專利名稱：一種應(yīng)用于雙機(jī)械端口電機(jī)的外轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，特別是應(yīng)用于雙機(jī)械端口電機(jī)的外轉(zhuǎn)子。
技術(shù)背景雙機(jī)械端口電機(jī)是一種具有兩個(gè)機(jī)械端口的電機(jī)，主要的應(yīng)用領(lǐng)域是混合動(dòng)力車輛驅(qū)動(dòng)。 其中的一個(gè)機(jī)械端口與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，另一個(gè)機(jī)械端口與車輛驅(qū)動(dòng)軸相連。由于這種電機(jī)的兩 個(gè)機(jī)械端口是獨(dú)立的，因此搭載有這種電機(jī)的混合動(dòng)力車輛的路面負(fù)載變化不直接傳遞到發(fā) 動(dòng)機(jī)。通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作在其高效區(qū)，有效的提高了整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的效率，同時(shí)降低 了排放，在節(jié)能和環(huán)保兩個(gè)方面都具有十分重要的意義。專利CN1929243， CN1738163, CN1945939以及CN1694339中都涉及了這種電機(jī)。雖然 這些電機(jī)具有不同的具體實(shí)現(xiàn)方式，但基本組成結(jié)構(gòu)相同。都具有不旋轉(zhuǎn)的定子，旋轉(zhuǎn)的內(nèi) 轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子。在定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子上安裝有電樞繞組，而在外轉(zhuǎn)子上安裝有永磁體。外轉(zhuǎn)子上 的永磁體產(chǎn)生的磁場與定子電樞繞組產(chǎn)生的磁場構(gòu)成了雙機(jī)械端口電機(jī)的第一磁場，外轉(zhuǎn)子 與定子之間的空氣隙構(gòu)成第一氣隙。而外轉(zhuǎn)子上的永磁體產(chǎn)生的磁場與內(nèi)轉(zhuǎn)子電樞繞組產(chǎn)生 的磁場構(gòu)成了雙機(jī)械端口電機(jī)的第二磁場，外轉(zhuǎn)子與內(nèi)轉(zhuǎn)子之間的空氣隙構(gòu)成第二氣隙。雖 然這些雙機(jī)械端口電機(jī)具體實(shí)現(xiàn)方式不同，但是按照兩個(gè)磁場的耦合情況可以分成兩類統(tǒng) 一磁場雙機(jī)械端口電機(jī)和非統(tǒng)一磁場雙機(jī)械端口電機(jī)。對于前者，兩個(gè)磁場有很強(qiáng)的相互作 用， 一個(gè)磁場的變化會(huì)顯著的影響另一個(gè)磁場。而對于后者，兩個(gè)磁場基本沒有聯(lián)系， 一個(gè) 磁場的變化對另一個(gè)磁場沒有顯著的影響。CN1694339沒有對這兩種概念進(jìn)行任何區(qū)分。 CN1929243, CN1738163以及CN1945939中的電機(jī)在其具體實(shí)施方式
中給出了統(tǒng)一磁場和非 統(tǒng)一磁場兩種實(shí)施方式，但是這些發(fā)明專利中的統(tǒng)一磁場電機(jī)具有相同的問題定子繞組中 施加去磁電流以削弱其匝鏈的總磁鏈時(shí)，其產(chǎn)生的去磁磁場會(huì)同時(shí)削弱內(nèi)轉(zhuǎn)子匝鏈的總磁鏈， 這時(shí)如果內(nèi)轉(zhuǎn)子依然保持轉(zhuǎn)矩輸出時(shí)必須要增大電流。內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組中的電樞反應(yīng)磁場對定子 與外轉(zhuǎn)子之間磁場的影響與此完全相同。這種統(tǒng)一磁場的實(shí)現(xiàn)方式不僅增加了控制系統(tǒng)的復(fù) 雜性，對提高電機(jī)本身的效率也不利，更與這種電機(jī)應(yīng)用于車輛驅(qū)動(dòng)時(shí)的具體工況不匹配， 從而影響了其實(shí)用性。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種新型的雙機(jī)械端口電機(jī)的外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有的統(tǒng)一磁場雙機(jī)械端口電機(jī)中，單層磁鋼的外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中采用的是徑向充磁的磁鋼， 這種結(jié)構(gòu)的電機(jī)在控制中，在某一繞組中施加去磁電流的同時(shí)，會(huì)削弱另一個(gè)繞組匪鏈的永 磁磁鏈，從而降低了電流的利用率。本發(fā)明提出的外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中的磁鋼為切向充磁，并且磁 鋼尺寸在氣隙磁通方向的長度大于充磁方向的長度。