CN204408111U - 一种混合动力汽车专用的直流变频电动机 - Google Patents

Abstract

一种混合动力汽车专用直流变频电动机，所述的直流变频电动机包括：电机本体(1)，电机本体(1)的中间穿透设置有主轴(5)，在电机本体(1)内部的主轴(5)上设有转子(6)，转子(6)的相对应位置设置有定子铁芯(7)，定子铁芯(7)上绕有线圈(3)，电机本体(1)的一端设有风扇(9)，另一端在主轴(5)的周围设有支架(8)，风扇(9)的外部设有保护罩(10)，电机本体(1)的顶部设有逆变器控制盒(2)，电机本体(1)的底部设有底座(4)，所述的逆变器控制盒(2)中设有逆变器和控制器。

Description

一种混合动力汽车专用的直流变频电动机

技术领域

本实用新型涉及一种直流变频电动机，特别是指一种混合动力汽车专用的直流变频电动机，属于汽车动力系统的技术领域。

背景技术

随着全球经济的高速发展，能源和环境问题日益突出，节约能源、保护环境已成为世界各国共同面临的重大挑战。传统汽车对单一石油资源的依赖性已引起了石油短缺，其尾气排放正严重地污染着环境，合理利用资源和开发清洁替代燃料实现交通能源可持续发展势在必行。汽车能源将逐渐由石化燃料向可再生、低排放的能源形式过渡，电能、生物燃料和氢能将是汽车能源的最终解决方案。但是在电能、生物燃料和氢能最终替代化石燃料前，汽车能源将呈现多元化局面，油电混合动力车是近期的解决方案。汽车能源多元化、汽车动力电气化和汽车排放洁净化是新能源汽车的主要发展趋势，它包括混合动力汽车、纯电动汽车(BEV，包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车(FCEV)、氢发动机汽车、其他新能源(如高效储能器、二甲醚)汽车等。新能源混合动力汽车的技术核心体现在车载能源系统、驱动系统和控制系统上。直流变频电动机是现代混合动力汽车的核心驱动技术之一，它在新能源汽车的发展中起着越来越重要的作用。在混合动力汽车中，除了混合动力汽车所需的储能系统外，电力电子装置是最重要的子系统，其电气系统的核心部件包括电机(发电机/电动机)、电力电子驱动控制器和直流电压变换器等；在混合动力汽车上，动力来源于电力和汽油能源，动力驱动控制系统可以说是整车的心脏，动力驱动控制系统的核心部分为直流变频电动机和驱动控制器，其中直流变频电动机所涉及到的研究内容主要是电力电子技术。

目前，对于新能源汽车的改进技术如下对比文件：

专利申请号为200920229959的对比文件中公开了一种电动汽车，20kV的交流异步电动机装在汽车发动机部位，20个蓄电池串联成的电源装在车架底部的架子上，直流电源接逆变分段变频器、交流异步电动机、刹车电磁抱箍，逆变分段变频器接控制电路板和方向盘，逆变分段变频器上有分频按钮。使用本实用新型时，先按下逆变分段变频器上的分频按钮，接通直流电源，逆变成低频交流电。启动交流异步电动机低速起步，再参照蓄电池的供电峰值，从低到高依次按下分频按钮直到所需的速度。需制动时，脚踩刹车，断开异步电动机的直流电源，车轮外的刹车电磁抱箍通电，进行刹车制动。

专利申请号为201010510849的对比文件中公开了一种多能源混合汽车，该混合汽车的车架由车底盘、车箱、传动系统、控制系统和燃油发动机构成，在汽车前装饰板后位安装至少一台以上风力发电机，所述的风力发电机由叶轮安装在永磁发电机的轴上组成，在车架剩余空间配备与风力发电机连接的直流变频电动机或交流变频电动机，电动机上连接蓄电池及稳压器、整流器、逆变器、变压器等。本发明利用风力发电机、太阳能发电机给电动机提供能源，电动机通过控制系统驱动汽车，应用可再生的清洁能源实现可持续发展和保护环境。

