專(zhuān)利名稱：：雙永磁型無(wú)刷雙饋雙機(jī)械端口電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型屬于交流電機(jī)及其控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種雙轉(zhuǎn)子無(wú)電刷饋電的雙機(jī)械端口電機(jī)。
背景技術(shù)：
：交流電機(jī)調(diào)速方法包括變極調(diào)速和變頻調(diào)速，除此之外，交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還可以變轉(zhuǎn)差調(diào)速。變極調(diào)速不能連續(xù)調(diào)速，應(yīng)用范圍有限。變頻調(diào)速需要使用和電機(jī)同容量的變頻器，成本高。變轉(zhuǎn)差調(diào)速又分為耗能型和回饋型變轉(zhuǎn)差調(diào)速，前者調(diào)速時(shí)的耗能很大，運(yùn)行效率低，使用范圍也有限；后者可以將電機(jī)調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)差能量回送電源，運(yùn)行效率高，如串極調(diào)速和雙饋調(diào)速系統(tǒng)。目前雙饋調(diào)速交流感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子上有一套三相繞組，通過(guò)集電環(huán)和電刷將轉(zhuǎn)子三相繞組與電能變換器連接，并通過(guò)電能變換器與交流電網(wǎng)交換能量，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。為了消除集電環(huán)和電刷之間的磨損和運(yùn)行的不可靠性，20世紀(jì)初H皿t提出原型自級(jí)聯(lián)電機(jī)，并于70年代由Broadway等人改進(jìn)成為無(wú)刷雙饋電機(jī)；WallaceAlanK于1994年設(shè)計(jì)一種無(wú)刷雙饋電機(jī)，見(jiàn)WallaceAlanK，ADesignProcedureFortheBrushlessDoubly_FedMachineAdjustableSpeedDrive.ICEM，1994，該電機(jī)定子上有功率繞組和控制繞組，通過(guò)能量變換器調(diào)節(jié)控制繞組與交流電網(wǎng)之間的能量流動(dòng)，達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。這種電機(jī)只有一個(gè)機(jī)械端口，原動(dòng)機(jī)不能直接傳遞能量到負(fù)載。上世紀(jì)90年代，瑞典皇家工學(xué)院的Nordlund等人提出一種雙機(jī)械端口電機(jī)，于2005年發(fā)表論文，見(jiàn)E.Nordlund，TheFour-QuadrantTransducerSystemforHybridElectricVehicles.Doctor'sthesis,RoyalInstituteofTechnology,Stockholm,May,2005，ISBN91-7178-057-2，ISSN1650-674X。該電機(jī)有兩個(gè)轉(zhuǎn)子，一個(gè)轉(zhuǎn)子(內(nèi)轉(zhuǎn)子)與原動(dòng)機(jī)相聯(lián)，另一個(gè)轉(zhuǎn)子(外轉(zhuǎn)子)與負(fù)載相聯(lián)，原動(dòng)機(jī)可以直接傳遞機(jī)械能到負(fù)載，調(diào)節(jié)電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子之間的能量流動(dòng)，可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，這種電機(jī)能量變化靈活多樣，而且電能變換器的容量通常也可以不用達(dá)到系統(tǒng)總的容量，降低了電能變換器的成本。但這種電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組需要通過(guò)集電環(huán)和電刷引出電流，造成電機(jī)運(yùn)行效率下降、可靠性降低以及經(jīng)常需要對(duì)電刷等部件進(jìn)行維護(hù)等弊端。中國(guó)專(zhuān)利ZL200720087223.1公布了一種無(wú)刷雙機(jī)械端口電機(jī)，該技術(shù)方案提出一種內(nèi)轉(zhuǎn)子上有兩套繞組，外轉(zhuǎn)子上內(nèi)外側(cè)各貼有一套永磁體，定子上有兩套繞組的結(jié)構(gòu)。