專利名稱：嵌套式永磁同步電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永磁同步電機(jī)，具體為一種嵌套式永磁同步電機(jī)。
(二)
背景技術(shù)：
由于能源緊缺，油價(jià)不斷攀升，純?nèi)加桶l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油耗大、污染大成為 關(guān)注焦點(diǎn)，原因與其發(fā)動(dòng)機(jī)不便調(diào)整工作點(diǎn)、效率低有關(guān)，各國(guó)都加快了電 動(dòng)車的研究。
多年的研究發(fā)現(xiàn)純電動(dòng)車存在很多問題，主要是目前的蓄電池性能不能 滿足驅(qū)動(dòng)車輛的要求。蓄電池的能積比與汽油相比相差甚遠(yuǎn)，重量為一噸的
充滿電的蓄電池所具有的能量還不及發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒30公斤汽油輸出的能量大， 因此純電動(dòng)車的續(xù)航能力都很有限。此外是充電時(shí)間長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換效率低，100 焦耳的電能量充入蓄電池，蓄電池能放出來的電能量不到40焦耳?？焖俪潆?用時(shí)雖短，但蓄電池效率更加降低。特別是蓄電池反復(fù)充電的次數(shù)有限，使 用時(shí)間越長(zhǎng)，其容量越低， 一般很快就報(bào)廢了，大量的廢舊電池將又造成環(huán) 境污染。
目前研究表明油電混合動(dòng)力車是比較現(xiàn)實(shí)可行的節(jié)能車，因此研究的重 點(diǎn)轉(zhuǎn)移到油電混合動(dòng)力車。這種車配備了燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和蓄電池，同時(shí)還有發(fā) 電機(jī)和電動(dòng)機(jī)。設(shè)計(jì)原理是通過發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)、蓄電池參與調(diào)節(jié)發(fā) 動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩匹配在其最佳效率曲線上，從而使燃 油發(fā)動(dòng)機(jī)間歇或持續(xù)高效運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)消耗等量燃油獲得更大的動(dòng)能。通常的 方法是根據(jù)車輛行駛狀況的需要，將燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)生的機(jī)械動(dòng)能一部分輸 出給驅(qū)動(dòng)軸、使之獲得一定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，其余的動(dòng)能則用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā) 電存貯于蓄電池，當(dāng)特定地段或蓄電池電量飽和時(shí)，蓄電池帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 車輛行駛。也可使燃油發(fā)動(dòng)機(jī)間歇運(yùn)行于高效率狀態(tài)，其動(dòng)能由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)為 電能直接傳遞給電動(dòng)機(jī)或存儲(chǔ)于蓄電池，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)行。這樣，燃油 發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率有所提高。
現(xiàn)有油電混合動(dòng)力車的動(dòng)力結(jié)構(gòu)方案有串聯(lián)式、并聯(lián)式和串并聯(lián)混合式。 雖然實(shí)現(xiàn)了不同程度的節(jié)能，但現(xiàn)有的動(dòng)力結(jié)構(gòu)均存在一定的局限性，直接影響整車制造成本和節(jié)能效果。目前的油電混合動(dòng)力車的動(dòng)力結(jié)構(gòu)難以滿足 進(jìn)一步改進(jìn)性能和實(shí)用的要求。
永磁同步伺服電機(jī)的特點(diǎn)是效率高、體積小， 一臺(tái)20KW左右的電機(jī)在 100%滿載率下的效率可達(dá)93%， 20%滿載率下的效率達(dá)81%，并可由四象 限驅(qū)動(dòng)器控制切換到發(fā)電或電動(dòng)的不同工作狀態(tài)，若對(duì)其進(jìn)行組合、改造， 與發(fā)動(dòng)機(jī)配合應(yīng)用于油電混合動(dòng)力車中，有可能達(dá)到既便于調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)工作 點(diǎn)、改進(jìn)傳遞效率，又便于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和降低重量，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步節(jié)能的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種全新的嵌套式永磁同步電機(jī)，這種電機(jī)基于永 磁同步電機(jī)工作原理，但具有兩個(gè)轉(zhuǎn)子、兩個(gè)軸、兩套繞組和兩個(gè)磁路，構(gòu) 成兩個(gè)分電機(jī)功率可合可分。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的嵌套式永磁同步電機(jī)包括定子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，定子為 電樞繞組，處于最外層，固定于機(jī)殼；外轉(zhuǎn)子處于定子內(nèi)，其上嵌有內(nèi)外層 永磁磁極，外轉(zhuǎn)子外層磁極為定子提供磁場(chǎng)，外轉(zhuǎn)子與定子構(gòu)成外電機(jī)。內(nèi) 轉(zhuǎn)子為電樞，位于外轉(zhuǎn)子內(nèi)，外轉(zhuǎn)子內(nèi)層磁極為內(nèi)轉(zhuǎn)子提供磁場(chǎng)，外轉(zhuǎn)子與 內(nèi)轉(zhuǎn)子構(gòu)成內(nèi)電機(jī)。外轉(zhuǎn)子軸為本電機(jī)輸出軸，內(nèi)轉(zhuǎn)子軸為本電機(jī)動(dòng)力輸入 軸。
