CN111756173A - 一种双绕组六相电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双绕组六相电机以及采用这一双绕组六相电机的电动汽车。其中，在所述双绕组六相电机的机座中安装有：第一定转子系统，所述第一定转子系统包括第一定子、第一转子以及第一三相绕组；第二定转子系统，所述第二定转子系统包括第二定子、第二转子以及第二三相绕组；以及转轴，其中所述第一定转子系统和所述第二定转子系统沿所述转轴的轴向安装在所述转轴上并共用所述转轴来提供动力输出。

Description

一种双绕组六相电机

技术领域

本发明涉及电动汽车传动系统领域，更具体地，涉及一种双绕组六相电机以及采用这一双绕组六相电机的电动汽车。

背景技术

随着新能源汽车的发展，电池技术越来越成熟以及充电装置越来越完善，并且纯电动汽车还具有空气污染小、噪音低、舒适度高的特点，因此纯电动汽车的使用量逐年上升。

电动汽车传动系统目前主要有电机直驱和电机－变速箱系统两种传动方式。电机直驱系统结构简单可靠、技术成熟，但由于电机本身特性限制，很难从系统层面经济地兼顾整车高车速和大爬坡度的要求，并且电机在低速大扭矩和高速大功率时的效率无法达到最优。电机－变速箱系统很好地满足整车高车速和大爬坡度要求，并且能通过改变速比实现电机在高效区工作，但会存在换挡过程中的动力中断、系统可靠性下降等问题，同时变速箱本身的效率损失也无法忽略。另外，两种传动方式都只有一个动力源，若系统中任何部件发生故障，都会导致整个传动系统无法正常工作。针对以上问题，行业内提出的双绕组电机的概念，即将电机的单套绕组改为两套独立供电的绕组，但是这样通常又会带来两套绕组磁路干扰和绕组温升累加的风险。

中国专利申请(CN201710356361.3)提供了一种双绕组定子及电机，其中双绕组定子包括定子铁芯、第一套绕组和第二套绕组，两套绕组分布于同一定子内，且其同相绕组分属不同的的极相组，用来实现两套绕组的解耦。但是，在这一方案中，磁路干扰和绕组温升累加的问题无法解决。

中国专利申请(CN201310203804.7)提供了一种双绕组电机结构，包括定子、转子、第一组绕组、第二组绕组，两组绕组在同一定子内，定子为集中式绕组结构。两组绕组通过缠绕在不同的定子齿部，相位差为30°，实现了绕组间磁路的独立控制。然而，在这一方案中，磁路干扰和绕组温升累加的问题仍然没有解决。

发明内容

提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步的描述一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种双绕组六相电机，该电机共有两套独立的定转子系统，工作时两套系统互不干扰。两套定转子安装在同一机座内，共用旋转变压器、转轴、密封系统、水冷系统等。根据实际的动力需求，结合电性能、热性能和效率等特性，最优地分配动力至两套绕组，以实现电机的多种工作模式，适应不同的应用工况。此外，两套绕组能独立工作、互不影响，实现整个系统的安全冗余。

根据本发明的一个实施例，提供了一种双绕组六相电机，其中在所述双绕组六相电机的机座中安装有：

第一定转子系统，所述第一定转子系统包括第一定子、第一转子以及第一三相绕组；

第二定转子系统，所述第二定转子系统包括第二定子、第二转子以及第二三相绕组；以及

转轴，其中所述第一定转子系统和所述第二定转子系统沿所述转轴的轴向安装在所述转轴上并共用所述转轴来提供动力输出。

根据本发明的一个方面，所述第一定转子系统具有比所述第二定转子系统大的外径和扭矩。

根据本发明的另一方面，所述第一转子通过转子支架固定在所述转轴上，并且所述第二转子通过铁芯固定在所述转轴上。

根据本发明的又一方面，所述第一三相绕组的端部和所述第二三相绕组的端部在所述转轴的轴向上部分重合。

根据本发明的又一方面，所述第一定转子系统、所述第二定转子系统、所述转轴以及所述旋转变压器被收纳在所述双绕组六相电机的机座中，并且所述双绕组六相电机经由机座、前端盖、后端盖以及所述前端盖处的油封实现密封，所述机座的壳体内部具有冷却水道。

根据本发明的又一方面，双绕组六相电机还包括由所述第一定转子系统和所述第二定转子共用的旋转变压器。

根据本发明的另一实施例，提供了一种电动汽车，其中包括：

双绕组六相电机，所述双绕组六相电机包括共用转轴的第一定转子系统和第二定转子系统，其中所述第一定转子系统具有比所述第二定转子系统大的外径和扭矩；

用于控制所述第一定转子系统的第一逆变器；

用于控制所述第二定转子系统的第二逆变器；以及

整车控制器，所述整车控制器被配置成经由控制所述第一逆变器和所述第二逆变器来控制所述第一定转子系统和所述第二定转子系统协同工作。

根据本发明的一个方面，所述整车控制器还被配置成：当动力输出需求小于预定阈值时，控制所述第二定转子系统单独工作。

根据本发明的又一方面，所述整车控制器还被配置成在所述第一定转子系统和所述第二定转子系统中的任意一个发生故障时，控制另一个单独工作。

根据本发明的又一方面，控制所述第一逆变器和所述第二逆变器来实现所述第一定转子系统和所述第二定转子系统的协同工作进一步包括：根据所述第一定转子系统和所述第二定转子系统各自的特性曲线，针对动力输出需求调整所述第一定转子系统和所述第二定转子系统的动力输出，以实现多种工作模式。