從電氣原理來(lái)看，此結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一臺(tái)永磁同步發(fā)電機(jī)、一臺(tái)永磁同步電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)繞線式異步電機(jī)的結(jié)合體。此結(jié)構(gòu)從原理上可以解決由集電環(huán)和電刷引起的一系列問(wèn)題，但是其結(jié)構(gòu)上使用材料過(guò)多，軸向長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，電機(jī)體積較大。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種雙永磁型無(wú)刷雙饋雙機(jī)械端口電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，提高了鐵磁材料的利用率和電機(jī)的功率密度。[0008]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為—種雙永磁型無(wú)刷雙饋雙機(jī)械端口電機(jī)，由機(jī)械部分和電氣部分組成，機(jī)械部分由內(nèi)向外依次包括內(nèi)轉(zhuǎn)子1、外轉(zhuǎn)子2和定子3，電氣部分包括定子繞組、外轉(zhuǎn)子繞組和交_直_交電能變換器4，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子外表面裝有一套永磁體9;所述外轉(zhuǎn)子外表面裝有一套永磁體11;所述定子繞組包括定子功率繞組10和定子控制繞組6;所述外轉(zhuǎn)子繞組包括第一外轉(zhuǎn)子繞組8和第二外轉(zhuǎn)子繞組7，兩繞組端口反相序相連。兩套轉(zhuǎn)子繞組7和8極對(duì)數(shù)可以相同也可以不相同，其磁場(chǎng)相互正交，互不影響，在磁路上完全獨(dú)立；第一外轉(zhuǎn)子繞組8與內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體9相對(duì)應(yīng)，共同形成一個(gè)氣隙磁場(chǎng)；第二外轉(zhuǎn)子繞組7與定子控制繞組6對(duì)應(yīng)，共同形成一個(gè)氣隙磁場(chǎng)，稱作磁場(chǎng)A;外轉(zhuǎn)子永磁體11與定子功率繞組10對(duì)應(yīng)，共同形成一個(gè)氣隙磁場(chǎng)，稱作磁場(chǎng)B;磁場(chǎng)A和磁場(chǎng)B極對(duì)數(shù)不同且為整數(shù)倍關(guān)系；例如磁場(chǎng)A的極對(duì)數(shù)為1，B的極對(duì)數(shù)為4。只有這樣磁路A和磁路B才可認(rèn)為是相互獨(dú)立的，不會(huì)相互干擾。定子功率繞組10和定子控制繞組6通過(guò)交-直-交電能變換器相連接。所述交-直-交電能變換器包括整流器和逆變器，整流器交流側(cè)與定子控制繞組電氣連接，逆變器交流側(cè)與定子功率繞組電氣連接，整流器和逆變器的直流側(cè)互相電氣連接。所述整流器和逆變器之間并聯(lián)直流電源，直流電源為蓄電池、超級(jí)電容或者直流電網(wǎng)中的一種。本實(shí)用新型的技術(shù)效果體現(xiàn)為(1)本實(shí)用新型將永磁體貼于內(nèi)轉(zhuǎn)子外表面和外轉(zhuǎn)子外表面。第二外轉(zhuǎn)子繞組和外轉(zhuǎn)子外表面上的永磁體共用一個(gè)磁路，但由于該繞組和永磁體的極對(duì)數(shù)是整數(shù)倍關(guān)系，因此它們形成的兩種磁場(chǎng)可認(rèn)為是相互獨(dú)立的，不會(huì)相互干擾。可將第二外轉(zhuǎn)子繞組磁場(chǎng)和永磁體磁場(chǎng)設(shè)計(jì)在同一軸向坐標(biāo)上，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，減小了電機(jī)軸向上的體積。(2)本新型結(jié)構(gòu)采用了兩套獨(dú)立的永磁體構(gòu)成不同的功率電路，提高了電機(jī)的功率密度。由于外轉(zhuǎn)子外表面上的永磁體和第二外轉(zhuǎn)子繞組設(shè)計(jì)在一個(gè)磁路中，可更充分利用鐵磁材料。外轉(zhuǎn)子外表面上的永磁體極對(duì)數(shù)可遠(yuǎn)大于第二外轉(zhuǎn)子繞組的極對(duì)數(shù)，從而使電機(jī)更適合于需要低速運(yùn)行的場(chǎng)合。