具有這樣外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的雙機(jī)械端口電機(jī) d軸磁阻小于CN1738163所提及的單層磁鋼外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的雙機(jī)械端口電機(jī)的d軸磁阻。因此， 在控制中，在任何一個(gè)電樞繞組中的去磁電流在削弱當(dāng)前繞組匝鏈的磁鏈的同時(shí)，會(huì)增強(qiáng)另 —個(gè)繞組匝鏈的永磁磁鏈，并且與CN1738163中所提及的單層磁鋼外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的雙機(jī)械端口 電機(jī)相比，對任何一個(gè)電樞繞組中施加相同的去磁電流，可以在另一個(gè)繞組中獲得更大的增 強(qiáng)磁鏈。因此，這種特性與單層磁鋼外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一磁場雙機(jī)械端口電機(jī)相比提高了去磁 電流的利用率，與雙層磁鋼外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的非統(tǒng)一磁場雙機(jī)械端口電機(jī)相比結(jié)構(gòu)更簡單，且具 有更高的系統(tǒng)效率。本發(fā)明的外轉(zhuǎn)子包括外轉(zhuǎn)子鐵心、磁鋼、磁橋和磁隔。其中磁鋼嵌在外轉(zhuǎn)子鐵心中。外 轉(zhuǎn)子鐵心與磁鋼沿徑向方向的兩端接觸的兩個(gè)平面上開有槽口，為磁隔。外轉(zhuǎn)子鐵心和磁隔 之間細(xì)長的部分為磁橋。磁隔和磁橋的作用是防止漏磁。采用本發(fā)明外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的雙機(jī)械端口電機(jī)，其第一磁場和第二磁場相對的一組磁極由一 塊磁鋼構(gòu)成，外轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁力線進(jìn)入前述第一氣隙和第二氣隙的方向是相反的。因 此，其中任何一個(gè)電樞繞組中的去磁電流在削弱當(dāng)前繞組匝鏈的磁鏈的同時(shí)，會(huì)增強(qiáng)另一個(gè) 繞組匝鏈的永磁磁鏈，這一特性與現(xiàn)有統(tǒng)一磁場雙機(jī)械端口電機(jī)中兩個(gè)磁場的相互影響關(guān)系 正好相反。這一特性使得具有這種外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的雙機(jī)械端口電機(jī)更加有效的利用了去磁電流， 提高了系統(tǒng)效率。在雙機(jī)械端口電機(jī)應(yīng)用于混合動(dòng)力車輛驅(qū)動(dòng)時(shí)，內(nèi)轉(zhuǎn)子與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，其作用在于把發(fā) 動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞到外轉(zhuǎn)子。外轉(zhuǎn)子與驅(qū)動(dòng)軸相連，其作用是補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的不足。在車輛進(jìn) 入到高速工況時(shí)，由于電機(jī)供電電壓有限，定子中必須施加去磁電流，保證匝鏈的磁鏈隨轉(zhuǎn) 速上升而下降，以保證電機(jī)反電勢不超過供電電壓。而此時(shí)，內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組匝鏈的磁鏈隨之增 強(qiáng)，這使得內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組中只需要比定子不施加去磁電流時(shí)更小的電流就可以傳遞同樣的發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)矩。因此采用了本發(fā)明提出的外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的雙機(jī)械端口電機(jī)在車輛高速運(yùn)行的工況下可 以充分體現(xiàn)其優(yōu)勢。在車輛進(jìn)入到低速大負(fù)荷工況時(shí)，內(nèi)外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速差很大，定子需要補(bǔ)充的轉(zhuǎn)矩也很大。 由于內(nèi)外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速差很大，內(nèi)轉(zhuǎn)子必須施加去磁電流，削弱匝鏈的磁鏈以保證電機(jī)反電勢不 超過電機(jī)供電電壓。內(nèi)轉(zhuǎn)子所施加的去磁電流也會(huì)增強(qiáng)定子繞組匝鏈的磁鏈，使得定子只需 要更小的電流就可以滿足這種工況下的大轉(zhuǎn)矩需求。