[实用新型]嵌套式永磁同步电机伺服系统

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及永磁同步电机伺服系统，具体为一种嵌套式永磁同步电机伺服系统。

实用新型还涉及永磁同步电机伺服系统的控制方法，具体为对本嵌套式永磁同步电机伺服系统的控制运行方法。

(二)背景技术

由于能源紧缺，油价不断攀升，纯燃油发动机驱动油耗大、污染大成为关注焦点，原因与其发动机不便调整工作点、效率低有关，各国都加快了电动车的研究。

多年的研究发现纯电动车存在很多问题，主要是目前的蓄电池性能不能满足驱动车辆的要求。蓄电池的能积比与汽油相比相差甚远，重量为一吨的充满电的蓄电池所具有的能量还不及发动机燃烧30公斤汽油输出的能量大，因此纯电动车的续航能力都很有限。此外是充电时间长，转换效率低，100焦耳的电能量充入蓄电池，蓄电池能放出来的电能量不到40焦耳。快速充电用时虽短，但蓄电池效率更加降低。特别是蓄电池反复充电的次数有限，使用时间越长，其容量越低，一般很快就报废了，大量的废旧电池将又造成环境污染。

目前研究表明油电混合动力车是比较现实可行的节能车，因此研究的重点转移到油电混合动力车。这种车配备了燃油发动机和蓄电池，同时还有发电机和电动机。设计原理是通过发动机、发电机/电动机、蓄电池参与调节发动机的工作点，使发动机的转速和扭矩匹配在其最佳效率曲线上，从而使燃油发动机间歇或持续高效运行以实现消耗等量燃油获得更大的动能。通常的方法是根据车辆行驶状况的需要，将燃油发动机的产生的机械动能一部分输出给驱动轴、使之获得一定的转矩和转速，其余的动能则用于驱动发电机发电存贮于蓄电池，当特定地段或蓄电池电量饱和时，蓄电池带动电动机驱动车辆行驶。也可使燃油发动机间歇运行于高效率状态，其动能由发电机转为电能直接传递给电动机或存储于蓄电池，电动机驱动汽车运行。这样，燃油发动机的运行效率有所提高。

现有油电混合动力车的动力结构方案有串联式、并联式和串并联混合式。虽然实现了不同程度的节能，但现有的动力结构均存在一定的局限性，直接影响整车制造成本和节能效果。目前的油电混合动力车的动力结构难以满足进一步改进性能和实用的要求。永磁同步伺服电机的特点是效率高、体积小，一台20KW左右的电机在100％满载率下的效率可达93％，20％满载率下的效率达81％，并可由四象限驱动器控制切换到发电或电动的不同工作状态，若对其进行组合、改造，与发动机配合应用于油电混合动力车中，有可能达到既便于调整发动机工作点、改进传递效率，又便于简化结构和降低重量，实现进一步节能的目的。

(三)实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种全新的嵌套式永磁同步电机伺服系统，这种电机基于永磁同步电机工作原理，但具有两个转子、两个轴、两套绕组和两个磁路，构成的两个分电机功率可合可分，在伺服系统控制下可分别工作于电动机或发动机状态。与燃油发动机配合，实现调整燃油发动机工作点提高其效率、改变能量传递方式提升传递效率、简化油电混合动力结构、改进动力性的目的。

本实用新型设计的嵌套式永磁同步电机伺服系统包括定子、外转子和内转子，定子为电枢绕组，处于最外层，固定于机壳；外转子处于定子内，其上嵌有内外层永磁磁极，外转子外层磁极为定子提供磁场，外转子与定子构成外电机。内转子为电枢，位于外转子内，外转子内层磁极为内转子提供磁场，外转子与内转子构成内电机。外转子轴为本电机输出轴，内转子轴为本电机动力输入轴。

输出轴上安装有输出齿轮，输出齿轮与外部负载连接。

输入轴与发动机轴连接，即发动机轴即为本系统输入轴。

本实用新型设计的嵌套式永磁同步电机伺服系统还包括两个伺服驱动器、两个速度/位置传感器，A、B速度/位置传感器分别安装于内转子轴和外转子的轴上，A速度/位置传感器分别连接A伺服驱动器，B速度/位置传感器连接到A、B伺服驱动器。A伺服驱动器通过滑环与内转子上的绕组连接，B伺服驱动器直接连接定子线圈绕组。A伺服驱动器和B伺服驱动器通过公共直流母线连接。控制单元连接A、B伺服驱动器，A、B速度/位置传感器接入控制单元。控制单元主体为计算机。公共直流母线还连接储能单元和用电单元，储能单元内包含电容、蓄电池及其控制和保护线路，用电单元为空调等其它用电器。

本实用新型设计的嵌套式永磁同步机电机伺服系统的控制运行方法如下：