(3)本新型結(jié)構(gòu)將外轉(zhuǎn)子永磁體與定子功率繞組組成的電機(jī)設(shè)計(jì)為永磁無(wú)刷直流電機(jī)，在控制時(shí)將空間分為六個(gè)象限，只需檢測(cè)外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到某象限即可，不需要檢測(cè)外轉(zhuǎn)子的具體位置。而且逆變器的三相開(kāi)關(guān)電路只需同時(shí)開(kāi)通兩相，而永磁同步電機(jī)需要同時(shí)開(kāi)通三相，這樣就減少了開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗，提高了系統(tǒng)的效率。圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型電氣原理圖。具體實(shí)施方式如圖1，圖2所示，本實(shí)用新型由機(jī)械部分和電氣部分組成，機(jī)械部分包括由內(nèi)向外依次裝設(shè)的內(nèi)轉(zhuǎn)子1、外轉(zhuǎn)子2和定子3，內(nèi)轉(zhuǎn)子的外表面貼裝永磁體9，外轉(zhuǎn)子2與內(nèi)轉(zhuǎn)子1和定子3通過(guò)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接。內(nèi)轉(zhuǎn)子1與內(nèi)燃機(jī)(ICE)相連，作為動(dòng)力輸入；外轉(zhuǎn)子軸與機(jī)械負(fù)載相連，作為動(dòng)力輸出；電氣部分包括定子繞組、外轉(zhuǎn)子繞組和電能變換器，所述定子繞組包括定子功率繞組10和定子控制繞組6;所述外轉(zhuǎn)子繞組包括第一外轉(zhuǎn)子繞組8和第二外轉(zhuǎn)子繞組7。第一外轉(zhuǎn)子繞組8與第二外轉(zhuǎn)子繞組7在磁路上相互獨(dú)立。但兩套繞組在端部反相序相連，以形成同方向的轉(zhuǎn)矩。定子3的兩套繞組通過(guò)交_直_交電能變換器4相連接。內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體9與第一外轉(zhuǎn)子繞組8相對(duì)應(yīng)，組成一臺(tái)永磁同步發(fā)電機(jī)；第二外轉(zhuǎn)子繞組7與定子控制繞組6對(duì)應(yīng)，組成一臺(tái)繞線式異步電機(jī)；外轉(zhuǎn)子永磁體11與定子功率繞組IO對(duì)應(yīng)，組成一臺(tái)永磁無(wú)刷直流電機(jī)；內(nèi)燃機(jī)作為原動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)電，當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)速高于外轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)速時(shí)，一部分能量直接傳遞給外轉(zhuǎn)子用于拖動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)，其余能量通過(guò)第一外轉(zhuǎn)子繞組8傳到第二外轉(zhuǎn)子繞組7，再傳到定子控制繞組6，并通過(guò)整流器4-1儲(chǔ)存到直流電源5中。當(dāng)外轉(zhuǎn)子需要的轉(zhuǎn)矩增加時(shí)，可以從直流電源5中取出能量，通過(guò)逆變器4-2供給鼠籠電機(jī)，提供附加轉(zhuǎn)矩。交-直_交電能變換器4包括整流器4-1和逆變器4-2，整流器4_1交流側(cè)與定子控制繞組6電氣連接，逆變器4-2交流側(cè)與定子功率繞組IO電氣連接，整流器和逆變器的直流側(cè)互相電氣連接。整流器4-l和逆變器4-2之間可以并聯(lián)直流電源5，提供電機(jī)輸入和輸出機(jī)械功率之間的不平衡功率。對(duì)于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)來(lái)講，內(nèi)燃機(jī)經(jīng)常因?yàn)槭艿截?fù)載工況的影響而頻繁改變工作點(diǎn)，但大部分工作點(diǎn)又不是內(nèi)燃機(jī)工作的高效率點(diǎn)，所以導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)效率低下，能量損耗嚴(yán)重，但是采用無(wú)刷雙機(jī)械端口電機(jī)作為傳動(dòng)系統(tǒng)，內(nèi)燃機(jī)可以工作在一個(gè)固定的工作點(diǎn)，而負(fù)載的工況卻可以任意調(diào)節(jié)，從而使輸入和輸出之間沒(méi)有直接的機(jī)械聯(lián)系，內(nèi)燃機(jī)可以長(zhǎng)期工作在高效率工作點(diǎn)，從而提高燃料利用率，降低損耗。