由此可見，采用了本發(fā)明提出的外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的雙機(jī)械端口電機(jī)在低速大負(fù)荷工況下也具有顯著的優(yōu)勢。在這兩種典型工況下，任何非統(tǒng)一磁場電機(jī)繞組中的去磁電流都不能對另外一個(gè)繞組中 轉(zhuǎn)矩電流的降低起到積極作用，任何現(xiàn)有統(tǒng)一電機(jī)繞組中的去磁電流不僅不能降低另一個(gè)繞 組中的轉(zhuǎn)矩電流，還會(huì)增加轉(zhuǎn)矩電流。而本發(fā)明提及的雙機(jī)械端口電機(jī)中任意一個(gè)機(jī)械端口 進(jìn)入高速工況導(dǎo)致電機(jī)進(jìn)入弱磁工況時(shí)，施加去磁電流的繞組以外的那個(gè)繞組中的電流都會(huì) 降低。因此采用了本發(fā)明提出的外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的雙機(jī)械端口電機(jī)具有非常明顯的優(yōu)勢。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。圖l為本發(fā)明提出的應(yīng)用于雙機(jī)械端口電機(jī)的外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，圖中，2外轉(zhuǎn)子鐵心，4外 轉(zhuǎn)子磁鋼，9磁橋，IO磁隔。圖2為采用了本發(fā)明提出的外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一磁場雙機(jī)械端口電機(jī)的一種具體實(shí)現(xiàn)方 式，圖中l(wèi)定子鐵心，2外轉(zhuǎn)子鐵心，3內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心，4外轉(zhuǎn)子磁鋼，5定子繞組，6內(nèi)轉(zhuǎn)子 繞組，7外氣隙，8內(nèi)氣隙；圖3雙機(jī)械端口電機(jī)的局部放大圖，圖中9磁橋，IO磁隔。圖4雙機(jī)械端口電機(jī)在定子繞組5和內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組6都不通電流的情況下磁場分布情況， 圖中11通往外氣隙7的磁力線，12通往內(nèi)氣隙8的磁力線。圖5雙機(jī)械端口電機(jī)在定子繞組5中通入純?nèi)ゴ烹娏?，同時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組6不通電流的情 況下磁場分布情況。圖6雙機(jī)械端口電機(jī)在定子繞組5不通電流，內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組6中通入純?nèi)ゴ烹娏鞯那闆r下 磁場分布情況。
具體實(shí)施方式
圖l為本發(fā)明外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。如圖1所示，本發(fā)明外轉(zhuǎn)子包括外轉(zhuǎn)子鐵心2，外轉(zhuǎn)子 磁鋼4，磁橋9，磁隔IO。磁鋼4嵌在外轉(zhuǎn)子鐵心2中。外轉(zhuǎn)子鐵心2與磁鋼4沿徑向方向 的兩端接觸的兩個(gè)平面上開有槽口，為磁隔10。外轉(zhuǎn)子鐵心2和磁隔IO之間細(xì)長的部分為 磁橋9。本發(fā)明外轉(zhuǎn)子應(yīng)用于雙機(jī)械端口電機(jī)的具體實(shí)施方式
如圖2所示。圖2所示為一種具有 徑向磁通的電機(jī)。主要結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外依次是定子鐵心1，外轉(zhuǎn)子鐵心2和內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心3。定子 鐵心1上安裝有定子繞組5，內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心3上安裝有內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組6，外轉(zhuǎn)子鐵心2上安裝有外 轉(zhuǎn)子磁鋼4。定子鐵心1和定子繞組5構(gòu)成定子，內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心3和內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組6構(gòu)成內(nèi)轉(zhuǎn)子。 定子鐵心1和外轉(zhuǎn)子鐵心2之間是外氣隙7，在內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心3和外轉(zhuǎn)子鐵心2之間是內(nèi)氣隙8。 為了防止漏磁，在外轉(zhuǎn)子磁鋼4內(nèi)外兩側(cè)與外轉(zhuǎn)子鐵心2接觸的兩個(gè)平面上開有槽口，為磁隔10。外轉(zhuǎn)子鐵心2和磁隔10之間細(xì)長的部分是磁橋9，如圖3所示。磁橋9和磁隔10的 存在有效地防止了外轉(zhuǎn)子磁鋼4的漏磁。在此具體實(shí)施方式
