CN114400849A - 一种双余度电动机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双余度电动机及其控制方法，涉及新能源汽车领域，包括主轴上同轴设置的第一转子和第一定子，还包括第二定子和第二转子，第二转子设置在第一转子的端面上，第二定子位于第一转子的端面外侧并与第二转子对应，第二定子和第二转子的磁场方向为径向，第一转子和第一定子的磁场方向为轴向。本发明的电机可以输出更大的扭矩；同时第二转子设置在第一转子上，不仅能有效的减少体积和重量，同时共用第一转子能进一步的提高本装置的安全性能。

Description

一种双余度电动机及其控制方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域，具体涉及一种双余度电动机及其控制方法。
背景技术
电机是新能源电动车的核心部件之一，其驱动特性决定了电动车行驶的主要性能指标，电机是一种将电能与机械能相互转换的机电装置。在车辆系统中，电机可以处理能量源所提供的能量并向驱动桥传递功率和转矩。当车辆制动时，电机还能提供一个反方向的将车轮的机械能向电能转化的功率流过程。
永磁同步电机伺服系统是新能源汽车的重要子系统，同时又是故障的高发环节，在新能源汽车动系统中单余度永磁同步电机已经无法满足高可靠性要求。现有技术中的永磁同步电机双余度方式主要有以下三种类型：
(1)串联结构：由两台独立的永磁同步电机构成驱动子系统是典型的串联结构，这种双余度方式下电机的结构与单电机完全相同，系统中各台电机之间完全隔离，双速控制中无电磁耦合，因此控制策略简单；但这种双速系统的体积和重量很大，并且双速电机间的长轴连接方式极易放大转矩纷争而造成转轴扭曲和变形，甚至折断。
(2)并联结构：由两套绕组分别由独立的电路完成驱动控制，当某一通道出现故障时，另一通道继续工作；但两套绕组间存在电磁耦合，增加了控制的复杂性，更重要的是当某一通道故障时，系统难以将其隔离。
(3)容错结构：定子分为外定子和内定子两部分，外定子采用分数槽集中绕组以减少槽数和定子轭重量，内定子采用凸极结构以增加绕组的绕制空间；这种结构的永磁同步电机适用于低转速大转矩系统，可提高系统控制的灵活性与电机的容错性能，但电机结构复杂，加工制作困难。
因此，需要一种双余度电机在满足输出扭矩大、运行可靠性高、体积小、应用广泛等优点的基础上，实现双余度驱动的功能。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种双余度电动机及其控制方法，本装置通过轴向电机和径向电机共用一个转子的结构，使本装置在满足输出大扭矩的情况下，可实现三者不同的运行模式，不仅体积更小，同时极大程度的增加了安全性能。
该目的采用以下技术方案实现：本装置包括主轴上同轴设置的第一转子和第一定子，第一转子和第一定子组成第一电机，第一电机为轴向电机，在此基础上，本装置还包括第二定子和第二转子，第二定子和第二转子组成第二电机，第二电机为径向电机。在现有的技术中，对于双余度电机而言，有轴向电机和径向电机的组合，但是该组合形式是轴向电机和径向电机单独存在，各自实现各自的功能的，这样不仅所占用的体积更大，并且得到的电机重量更重，基于此，本发明人在轴向电机和径向电机的基础上进一步改进，将第二转子设置在第一转子的端面上，需要说明的是，在本装置中第一转子的端面为第一转子的两端，即与第一转子的轴线相互垂直的面，第一转子的侧面为位于两个端面之间的曲面。第二转子位于第一转子的端面上，可以为第一转子的端面上设置有若干凹槽，凹槽靠近第一转子的外侧面，第二转子位于第一转子端面上的凹槽中；还可以为第一转子端面的侧面上设置有环形凹槽，环形凹槽的轴线与第一转子的轴线相互平行，第二转子套装在环形凹槽上实现连接。第二转子设置在第一转子的端面上，第二定子和第二转子的磁场方向为径向，第一转子和第一定子的磁场方向为轴向，同时第二定子位于第一转子的端面外侧并与第二转子对应，其中，第一转子的端面外侧为第一转子的两端，并且不与第一转子的两端连接。
