專利名稱：：雙永磁型無刷雙饋雙機械端口電機的制作方法
技術領域：
：本實用新型屬于交流電機及其控制
技術領域：
，具體涉及一種雙轉子無電刷饋電的雙機械端口電機。
背景技術：
：交流電機調速方法包括變極調速和變頻調速，除此之外，交流感應電動機還可以變轉差調速。變極調速不能連續(xù)調速，應用范圍有限。變頻調速需要使用和電機同容量的變頻器，成本高。變轉差調速又分為耗能型和回饋型變轉差調速，前者調速時的耗能很大，運行效率低，使用范圍也有限；后者可以將電機調速時的轉差能量回送電源，運行效率高，如串極調速和雙饋調速系統(tǒng)。目前雙饋調速交流感應電機轉子上有一套三相繞組，通過集電環(huán)和電刷將轉子三相繞組與電能變換器連接，并通過電能變換器與交流電網(wǎng)交換能量，調節(jié)電機的轉速。為了消除集電環(huán)和電刷之間的磨損和運行的不可靠性，20世紀初H皿t提出原型自級聯(lián)電機，并于70年代由Broadway等人改進成為無刷雙饋電機；WallaceAlanK于1994年設計一種無刷雙饋電機，見WallaceAlanK，ADesignProcedureFortheBrushlessDoubly_FedMachineAdjustableSpeedDrive.ICEM，1994，該電機定子上有功率繞組和控制繞組，通過能量變換器調節(jié)控制繞組與交流電網(wǎng)之間的能量流動，達到調節(jié)電機轉速的目的。這種電機只有一個機械端口，原動機不能直接傳遞能量到負載。上世紀90年代，瑞典皇家工學院的Nordlund等人提出一種雙機械端口電機，于2005年發(fā)表論文，見E.Nordlund，TheFour-QuadrantTransducerSystemforHybridElectricVehicles.Doctor'sthesis,RoyalInstituteofTechnology,Stockholm,May,2005，ISBN91-7178-057-2，ISSN1650-674X。該電機有兩個轉子，一個轉子(內(nèi)轉子)與原動機相聯(lián)，另一個轉子(外轉子)與負載相聯(lián)，原動機可以直接傳遞機械能到負載，調節(jié)電機內(nèi)轉子和定子之間的能量流動，可以調節(jié)電機轉速，這種電機能量變化靈活多樣，而且電能變換器的容量通常也可以不用達到系統(tǒng)總的容量，降低了電能變換器的成本。但這種電機內(nèi)轉子繞組需要通過集電環(huán)和電刷引出電流，造成電機運行效率下降、可靠性降低以及經(jīng)常需要對電刷等部件進行維護等弊端。中國專利ZL200720087223.1公布了一種無刷雙機械端口電機，該技術方案提出一種內(nèi)轉子上有兩套繞組，外轉子上內(nèi)外側各貼有一套永磁體，定子上有兩套繞組的結構。從電氣原理來看，此結構相當于一臺永磁同步發(fā)電機、一臺永磁同步電動機和一臺繞線式異步電機的結合體。此結構從原理上可以解決由集電環(huán)和電刷引起的一系列問題，但是其結構上使用材料過多，軸向長度過長，電機體積較大。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種雙永磁型無刷雙饋雙機械端口電機，結構簡單緊湊，提高了鐵磁材料的利用率和電機的功率密度。[0008]本實用新型的技術方案為—種雙永磁型無刷雙饋雙機械端口電機，由機械部分和電氣部分組成，機械部分由內(nèi)向外依次包括內(nèi)轉子1、外轉子2和定子3，電氣部分包括定子繞組、外轉子繞組和交_直_交電能變換器4，所述內(nèi)轉子外表面裝有一套永磁體9;所述外轉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;所述外轉子繞組包括第一外轉子繞組8和第二外轉子繞組7，兩繞組端口反相序相連。