CN106451965B - 一种并列式双定子永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种并列式双定子永磁电机，属于永磁电机技术领域。本发明的一种并列式双定子永磁电机，包括外壳、并列设于外壳内的电机组A和电机组B，电机组A包括定子A和转子A，定子A上具有高反电动势绕组A，转子A上具有永磁体A，电机组A选择低转速、大转矩的工作点作为额定运行点；电机组B包括定子B和转子B，定子B上具有低反电动势绕组B，转子B上具有永磁体B，电机组B选择高转速且能够满足高速带载能力的工作点作为额定运行点。本发明的永磁电机，既具有低速大转矩特性，又具有高速运行特性，同时能够解决驱动电机宽转速范围内高效率需求问题，具有动态性能好、整体运行效率高和可靠性高等特点，具有良好的应用前景。

Description

一种并列式双定子永磁电机
技术领域
本发明涉及一种永磁电机，更具体地说，涉及一种并列式双定子永磁电机，适用于低速大转矩和高速应用场合。
背景技术
驱动电机是混合动力汽车等新能源汽车应用领域中的重要技术之一，混合动力汽车驱动用电机需要有宽的调速范围和高效的运行区域。普通永磁电机结构简单，工作效率高，但由于其恒转矩特性，难以满足宽的调速范围和高效的运行区域要求，因此难以满足混合动力汽车用电机高性能要求。
随着电机技术的不断发展，并列式双定子永磁电机也得到了很好的研究和发展，出现了许多易于起动、便于调速的双定子永磁电机，这类双定子永磁电机的基本结构是：外壳内设有双定子结构，转轴上设有双转子结构，但由于定转子匹配和电机工作点设计存在非常复杂的关系，因此如何使两组定转子之间形成满足负载要求的互补关系成为本领域技术人员亟待解决的技术问题，研究发现，目前还没有一款既具有低速大转矩特性，又具有高速运行特性，同时能够解决驱动电机宽转速范围内高效率需求问题的双定子永磁电机出现。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有并列式双定子永磁电机存在的上述不足，提供一种并列式双定子永磁电机，采用本发明的技术方案，既具有低速大转矩特性，又具有高速运行特性，同时能够解决驱动电机宽转速范围内高效率需求问题，具有动态性能好、整体运行效率高和可靠性高等特点，具有良好的应用前景。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种并列式双定子永磁电机，包括外壳、并列设于外壳内的电机组A和电机组B，其中：
所述的电机组A包括定子A和转子A，所述的定子A固定在外壳内，所述的转子A位于定子A内，且安装于转轴上，所述的定子A上具有高反电动势绕组A，所述的转子A上具有永磁体A，所述的电机组A选择低转速、大转矩的工作点作为额定运行点；
所述的电机组B包括定子B和转子B，所述的定子B固定在外壳内，所述的转子B位于定子B内，且安装于转轴上，所述的定子B上具有低反电动势绕组B，所述的转子B上具有永磁体B，所述的电机组B选择高转速且能够满足高速带载能力的工作点作为额定运行点。
作为本发明进一步改进，所述的电机组A和电机组B能够独立运行或同时运行。
作为本发明进一步改进，所述的永磁体A和永磁体B采用钕铁硼或铝镍钴或铁氧体永磁材料。
作为本发明进一步改进，所述的定子A和定子B的铁芯采用冲压硅钢片叠片结构，且定子A和定子B采用分数槽、短距和分布绕组联结结构。
作为本发明进一步改进，所述的转子A和转子B采用切向式结构。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
（1）本发明的一种并列式双定子永磁电机，其通过在外壳内并列设置一组低转速、大转矩额定运行点的电机组A和一组高转速且能够满足高速带载能力的额定运行点的电机组B，实现了电机既具有低速大转矩特性，又具有高速运行特性，同时能够解决驱动电机宽转速范围内高效率需求问题；