其次，本装置可包括一个第二转子也可包括两个第二转子，当为一个第二转子时，第二转子位于第一转子的一端面上，该端面外侧设置有用于连接第二定子的支架。当为两个第二转子时，两个第二转子分别位于第一转子的两个端面上，第一转子的两端对称设置有第一支架和第二支架，所述第一支架用于连接位于第一转子一端外侧的第二定子，第二支架用于连接位于第一转子另一端外侧的第二定子。两个第二转子相比一个第二转子能更稳定的带动第一转子旋转。
与现有的装置相比，本装置的第二转子与第一转子连接，当第二电机工作时，第二转子带动第一转子旋转，当第一电机工作时，第一定子带动第一转子旋转，因此第一电机和第二电机共用第一转子，使本装置更加灵活，不需要大电机，两个小电机即可满足需求，并且有效的降低本装置的体积和重量，同时，本装置的轴向磁通和径向磁通融为一体，第一转子的直径更大，由于扭矩是等于力乘以半径，因此本发明可以在相同的力下获得更大的扭矩。
其次，本装置的第一电机和第二电机分别可独立工作，还可以同时工作，这样当其中一个电机损坏时，另一个电机可代替使用，进一步的提高了安全性能。两个电机同时工作时，能够平分负荷所需功耗，进一步的提高了使用效率和电机运行的可靠性。
在本装置中，第一转子包括同轴设置的第一转子铁芯和第一稀土磁铁，第一稀土磁铁套装在第一转子铁芯外侧；第一定子包括与第一定子铁芯和缠绕在第一定子铁芯上的第一定子线圈。第二转子和第一转子之间设置有阻磁板。第二转子包括第二转子铁芯和设置在第二转子铁芯内的第二稀土磁铁，第二定子包括第二定子铁芯和缠绕在第二定子铁芯上的第二定子线圈。
第一转子和第一定子形成的第一电机承担低速部分的运行，第二转子和第二定子形成的第二电机承担高速部分的运行，达到一定速度时两个电机可同时工作，兼顾低速爬坡和高速续航，在整个运行过程中实现自动变速。
优选的，第一转子的一端设置有电磁离合器组件。第一转子的一端设置有变速器组件。电磁离合器组件用于本装置在驱动/储能功能切换时使用，变速器组件用于双余度电机在驱动输出时改变传动比，满足不同行驶条件对牵引力的需要，在能量回收时增加输入传动比提高能量回收效率。
本发明的另一个目的在于提供一种双余度电动机的控制方法，第一定子的第一定子线圈和第二定子的第二定子线圈上分别连接有第一电机信号处理器和第二电机信号处理器，包括以下步骤：
第一电机信号处理器根据接收到的信号将电流输出给第一定子的第一定子线圈；
第二电机信号处理器根据接收到的信号将电流输出给第二定子的第二定子线圈；
第一定子线圈和/或第二定子线圈带动第一转子旋转。
在本发明中，本装置的控制方法为第一电机和第二电机的独立控制，该控制方法可以提供三种工作模式：
第一工作模式：在运行过程中，第一定子的第一定子线圈和第二定子的第二定子线圈均通电，在第一定子的第一定子铁芯中和第二定子的第二定子铁芯中形成旋转磁场，形成的旋转磁场带动第一转子旋转，实现高速大扭矩动力输出或低速大扭矩动力输出。
第二工作模式：当车辆启动、加速或爬坡时，第一定子的第一定子线圈通电，在第一定子的第一定子铁芯中形成旋转磁场，形成的旋转磁场带动第一转子旋转，实现车辆启动、加速或爬坡等保持恒功率、低转速运行。
第三工作模式：当车辆平坦路况或超车时，第二定子的第二定子线圈通电，在第二定子的第二定子铁芯中形成旋转磁场，形成的旋转磁场带动第一转子旋转，实现车辆平坦路况或超车时保持恒功率、高转速运行。
本方法通过对第一定子和第二定子的工作的独立控制，使得电机具有第一定子和第二定子独立工作或者组合工作的多个高效区，从而在车辆处于不同路况时，输出不同的动力，满足车辆不同高效区要求。
在此基础上，第一电机信号处理器上连接有用于检测第一定子线圈的电流的第一电流传感器；第二电机信号处理器上连接有用于检测第二定子线圈的电流的第二电流传感器；
