CN101272077A - 一种应用于双机械端口电机的外转子 - Google Patents

Abstract

一种应用于双机械端口电机的外转子，包括外转子铁心(2)、外转子磁钢(4)、磁桥(9)和磁隔(10)；外转子铁心(2)上安装有外转子磁钢(4)；外转子磁钢(4)内外两侧与外转子铁心(2)接触的两个平面上开有槽口，为磁隔(10)；外转子铁心(2)和磁隔(10)之间为磁桥(9)。外转子磁钢(4)构成双机械端口电机第一磁场和第二磁场相对的一组磁极，外转子磁钢(4)产生的磁力线进入第一气隙和第二气隙的方向相反。外转子磁钢(4)为切向充磁；且外转子磁钢(4)尺寸在气隙磁通方向的长度大于充磁方向的长度。本发明提高了去磁电流的利用率，与双层磁钢外转子结构的非统一磁场双机械端口电机相比结构更简单，系统效率更高。

Description

一种应用于双机械端口电机的外转子

技术领域

本发明涉及一种外转子结构，特别是应用于双机械端口电机的外转子。

背景技术

双机械端口电机是一种具有两个机械端口的电机，主要的应用领域是混合动力车辆驱动。其中的一个机械端口与发动机相连，另一个机械端口与车辆驱动轴相连。由于这种电机的两个机械端口是独立的，因此搭载有这种电机的混合动力车辆的路面负载变化不直接传递到发动机。通过控制发动机始终工作在其高效区，有效的提高了整个动力系统的效率，同时降低了排放，在节能和环保两个方面都具有十分重要的意义。

专利CN1929243，CN1738163，CN1945939以及CN1694339中都涉及了这种电机。虽然这些电机具有不同的具体实现方式，但基本组成结构相同。都具有不旋转的定子，旋转的内转子和外转子。在定子和内转子上安装有电枢绕组，而在外转子上安装有永磁体。外转子上的永磁体产生的磁场与定子电枢绕组产生的磁场构成了双机械端口电机的第一磁场，外转子与定子之间的空气隙构成第一气隙。而外转子上的永磁体产生的磁场与内转子电枢绕组产生的磁场构成了双机械端口电机的第二磁场，外转子与内转子之间的空气隙构成第二气隙。虽然这些双机械端口电机具体实现方式不同，但是按照两个磁场的耦合情况可以分成两类：统一磁场双机械端口电机和非统一磁场双机械端口电机。对于前者，两个磁场有很强的相互作用，一个磁场的变化会显著的影响另一个磁场。而对于后者，两个磁场基本没有联系，一个磁场的变化对另一个磁场没有显著的影响。CN1694339没有对这两种概念进行任何区分。CN1929243，CN1738163以及CN1945939中的电机在其具体实施方式中给出了统一磁场和非统一磁场两种实施方式，但是这些发明专利中的统一磁场电机具有相同的问题：定子绕组中施加去磁电流以削弱其匝链的总磁链时，其产生的去磁磁场会同时削弱内转子匝链的总磁链，这时如果内转子依然保持转矩输出时必须要增大电流。内转子绕组中的电枢反应磁场对定子与外转子之间磁场的影响与此完全相同。这种统一磁场的实现方式不仅增加了控制系统的复杂性，对提高电机本身的效率也不利，更与这种电机应用于车辆驱动时的具体工况不匹配，从而影响了其实用性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种新型的双机械端口电机的外转子结构。