中，外轉(zhuǎn)子磁鋼4的充磁方向是切向的，并且磁鋼尺寸在氣隙磁通方 向的長度大于充磁方向的長度。其產(chǎn)生的磁力線部分通向外氣隙7，形成外氣隙磁通ll。另 一部分通向內(nèi)氣隙8，形成內(nèi)氣隙磁通12。在定子繞組5和內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組6上都不通電流的時(shí) 候，內(nèi)氣隙磁通12和外氣隙磁通11基本平均分配，如圖4所示。當(dāng)定子繞組5中通入去磁電流的時(shí)候外氣隙磁通11將會(huì)有一部分轉(zhuǎn)向內(nèi)氣隙8,如圖5 所示。使得外氣隙磁通11比圖4時(shí)明顯減小，而內(nèi)氣隙磁通12比圖4時(shí)明顯增加。這種情 況對應(yīng)于搭載本發(fā)明提出的雙機(jī)械端口電機(jī)的混合動(dòng)力車輛進(jìn)入高速輕載工況。在這種工況 下，外轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)速很高，為了保證定子繞組5兩端反電勢不超過供電電壓，定子繞組5中必 須施加去磁電流。此時(shí)，由于內(nèi)氣隙磁通12的增加，內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組6中的電流將會(huì)降低，電機(jī) 整體效率將會(huì)得到提升。當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組6中通入去磁電流的時(shí)候內(nèi)氣隙磁通12將會(huì)有一部分轉(zhuǎn)向外氣隙7，如圖 6所示。使得內(nèi)氣隙磁通12比圖4時(shí)明顯減小，而外氣隙磁通11比圖4時(shí)明顯增加。這種 情況對應(yīng)于搭載本發(fā)明提出的雙機(jī)械端口電機(jī)的混合動(dòng)力車輛進(jìn)入低速重載工況。在這種工 況下，內(nèi)轉(zhuǎn)子與外轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)速差很大，為了保證內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組6兩端反電勢不超過供電電 壓，內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組6中必須施加去磁電流。此時(shí)，由于外氣隙磁通ll的增加，定子繞組5中的 電流將會(huì)降低，電機(jī)整體效率將會(huì)得到提升。
權(quán)利要求
1、一種應(yīng)用于雙機(jī)械端口電機(jī)的外轉(zhuǎn)子，包括外轉(zhuǎn)子鐵心(2)、外轉(zhuǎn)子磁鋼(4)、磁橋(9)和磁隔(10)，外轉(zhuǎn)子鐵心(2)上安裝有外轉(zhuǎn)子磁鋼(4)；外轉(zhuǎn)子磁鋼(4)內(nèi)外兩側(cè)與外轉(zhuǎn)子鐵心(2)接觸的兩個(gè)平面上開有槽口，為磁隔(10)；外轉(zhuǎn)子鐵心(2)和磁隔(10)之間為磁橋(9)，其特征在于，外轉(zhuǎn)子磁鋼(4)構(gòu)成雙機(jī)械端口電機(jī)第一磁場和第二磁場相對的一組磁極，外轉(zhuǎn)子磁鋼(4)產(chǎn)生的磁力線進(jìn)入第一氣隙和第二氣隙的方向相反。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于雙機(jī)械端口電機(jī)的外轉(zhuǎn)子，其特征在于外轉(zhuǎn)子磁鋼(4) 為切向充磁；且外轉(zhuǎn)子磁鋼(4)尺寸在氣隙磁通方向的長度大于充磁方向的長度。
全文摘要
一種應(yīng)用于雙機(jī)械端口電機(jī)的外轉(zhuǎn)子，包括外轉(zhuǎn)子鐵心(2)、外轉(zhuǎn)子磁鋼(4)、磁橋(9)和磁隔(10)；外轉(zhuǎn)子鐵心(2)上安裝有外轉(zhuǎn)子磁鋼(4)；外轉(zhuǎn)子磁鋼(4)內(nèi)外兩側(cè)與外轉(zhuǎn)子鐵心(2)接觸的兩個(gè)平面上開有槽口，為磁隔(10)；外轉(zhuǎn)子鐵心(2)和磁隔(10)之間為磁橋(9)。外轉(zhuǎn)子磁鋼(4)構(gòu)成雙機(jī)械端口電機(jī)第一磁場和第二磁場相對的一組磁極，外轉(zhuǎn)子磁鋼(4)產(chǎn)生的磁力線進(jìn)入第一氣隙和第二氣隙的方向相反。外轉(zhuǎn)子磁鋼(4)為切向充磁；且外轉(zhuǎn)子磁鋼(4)尺寸在氣隙磁通方向的長度大于充磁方向的長度。本發(fā)明提高了去磁電流的利用率，與雙層磁鋼外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的非統(tǒng)一磁場雙機(jī)械端口電機(jī)相比結(jié)構(gòu)更簡單，系統(tǒng)效率更高。
文檔編號(hào)H02K16/00GK101272077SQ200810104289
公開日2008年9月24日 申請日期2008年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日
發(fā)明者徐隆亞, 溫旭輝, 濤 范, 陳靜薇 申請人:中國科學(xué)院電工研究所