而且在電能變換器中間直流環(huán)節(jié)加入蓄電池，更可以使輸入功率和輸出功率不一定要相等。由蓄電池彌補(bǔ)輸入同輸出之間的功率差，內(nèi)燃機(jī)的功率也可以不需要隨負(fù)載工況快速變化而變化，從而可以有效地保證負(fù)載工況頻繁變動(dòng)的情況下內(nèi)燃機(jī)始終工作于高效區(qū)。權(quán)利要求雙永磁型無(wú)刷雙饋雙機(jī)械端口電機(jī)，由機(jī)械部分和電氣部分組成，機(jī)械部分由內(nèi)向外依次包括內(nèi)轉(zhuǎn)子(1)、外轉(zhuǎn)子(2)和定子(3)，電氣部分包括定子繞組、外轉(zhuǎn)子繞組、永磁體和交-直-交電能變換器(4)，其特征在于所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(1)外表面裝有第一永磁體(9)，所述外轉(zhuǎn)子(2)外表面裝有第二永磁體(11)，所述定子繞組包括定子功率繞組(10)和定子控制繞組(6)，所述外轉(zhuǎn)子繞組包括第一外轉(zhuǎn)子繞組(8)和第二外轉(zhuǎn)子繞組(7)，第一，第二外轉(zhuǎn)子繞組(8)和(7)的繞組端口反相序相連；第一外轉(zhuǎn)子繞組(8)與第一永磁體(9)相對(duì)應(yīng)，形成第一氣隙磁場(chǎng)；第二外轉(zhuǎn)子繞組(7)與定子控制繞組(6)對(duì)應(yīng)，形成第二氣隙磁場(chǎng)；第二永磁體(11)與定子功率繞組(10)對(duì)應(yīng)，形成第三氣隙磁場(chǎng)；第二氣隙磁場(chǎng)與第三氣隙磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)不相同且為整數(shù)倍關(guān)系；定子功率繞組(10)和定子控制繞組(6)通過(guò)交-直-交電能變換器(4)相連接。2.如權(quán)利要求l所述的雙永磁結(jié)構(gòu)的無(wú)刷雙饋雙機(jī)械端口電機(jī)，其特征在于所述交-直-交電能變換器(4)包括整流器和逆變器，整流器交流側(cè)與定子控制繞組(6)電氣連接，逆變器交流側(cè)與定子功率繞組(10)電氣連接，整流器和逆變器在直流側(cè)相連。3.如權(quán)利要求2所述的雙永磁結(jié)構(gòu)的無(wú)刷雙饋雙機(jī)械端口電機(jī)，其特征在于所述整流器和逆變器之間并聯(lián)直流電源，直流電源為蓄電池、超級(jí)電容或者直流電網(wǎng)中的一種。專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種雙永磁型無(wú)刷雙饋雙機(jī)械端口電機(jī)，屬于交流電機(jī)及其控制
技術(shù)領(lǐng)域：
。本實(shí)用新型由機(jī)械部分和電氣部分組成，機(jī)械部分包括內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子和定子，電氣部分包括兩套獨(dú)立的定子繞組、兩套反相序級(jí)聯(lián)的外轉(zhuǎn)子繞組、兩套獨(dú)立的永磁體和交-直-交電能變換器。兩套定子繞組共用一個(gè)磁路，兩套外轉(zhuǎn)子繞組分別位于外轉(zhuǎn)子的內(nèi)、外側(cè)，磁路獨(dú)立，兩套永磁體分別位于內(nèi)、外轉(zhuǎn)子外側(cè)，磁路獨(dú)立。外轉(zhuǎn)子上的永磁體和一套外轉(zhuǎn)子繞組共用一個(gè)磁路，但極對(duì)數(shù)不相同且為整數(shù)倍的關(guān)系，定子控制繞組與另一套外轉(zhuǎn)子繞組相對(duì)應(yīng)，定子功率繞組與外轉(zhuǎn)子上的永磁體對(duì)應(yīng)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，減少了繞組用銅量，提高了電機(jī)的功率密度。文檔編號(hào)H02K1/27GK201466929SQ20092008411公開(kāi)日2010年5月12日申請(qǐng)日期2009年3月9日優(yōu)先權(quán)日2009年3月9日發(fā)明者萬(wàn)山明,仇成,龐珽,陳驍,黃聲華申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)