輸出軸上安裝輸出齒輪，輸出齒輪與外部負(fù)載連接。本嵌套式電機(jī)的內(nèi) 外電機(jī)均可四象限運(yùn)行，內(nèi)外電機(jī)各配裝伺服驅(qū)動(dòng)裝置，按運(yùn)行要求分別對(duì) 內(nèi)外電機(jī)的繞組加載不同的電流矢量，即可控制內(nèi)外電機(jī)分別工作于發(fā)電機(jī) 或電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。
嵌套式電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子的軸與發(fā)動(dòng)機(jī)連接。內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)安裝在其軸上的滑 環(huán)與A伺服驅(qū)動(dòng)器連接；定子繞組直接與B伺服驅(qū)動(dòng)器連接，A、 B伺服驅(qū) 動(dòng)器均與公共直流母線連接，內(nèi)外電機(jī)分別通過其伺服驅(qū)動(dòng)器吸收電能或輸 出電能。
發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的情況下，本電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子在與其直連的外部發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械動(dòng) 能驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，A伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)內(nèi)轉(zhuǎn)子的繞組加載電流矢量，對(duì)內(nèi)電機(jī)進(jìn)行 扭矩伺服控制，使得電機(jī)內(nèi)外轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生電磁作用力，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)施加負(fù)載 扭矩。電機(jī)外轉(zhuǎn)子同時(shí)受到發(fā)動(dòng)機(jī)軸的反作用力，該反作用力通過輸出齒輪 傳遞到外部負(fù)載、直接對(duì)外做功，此輸出的功率為透過功率，即發(fā)動(dòng)機(jī)的功 率直接傳遞到負(fù)載側(cè)。延著發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，如果外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度低于內(nèi)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，則內(nèi)電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行；如果外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度高于內(nèi)轉(zhuǎn)
子的轉(zhuǎn)速，則內(nèi)電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，它由A伺服驅(qū)動(dòng)器吸取的電能轉(zhuǎn) 換為外轉(zhuǎn)子的動(dòng)能，與發(fā)動(dòng)機(jī)透過來的能量一起送至輸出軸。與此同時(shí)，B 伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)電機(jī)的定子繞組加載電流矢量對(duì)外電機(jī)進(jìn)行伺服控制，當(dāng)外轉(zhuǎn) 子從B伺服驅(qū)動(dòng)器得到的扭矩方向與外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，外電機(jī)從B伺服 驅(qū)動(dòng)器吸取電能工作于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能也通過輸出齒輪對(duì)外 部負(fù)載做功；反之當(dāng)定子的繞組得到的電流矢量使外轉(zhuǎn)子得到的扭矩方向與 其旋轉(zhuǎn)方向相反，則外電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，將輸出軸上的機(jī)械能量轉(zhuǎn) 變?yōu)殡娔堋?br> 本發(fā)明嵌套式永磁同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)為1、本嵌套式永磁電機(jī)配裝伺服驅(qū)
動(dòng)裝置后，伺服驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)運(yùn)行要求對(duì)嵌套式電機(jī)的內(nèi)外電機(jī)加載不同的 扭矩，本嵌套式電機(jī)即可按功率透過、發(fā)電儲(chǔ)能、用電做功、制動(dòng)回饋電能
的新型動(dòng)力傳遞方法運(yùn)行；2、本嵌套式電機(jī)可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)加載適當(dāng)扭矩，使發(fā) 動(dòng)機(jī)工作于最佳效率曲線上，消耗等量燃油獲得更大的動(dòng)能；3、本嵌套式電 機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，適用于油電混合動(dòng)力電動(dòng)車；4、本嵌套式電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，便于 安裝使用；5、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工，成本低，適合于推廣應(yīng)用。
(四)


圖l為本嵌套式永磁同步電機(jī)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。 1、發(fā)動(dòng)機(jī)軸即輸入軸，2、滑環(huán)，3、內(nèi)轉(zhuǎn)子，4、外轉(zhuǎn)子，5、定子，6、 A伺服驅(qū)動(dòng)器，7、 B伺服驅(qū)動(dòng)器，8、輸出軸，9、輸出齒輪。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明設(shè)計(jì)的嵌套式永磁同步電機(jī)實(shí)施例結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括定子5、
