[发明专利]自弱磁复合磁通切换永磁电机

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种能够实现电子无级变速与自弱磁调速运行的电机，属于电机制造领域。

 

背景技术

随着世界能源的不断衰竭，采用新能源汽车取代传统燃油汽车成为全世界的共识。目前国际上主要研究的新能源汽车主要有三种，即纯电动汽车、燃料电池汽车和混合动力汽车，其中前两者因为技术不成熟、行驶里程不足或经济成本高昂而在商用、家用乘用车领域难以大范围推广。混合动力汽车则因其技术成熟，续航里程长而被广泛关注并得到了最为普及的应用。

有效实现混合动力汽车基本功能的关键技术之一是研发高性能的电子无级调速器（Electrical-Continuous Variable Transmission，以下简称E-CVT）系统。E-CVT系统作为一种具有机械功率分配的能量传递系统，其突出优点是能够使发动机在全程范围内运行在最佳燃油经济线，从而有效提高整车效率。E-CVT系统的核心部件是其功率分配装置，保证发动机运行于最佳区域，从而实现混合动力汽车传动系统的综合最优控制。根据是否采用机械齿轮，可将现有上市混合动力汽车的E-CVT系统以及国内外专家学者广泛关注的E-CVT系统分为两大类：一类是采用机械齿轮（行星齿轮）的E-CVT系统，另一类为没有齿轮啮合的无齿轮E-CVT系统。

尽管行星齿轮结构较好地解决了发动机功率分配以及驱动转矩的合成问题，然而，和所有机械齿轮一样，行星齿轮存在着传输损耗和齿轮噪声的缺点，而且必须人为定期地给齿轮施加润滑剂加以维护。为了解决这种复合机械结构所存在的弊端，国内外研究人员尝试采用由一个双转子电机来替代行星齿轮结构，即通过无接触的电磁力（电磁转矩）作用，以实现能量的集中与分配以及车速的自由调节，即采用电气联结方式克服上述问题。然而，这种基于双转子电机实现电气联结的电子无级调速系统在克服行星齿轮缺点的同时也产生了一个新的问题：系统中所采用的双转子电机必需通过滑环和碳制电刷实现转子中的电能传递。而众所周知，滑环和碳制电刷将产生额外的损耗，而且需要定期维护。

不同于改良的思想，近年来出现了一种全新的电子无级调速系统概念（2012 1 0274466.1），既不需要行星齿轮，也不需要滑环和碳制电刷。这套系统不仅可以从本质上解决现在所有以行星齿轮方式联结的电子无级调速系统的缺点，而且也可以避免已有的基于滑环和电刷的电气联结电子无级调速系统的缺点。然而，作为新能源汽车用电子无级调速系统，往往要求与车轮传动系统相连的低速转子具有较大的转矩输出能力，而与发动机相连的高速转子具有较为宽广的恒功率调速性能。以2008款雷克萨斯LS600h汽车驱动电机为例，其调速范围为0~10230rpm，额定转矩输出为200Nm，最大峰值转矩为300Nm。而要实现上述目标的电子无级调速系统，需要同时具备较强的恒转矩输出能力和较广的恒功率调速范围。而专利（2012 1 0274466.1）之中所提复合型磁通切换永磁电机本质上属于一种由定子永磁型无刷同步电机组成的复合电机系统，很难同时上述大转矩与宽调速的性能要求。

因此，本发明提出了一种新型自弱磁复合磁通切换无刷电机系统，在能够实现功率分配的基础之上，同时满足大转矩与宽调速的性能需求。既具备电子无级调速性能，同时实现了无刷化，且还具有较强的自弱磁能力，无需借助传统恒功率区弱磁调速算法即可实现外电机气隙磁场的自我调节。

 

发明内容

技术问题：本发明提供一种结构坚固、工作模式多样化、具有较强转矩输出能力和较高功率密度的具有自弱磁能力的复合磁通切换永磁无刷电机。       

技术方案：本发明的自弱磁复合磁通切换永磁电机，由具有相同定子齿数与转子齿数的内转子磁通切换永磁电机和外转子磁通切换永磁电机复合而成，包括位于中心的内转子、从内至外依次环绕在内转子外侧的内定子、隔磁环、外定子和外转子；所述内定子和外定子的每个定子齿中均嵌入一块永磁体，相邻两个定子齿中的两块永磁体极性交错分布，即呈NS-SN分布，永磁体磁极方向呈切向分布。

本发明电机的优选方案中，外定子为导磁铁心和镶嵌于外定子齿正中间的外定子永磁体拼装而成。

本发明电机的优选方案中，内定子为导磁铁心和镶嵌于内定子齿正中间的内定子永磁体拼装而成。

本发明电机的优选方案中，外转子和内转子上既无永磁体也无绕组，转子为适合于无刷直流运行的直槽或者适合于无刷交流运行的斜槽。