专利申请号为201210072911的对比文件中公开了一种混合能源发动机装置与实施方法，由机壳、加料盖、导管、限量阀、缸套、主力活塞、双凹面活塞、充有NO₂与N₂O₄的弹簧气囊、磁铁活塞、双凹面通孔活塞、装有软磁铁的电磁线圈、连杆、曲轴、轴承、平衡块、齿轮、主动轮、外墙板、前墙板、螺栓、人力摇臂、外界电机、蓄电池、可变电阻、充电器、变频器、继电器、电键、导线组成。在加入机油、制动液、NH₃·H₂O后，根据功率机型选用人力电力启动后，使NO₂与N₂O₄产生化学平衡移动，令弹簧气囊伸缩，带动磁铁活塞来回运动，并促动制动液，迫使主力活塞压缩与做功。在人力、电力的策动下，利用电能、磁能、动能、势能、热能、化学能，使一种混合能源发动机装置比热机、电机更环保、更节能，效益更高。

专利申请号为201320817847的对比文件中公开了一种车载液压传动混合能源变频自发电系统，液压传动系统的输入端连接到汽车动力输出装置，输出端连接到中频永磁发电机；中频永磁发电机的第一输出端连接到直流充电模块的第一输入端，第二输出端连接到逆变器的第一输入端；太阳能电池板的输出端连接到直流充电模块的第二输入端；直流充电模块的输出端连接到蓄电池组和直流母线，直流母线连接到逆变器的第二输入端；监控模块分别连接到中频永磁发电机、直流充电模块、逆变器、蓄电池组和直流母线。本实用新型可有效实现驻车和行车自发电，并显著提高输出电能质量；采用太阳能电池组成混合发电系统，可有效降低发动机的燃油消耗、排放污染和维护费用，满足绿色环保的要求。

此外，现有的电动机都是采用交直流电动机或者交流定频电动机、电动机的运转根据电压频率确定、在低频电压情况下不能正常运转。现有的电动机采用了有刷交直流电动机、由电刷和换向器进行机械换向,在较高速度上运行时，电刷摩擦增加，有用力矩减小。现有的电动机系统效率低、电枢产生的热量消散在气隙内，这样增加了气隙温度，从而限制了输出功率。现有的电动机的电气噪音大、电刷的电弧将对附近的设备产生电磁干扰。传统电动机对于一个固定的速度而言，不需要控制器；有变速要求的时候才需要控制器，不能实现变频控制速度。

有鉴于上述现有技术的缺陷，本实用新型的改进主要在于直流变频电动机，直流变频电动机是把工频市电转换为直流电源，输出可控的直流电源，此直流电源控制电动机转速。交流市电→直流→可控直流→直流变速电动机。汽油动力和电动动力结合的混合动力汽车。

本发明的研究人员经过不断的实验研究，终于研发出本实用新型，一种混合动力汽车专用的直流变频电动机，汽油发动机上配备的发电机还可以给汽车专用的磷酸铁锂蓄电池充电，把汽车运行中多余的能量储存起来、同时大功率太阳能板也实时在发电、供汽车蓄电池充电、也就是说本发明大功率太阳能智能混合动力汽车是一台智能绿色能源循环的汽车。

发明内容

为解决上述现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、使用方便、成本低混合动力汽车专用的直流变频电动机。

为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种混合动力汽车专用直流变频电动机，所述的直流变频电动机包括：电机本体(1)，电机本体(1)的中间穿透设置有主轴(5)，在电机本体(1)内部的主轴(5)上设有转子(6)，转子(6)的相对应位置设置有定子铁芯(7)，定子铁芯(7)上绕有线圈(3)，电机本体(1)的一端设有风扇(9)，另一端在主轴(5)的周围设有支架(8)，风扇(9)的外部设有保护罩(10)，电机本体(1)的顶部设有逆变器控制盒(2)，电机本体(1)的底部设有底座(4)，所述的逆变器控制盒(2)中设有逆变器和控制器。