现有的统一磁场双机械端口电机中，单层磁钢的外转子结构中采用的是径向充磁的磁钢，这种结构的电机在控制中，在某一绕组中施加去磁电流的同时，会削弱另一个绕组匝链的永磁磁链，从而降低了电流的利用率。本发明提出的外转子结构中的磁钢为切向充磁，并且磁钢尺寸在气隙磁通方向的长度大于充磁方向的长度。具有这样外转子结构的双机械端口电机d轴磁阻小于CN1738163所提及的单层磁钢外转子结构的双机械端口电机的d轴磁阻。因此，在控制中，在任何一个电枢绕组中的去磁电流在削弱当前绕组匝链的磁链的同时，会增强另一个绕组匝链的永磁磁链，并且与CN1738163中所提及的单层磁钢外转子结构的双机械端口电机相比，对任何一个电枢绕组中施加相同的去磁电流，可以在另一个绕组中获得更大的增强磁链。因此，这种特性与单层磁钢外转子结构的统一磁场双机械端口电机相比提高了去磁电流的利用率，与双层磁钢外转子结构的非统一磁场双机械端口电机相比结构更简单，且具有更高的系统效率。

本发明的外转子包括外转子铁心、磁钢、磁桥和磁隔。其中磁钢嵌在外转子铁心中。外转子铁心与磁钢沿径向方向的两端接触的两个平面上开有槽口，为磁隔。外转子铁心和磁隔之间细长的部分为磁桥。磁隔和磁桥的作用是防止漏磁。

采用本发明外转子结构的双机械端口电机，其第一磁场和第二磁场相对的一组磁极由一块磁钢构成，外转子永磁体产生的磁力线进入前述第一气隙和第二气隙的方向是相反的。因此，其中任何一个电枢绕组中的去磁电流在削弱当前绕组匝链的磁链的同时，会增强另一个绕组匝链的永磁磁链，这一特性与现有统一磁场双机械端口电机中两个磁场的相互影响关系正好相反。这一特性使得具有这种外转子结构的双机械端口电机更加有效的利用了去磁电流，提高了系统效率。

在双机械端口电机应用于混合动力车辆驱动时，内转子与发动机相连，其作用在于把发动机动力传递到外转子。外转子与驱动轴相连，其作用是补充发动机动力的不足。在车辆进入到高速工况时，由于电机供电电压有限，定子中必须施加去磁电流，保证匝链的磁链随转速上升而下降，以保证电机反电势不超过供电电压。而此时，内转子绕组匝链的磁链随之增强，这使得内转子绕组中只需要比定子不施加去磁电流时更小的电流就可以传递同样的发动机转矩。因此采用了本发明提出的外转子结构的双机械端口电机在车辆高速运行的工况下可以充分体现其优势。

在车辆进入到低速大负荷工况时，内外转子的转速差很大，定子需要补充的转矩也很大。由于内外转子转速差很大，内转子必须施加去磁电流，削弱匝链的磁链以保证电机反电势不超过电机供电电压。内转子所施加的去磁电流也会增强定子绕组匝链的磁链，使得定子只需要更小的电流就可以满足这种工况下的大转矩需求。由此可见，采用了本发明提出的外转子结构的双机械端口电机在低速大负荷工况下也具有显著的优势。

在这两种典型工况下，任何非统一磁场电机绕组中的去磁电流都不能对另外一个绕组中转矩电流的降低起到积极作用，任何现有统一电机绕组中的去磁电流不仅不能降低另一个绕组中的转矩电流，还会增加转矩电流。而本发明提及的双机械端口电机中任意一个机械端口进入高速工况导致电机进入弱磁工况时，施加去磁电流的绕组以外的那个绕组中的电流都会降低。因此采用了本发明提出的外转子结构的双机械端口电机具有非常明显的优势。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

图1为本发明提出的应用于双机械端口电机的外转子结构，图中，2外转子铁心，4外转子磁钢，9磁桥，10磁隔。

图2为采用了本发明提出的外转子结构的统一磁场双机械端口电机的一种具体实现方式，图中：1定子铁心，2外转子铁心，3内转子铁心，4外转子磁钢，5定子绕组，6内转子绕组，7外气隙，8内气隙；

