CN107026544A - 一种混合励磁型复合式双转子电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合励磁型复合式双转子电机，它包括从外到内组装的定子、外转子和内转子，定子是由六块E字弧形铁心拼装而成的凸极结构，相邻两块E字弧形铁心之间夹持有一块沿圆周向充磁的永磁体，相邻两块永磁体充磁方向相对，直流励磁绕组绕制在E字弧形铁心的中间齿上，在两块E字弧形铁心与永磁体构成的凸极上绕制三相集中式交流励磁绕组，直流励磁绕组和三相集中式交流励磁绕组共用一个定子齿槽且各自分离。本发明的技术效果是：结构简单，易于散热，能提高电机性能，增大输出力，起动转矩大，调速范围广，适于电机高速运行。

Description

一种混合励磁型复合式双转子电机

技术领域

本发明属于混合动力汽车领域，具体涉及一种用于混联式混合动力汽车用混合励磁型复合式双转子电机。

背景技术

近年来，随着全球石油资源紧张、大气污染问题日益严峻，世界各国对汽车节能减排的设计越来越重视。融合了内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力车更是发展迅速，成为新型汽车开发的热点。在混合动力车研究中，为了克服现有串联式、并联式驱动装置中发动机和系统其他部件不能协调配合，针对整个系统体积笨重、结构复杂、耗能排放大，进而不能有效输出动力的问题，

中国专利文献CN1929244A于2007年3月14日提供了一种轴径向磁通结构复合式永磁电机，该电机的结构特点为永磁转子为圆桶形，永磁转子的左侧外表面有多个轴向充磁的永磁体，永磁转子的内圆壁面安装有多个径向充磁的永磁体。该专利存在的问题是：永磁体安装在电机的永磁转子上，必然对永磁转子实施加固以克服电机运转时产生的离心力，进而造成外转子结构复杂，制造成本较高；增大了磁路气隙，降低了电机性能；永磁转子位于电机中间，散热困难带来的温升问题会造成永磁体失磁，进而限制电机功率密度，减小了输出力。

术语：

混合励磁是指励磁绕组电励磁和永磁体励磁共同存在的励磁；

复合式是指内电机与外电机结合成一个电机的组合。

发明内容

针对现有的轴径向磁通复合式永磁电机存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种混合励磁型复合式双转子电机，它结构简单，易于散热，能提高电机性能，增大输出力，起动转矩大，调速范围广，适于电机高速运行。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括从外到内组装的定子、外转子和内转子，内转子外表面为十二个内转子凸极，三相集中式内转子绕组嵌入内转子槽中；外转子的径向内表面和径向外表面都具有八个外转子凸极；定子是由六块E字弧形铁心拼装而成的凸极结构，相邻两块E字弧形铁心之间夹持有一块沿圆周向充磁的永磁体，相邻两块永磁体充磁方向相对，直流励磁绕组绕制在E字弧形铁心的中间齿上，在两块E字弧形铁心与永磁体构成的凸极上绕制三相集中式交流励磁绕组，直流励磁绕组和三相集中式交流励磁绕组共用一个定子齿槽且各自分离。

与现有技术相比，本发明的技术效果是：

1、定子中同时放置三相集中式交流励磁绕组、直流励磁绕组与永磁体，在“纯永磁”和“纯电励磁”之间取得平衡，解决了永磁体磁通切换电机主磁场调节困难、永磁体发生不可逆退磁风险的问题，又避免了“电励磁”电机转矩密度低，增强了气隙磁场调节能力。

2、定子采用E字弧形铁心能减少永磁体用量、提高输出转矩；同时，E字弧形铁心中间的齿既为励磁磁通提供路径之外，还起到相间隔离的作用，能显著提高电机的容错运行能力。

3、将永磁体安置于定子上，外转子为双凸极结构，既无绕组也无永磁体，不用额外安装不锈钢套筒固定外转子，使结构简单，加工方便，易于维护；另外，定子位于整个电机的最外层，易于散热，避免因温度过高而使永磁体失磁，提高装置可靠性，适于高速运行。

4、内转子外表面凸极与外转子内表面凸极构成双凸极内电机、具有结构简单、容错能力强、起动转矩大，调速范围广、运行转速高以及可频繁正反转等优点，适合用于混合动力车不同的路况需求。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的结构示意图；