（2）本发明的一种并列式双定子永磁电机，其低转速、大转矩的电机组A的定子具有高反电动势绕组，可获得大起动转矩，能够提高电机低速区域的运行效率，拓宽弱磁扩速区域；高转速且能够满足高速带载能力的电机组B的定子具有低反电动势绕组，适于高速运行，能够提高电机高速区域的运行效率，拓宽电机高效率运行区域；
（3）本发明的一种并列式双定子永磁电机，其电机组A和电机组B能够独立运行或同时运行，在同时运行时，可大幅提高电机起动转矩和高速带载能力；
（4）本发明的一种并列式双定子永磁电机，其电机组A和电机组B的永磁体可采用钕铁硼或铝镍钴或铁氧体等永磁材料，可获得大的气隙磁密和大的直轴电感值；定子A和定子B的铁芯采用冲压硅钢片叠片结构，有效减小电机运行时的铁耗；定子A和定子B采用分数槽、短距和分布绕组联结结构，绕组具有较高的正弦度，可以获得较为正弦的相绕组磁链波形，进而获得较为正弦的反电动势；
（5）本发明的一种并列式双定子永磁电机，其转子A和转子B采用切向式结构，该结构直轴电感大，可以获得更大的每极磁通，易于获得大转矩，并且可以充分利用磁阻转矩，提高电机功率密度和扩展恒功率运行范围，拓宽弱磁扩速区域；
（6）本发明的一种并列式双定子永磁电机，能够同时实现驱动电机的低速大转矩和高速运行，具有功率密度大、体积小、驱动控制系统灵活多样、响应快、转矩波动小、过载能力高和能量利用率高等优点，还具有动态性能好、整体运行效率高和可靠性高等特点，并具有一定的容错能力，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的一种并列式双定子永磁电机的结构示意图；
图2为本发明中定子A和定子B的绕组配置示意图；
图3为本发明中的转子A和转子B的结构示意图。
示意图中的标号说明：
1、外壳；2、定子A；3、高反电动势绕组A；4、转子A；5、永磁体A；6、定子B；7、低反电动势绕组B；8、转子B；9、永磁体B；10、转轴。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
图1为本发明的一种并列式双定子永磁电机的结构示意图，如图所示，本发明的并列式双定子永磁电机，包括外壳1、并列设于外壳1内的电机组A和电机组B，电机组A包括定子A 2和转子A 4，定子A 2固定在外壳1内，转子A 4位于定子A 2内，且安装于转轴10上，定子A 2上具有高反电动势绕组A 3，转子A 4上具有永磁体A 5；电机组B包括定子B6和转子B8，定子B 6固定在外壳1内，转子B 8位于定子B 6内，且安装于转轴10上，定子B 6上具有低反电动势绕组B 7，转子B 8上具有永磁体B 9。定子A2和转子A4组成的电机组A可独立运行，定子B 6和转子B 8组成的电机组B也可独立运行，且电机组A和电机组B也可同时驱动转轴10旋转。
图2为本发明中定子A和定子B的绕组配置示意图，如图所示，定子A 2和定子B 6的铁芯均采用冲压硅钢片叠片结构，且定子A 2和定子B 6均采用分数槽、短距和分布绕组联结结构，可以获得较为正弦的相绕组磁链波形，进而获得较为正弦的反电动势。
图3为本发明中的转子A和转子B的结构示意图，由图3可以看出，本发明中的转子A和转子B采用切向式结构，该结构直轴电感大，可以获得更大的每极磁通，易于获得大转矩，并且可以充分利用磁阻转矩，提高电机功率密度和扩展恒功率运行范围，拓宽弱磁扩速区域。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例
结合图1所示，本实施例的一种并列式双定子永磁电机，包括外壳1、并列设于外壳1内的电机组A和电机组B，其中，电机组A包括定子A 2和转子A 4，定子A 2固定在外壳1内，转子A 4位于定子A 2内，且安装于转轴10上，定子A 2上具有高反电动势绕组A 3，转子A4上具有永磁体A 5，电机组A选择低转速、大转矩的工作点作为额定运行点；电机组B包括定子B6和转子B 8，定子B 6固定在外壳1内，转子B 8位于定子B 6内，且安装于转轴10上，定子B 6上具有低反电动势绕组B 7，转子B 8上具有永磁体B 9，电机组B选择高转速且能够满足高速带载能力的工作点作为额定运行点。