所述的混合动力汽车专用直流变频电动机，所述的定子铁芯(7)为电枢，其中嵌有多相对称绕组，绕组可以接成星形或三角形，并分别与逆变器中的各开关管相连。

所述的混合动力汽车专用直流变频电动机，所述的定子铁芯(7)绕组的连接方式有星形或角型，逆变器有半桥型和全桥型两种，所述的逆变器主开关采用IGBT或功率MOSFET全控型器件，或者，选择集成的功率模块(PIC)和智能功率模块(IPM)。

所述的混合动力汽车专用直流变频电动机，所述的逆变器采用了以星形连接三相桥式主电路。

所述的混合动力汽车专用直流变频电动机，所述的逆变器控制盒(2)中设置有用于检测转子(6)磁极相对与定子绕组的位置信号、为逆变器提供正确的换相信息的位置检测器，位置检测包括有位置传感器和无位置传感器检测两种方式。

所述的混合动力汽车专用直流变频电动机，所述的位置传感器分为定子位置传感器和转子位置传感器两部分，转子位置传感器与电机本体(1)同轴，以跟踪电机本体转子(6)磁极的位置，定子位置传感器固定在电机本体定子铁芯(7)或端盖上，以检测和输出转子位置信号。

所述的混合动力汽车专用直流变频电动机，转子位置传感器的种类包括磁敏式、电磁式、光电式、接近开关式、正余弦旋转变压器式以及编码器。

使用本实用新型的有益效果在于：

1.直流变频电动机的永磁体，现在多采用高磁能积的稀土钕铁硼材料。因此，稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。

2.直流变频电动机的高效率，高效区域大，功率和转矩密度高，功率因数(COSΦ)接近1，系统效率＞90％,永磁直流变频电动机在任何情况下转子都是同步运行，交流变频电机是变频调速，直流变频电动机是调速变频，电机在同步转速下运行，转子既无铜耗又无铁耗。

3.直流变频电动机具有低电压特性好，转矩过载特性强，启动转矩大(堵转特性)，启动电流小等优点。

4、直流变频电动机的效率和温升在变频驱动下，直流变频电动机效率会高10％左右，而温升会小20％左右，尤其是在矢量控制或者直接转矩控制的低频区域。

5、直流变频电动机的绝缘强度问题。由于变频电动机专为变频器驱动设计，所以能承受较大的du/dt，所以变频电动机的绝缘强度要高。尤其是在DTC控制模式下，对电动机的绝缘强度是个很大的考验。

6、在电磁噪声和振动方面，直流变频电动机在变频驱动时较普通电动机有更低的噪音和更小的电磁振动。

7、直流变频电动机对于需要频繁启动、频繁调速、频繁制动的场合，要优于普通电动机。

8、直流变频电动机有额外的散热，在低频、直流制动和一些特殊应用场合下的散热要大大的优于普通的交流异步电动机。

9、直流变频电动机因为具有直流有刷电机的特性，同时驱动器也是频率变化的装置，所以又名直流变频，直流变频电动机的运转效率，低速转矩，转速精度等都比任何控制技术的变频器还要好，由于直流变频电动机是以自控式运行的，所以不会象变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。多年来业界对异步电动机变频调速的研究，归根到底是在寻找控制异步电动机转矩的方法，稀土永磁直流变频电动机必将以其宽调速﹑小体积﹑高效率和稳态转速误差小等特点在调速领域显现优势。可以解决产业界节点与高性能驱动的需求。

