CN102570752A - 电动汽车混合励磁同步电机 - Google Patents

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檀银身
李新华
高幼民
韩巍
张志斌
刘军
潘明安
赵玉峰
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Abstract

本发明的名称为电动汽车混合励磁同步电机。属于汽车电机技术领域。它主要是解决现有混合励磁同步电动机不适合用于汽车电机的问题。它的主要特征是：包括定子、转子、机座、前端盖、后端盖、旋转变压器和绕组温升检测器，其中定子包括机壳、定子铁心、直流励磁绕组、交流绕组，转子包括转子铁心、磁钢、轴套压圈、隔磁压环、转子铁心轴，转子采用内置式磁钢，磁钢镶嵌在转子内部，转子的两端转子铁心在轴向方向错开一个规定的角度，使一段铁心的永磁极和另一段铁心的铁极相对。本发明具有磁钢固定可靠，制造安装工艺简单，双向调磁、调速范围宽，功率密度高等优点，主要用于电动汽车混合励磁同步电机。

Description

电动汽车混合励磁同步电机
技术领域
本发明属于汽车电机技术领域。具体涉及一种电动汽车混合励磁同步电机。
背景技术
混合励磁同步电动机是一种并联型混合励磁驱动电机。与永磁同步电动机相比，混合励磁同步电动机具有以下优势：（1）混合励磁同步电动机转子上装有铁极，励磁磁阻小，调磁能力强，而且通过改变励磁电流的方向可以实现反向调磁，调磁范围宽，调磁损耗小，效率高。由于电枢磁场主要走铁极磁路，永磁极无退磁风险。（2）混合励磁同步电动机转子上一半是铁极，一半是永磁极，相同容量条件下，其磁钢用量比永磁同步电动机减少约一半。（3）混合励磁同步电动机高速时若失去弱磁控制，其气隙磁通只有永磁同步电动机的一半左右，此时电枢绕组感应电动势也会减半，基本上可以控制在安全电压范围内。如2010年Prius永磁同步电动机失去弱磁、最高转速时的峰值电压为其直流供电电压近一倍，若采用混合励磁同步电动机驱动，失去弱磁、最高转速时的峰值电压接近直流供电电压。（4）混合励磁同步电动机矢量控制策略比较灵活，它有3个电流（即励磁电流i f 、直轴电流i d和交轴电流i q）可以用来控制，使混合励磁同步电动机在恒转矩区和恒功率区的效率优化成为可能。（5）混合励磁同步电动机增磁和弱磁时对气隙磁场以及电枢绕组电动势波形影响小。应特别说明的是，与永磁同步电动机相比，混合励磁同步电动机需增设导磁机壳和直流励磁绕组，因而会增加一些铜铁材料成本，但由于磁钢用量减小了一半，两者相抵，混合励磁同步电动机的材料成本还会有下降。此外，混合励磁同步电动机直流励磁绕组位于电机定子侧，不需要采用电刷和滑环机构送入励磁电流，免维护，可靠性高，如同时采用内置式转子，完全可以满足电动汽车驱动电机高转速的要求。综上所述，与普通永磁同步电机以及其它型式的混合励磁同步电机相比，电动汽车驱动用混合励磁同步电动机的优势十分明显；特别是混合励磁同步电动机具有双向调磁能力，可以达到很宽的调速范围，是纯电动汽车的理想驱动电机。
十多年来，在权威期刊和国际会议上，发表了不少混合励磁电机的相关研究论文，提出了许多不同形式的混合励磁电机拓扑结构，但这些混合励磁同步电机都存在一些问题：1、是转子磁钢固定结构比较复杂。在磁钢上面覆盖永磁极罩，通过端部压板和拉杆加以固定，而且在永磁极和铁极之间加装了切向支撑结构，这些都给转子制造和装配带来麻烦；同时，这种拼装起来的转子结构也难以承受每分钟万转以上的高转速。2、是功率密度不高。3、是控制策略有待完善。从相关文献和公布的专利来看，日本Meidensha公司混合励磁同步电动机样机采用开环弱磁控制，将检测的电机转速信号与转矩指令比较后通过查表方式得到磁链指令，再通过计算得到直流励磁电流指令。这种开环控制方式比较简单，对电机参数的依赖性高，特别是对于混合励磁同步电动机来说，电机参数的变化规律比较复杂，也不能像永磁同步电动机那样有现成经验公式来进行补偿。同时，日本Meidensha公司提出的效率优化策略采用的是通过损耗模型计算的方法来确定电流及励磁给定，这种方法的优化效果也完全取决于电机参数的准确程度。因此，这种控制策略在电动汽车各种工况中的适应性不强。
发明内容
本发明的目的就是针对上述不足之处而提供一种转子磁钢固定结构简单、功率密度高、适应电动汽车各种工况的电动汽车混合励磁同步电机。
本发明的技术解决解决方案是：一种电动汽车混合励磁同步电机，包括定子、转子、机座、前端盖、后端盖、旋转变压器、绕组温升检测器及引出线和紧固部件。其中定子包括机壳、定子铁心、直流励磁绕组、交流绕组，转子包括转子铁心、磁钢、轴套压圈、隔磁压环、转子铁心轴，其特征在于：转子采用内置式磁钢，磁钢镶嵌在转子内部。
本发明技术解决方案中所述定子铁心为两段定子铁心，转子铁心为两段转子铁心，两段转子铁心在轴向方向错开一个规定的角度，使其中一段转子铁心的永磁极和另一段转子铁心的铁极相对。
本发明技术解决方案中所述两段转子铁心的中间间隙部位有直流励磁绕组，直流励磁绕组固定在定子上。
本发明技术解决方案中所述定子的机壳采用导磁机壳。
本发明技术解决方案中所述转子铁心外圆柱面上轴向设有间隔槽，两相邻间隔槽之间形成凸台；磁钢呈“V”型镶嵌在相隔的凸台内部。
本发明首次提出在混合励磁同步电动机中采用内置式转子结构，即磁钢镶嵌在转子内部。这种结构磁钢固定可靠，制造安装工艺简单。Meidensha公司混合励磁同步电动机样机最高转速不高，限制了电机的调速范围，没有充分发挥混合励磁同步电动机双向调磁、调速范围宽的优势，功率密度不高，也不利于在纯电动汽车中的应用。我们设计并试制一台电动汽车驱动用、峰值功率70kW混合励磁同步电动机样机及其控制器，该样机的最高转速12000 r/min，功率密度为1.4 kW/kG，峰值功率、最高转速和功率密度比日本Meidensha 公司混合励磁同步电动机样机均有明显提高。本发明克服了现有技术的不足，具有磁钢固定可靠，制造安装工艺简单，双向调磁、调速范围宽，功率密度高等优点。本发明主要用于电动汽车混合励磁同步电机。
附图说明
图1是本发明的装配结构图。 
图2是本发明转子的结构示意图。
图3是图2的A-A剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
如图1至图3所示。电动汽车混合励磁同步电机由定子1、转子2、机座6、前端盖3、后端盖4、旋转变压器5、绕组温升检测器及引出线和紧固部件构成。其中定子包括导磁机壳7、定子铁心8，直流励磁绕组9、交流绕组10；转子包括转子铁心11、磁钢12、轴套压圈15、隔磁压环13、转子铁心轴14。转子铁心11外圆柱面上轴向形成8道间隔槽，8道间隔槽之间形成8条凸台，其中间隔分布的4条凸台上形成“V”字型磁钢安装孔。每条凸台的“V”字型磁钢安装孔内安装2条磁钢12，呈“V”型镶嵌在凸台内部。定子铁心8为两段定子铁心8，转子铁心11为与两段定子铁心8配合的两段转子铁心11。两段转子铁心11在轴向方向错开一个规定的角度，使其中一段转子铁心11的永磁极和另一段转子铁心11的铁极相对。两段转子铁心11中间间隙部位有直流励磁绕组9，固定在定子1上。
本发明首次提出在混合励磁同步电机中采用内置式转子结构。这种结构磁钢固定可靠，制造安装工艺简单。其具体实施步骤为：第一步，两段转子铁心11叠装成型后，嵌放磁钢12，磁钢12放置请注意：左、右转子铁心11磁极极性相反，如左边全为N极，右边全为S极；第二步，安装轴套压圈15，并用拉杆16固定；第三步，将转子铁心11压装在转轴14内，二个转子铁心11相互错开一个规定的角度装配。
本发明提出的混合励磁同步电机样机的最高转速得到提高，从而加宽了电机的调速范围，充分发挥了混合励磁同步电机双向调磁、调速范围宽的优势，功率密度得到提高，也有利于在纯电动汽车中的应用。

