[发明专利]一种高转矩密度的无刷双机电端口永磁电机及其应用

说明书

本发明公开了一种高转矩密度的无刷双机电端口永磁电机，其包括环状的定子铁心(1)、调制转子和永磁转子，所述定子铁心(1)内表面开有闭口槽，槽内放置两套极对数不等的绕组，一组为调制绕组(2)，另一组为永磁绕组(3)；所述调制转子包括调制转子铁轭(4)，其与所述调制绕组(2)及所述永磁转子构成磁场调制电机结构；相邻调制转子铁轭(4)之间设有调制转子永磁体(5)，所述调制转子永磁体(5)为切向励磁结构，其与所述永磁绕组(3)构成永磁电机结构。该发明还公开了一种包括所述电机的混合动力汽车。本发明的电机可实现两个机械端口转速与转矩的独立控制，实现绕组无刷化，结构紧凑，且具有较大的输出转矩。

技术领域

本发明属于永磁电机领域，更具体地，涉及一种高转矩密度的无刷双机电端口永磁电机及其应用。

背景技术

混合动力汽车利用机械及电磁装置，将发动机的转速及输出转矩与车轮的转速及转矩完全解耦，从而实现发动机一直工作于高效率区，从而提高车辆的行驶效率。传统的混合动力汽车采用行星齿轮结构虽然能够较为方便地实现这一功能，但机械齿轮结构也带来摩擦损耗、振动噪声、维护较为频繁等固有问题，同时该结构需要一个行星齿轮、两个电机、多个离合器等设备，体积较为庞大。为了解决行星齿轮结构的问题，有学者提出了双机械端口这一概念，该电机具有双转子，从而实现两机械端口状态的完全解耦，即可以利用一套电机系统实现行星齿轮系统的功能，紧凑型大为提升。然而，由于其中一个转子需要设置电枢绕组，需要电刷滑环结构将电流引入旋转电枢中，而电刷滑环结构同样需要定期维护，同时可靠性较低，同时由于电枢旋转，无法使用水冷、油冷等冷却方式，导致电枢电流无法过高，因此输出转矩较低。为了克服这一缺陷，有学者提出了基于磁场调制原理的无刷双机电端口电机。

在专利文献CN105375714A公开了一种双机械端口双电端口永磁电机，其将磁场调制电机与普通永磁电机嵌入到同一台电机内，外部定子与永磁体构成一台普通永磁电机，内部定子、调制环与永磁体构成一台磁场调制电机。该结构通过内、外定子绕组的电流频率独立控制两转子的转速，通过普通永磁电机在永磁转子上施加额外转矩实现两转子的转矩解耦，从而利用无刷结构实现双机械端口电机的功能。

在该专利中，永磁电机具有双定子和双转子结构，每个定子对应一个独立电端口，每个转子对应一个独立机械端口，其中，两定子的电枢磁场极对数不同，定子I上的绕组与永磁转子和调制转子作用，调制出定子I的电枢磁场，在调制环转速固定时，通过调节定子电枢磁场的转速能够改变永磁转子的转速，从而实现两转子转速独立。定子II上的绕组与永磁转子作用，实现转矩调节功能。

但是该双机械端口双电端口永磁电机也存在以下不足：首先，该专利文献中提出的结构具有两个定子和两个转子，之间具有三层气隙，因此对于制造加工的工艺要求高，同时制造过程较为复杂，生产成本较高；其次，该拓扑中永磁体产生的励磁磁场需要穿越三层气隙，其磁路磁阻较大，造成磁场较弱，削弱了电机的转矩输出能力。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种高转矩密度的无刷双机电端口永磁电机及其在混合动力汽车上的应用，其目的在于，将磁场调制电机以及普通永磁电机整合到单一径向磁通结构中，结构较为紧凑，且其两部分输出转矩能分别接近传统的磁场调制电机以及普通永磁电机，在实现功能的同时维持了较大的转矩密度。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种高转矩密度的无刷双机电端口永磁电机，其包括环状的定子铁心、调制转子和永磁转子；

所述定子铁心内表面开有闭口槽，槽内放置两套极对数不等的绕组，一组为调制绕组，另一组为永磁绕组；

所述调制转子包括调制转子铁轭，其与所述调制绕组及所述永磁转子构成磁场调制电机结构；

相邻调制转子铁轭之间设有调制转子永磁体，所述调制转子永磁体为切向励磁结构，其与所述永磁绕组构成永磁电机结构。