附图说明

图1为本实用新型电动机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构和工作过程进行详细描述。

如图1所示，一种混合动力汽车专用直流变频电动机，所述的直流变频电动机包括：电机本体(1)，电机本体(1)的中间穿透设置有主轴(5)，在电机本体(1)内部的主轴(5)上设有转子(6)，转子(6)的相对应位置设置有定子铁芯(7)，定子铁芯(7)上绕有线圈(3)，电机本体(1)的一端设有风扇(9)，另一端在主轴(5)的周围设有支架(8)，风扇(9)的外部设有保护罩(10)，电机本体(1)的顶部设有逆变器控制盒(2)，电机本体(1)的底部设有底座(4)，所述的逆变器控制盒(2)中设有逆变器和控制器。所述的定子铁芯(7)为电枢，其中嵌有多相对称绕组，绕组可以接成星形或三角形，并分别与逆变器中的各开关管相连。所述的定子铁芯(7)绕组的连接方式有星形或角型，逆变器有半桥型和全桥型两种，所述的逆变器主开关采用IGBT或功率MOSFET全控型器件，或者，选择集成的功率模块(PIC)和智能功率模块(IPM)。所述的逆变器采用了以星形连接三相桥式主电路。所述的逆变器控制盒(2)中设置有用于检测转子(6)磁极相对与定子绕组的位置信号、为逆变器提供正确的换相信息的位置检测器，位置检测包括有位置传感器和无位置传感器检测两种方式。所述的位置传感器分为定子位置传感器和转子位置传感器两部分，转子位置传感器与电机本体(1)同轴，以跟踪电机本体转子(6)磁极的位置，定子位置传感器固定在电机本体定子铁芯(7)或端盖上，以检测和输出转子位置信号。转子位置传感器的种类包括磁敏式、电磁式、光电式、接近开关式、正余弦旋转变压器式以及编码器。

以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种混合动力汽车专用直流变频电动机，其特征在于，所述的直流变频电动机包括：电机本体(1)，电机本体(1)的中间穿透设置有主轴(5)，在电机本体(1)内部的主轴(5)上设有转子(6)，转子(6)的相对应位置设置有定子铁芯(7)，定子铁芯(7)上绕有线圈(3)，电机本体(1)的一端设有风扇(9)，另一端在主轴(5)的周围设有支架(8)，风扇(9)的外部设有保护罩(10)，电机本体(1)的顶部设有逆变器控制盒(2)，电机本体(1)的底部设有底座(4)，所述的逆变器控制盒(2)中设有逆变器和控制器。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车专用直流变频电动机，其特征在于，所述的定子铁芯(7)为电枢，其中嵌有多相对称绕组，绕组可以接成星形或三角形，并分别与逆变器中的各开关管相连。

3.根据权利要求2所述的混合动力汽车专用直流变频电动机，其特征在于，所述的定子铁芯(7)绕组的连接方式有星形或角型，逆变器有半桥型和全桥型两种，所述的逆变器主开关采用IGBT或功率MOSFET全控型器件，或者，选择集成的功率模块(PIC)和智能功率模块(IPM)。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的混合动力汽车专用直流变频电动机，其特征在于，所述的逆变器采用了以星形连接三相桥式主电路。

5.根据权利要求1所述的混合动力汽车专用直流变频电动机，其特征在于，所述的逆变器控制盒(2)中设置有用于检测转子(6)磁极相对与定子绕组的位置信号、为逆变器提供正确的换相信息的位置检测器，位置检测包括有位置传感器和无位置传感器检测两种方式。

6.根据权利要求5所述的混合动力汽车专用直流变频电动机，其特征在于，所述的位置传感器分为定子位置传感器和转子位置传感器两部分，转子位置传感器与电机本体(1)同轴，以跟踪电机本体转子(6)磁极的位置，定子位置传感器固定在电机本体定子铁芯(7)或端盖上，以检测和输出转子位置信号。

7.根据权利要求6所述的混合动力汽车专用直流变频电动机，其特征在于，转子位置传感器的种类包括磁敏式、电磁式、光电式、接近开关式、正余弦旋转变压器式以及编码器。