Claims (5)

1.一种电动汽车混合励磁同步电机，包括定子(1)、转子(2)、机座(6)、前端盖(3)、后端盖(4)、旋转变压器(5)和绕组温升检测器，其中定子(1)包括机壳(7)、定子铁心(8)、直流励磁绕组(9)、交流绕组(10)，转子(2)包括转子铁心(11)、磁钢(12)、轴套压圈(15)、隔磁压环(13)、转子铁心轴(14)，其特征在于：转子(2)采用内置式磁钢(12)，磁钢(12)镶嵌在转子(2)内部。
2.如权利要求1 所述的电动汽车混合励磁同步电机，其特征在于：所述定子铁心(8)为两段定子铁心(8)，转子铁心(11)为两段转子铁心(11)，两段转子铁心(11)在轴向方向错开一个规定的角度，使其中一段转子铁心(11)的永磁极和另一段转子铁心(11)的铁极相对。
3.如权利要求2所述的电动汽车混合励磁同步电机，其特征在于：所述两段转子铁心(11)的中间间隙部位有直流励磁绕组(9)，直流励磁绕组(9)固定在定子(1)上。
4.如权利要求1 或2所述的电动汽车混合励磁同步电机，其特征在于：所述定子(1)的机壳(7)采用导磁机壳。
5.如权利要求1 或2所述的电动汽车混合励磁同步电机，其特征在于：所述转子铁心(11)外圆柱面上轴向设有间隔槽，两相邻间隔槽之间形成凸台；磁钢(12)呈“V”型镶嵌在相隔的凸台内部。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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