第一电流传感器检测的第一定子线圈的电流大于或等于第一电机信号处理器预设的短路保护电流时，第一电机信号处理器停止将电流输出给第一定子线圈；
第二电流传感器检测的第二定子线圈的电流大于或等于第二电机信号处理器预设的短路保护电流时，第二电机信号处理器停止将电流输出给第二定子线圈。
通过第一电流传感器和第二电流传感器对本装置进行保护，进一步的提高安全性能，提高使用效率。
优选的，第一电机信号处理器和第二电机信号处理器上均连接有用于检测扭矩信号的扭矩传感器。通过扭矩传感器接受车票的扭矩信号，根据低转速大扭矩或高转速小扭矩不同的信号需求，将信号发送给第一电机信号处理器或第二电机信号处理器，以实现不同的功能效果。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明将轴向磁通和径向磁通融为一体，电机转子的直径更大，由于扭矩是等于力乘以半径，本发明可以在相同的力下获得更大的扭矩，本装置磁能密度大，且交换能量的空间也大，因此本发明电机的转矩密度磁场大幅提高，相对传统的单一径向电机，本装置可以提供30％的扭矩密度优势，在同等量的永磁体和绕组材料下，本发明的电机可以输出更大的扭矩；同时第二转子设置在第一转子上，不仅能有效的减少体积和重量，同时共用第一转子能进一步的提高本装置的安全性能；
2、本发明的第一转子和第一定子组成的第一电机承担低速运行部分，第二转子和第二定子组成的第二电机承担高速运行部分，达到一定速度时两个电机可同时工作，兼顾低速爬坡和高速续航，在整个运行过程中全部自动变速，从根本上改变了纯电动车的机动性能，同时也使其续驶里程达到最高，同时提高了整车的操控性、稳定性、制动性能和爬坡能力。其次，两个同样大小功率的电机，能够增加扭矩和功率；两个转速不一样的电机，第一转子采用飞轮储能转子，该方式可以重复利用高效工作区，达到高效能量回收的效果；本装置有利于两个电机都保持在高效的工作区间，全方位提高整车的效率。
3、本发明的第一电机和第二电机分成两个电机进行独立控制，不仅能达到更大扭矩的目的，同时还能有效的提高输出效率，使电池的放电功率下降，节约电池成本，降低成本。
4、本发明的第一转子为飞轮转子结构，两端和周围设置定子铁芯和定子线圈，提升了转矩密度，上下、左右铁芯的磁拉力可以相互抵消，解决了不平衡轴向力的问题，实现了第一转子自然磁悬浮功能，第一转子采用飞轮转子结构的还能有效提高线圈和铁芯的散热效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为实施例2中本装置结构示意图；
图2为实施例2中，第一转子在第一转子铁芯和第一稀土磁铁处的断面结构示意图；
图3为实施例2中，第一转子的端面结构示意图；
图4为实施例2中，第二支架上第二定子结构示意图；
图5为实施例3和实施例4中本装置结构示意图；
图6为实施例3中电磁离合器组件结构示意图；
图7为实施例4中变速器组件结构示意图；
图8为本结构的电机磁通结构图；
图9为本结构的电机控制原理方框图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-机壳，2-主轴，21-锥度轴承，22-碳纤维层，3-第一转子，4-第一转子铁芯，5-第一稀土磁铁，6-阻磁板，7-第二转子铁芯，8-第二稀土磁铁，9-第二定子铁芯，10-第二定子线圈，11-第一定子铁芯，12-第一定子线圈，13-第一支架，14-第二支架，15-齿圈，16-行星架，201-主动转子，202-第一从动转子，203-第二从动转子，204-稀土磁铁，205-第三定子铁芯，206-第三励磁线圈，207-第四定子铁芯，208-第四励磁线圈，209-第一轴承，301-太阳轮，302-第一行星轮，303-第二行星轮，304-第三行星轮，305-第四行星轮，306-第五行星轮，307-第六行星轮，308-第二转动轴，309-第二轴承，310-第一转动轴，311-第三轴承，312-第四轴承，313-第五轴承，314-第三转动轴。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
