[發明專利]一種基于磁場調制的雙機械端口永磁電機

有效

• 申請號: 201710287792.9
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107070144B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 李健;賴俊全;曲榮海
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02K16/00
• 分類號: H02K16/00;H02K1/27;H02K51/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;李智

本發明公開了一種基于磁場調制的雙機械端口永磁電機，包括第一定子、第二定子、永磁轉子、第一調制環轉子以及第二調制環轉子；其中，永磁轉子內嵌有沿切向充磁的2q個永磁體，且兩個相鄰的永磁體的充磁方向相反；第一調制環轉子與第二調制環轉子均由n個導磁塊和n個非導磁塊沿圓周方向相間排列構成；同時第一調制環轉子的導磁塊與第二調制環轉子的非導磁塊對齊。本發明中通過相錯放置的調制環轉子與內嵌式切向充磁的永磁轉子的合理排布，減小漏磁增強主磁通，同時提高氣隙磁密，有效提高磁場調制雙機械端口電機的功率因數和功率密度。

技術領域

本發明屬于永磁電機技術領域，更具體地，涉及一種基于磁場調制的雙機械端口永磁電機。

背景技術

混合動力汽車是指驅動系統由兩個或多個能同時運轉的單個驅動系統聯合組成的車輛，因其具有低能耗、高性能的優點，受到各界的關注和青睞。1997年豐田公司發布第一款量產混合動力汽車Prius，并在之后不斷推出新版本，出色的性能使其大獲成功。

混合動力汽車的關鍵技術在于混合動力系統。作為最成功的商業化混合動力汽車，Prius雖然在不斷推出新版本車型，但是混合動力系統的構架基本不變。豐田Prius的混合動力系統由兩臺電機、行星齒輪箱、發動機、主減速器和蓄電池組成，其基本結構如圖1所示。圖中實線代表機械連接，虛線代表電氣連接，行星齒輪箱的三個端口機械轉速存在兩個自由度。通過控制電機2的轉速可以實現負載與發動機之間的轉速解耦；而電機1與齒圈機械連接同速旋轉，通過改變電機1運行工況提供額外轉矩分量，實現負載與發動機的轉矩解耦。最終達到無級變速的目的并實現動力的合成與分離。通過上述結構，發動機的工作狀態完全獨立于車輛運行工況，因而發動機可保持在最佳工作區域，完全由電機控制車輛的運行，這使得Prius具有低能耗、高效率且性能優異的特點。但由于行星齒輪箱為純機械裝置，不可避免地存在機械傳動損耗、振動噪聲、潤滑要求高以及維護困難等問題。此外，行星齒輪箱為精密的機械裝置，加工較為復雜，對加工工藝要求極高，整個系統結構復雜，裝配難度高。因而電氣變速裝置被視為下一代混合動力汽車的關鍵技術。

電氣變速裝置往往由兩臺傳統永磁電機復合而成，其中一臺為單轉子結構，另一臺為雙轉子結構，其中雙轉子電機利用滑環、電刷結構將交流電引入電樞轉子，這種結構不可避免地存在粉塵、磨損以及電樞繞組難以冷卻等問題。為克服這一缺陷，有學者采用磁場調制電機與傳統永磁同步電機進行機械耦合的方式搭建混合動力系統。其關鍵部分軸向磁場電磁行星齒輪功率變速器如圖2所示。由于磁場調制電機的調制環轉子、永磁轉子和定子磁場的電磁轉矩、轉速關系與行星齒輪箱的端口特性相似，因而磁場調制電機技術可以實現轉速解耦，最終整個系統可以實現電氣無級變速與動力合成。

由于磁場調制電機本質原理所限以及為取得較大的轉矩輸出的考慮，其永磁轉子極對數一般取值較大，造成的磁鋼極間漏磁遠大于傳統電機，加之雙機械端口結構帶來的多層氣隙結構進一步降低主磁通大小，使得雙機械端口磁場調制電機的功率因數遠低于同定子極數的傳統永磁電機。過低的功率因數意味著磁場調制電機需要配備遠大于系統輸出功率的逆變器，這大大增加了電機系統成本。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于磁場調制的雙機械端口永磁電機，旨在解決由于現有雙機械端口永磁電機主磁通較小，漏磁大導致雙機械端口永磁電機的功率因數過低的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于磁場調制的雙機械端口永磁電機，第一定子、第二定子、永磁轉子、第一調制環轉子以及第二調制環轉子；

第一定子和第二定子結構相同，且第一定子的電樞繞組的極對數與第二定子的電樞繞組的極對數均為p；

永磁轉子內嵌有沿切向充磁的2q個永磁體，且兩個相鄰的永磁體的充磁方向相反；

第一調制環轉子與第二調制環轉子均由n個導磁塊和n個非導磁塊沿圓周方向相間排列構成；且第一調制環轉子的導磁塊與第二調制環轉子的非導磁塊對齊。