图3双机械端口电机的局部放大图，图中：9磁桥，10磁隔。

图4双机械端口电机在定子绕组5和内转子绕组6都不通电流的情况下磁场分布情况，图中：11通往外气隙7的磁力线，12通往内气隙8的磁力线。

图5双机械端口电机在定子绕组5中通入纯去磁电流，同时内转子绕组6不通电流的情况下磁场分布情况。

图6双机械端口电机在定子绕组5不通电流，内转子绕组6中通入纯去磁电流的情况下磁场分布情况。

具体实施方式

图1为本发明外转子结构。如图1所示，本发明外转子包括外转子铁心2，外转子磁钢4，磁桥9，磁隔10。磁钢4嵌在外转子铁心2中。外转子铁心2与磁钢4沿径向方向的两端接触的两个平面上开有槽口，为磁隔10。外转子铁心2和磁隔10之间细长的部分为磁桥9。

本发明外转子应用于双机械端口电机的具体实施方式如图2所示。图2所示为一种具有径向磁通的电机。主要结构从内到外依次是定子铁心1，外转子铁心2和内转子铁心3。定子铁心1上安装有定子绕组5，内转子铁心3上安装有内转子绕组6，外转子铁心2上安装有外转子磁钢4。定子铁心1和定子绕组5构成定子，内转子铁心3和内转子绕组6构成内转子。定子铁心1和外转子铁心2之间是外气隙7，在内转子铁心3和外转子铁心2之间是内气隙8。为了防止漏磁，在外转子磁钢4内外两侧与外转子铁心2接触的两个平面上开有槽口，为磁隔10。外转子铁心2和磁隔10之间细长的部分是磁桥9，如图3所示。磁桥9和磁隔10的存在有效地防止了外转子磁钢4的漏磁。

在此具体实施方式中，外转子磁钢4的充磁方向是切向的，并且磁钢尺寸在气隙磁通方向的长度大于充磁方向的长度。其产生的磁力线部分通向外气隙7，形成外气隙磁通11。另一部分通向内气隙8，形成内气隙磁通12。在定子绕组5和内转子绕组6上都不通电流的时候，内气隙磁通12和外气隙磁通11基本平均分配，如图4所示。

当定子绕组5中通入去磁电流的时候外气隙磁通11将会有一部分转向内气隙8，如图5所示。使得外气隙磁通11比图4时明显减小，而内气隙磁通12比图4时明显增加。这种情况对应于搭载本发明提出的双机械端口电机的混合动力车辆进入高速轻载工况。在这种工况下，外转子2转速很高，为了保证定子绕组5两端反电势不超过供电电压，定子绕组5中必须施加去磁电流。此时，由于内气隙磁通12的增加，内转子绕组6中的电流将会降低，电机整体效率将会得到提升。

当内转子绕组6中通入去磁电流的时候内气隙磁通12将会有一部分转向外气隙7，如图6所示。使得内气隙磁通12比图4时明显减小，而外气隙磁通11比图4时明显增加。这种情况对应于搭载本发明提出的双机械端口电机的混合动力车辆进入低速重载工况。在这种工况下，内转子与外转子之间的转速差很大，为了保证内转子绕组6两端反电势不超过供电电压，内转子绕组6中必须施加去磁电流。此时，由于外气隙磁通11的增加，定子绕组5中的电流将会降低，电机整体效率将会得到提升。

Claims (2)

1、一种应用于双机械端口电机的外转子，包括外转子铁心(2)、外转子磁钢(4)、磁桥(9)和磁隔(10)，外转子铁心(2)上安装有外转子磁钢(4)；外转子磁钢(4)内外两侧与外转子铁心(2)接触的两个平面上开有槽口，为磁隔(10)；外转子铁心(2)和磁隔(10)之间为磁桥(9)，其特征在于，外转子磁钢(4)构成双机械端口电机第一磁场和第二磁场相对的一组磁极，外转子磁钢(4)产生的磁力线进入第一气隙和第二气隙的方向相反。

2、根据权利要求1所述的应用于双机械端口电机的外转子，其特征在于外转子磁钢(4)为切向充磁；且外转子磁钢(4)尺寸在气隙磁通方向的长度大于充磁方向的长度。

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