【实施例1】
本装置包括机壳1和固定在机壳1内的主轴2，主轴2上同轴设置的第一转子3和第一定子，双余度电机还包括第二定子和第二转子，第二转子设置在第一转子3的一端面上，第二定子位于第一转子3的端面外侧并与第二转子对应，如图8所示，第二定子和第二转子的磁场方向为径向，第一转子3和第一定子的磁场方向为轴向。
第一转子3包括同轴设置的第一转子铁芯4和第一稀土磁铁5，第一稀土磁铁5套装在第一转子铁芯4外侧；第一定子包括与第一定子铁芯11和缠绕在第一定子铁芯11上的第一定子线圈12。第二转子包括第二转子铁芯7和设置在第二转子铁芯7内的第二稀土磁铁8，第二定子包括第二定子铁芯9和缠绕在第二定子铁芯9上的第二定子线圈10。
在使用时，第一转子3和第一定子组成第一电机，第二转子和第二定子组成第二电机，第一电机和第二电机可分别独立工作，也可以一起工作。
第一电机独立工作时，第一定子线圈12通电，在第一定子的第一定子铁芯中形成旋转磁场，形成的旋转磁场带动第一转子旋转，实现车辆启动、加速或爬坡等保持恒功率、低转速运行；
第二电机独立工作时，第二定子的第二定子线圈通电，在第二定子的第二定子铁芯中形成旋转磁场，形成的旋转磁场带动第一转子旋转，实现车辆平坦路况或超车时保持恒功率、高转速运行；
第一电机和第二电机同时工作时，第一定子线圈和第二定子线圈均通电，在第一定子的第一定子铁芯中和第二定子的第二定子铁芯中形成旋转磁场，形成的旋转磁场带动第一转子旋转，实现高速大扭矩动力输出或低速大扭矩动力输出。
【实施例2】
在实施例1的基础上，如图1所示，本装置包括两个第二转子，两个第二转子分别对称设置在第一转子3的两端面上，第一转子3的两端对称设置有第一支架13和第二支架14，所述第一支架13用于连接位于第一转子3一端外侧的第二定子，第二支架14用于连接位于第一转子3另一端外侧的第二定子。第二转子和第一转子3之间设置有阻磁板6。
在本实施例中，第一转子在第一转子铁芯4和第一稀土磁铁5处的断面图如图2所示，第一转子的端面图如图3所示，在本实施例中，第一转子从内到外依次套装有锥度轴承21、碳纤维层22、第一转子铁芯4和第一稀土磁铁5，并且第一转子铁芯4和第一稀土磁铁5设置在第一转子内部。
在本实施例中，如图3所示第一转子的两端面上分别设置有若干第一凹槽，每个第一凹槽内设置有一个第二转子铁芯7，第二转子铁芯7内设置有第二稀土磁铁8，若干第二转子铁芯组成周向设置的结构，该结构的轴线与主轴的轴线重合，第一凹槽靠近第一转子的侧面。
如图4所示，第一支架13和第二支架14上设置有与第一凹槽对应的第二凹槽，第二凹槽内设置有第二定子铁芯9，第二定子铁芯9上缠绕有第二定子线圈10。
当第一定子线圈12通电时，第一定子与第一转子之间产生轴向磁通，当第二额定子线圈通电时，第二定子和第二转子之间产生径向磁通。
【实施例3】
在上述实施例的基础上，如图5所示，本装置还包括电磁离合器组件，电磁离合器组件的结构如图6所示，包括从内至外依次套装在所述主轴2上的第四定子、第二从动转子203、主动转子201、第三定子和第一从动转子202，其中，所述主动转子201固定连接至第一转子3，所述第一从动转子202用于在所述第三定子通电时与所述主动转子201同步转动，所述第二从动转子203用于在所述第四定子通电时与所述主动转子201同步转动。