兩套轉子繞組7和8極對數(shù)可以相同也可以不相同，其磁場相互正交，互不影響，在磁路上完全獨立；第一外轉子繞組8與內(nèi)轉子永磁體9相對應，共同形成一個氣隙磁場；第二外轉子繞組7與定子控制繞組6對應，共同形成一個氣隙磁場，稱作磁場A;外轉子永磁體11與定子功率繞組10對應，共同形成一個氣隙磁場，稱作磁場B;磁場A和磁場B極對數(shù)不同且為整數(shù)倍關系；例如磁場A的極對數(shù)為1，B的極對數(shù)為4。只有這樣磁路A和磁路B才可認為是相互獨立的，不會相互干擾。定子功率繞組10和定子控制繞組6通過交-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，整流器交流側與定子控制繞組電氣連接，逆變器交流側與定子功率繞組電氣連接，整流器和逆變器的直流側互相電氣連接。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、超級電容或者直流電網(wǎng)中的一種。本實用新型的技術效果體現(xiàn)為(1)本實用新型將永磁體貼于內(nèi)轉子外表面和外轉子外表面。第二外轉子繞組和外轉子外表面上的永磁體共用一個磁路，但由于該繞組和永磁體的極對數(shù)是整數(shù)倍關系，因此它們形成的兩種磁場可認為是相互獨立的，不會相互干擾?？蓪⒌诙廪D子繞組磁場和永磁體磁場設計在同一軸向坐標上，使得結構更加緊湊，減小了電機軸向上的體積。(2)本新型結構采用了兩套獨立的永磁體構成不同的功率電路，提高了電機的功率密度。由于外轉子外表面上的永磁體和第二外轉子繞組設計在一個磁路中，可更充分利用鐵磁材料。外轉子外表面上的永磁體極對數(shù)可遠大于第二外轉子繞組的極對數(shù)，從而使電機更適合于需要低速運行的場合。(3)本新型結構將外轉子永磁體與定子功率繞組組成的電機設計為永磁無刷直流電機，在控制時將空間分為六個象限，只需檢測外轉子旋轉到某象限即可，不需要檢測外轉子的具體位置。而且逆變器的三相開關電路只需同時開通兩相，而永磁同步電機需要同時開通三相，這樣就減少了開關器件的開關損耗，提高了系統(tǒng)的效率。圖1為本實用新型結構示意圖；圖2為本實用新型電氣原理圖。具體實施方式如圖1，圖2所示，本實用新型由機械部分和電氣部分組成，機械部分包括由內(nèi)向外依次裝設的內(nèi)轉子1、外轉子2和定子3，內(nèi)轉子的外表面貼裝永磁體9，外轉子2與內(nèi)轉子1和定子3通過軸承轉動連接。內(nèi)轉子1與內(nèi)燃機(ICE)相連，作為動力輸入；外轉子軸與機械負載相連，作為動力輸出；電氣部分包括定子繞組、外轉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;所述外轉子繞組包括第一外轉子繞組8和第二外轉子繞組7。第一外轉子繞組8與第二外轉子繞組7在磁路上相互獨立。但兩套繞組在端部反相序相連，以形成同方向的轉矩。定子3的兩套繞組通過交_直_交電能變換器4相連接。內(nèi)轉子永磁體9與第一外轉子繞組8相對應，組成一臺永磁同步發(fā)電機；第二外轉子繞組7與定子控制繞組6對應，組成一臺繞線式異步電機；外轉子永磁體11與定子功率繞組IO對應，組成一臺永磁無刷直流電機；內(nèi)燃機作為原動機旋轉帶動永磁同步發(fā)電機發(fā)電，當內(nèi)轉子1轉速高于外轉子2轉速時，一部分能量直接傳遞給外轉子用于拖動負載旋轉，其余能量通過第一外轉子繞組8傳到第二外轉子繞組7，再傳到定子控制繞組6，并通過整流器4-1儲存到直流電源5中。當外轉子需要的轉矩增加時，可以從直流電源5中取出能量，通過逆變器4-2供給鼠籠電機，提供附加轉矩。