图2为混合励磁外电机产生电磁力矩的原理图；

图3为本发明应用于混合动力车的驱动系统结构图。

图中：1、定子；11、E字弧形铁心；2、外转子；21、外转子凸极；3、内转子；31、内转子凸极；4、发动机轴；5、永磁体；51、永磁体充磁方向；6、三相集中式交流励磁绕组；7、直流励磁绕组；8、三相集中式内转子绕组；9、直流励磁绕组磁场；10、永磁体磁场；12、交流励磁绕组磁场；13、蓄电池；14、混合励磁外电机；15、双凸极内电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1和图3所示，本发明包括从外到内组装的定子1、外转子2和内转子3，定子1与外转子2构成混合励磁外电机14，外转子2和内转子3构成双凸极内电机15；内转子3外表面为十二个内转子凸极31，三相集中式内转子绕组8嵌入内转子槽中；外转子2的径向内表面和径向外表面都具有八个外转子凸极21；定子1是由六块E字弧形铁心11拼装而成的凸极结构，相邻两块E字弧形铁心11之间夹持有一块永磁体5，用以产生永磁体主励磁源，由于径向充磁结构受到永磁体供磁面积的限制，不能提供足够的每极磁通；为得到更大的每极磁通，提高永磁体的利用率，永磁体5沿周向充磁，并且相邻两块永磁体充磁方向51相对；直流励磁绕组7绕制在E字弧形铁心11的中间齿上，当向直流励磁绕组7通入直流电后将产生电励磁源，它与永磁体5励磁源共同作用产生直流励磁磁场，当电励磁磁场与永磁磁场方向相反时，气隙磁场减弱，当两者方向相同时气隙磁场增强，通过调节直流励磁电流大小和方向来实现调磁功能，从而实现转矩或转速性能要求；在两块E字弧形铁心11与永磁体5构成的凸极上绕制三相集中式交流励磁绕组6，用以产生旋转磁场；E字弧形铁心11的中间齿除了为直流励磁磁通提供路径之外，还可以显著提高三相交流励磁绕组相间的隔离作用，减小三相交流励磁绕组之间的电、磁、热耦合，进而提高电机的容错运行能力；直流励磁绕组7和三相集中式交流励磁绕组6共用一个定子齿槽且各自分离，避免交、直流磁场的相互干扰。

如图2所示，以一相励磁绕组为例说明混合励磁外电机14产生电磁力矩的原理：假设直流绕组励磁磁场9与永磁体磁场10方向一致，此时气隙磁场增强；当转子齿进入定子齿重叠区域时，如图2（a），永磁体5和直流励磁绕组7共同形成的主磁通随之增加, 若在三相集中式交流励磁绕组6中通入的电流,产生交流励磁绕组磁场12，则在外转子2上产生电磁力矩。当转子齿从与中间齿重叠区域离开中间齿时,如图 2(b)，主磁通随之减小，若三相集中式交流励磁绕组6中通入相反的电流, 交流励磁绕组磁场12反向，仍将产生方向相同的电磁力矩。因此，随着外转子2位置和三相集中式交流励磁绕组6中电流方向的变化，外转子2上产生方向一致的电磁力矩。

本发明的工作过程如图3所示：

发动机轴4驱动内转子3，发动机输出功率的一部分通过内转子与外转子电磁力矩直接传递给外转子2以机械功率形式输出，剩余的输出功率由三相集中式内转子绕组8产生电动势，通过电刷、滑环结构流入AC/DC逆变换器中，经转换后为蓄电池13充电。

外转子2与混合动力车的驱动轮（或主减速器）同轴联接。当直流蓄电池的电能经变流器输入到三相集中式交流励磁绕组6中并产生电磁力矩传递给外转子2，外电机的电磁转矩与发动机相连的内电机的电磁转矩相叠加，以提高驱动力。

Claims (1)

1.一种混合励磁型复合式双转子电机，包括从外到内组装的定子（1）、外转子（2）和内转子（3），内转子外表面为十二个内转子凸极（31），三相集中式内转子绕组（8）嵌入内转子槽中；外转子（2）的径向内表面和径向外表面都具有八个外转子凸极（21）；其特征是：定子（1）是由六块E字弧形铁心（11）拼装而成的凸极结构，相邻两块E字弧形铁心（11）之间夹持有一块沿圆周向充磁的永磁体（5），相邻两块永磁体充磁方向（51）相对，直流励磁绕组（7）绕制在E字弧形铁心（11）的中间齿上，在两块E字弧形铁心（11）与永磁体（5）构成的凸极上绕制三相集中式交流励磁绕组（6），直流励磁绕组（7）和三相集中式交流励磁绕组（6）共用一个定子齿槽且各自分离。