在储能状态过程中，车轮转动的机械能经齿圈、离合装置传递给第一转子3，整个过程属于机械能到机械能的转变，且在驱动状态下第一转子3便处于高速旋转状态下，因而其能够更快地超过其储能密度，能量转化过程的损耗小，能量转化效率高，彻底解决了传统能量回收系统在向储能状态转变时存在的定子铁芯的剩余磁场造成的发电延迟的问题；不仅如此，由储能状态切换到驱动状态时，由于第一转子3始终处于高速转动的过程中，因而能够首先利用转子的转动能量驱动齿圈，实现了起步助力的功能，有效地提高了电动车的续航能力。
【实施例4】
在上述实施例的基础上，如图5所示，本装置还包括变速器组件，变速器组件的结构如图7所示，所述变速器组件包括套设于所述主轴2上的行星架16，所述行星架16上从外至内依次设置有第一行星轮组、第二行星轮组和第三行星轮组，其中：
第一行星轮组包括第一行星轮302，所述第一行星轮302与齿圈15啮合，第一行星轮302上连接有第一转动轴310，所述第一转动轴310活动贯穿所述行星架16且连接有第二行星轮303，所述第二行星轮303的直径大于所述第一行星轮302的直径；
所述第二行星轮组包括与所述第二行星轮303啮合的第三行星轮304，所述第三行星轮304上连接有第二转动轴308，所述第二转动轴308活动贯穿所述行星架16且连接有第四行星轮305，所述第四行星轮305的直径大于所述第三行星轮304的直径，第二转动轴308上还设置有与所述第三行星轮304同步转动的太阳轮301，所述太阳轮301与所述第一从动转子202啮合；
所述第三行星轮组包括与所述第四行星轮305啮合的第五行星轮306，所述第五行星轮306上连接有第三转动轴314，所述第三转动轴314活动贯穿所述行星架16且连接有第六行星轮307，所述第六行星轮307的直径大于所述第五行星轮306的直径，所述第六行星轮307与所述第二从动转子203啮合。
电机在驱动状态下，第一从动转子随主动转子转动过程中，通过相啮合的太阳齿轮带动第二行星轮组的转动，通过第三行星轮304和第二行星轮303的啮合，第二行星轮组和传动至第一行星轮组，第一行星轮组的第一行星轮302带动齿圈15转动，与此同时，通过第四行星轮305和第五行星轮306的啮合，第二行星轮组传动至第三行星轮组，第三行星轮组的第六行星轮307带动第二从动转子空转。
电机在储能状态下，齿圈15带动第一行星轮组的第一行星轮302转动，通过第二行星轮303和第三行星轮304的啮合，第一行星轮组带动第二行星轮组转动，通过第四行星轮305和第五行星轮306的啮合，第二行星轮组带动第三行星轮组转动，第三行星轮组的第六行星轮307通过第二从动转子上的齿圈带动第二从动转子转动，主动转子随第二从动转子同步转动，与此同时，第二转动轴上连接的太阳轮301带动第一从动转子空转。
【实施例5】
在上述实施例的基础上，一种双余度电动机的控制方法，第一定子的第一定子线圈12和第二定子的第二定子线圈10上分别连接有第一电机信号处理器和第二电机信号处理器，包括以下步骤：
第一电机信号处理器根据接收到的信号将电流输出给第一定子的第一定子线圈12；
第二电机信号处理器根据接收到的信号将电流输出给第二定子的第二定子线圈10；
第一定子线圈12和/或第二定子线圈10带动第一转子3旋转。
具体的，在本实施例中，如图9所示，控制方法包括第一控制单元和第二控制单元，第一控制单元包括依次连接的第一电机信号处理器、第一电磁离合器、第一IGBT驱动电路和第一IGBT全桥逆变电路，第一电机信号处理器的输入端接有扭矩信号处理器和第一电机绕组电流检测电路，所述扭矩信号处理器上接有扭矩传感器，所述第一电机绕组电流检测电路的输入端接有用于对所述第一定子的第一定子线圈的电流进行实时检测的第一电流传感器，所述第一电流传感器与第一定子的第一定子线圈连接；
第二控制单元包括依次连接的第二电机信号处理器、第二电磁离合器、第二IGBT驱动电路和第二IGBT全桥逆变电路，所述第二电机信号处理器的输入端接有扭矩信号处理器和第二电机绕组电流检测电路，所述扭矩信号处理器上接有扭矩传感器，所述第二电机绕组电流检测电路的输入端接有用于对所述第二定子的第二定子线圈的电流进行实时检测的第二电流传感器，所述第二电流传感器与第二定子的第二定子线圈连接；