电机组A和电机组B均采用内嵌式转子结构，具有动、静态性能好等特点，可广泛用于要求动态性能高的应用场合。电机组A采用高反电动势绕组，定子A 2和转子A 4之间的气隙磁通密度大，可获得大起动转矩，能够提高电机低速区域的运行效率，高反电动势绕组的直轴电感大，拓宽了弱磁扩速区域；电机组B采用低反电动势绕组，适于高速运行，能够提高电机高速区域的运行效率，拓宽电机高效率运行区域。将电机组A的额定运行点选择为低转速、大转矩的工作点，电机组B的额定运行点选择为高转速且能够满足高速带载能力的工作点，电机组A和电机组B能够独立运行或同时运行，当电机组A独立运行时，具有低速大转矩特性，能够提高电机低速区域的运行效率；当电机组B独立运行时，具有高速运行特性，能够提高电机高速区域的运行效率；当电机组A和电机组B同时运行时，能够解决驱动电机宽转速范围内高效率需求问题，进一步提高电机起动转矩和高速带载能力；并且，当电机组A发生故障时，电机组B可以独立运行，当电机组B发生故障时，电机组A同样可以独立运行，使双定子永磁电机具有一定的容错能力。
为了获得大的气隙磁通密度和大的直轴电感值，本实施例中的永磁体A 5和永磁体B 9可采用钕铁硼或铝镍钴或铁氧体等永磁材料，应当理解，永磁体A 5和永磁体B 9可以选择相同的永磁材料，也可以选择不同的永磁材料。永磁体A 5和永磁体B 9在对应转子A4和转子B 8上的安置方式也可以相同，也可以不同，在本实施例中，转子A 4和转子B 8优选采用切向式结构（如图3所示），该结构直轴电感大，可以获得更大的每极磁通，易于获得大转矩，并且可以充分利用磁阻转矩，提高电机功率密度和扩展恒功率运行范围，拓宽弱磁扩速区域。另外，为了减小电机运行时的铁耗，在本实施例中，定子A 2和定子B 6的铁芯采用冲压硅钢片叠片结构；且为了使定子A 2和定子B 6的绕组反电动势具有较高的正弦度，如图2所示，本实施例中的定子A 2和定子B 6采用分数槽、短距和分布绕组联结结构，绕组具有较高的正弦度，可以获得较为正弦的相绕组磁链波形，进而获得较为正弦的反电动势；同时，为降低电机的齿槽力矩，电机极数与槽数尽量选择较大数值，增加定位力矩次数。
本发明的一种并列式双定子永磁电机，既具有低速大转矩特性，又具有高速运行特性，同时能够解决驱动电机宽转速范围内高效率需求问题，具有功率密度大、体积小、驱动控制系统灵活多样、响应快、转矩波动小、过载能力高和能量利用率高等优点，还具有动态性能好、整体运行效率高和可靠性高等特点，并具有一定的容错能力，在混合动力汽车领域具有良好的应用前景。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种并列式双定子永磁电机，包括外壳（1）、并列设于外壳（1）内的电机组A和电机组B，其特征在于：
所述的电机组A包括定子A（2）和转子A（4），所述的定子A（2）固定在外壳（1）内，所述的转子A（4）位于定子A（2）内，且安装于转轴（10）上，所述的定子A（2）上具有高反电动势绕组A（3），所述的转子A（4）上具有永磁体A（5），所述的电机组A选择低转速、大转矩的工作点作为额定运行点；
所述的电机组B包括定子B（6）和转子B（8），所述的定子B（6）固定在外壳（1）内，所述的转子B（8）位于定子B（6）内，且安装于转轴（10）上，所述的定子B（6）上具有低反电动势绕组B（7），所述的转子B（8）上具有永磁体B（9），所述的电机组B选择高转速且能够满足高速带载能力的工作点作为额定运行点；
所述的永磁体A（5）和永磁体B（9）采用钕铁硼或铝镍钴或铁氧体永磁材料，所述的定子A（2）和定子B（6）的铁芯采用冲压硅钢片叠片结构，且定子A（2）和定子B（6）采用分数槽、短距和分布绕组联结结构，所述的转子A（4）和转子B（8）采用切向式结构。
2.根据权利要求1所述的一种并列式双定子永磁电机，其特征在于：所述的电机组A和电机组B能够独立运行或同时运行。
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