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交流側與定子控制繞組6電氣連接，逆變器4-2交流側與定子功率繞組IO電氣連接，整流器和逆變器的直流側互相電氣連接。整流器4-l和逆變器4-2之間可以并聯(lián)直流電源5，提供電機輸入和輸出機械功率之間的不平衡功率。對于混合動力電動汽車來講，內(nèi)燃機經(jīng)常因為受到負載工況的影響而頻繁改變工作點，但大部分工作點又不是內(nèi)燃機工作的高效率點，所以導致內(nèi)燃機效率低下，能量損耗嚴重，但是采用無刷雙機械端口電機作為傳動系統(tǒng)，內(nèi)燃機可以工作在一個固定的工作點，而負載的工況卻可以任意調節(jié)，從而使輸入和輸出之間沒有直接的機械聯(lián)系，內(nèi)燃機可以長期工作在高效率工作點，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。由蓄電池彌補輸入同輸出之間的功率差，內(nèi)燃機的功率也可以不需要隨負載工況快速變化而變化，從而可以有效地保證負載工況頻繁變動的情況下內(nèi)燃機始終工作于高效區(qū)。權利要求雙永磁型無刷雙饋雙機械端口電機，由機械部分和電氣部分組成，機械部分由內(nèi)向外依次包括內(nèi)轉子(1)、外轉子(2)和定子(3)，電氣部分包括定子繞組、外轉子繞組、永磁體和交-直-交電能變換器(4)，其特征在于所述內(nèi)轉子(1)外表面裝有第一永磁體(9)，所述外轉子(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)，所述外轉子繞組包括第一外轉子繞組(8)和第二外轉子繞組(7)，第一，第二外轉子繞組(8)和(7)的繞組端口反相序相連；第一外轉子繞組(8)與第一永磁體(9)相對應，形成第一氣隙磁場；第二外轉子繞組(7)與定子控制繞組(6)對應，形成第二氣隙磁場；第二永磁體(11)與定子功率繞組(10)對應，形成第三氣隙磁場；第二氣隙磁場與第三氣隙磁場的極對數(shù)不相同且為整數(shù)倍關系；定子功率繞組(10)和定子控制繞組(6)通過交-直-交電能變換器(4)相連接。2.如權利要求l所述的雙永磁結構的無刷雙饋雙機械端口電機，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，整流器交流側與定子控制繞組(6)電氣連接，逆變器交流側與定子功率繞組(10)電氣連接，整流器和逆變器在直流側相連。3.如權利要求2所述的雙永磁結構的無刷雙饋雙機械端口電機，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、超級電容或者直流電網(wǎng)中的一種。專利摘要本實用新型提供了一種雙永磁型無刷雙饋雙機械端口電機，屬于交流電機及其控制
技術領域：
。本實用新型由機械部分和電氣部分組成，機械部分包括內(nèi)轉子、外轉子和定子，電氣部分包括兩套獨立的定子繞組、兩套反相序級聯(lián)的外轉子繞組、兩套獨立的永磁體和交-直-交電能變換器。兩套定子繞組共用一個磁路，兩套外轉子繞組分別位于外轉子的內(nèi)、外側，磁路獨立，兩套永磁體分別位于內(nèi)、外轉子外側，磁路獨立。外轉子上的永磁體和一套外轉子繞組共用一個磁路，但極對數(shù)不相同且為整數(shù)倍的關系，定子控制繞組與另一套外轉子繞組相對應，定子功率繞組與外轉子上的永磁體對應。本實用新型結構簡單緊湊，減少了繞組用銅量，提高了電機的功率密度。文檔編號H02K1/27GK201466929SQ20092008411公開日2010年5月12日申請日期2009年3月9日優(yōu)先權日2009年3月9日發(fā)明者萬山明,仇成,龐珽,陳驍,黃聲華申請人:華中科技大學