当第一电机和第二电机同时工作时，包括以下步骤：
步骤1第一电机信号处理器根据接收到的信号输出对应于给第一定子线圈的电流控制信号的PWM信号，并将PWM信号输出给第一IGBT驱动电路；
同时，第二电机信号处理器根据接收到的信号输出对应于给第二定子线圈的电流控制信号的PWM信号，并将PWM信号输出给第二IGBT驱动电路；
步骤2第一IGBT驱动电路和第二IGBT驱动电路对其接收到的PWM信号进行放大后输出给第一IGBT全桥逆变电路和第二IGBT全桥逆变电路，第一IGBT全桥逆变电路和第二IGBT全桥逆变电路根据PWM信号将外部直流电源输出给其的直流电逆变成频率和幅值可调的交流电后，分别输出给第一定子线圈和第二定子线圈，在第一定子线圈和第二定子线圈中形成旋转磁场，形成的旋转磁场同时带动第一转子旋转；
同时，第一IGBT全桥逆变电路和第二IGBT全桥逆变电路根据PWM信号以将外部直流电源根据车辆扭矩要求输出给电磁离合器组件中的第一电磁离合器，第一电磁离合器将动力传递给第一变速器，实现车辆启动、加速或爬坡等低速大扭矩动力输出；
其中，第一电磁离合器包括第一从动转子202，第三定子通电，第一从动转子202用于在所述第三定子通电时与所述主动转子201同步转动，第一从动转子随主动转子转动过程中，通过相啮合的太阳齿轮带动第二行星轮组转动，第二行星轮组传动至第一行星轮组，第一行星轮组带动齿圈转动，此时第二行星轮组传动至第三行星轮组，第三行星轮组带动第二从动转子空转。在此过程中，小齿圈带动大齿圈转动，进而实现低速大扭矩动力输出；
同时，第一IGBT全桥逆变电路和第二IGBT全桥逆变电路根据PWM信号以将外部直流电源根据车辆扭矩要求输出给电磁离合器组件中的第二电磁离合器，第二电磁离合器将动力传递给第二变速器，实现车辆高速大扭矩动力输出；
其中，第二电磁离合器包括第二从动转子203，第三定子断电，第四定子通电，所述第二从动转子203用于在所述第四定子通电时与所述主动转子201同步转动，齿圈带动第一行星轮组转动，第一行星轮组带动第二行星轮组转动，第二行星轮组带动第三行星轮组转动，第三行星轮组通过第二从动转子上的齿圈带动第二从动转子转动，主动转子随第二从动转子同步转动，此时，第二行星轮组传动至太阳齿轮，所述太阳齿轮带动第一从动转子空转。
当第一电机单独时，包括以下步骤：
步骤1第一电机信号处理器根据接收到的信号输出对应于给第一定子线圈的电流控制信号的PWM信号，并将PWM信号输出给第一IGBT驱动电路；
步骤2第一IGBT驱动电路对其接收到的PWM信号进行放大后输出给第一IGBT全桥逆变电路，第一IGBT全桥逆变电路根据PWM信号将外部直流电源输出给其的直流电逆变成频率和幅值可调的交流电后，输出给第一定子线圈，在第一定子线圈中形成旋转磁场，形成的旋转磁场带动第一转子旋转；同时，第一IGBT全桥逆变电路根据PWM信号以将外部直流电源输出给电磁离合器组件，电磁离合器组件和变速器组件联合输出动力，实现恒功率、高转速输出或恒功率、低转速输出。
当车辆启动、加速或爬坡等低速大扭矩动力输出时，即在驱动状态时，第三定子通电，主动转子和第一从动转子吸合，由于主动转子与第一转子固定连接，因此在第一转子的旋转驱动下，第一从动转子随主动转子同步转动，而第二从动转子空转，第一从动转子随主动转子转动过程中，通过相啮合的太阳齿轮带动第二行星轮组转动，第二行星轮组传动至第一行星轮组，第一行星轮组带动齿圈转动，此时第二行星轮组传动至第三行星轮组，第三行星轮组带动第二从动转子空转；
当车辆高速大扭矩动力输出时，第三定子断电，第四定子通电，使得主动转子和第二从动转子吸合，惯性转动的齿圈将通过行星齿轮组提高传动比后驱动第二从动转子转动，主动转子随第二从动转子同步转动，而第一从动转子空转，当第一定子断电时，此时本装置处于储能状态，第一转子高速旋转储能，当存储的能量超过第一转子的储能密度后，第一转子持续高速旋转。
