷結構實現雙機械端口電機的功能。

在該專利中，永磁電機具有雙定子和雙轉子結構，每個定子對應一個獨立電端口，每個轉子對應一個獨立機械端口，其中，兩定子的電樞磁場極對數不同，定子I上的繞組與永磁轉子和調制轉子作用，調制出定子I的電樞磁場，在調制環轉速固定時，通過調節定子電樞磁場的轉速能夠改變永磁轉子的轉速，從而實現兩轉子轉速獨立。定子II上的繞組與永磁轉子作用，實現轉矩調節功能。

但是該雙機械端口雙電端口永磁電機也存在以下不足：首先，該專利文獻中提出的結構具有兩個定子和兩個轉子，之間具有三層氣隙，因此對于制造加工的工藝要求高，同時制造過程較為復雜，生產成本較高；其次，該拓撲中永磁體產生的勵磁磁場需要穿越三層氣隙，其磁路磁阻較大，造成磁場較弱，削弱了電機的轉矩輸出能力。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供一種高轉矩密度的無刷雙機電端口永磁電機及其在混合動力汽車上的應用，其目的在于，將磁場調制電機以及普通永磁電機整合到單一徑向磁通結構中，結構較為緊湊，且其兩部分輸出轉矩能分別接近傳統的磁場調制電機以及普通永磁電機，在實現功能的同時維持了較大的轉矩密度。

為了實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供一種高轉矩密度的無刷雙機電端口永磁電機，其包括環狀的定子鐵心、調制轉子和永磁轉子；

所述定子鐵心內表面開有閉口槽，槽內放置兩套極對數不等的繞組，一組為調制繞組，另一組為永磁繞組；

所述調制轉子包括調制轉子鐵軛，其與所述調制繞組及所述永磁轉子構成磁場調制電機結構；

相鄰調制轉子鐵軛之間設有調制轉子永磁體，所述調制轉子永磁體為切向勵磁結構，其與所述永磁繞組構成永磁電機結構。