以上描述了本发明的双绕组六相电机，与现有的电机相比，本发明至少具备以下的优点：

1、同时具备目前直驱电机系统简单可靠，以及电机－变速箱系统工况适应性高的优点；

2、共有两套定转子系统，且共用转轴、旋转变压器、机座、冷却系统等，结构紧凑，动力无需机械耦合；

3、本发明的双绕组六相电机的两套绕组发热无累加，散热能力更强；

4、可根据实际动力需求，可控制两套系统协同工作，可实现整个系统的最优效率，降低实际运营的能耗；

5、两套定转子系统能单独工作，实现安全冗余；以及

6、两套定转子系统完全分离，可避免相互之间磁路干扰的问题。

通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。

附图说明

为了能详细地理解本发明的上述特征所用的方式，可以参照各实施例来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中示出。然而应该注意，附图仅示出了本发明的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为该描述可以允许有其它等同有效的方面。

图1是根据本发明的一个实施例的双绕组六相电机的结构示意图。

图2是解说了采用了本发明的双绕组六相电机的电动汽车进行电机控制的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明，本发明的特点将在以下的具体描述中得到进一步的显现。

图1是根据本发明的一个实施例的双绕组六相电机的结构示意图。如图1中所示，双绕组六相电机主要包括机座1、前后端盖2和3、转轴4、旋转变压器5、轴承6和7、油封8、第一定转子系统以及第二定转子系统。第一定转子系统包括：一号定子9、一号转子10、一号绕组11以及转子支架12。一号绕组11进一步包括一号U相绕组线圈U1、一号V相绕组线圈V1以及一号W相绕组线圈W1。第二定转子系统包括：二号定子13、二号转子14以及二号绕组15。二号绕组15进一步包括二号U相绕组线圈U2、二号V相绕组线圈V2以及二号W相绕组线圈W2。如图1中所示，两套定转子系统沿转轴4的轴向先后安装在转轴4上，并共用转轴4来实现向外动力输出。

两套定转子总成本身可采用任何目前已知的成熟可靠的电机方案。作为一个优选示例，两套定转子总成可设计成具有不同的外径和扭矩。例如，如图1所示，第一定转子系统可被设计为具有大外径和大扭矩，作为整个六相电机系统主要的动力来源。相对的，第二定转子系统可被设计为具有小外径和小扭矩，作为六相电机的一个辅助动力源运行。两套定转子总成可由两个逆变器模块单独控制，因而其功率、扭矩可以直接叠加，两者之间无需机械耦合。

两套定子系统被分别热套在机座1内。机座1的内部可设置有螺旋式水道，用于提供电机的散热。在一个实施例中，螺旋式水道覆盖整个机座的轴向，从而提供对两套定转子系统的有效散热。机座和前后端盖可采用铸铝，配合安装在前端盖的油封实现整个系统的冷却与密封。

由于两个定子外径不同，绕组端部轴向能有一部分能重合，减少了整个系统的轴向尺寸。两套转子系统可被固定在同一转轴4上，并在转轴上装有共用的旋转变压器5来反馈两套系统的位置信号。在一个实施例中，一号转子可采用支架结构固定在转轴上，二号转子可直接通过铁芯固定在转轴上。由于两套转子的外径不同，一号转子空心部分的余料还可作为二号转子的原材料使用，提高了原材料的利用率。

图2是解说了采用了本发明的双绕组六相电机的电动汽车进行电机控制的示意图。如图2中所示，电动汽车200采用了如上文中结合图1描述的双绕组六相电机100。双绕组六相电机100包括大外径、大扭矩的第一定转子系统208和小外径、小扭矩的第二定转子系统210组成。第一定转子系统208和第二定转子系统210分别由第一逆变器204和第二逆变器206单独控制。第一逆变器204和第二逆变器206则可由整车控制器(VCU)202统一控制来实现第一定转子系统208和第二定转子系统210的协同工作。

根据本发明的一个示例，双绕组六相电机100在整车控制器202的控制下可实现三种主要的工作模式。

1、当整车需要满负荷运行时，两套定转子系统可同时工作在各自的峰值工况，此时六相电机输出最大扭矩；

2、当整车只需要小负荷运行时，例如所需负荷可由小功率的第二定转子系统210单独提供时或仅由小功率的第二定转子系统210单独提供效率更高时，整车控制器202可经由第一逆变器204控制第一定转子系统208处于停机状态，仅第二定转子系统210工作，这样可以有效解决电机在低负荷时效率不高的问题，避免“大马拉小车”现象；