当第二电机单独工作时，包括以下步骤：
步骤1第二电机信号处理器根据接收到的信号输出对应于给第二定子线圈的电流控制信号的PWM信号，并将PWM信号输出给第二IGBT驱动电路；
步骤2第二IGBT驱动电路对其接收到的PWM信号进行放大后输出给第二IGBT全桥逆变电路，第二IGBT全桥逆变电路根据PWM信号将外部直流电源输出给其的直流电逆变成频率和幅值可调的交流电后，输出给第二定子线圈，在第二定子线圈中形成旋转磁场，形成的旋转磁场带动第一转子旋转；同时，第二IGBT全桥逆变电路根据PWM信号以将外部直流电源输出给电磁离合器组件，电磁离合器组件和变速器组件联合输出动力，实现恒功率、高转速输出或恒功率、低转速输出。
当车辆启动、加速或爬坡等低速大扭矩动力输出时，即在驱动状态时，第三定子通电，主动转子和第一从动转子吸合，由于主动转子与第一转子固定连接，因此在第一转子的旋转驱动下，第一从动转子随主动转子同步转动，而第二从动转子空转，第一从动转子随主动转子转动过程中，通过相啮合的太阳齿轮带动第二行星轮组转动，第二行星轮组传动至第一行星轮组，第一行星轮组带动齿圈转动，此时第二行星轮组传动至第三行星轮组，第三行星轮组带动第二从动转子空转；
当车辆高速大扭矩动力输出时，第三定子断电，第四定子通电，使得主动转子和第二从动转子吸合，惯性转动的齿圈将通过行星齿轮组提高传动比后驱动第二从动转子转动，主动转子随第二从动转子同步转动，而第一从动转子空转，当第一定子断电时，此时本装置处于储能状态，第一转子高速旋转储能，当存储的能量超过第一转子的储能密度后，第一转子持续高速旋转。
在本实施例中，第一电机信号处理器、第一IGBT驱动电路、第一IGBT全桥逆变电路、扭矩信号处理器和第一电机绕组电流检测电路、扭矩传感器、第一电流传感器，第二电机信号处理器、第二IGBT驱动电路、第二IGBT全桥逆变电路、扭矩信号处理器、第二电机绕组电流检测电路、扭矩传感器、第二电流传感器均为现有的结构，本发明人并没有对其结构进行改进，只要能实现原本具有的功能即可。
【实施例6】
在实施例5的基础上，第一电流传感器检测的第一定子线圈12的电流大于或等于第一电机信号处理器预设的短路保护电流时，第一电机信号处理器停止将电流输出给第一定子线圈12；第一电机信号处理器停止输出PWM信号，并输出电机停止转动的控制信号给第二电机信号处理器，所述第二电机信号处理器停止输出PWM信号。
第二电流传感器检测的第二定子线圈10的电流大于或等于第二电机信号处理器预设的短路保护电流时，第二电机信号处理器停止将电流输出给第二定子线圈10，第二电机信号处理器停止输出PWM信号，并输出电机停止转动的控制信号给第一电机信号处理器，所述第一电机信号处理器停止输出PWM信号。
【实施例7】
在实施例6的基础上，当扭矩信号处理器接收到扭矩传感器信号，车辆需要恒功率、低转速大扭矩时，即车辆启动、加速或爬坡等低速大扭矩动力输出时，扭矩信号处理器将信号传递给第一电机信号处理器，根据其接收到的指令，输出对应于给第一定子线圈的电流控制信号的PWM信号，并将PWM信号输出给第一IGBT驱动电路。第一IGBT驱动电路对其接收到的PWM信号进行放大后输出给第一IGBT全桥逆变电路，第一IGBT全桥逆变电路根据PWM信号将外部直流电源输出给其的直流电逆变成频率和幅值可调的交流电后，输出给第一定子线圈，在第一定子的线圈绕组中形成旋转磁场，形成的旋转磁场带动第一转子旋转；同时，第一IGBT全桥逆变电路根据PWM信号以将外部直流电源输出给电磁离合器组件，电磁离合器组件和变速器组件联合输出动力，使车辆处于驱动状态。
