[发明专利]混合动力汽车用五相容错式永磁行星齿轮电机及工作方法

说明书

技术领域

本发明属于无刷电机制造技术领域，特指一种适合于需要高效率、高可靠性的中/重度混合动力机车场合的五相容错式永磁电机。

背景技术

 目前，混合动力汽车以其燃油经济性高和排放少等特点受到重视。基于起动/发电模式的轻度混合动力汽车节能减排效果有限，所以，中/重度混合动力汽车就成为了该领域的发展方向。已有的混合动力合成系统在动力合成模式上分为两大类，一类是机械式混合动力合成系统。在该系统中，一般将机械行星齿轮系作为混合动力耦合装置，能够方便、高效地将发动机和电机两种动力源进行动力合成和能量传输。但机械行星齿轮作为一种接触式动力合成系统，在高速啮合时需要专门的油路润滑和冷却，汽车在不同运行工况下载荷的变化会对齿轮产生较大的啮合冲力，这对行星齿轮的硬度、刚度以及耐磨性都有更高的要求。并且，该系统的集成度较低，占据空间大且容易造成部件损坏。另一类是电磁式混合动力合成系统，利用双转子电机实现两种不同动力源的合成和无级变速，在该系统中，由中间转子和内转子构成的内层电机由于受空间的限制，一般体积较小、难以实现大功率的动力合成和转矩传递，使得该类电磁式混合动力系统在混合动力公交车、重型运输车等大功率场合的应用受到限制。并且，该系统所必须的电刷或集电环大大降低了传递效率。

随着永磁材料性能的不断提高，永磁齿轮传动技术得到了新的发展，研究表明：永磁齿轮在变速比、转矩传递密度(接近100kNm/m^3)、转矩传递效率(>96%)等方面已与机械齿轮性能接近，远大于水冷条件下的无刷直流电机的转矩密度(约30 kNm/m^3)。但该类永磁齿轮结构上内、外转子转速比固定，调磁铁心层静止不动，无法实现不同速度下两种动力源的合成和分配，难以直接应用于混合动力汽车领域。

容错永磁电机是将开关磁阻电机与永磁同步电机相结合，将传统的永磁同步电机分布绕组改为集中绕组，且每个定子槽中只有一套绕组，把没有绕组的电枢齿作为磁通回路，同时也起着相间隔离的作用。集中绕组永磁容错电机相与相之间实现了电路、磁路和温度的隔离，大大提高了电机的可靠性和容错能力。

发明内容

本发明的目的是克服已有混合动力系统的缺点，提供一种具有高转矩密度、高效率、高可靠性、适合于中/重度混合动力汽车场合的容错式永磁行星齿轮电机及该电机的工作方法。

本发明混合动力汽车用五相容错式永磁行星齿轮电机采用的技术方案是：电机最外圈是定子，每个定子槽中有一相电枢绕组，每两相电枢绕组之间有一个容错齿，径向相对的两套电枢绕组串联构成一相，定子内依次套有同轴的永磁齿圈、永磁太阳齿轮，永磁齿圈内、外表面上均贴有几对永磁体，内、外表面上相对应的两块永磁体的中心线位于径向上且两个中心线相重合，内表面上的永磁体紧密排列，外表面上的相邻两个永磁体之间留有空隙，永磁齿圈外表面上的永磁体和定子之间留有气隙；永磁齿圈内表面和永磁太阳齿轮外表面之间是4个沿圆周方向均布的相同的永磁行星齿轮，每个永磁行星齿轮外表面上紧密贴有永磁体，永磁行星齿轮连接行星架；永磁行星齿轮外表面上的永磁体与永磁齿圈内表面上的永磁体之间留有气隙；永磁太阳齿轮外表面上贴有几对紧密排列的永磁体，永磁太阳齿轮外表面上的永磁体和永磁行星齿轮外表面上的永磁体之间留有气隙；所有的永磁体沿各自所在的圆的径向充磁，且相邻两个永磁体是按N、S、N、S顺序排列；在初始位置，在径向上，永磁太阳轮和永磁行星轮之间最靠近的两块永磁体极性相反，永磁行星轮与永磁齿圈之间最靠近的两块永磁体极性相同，永磁齿圈内外两层相对应的两块永磁体极性相同。

本发明混合动力汽车用五相容错式永磁行星齿轮电机的工作方法的技术方案是采用如下步骤：

 A、将行星架的输出端口固定连接于混合动力汽车的驱动轴，将永磁太阳齿轮通过机械离合器和发动机相连，电池组通过一个整流逆变器连接启动发电一体机，通过另一个整流逆变器连接电枢绕组，将启动发电一体机连接发动机的输出轴；

 B、混合动力汽车在纯电动启动、低速巡航时，关闭发动机，断开机械离合器，固定永磁太阳轮，电池组通过整流逆变器对放电，永磁齿圈旋转，永磁行星轮自转且公转，永磁行星轮通过行星架把电功率转化为机械功率传输给混合动力汽车的驱动轴；

C、混合动力汽车在高速巡航时，固定永磁齿圈，闭合机械离合器，发动机带动永磁太阳轮旋转，永磁行星轮及行星架旋转，把能量传输给驱动轴；同时发动机向电池组充电；