外轉(zhuǎn)子4和內(nèi)轉(zhuǎn)子3，定子5為電樞繞組，處于最外層，固定于機(jī)殼；外轉(zhuǎn) 子4處于定子5內(nèi)，其上嵌有內(nèi)外層永磁磁極，外轉(zhuǎn)子4外層磁極為定子5 提供磁場(chǎng)，外轉(zhuǎn)子4與定子5構(gòu)成外電機(jī)。內(nèi)轉(zhuǎn)子3為電樞，位于外轉(zhuǎn)子4 內(nèi)，外轉(zhuǎn)子4內(nèi)層磁極為內(nèi)轉(zhuǎn)子3提供磁場(chǎng)，外轉(zhuǎn)子4與內(nèi)轉(zhuǎn)子3構(gòu)成內(nèi)電 機(jī)。外轉(zhuǎn)子4軸為本電機(jī)輸出軸8，內(nèi)轉(zhuǎn)子3軸為本電機(jī)動(dòng)力輸入軸1。
內(nèi)轉(zhuǎn)子3與發(fā)動(dòng)機(jī)的軸直連，即發(fā)動(dòng)機(jī)的軸即為本電機(jī)的輸入軸l。發(fā) 動(dòng)機(jī)通常為燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，也可為燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。外轉(zhuǎn)子4的軸為本嵌套式電機(jī) 輸出軸8，其上安裝輸出齒輪9，輸出齒輪9連接外負(fù)載。內(nèi)轉(zhuǎn)子3軸上安裝有與其繞組連接的滑環(huán)2，通過滑環(huán)2內(nèi)轉(zhuǎn)子3繞組與A伺服驅(qū)動(dòng)器6相連 定子5的線圈繞組，直接與B伺服驅(qū)動(dòng)器7相連。
A、 B伺服驅(qū)動(dòng)裝置6、 7通過公共母線相連。按運(yùn)行要求分別對(duì)內(nèi)外電 機(jī)的繞組加載不同的電流矢量，對(duì)二電機(jī)進(jìn)行扭矩控制，即可控制內(nèi)外電機(jī) 分別工作于發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，當(dāng)二電機(jī)工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)通過其伺服驅(qū) 動(dòng)器向公共母線輸出電能，工作于電動(dòng)機(jī)則通過其伺服驅(qū)動(dòng)器由公共母線吸 取電能。
權(quán)利要求
1、 一種嵌套式永磁同步電機(jī)，其特征在于包括定子(5)、外轉(zhuǎn)子(4)和內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)，定子(5)為電樞繞組，處于最外層，固定于機(jī)殼；外轉(zhuǎn)子(4)處于定子(5)內(nèi)，其上嵌有內(nèi)外層永磁磁極，外轉(zhuǎn)子(4)外層磁極為定子(5)提供磁場(chǎng)，外轉(zhuǎn)子(4)與定子(5)構(gòu)成外電機(jī)；內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)為電樞，位于外轉(zhuǎn)子(4)內(nèi)，外轉(zhuǎn)子(4)內(nèi)層磁極為內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)提供磁場(chǎng)，外轉(zhuǎn)子(4)與內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)構(gòu)成內(nèi)電機(jī)；外轉(zhuǎn)子(4)軸為本電機(jī)輸出軸(9)，內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)軸為本電機(jī)動(dòng)力輸入軸(1)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的嵌套式永磁同步電機(jī)，其特征在于 所述電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)的軸與發(fā)動(dòng)機(jī)軸連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的嵌套式永磁同步電機(jī)，其特征在于 內(nèi)外電機(jī)各配裝伺服驅(qū)動(dòng)器，A、 B伺服驅(qū)動(dòng)器(6、 7)通過公共母線相連;電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)的繞組經(jīng)安裝在內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)軸上的滑環(huán)(2)與A伺服驅(qū)動(dòng)器 (6)連接；定子(5)繞組直接與B伺服驅(qū)動(dòng)器(7)連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的嵌套式永磁同步電機(jī)，其特征在于 所述輸出軸(8)上安裝與外負(fù)載連接的輸出齒輪(9)。
全文摘要
本嵌套式永磁同步電機(jī)，包括定子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，定子為繞組，處于最外層，固定于機(jī)殼；外轉(zhuǎn)子處于定子內(nèi)，其上嵌有內(nèi)外層永磁磁極，外轉(zhuǎn)子與定子構(gòu)成外電機(jī)。內(nèi)轉(zhuǎn)子為電樞，位于外轉(zhuǎn)子內(nèi)，外轉(zhuǎn)子與內(nèi)轉(zhuǎn)子構(gòu)成內(nèi)電機(jī)。外轉(zhuǎn)子軸為本電機(jī)輸出軸，內(nèi)轉(zhuǎn)子軸為本電機(jī)動(dòng)力輸入軸。內(nèi)轉(zhuǎn)子與發(fā)動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)轉(zhuǎn)子的繞組得到電流矢量，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)施加負(fù)載扭矩。外轉(zhuǎn)子則直接對(duì)外做功，將發(fā)動(dòng)機(jī)的功率透過到負(fù)載側(cè)。內(nèi)外電機(jī)均可四象限運(yùn)行，各配裝伺服驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)運(yùn)行要求對(duì)內(nèi)外電機(jī)分別加載不同的扭矩，本嵌套式電機(jī)即可按功率透過、發(fā)電儲(chǔ)能、用電做功、制動(dòng)回饋電能的新型動(dòng)力傳遞方法運(yùn)行；調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)工作于最佳效率點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02K16/00GK101286679SQ200710048869
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
發(fā)明者虹 呂 申請(qǐng)人:桂林吉星電子等平衡動(dòng)力有限公司