当车辆平坦路况或超车时，扭矩信号处理器接收到扭矩传感器信号车辆需要高恒功率、高转速小扭矩时，扭矩信号处理器将信号传递给第二电机信号处理器，根据其接收到的电机转速指令，输出对应于给第二定子的线圈绕组的电流控制信号的PWM信号，并将PWM信号输出给第二IGBT驱动电路。第二IGBT驱动电路对其接收到的PWM信号进行放大后输出给第二IGBT全桥逆变电路，第二IGBT全桥逆变电路根据PWM信号将外部直流电源输出给其的直流电逆变成频率和幅值可调的交流电后，输出给第二定子线圈，在第二定子线圈中形成旋转磁场，形成的旋转磁场带动第一转子旋转，同时，第二IGBT全桥逆变电路根据PWM信号以将外部直流电源输出给电磁离合器组件，电磁离合器组件和变速器组件联合输出动力，实现车辆平坦路况或超车时保持恒功率高转速运行。
本文中所使用的“第一”、“第二”等只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双余度电动机，包括主轴(2)上同轴设置的第一转子(3)和第一定子，其特征在于，还包括第二定子和第二转子，第二转子设置在第一转子(3)的端面上，第二定子位于第一转子(3)的端面外侧并与第二转子对应，第二定子和第二转子的磁场方向为径向，第一转子(3)和第一定子的磁场方向为轴向。
2.根据权利要求1所述的一种双余度电动机，其特征在于，第一转子(3)包括同轴设置的第一转子铁芯(4)和第一稀土磁铁(5)，第一稀土磁铁(5)套装在第一转子铁芯(4)外侧；第一定子包括与第一定子铁芯(11)和缠绕在第一定子铁芯(11)上的第一定子线圈(12)。
3.根据权利要求1所述的一种双余度电动机，其特征在于，第二转子和第一转子(3)之间设置有阻磁板(6)。
4.根据权利要求1所述的一种双余度电动机，其特征在于，第二转子包括第二转子铁芯(7)和设置在第二转子铁芯(7)内的第二稀土磁铁(8)，第二定子包括第二定子铁芯(9)和缠绕在第二定子铁芯(9)上的第二定子线圈(10)。
5.根据权利要求1所述的一种双余度电动机，其特征在于，两个第二转子分别对称设置在第一转子(3)的两端面上，第一转子(3)的两端对称设置有第一支架(13)和第二支架(14)，所述第一支架(13)用于连接位于第一转子(3)一端外侧的第二定子，第二支架(14)用于连接位于第一转子(3)另一端外侧的第二定子。
6.根据权利要求1所述的一种双余度电动机，其特征在于，第一转子(3)的一端设置有电磁离合器组件。
7.根据权利要求1所述的一种双余度电动机，其特征在于，第一转子(3)的一端设置有变速器组件。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种双余度电动机的控制方法，其特征在于，第一定子的第一定子线圈(12)和第二定子的第二定子线圈(10)上分别连接有第一电机信号处理器和第二电机信号处理器，包括以下步骤：
第一电机信号处理器根据接收到的信号将电流输出给第一定子的第一定子线圈(12)；
第二电机信号处理器根据接收到的信号将电流输出给第二定子的第二定子线圈(10)；
第一定子线圈(12)和/或第二定子线圈(10)带动第一转子(3)旋转。
9.根据权利要求8所述的一种双余度电动机的控制方法，其特征在于，第一电机信号处理器上连接有用于检测第一定子线圈(12)的电流的第一电流传感器；第二电机信号处理器上连接有用于检测第二定子线圈(10)的电流的第二电流传感器；
第一电流传感器检测的第一定子线圈(12)的电流大于或等于第一电机信号处理器预设的短路保护电流时，第一电机信号处理器停止将电流输出给第一定子线圈(12)；
第二电流传感器检测的第二定子线圈(10)的电流大于或等于第二电机信号处理器预设的短路保护电流时，第二电机信号处理器停止将电流输出给第二定子线圈(10)。
10.根据权利要求8所述的一种双余度电动机的控制方法，其特征在于，第一电机信号处理器和第二电机信号处理器上均连接有用于检测扭矩信号的扭矩传感器。
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