3、在其它情况下，两套定转子系统可同时工作。作为一个示例，整车控制器202可根据两套定转子系统各自的特性曲线和/或效率MAP分布，结合实际的动力性需求，无缝调整两套定转子系统的动力输出特性。作为一个示例，可以根据效率最优控制策略，使得两套定转子系统尽可能地同时工作在高效工作区，实现整个系统的最优运行效率，提高工况适应性。类似地，对应于目前汽车上常见的Eco驾驶模式和Sport(运动)驾驶模式或其它驾驶模式/风格，整车控制器也可以采用相应的节能优先或动力优先等策略来调整两套定转子系统的动力输出特性。附加地，除了考虑动力输出需求，在分配两套定转子系统的动力输出时还可结合其它诸多因素，诸如电性能、热性能等等，从而得到不同需求下的最优调整方案。

由于本发明的双绕组六相电机具有两套可各自独立工作的定转子系统，因此当两套定转子系统中的任何一套系统故障停机时，另一套系统可单独工作，从而实现动力系统的冗余。

此外，针对原先只保护单定转子系统的电机在换挡过程中的动力中断的问题，本发明的双绕组六相电机可通过协调两套定转子系统来实现换挡过程中的无缝衔接，这改善了汽车的驾乘舒适度。

以上所已经描述的内容包括所要求保护主题的各方面的示例。当然，出于描绘所要求保护主题的目的而描述每一个可以想到的组件或组件的组合是不可能的，但本领域内的普通技术人员应该认识到，所要求保护主题的许多进一步的组合和排列都是可能的。从而，所公开的主题旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有这样的变更、修改和变化。

Claims (10)

1.一种双绕组六相电机，其特征在于，在所述双绕组六相电机的机座(1)中安装有：

第一定转子系统，所述第一定转子系统包括第一定子(9)、第一转子(10)以及第一三相绕组(11)；

第二定转子系统，所述第二定转子系统包括第二定子(13)、第二转子(14)以及第二三相绕组(15)；以及

转轴(4)，其中所述第一定转子系统和所述第二定转子系统沿所述转轴(4)的轴向安装在所述转轴(4)上并共用所述转轴(4)来提供动力输出。

2.如权利要求1所述的双绕组六相电机，其特征在于，所述第一定转子系统具有比所述第二定转子系统大的外径和扭矩。

3.如权利要求2所述的双绕组六相电机，其特征在于，所述第一转子(10)通过转子支架(12)固定在所述转轴(4)上，并且所述第二转子(14)被直接固定在所述转轴(4)上。

4.如权利要求2所述的导电轴承，其特征在于，所述第一三相绕组(11)的端部和所述第二三相绕组(15)的端部在所述转轴(4)的轴向上部分重合。

5.如权利要求1所述的双绕组六相电机，其特征在于，所述第一定转子系统、所述第二定转子系统、以及所述转轴(4)被收纳在所述双绕组六相电机的机座(1)中，并且所述双绕组六相电机经由机座(1)、前端盖(2)、后端盖(3)以及所述前端盖(2)处的油封(8)实现密封，所述机座(1)的壳体内部具有冷却水道。

6.如权利要求1所述的双绕组六相电机，其特征在于，还包括由所述第一定转子系统和所述第二定转子共用的旋转变压器(5)。

7.一种电动汽车，其特征在于，包括：

双绕组六相电机(100)，所述双绕组六相电机(100)包括共用转轴的第一定转子系统(208)和第二定转子系统(210)，其中所述第一定转子系统(208)具有比所述第二定转子系统(210)大的外径和扭矩；

用于控制所述第一定转子系统(208)的第一逆变器(204)；

用于控制所述第二定转子系统(210)的第二逆变器(206)；以及

整车控制器(202)，所述整车控制器(202)被配置成经由控制所述第一逆变器(204)和所述第二逆变器(206)来控制所述第一定转子系统(208)和所述第二定转子系统(210)协同工作。

8.如权利要求7所述的电动汽车，其特征在于，所述整车控制器(202)还被配置成：当动力输出需求小于预定阈值时，控制所述第二定转子系统(210)单独工作。

9.如权利要求7所述的电动汽车，其特征在于，所述整车控制器(202)还被配置成在所述第一定转子系统(208)和所述第二定转子系统(210)中的任意一个发生故障时，控制另一个单独工作。

10.如权利要求7所述的电动汽车，其特征在于，控制所述第一逆变器(204)和所述第二逆变器(206)来实现所述第一定转子系统(208)和所述第二定转子系统(210)的协同工作进一步包括：根据所述第一定转子系统(208)和所述第二定转子系统(210)各自的特性曲线，针对动力输出需求调整所述第一定转子系统(208)和所述第二定转子系统(210)的动力输出，以实现多种工作模式。

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