永磁感应混合式模块化级联电机系统

技术领域

本发明涉及永磁感应混合式模块化级联电机系统，属于电机技术领域。

背景技术

电机是电动汽车的核心技术之一。电动汽车用驱动电机的设计方法和传统工业用电机的设计不同。传统工业用电机往往运行在其额定点，其设计是针对电机额定点参数的优化设计；而电动汽车用驱动电机需要有宽的转速范围，在低速时有大转矩，在高速时有大功率，且要求电机在宽的转速范围内有较高的运行效率，因此电动汽车用驱动电机的设计是对电机整个运行区域的优化设计。

永磁同步电机是电动汽车中常用的驱动电机。永磁电机有高功率密度和转矩密度、体积小、效率高，低速特性好的优点。在低速时，永磁同步电机可以提供大的驱动力矩，且其高效区域主要分布在额定点附近，因此在低速时永磁同步电机也有很高的运行效率，即有很好的低速特性。但是永磁同步电机中采用永磁体进行励磁，弱磁能力有限，当驱动电压饱和需要通过弱磁来升速时，升速效果往往不佳，甚至有造成永磁体永久退磁的风险。此外，当电机运行在基速以上时，永磁同步电机效率下降较快，高速性能不佳。

感应电机也是电动汽车中常用的驱动电机。感应电机转子采用鼠笼条或绕线型结构。和永磁同步电机相比，感应电机的弱磁容易实现，弱磁倍数高，因此感应电机比永磁同步电机有更宽的转速范围。此外，在基速以上，随着电机转速的升高，感应电机的效率下降较永磁电机慢，因而感应电机的高效区分布在基速以上额定转矩点附近，感应电机在高速区域效率高，在高速区有优势。但是感应电机采取电励磁的方式进行励磁，功率密度和转矩密度较低。且在低速时，感应电机效率较低。

因此，对于电动汽车中使用的电机而言，永磁同步电机和感应电机都因为各自的缺陷而难以满足在宽的转速范围内有较高的运行效率的需求。

发明内容

本发明目的是为了解决现有电动汽车中使用的驱动电机不能同时兼顾低速大转矩和高速大功率的运行状态的问题，提供了一种永磁感应混合式模块化级联电机系统。

本发明所述永磁感应混合式模块化级联电机系统，它包括一台永磁同步电机和一台感应电机，它还包括两个离合器，

永磁同步电机的主轴与感应电机的主轴相连接形成级联形式，每台电机对应连接一个离合器，两台电机分别与离合器连接的形式相同；离合器安装在每个电机转子内表面与主轴外表面之间。

所述离合器为单向机械超越离合器，该单向机械超越离合器包括离合器定子、离合器转子和楔块，离合器定子与电机转子内表面配合连接，离合器转子与主轴外表面配合连接，离合器定子和离合器转子之间为楔块；两台电机级联后，使两个离合器锁死的旋转方向相同。

本发明的优点：本发明将永磁同步电机和感应电机相结合，各取其所长。每台电机的转子与主轴之间安装了离合器，这样使两台电机可以同时工作或单独工作。

将低速永磁同步电机和高速感应电机同轴级联使用，可以充分利用永磁同步电机优良的低速特性和感应电机优良的高速特性；永磁同步电机和感应电机由于有不同的参数，因此可以得到特殊的系统外特性，使系统有低速大转矩及高速大功率的特性；通过合理的控制策略，系统的高效区域可以扩大，可以保证系统在宽的转速范围内有较高的效率；离合器的使用，使得两台电机之间直接连接会存在的弊端及存在的技术问题得到了有效的克服，并且当其中一个电机发生故障时，另一个电机仍然可以工作，使系统有较好的可靠性和容错能力。

附图说明

图1是本发明所述永磁感应混合式模块化级联电机系统的结构示意图；

图2是本发明中永磁同步电机的结构示意图；

图3是本发明中感应电机的结构示意图；

图4是将现有永磁同步电机与感应电机直接级联在一起的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述永磁感应混合式模块化级联电机系统，它包括一台永磁同步电机和一台感应电机，它还包括两个离合器，

永磁同步电机的主轴与感应电机的主轴相连接形成级联形式，每台电机对应连接一个离合器，两台电机分别与离合器连接的形式相同；离合器安装在每个电机转子内表面与主轴外表面之间。

所述离合器为单向机械超越离合器，该单向机械超越离合器包括离合器定子3-1、离合器转子3-2和楔块，离合器定子3-1与电机转子内表面配合连接，离合器转子3-2与主轴外表面配合连接，离合器定子3-1和离合器转子3-2之间为楔块；两台电机级联后，使两个离合器锁死的旋转方向相同。

永磁同步电机包括永磁电机主轴1-1、永磁电机转子1-2、永磁电机定子1-3、永磁电机机壳1-4、永磁电机前端盖1-5、永磁电机后端盖1-6和永磁体1-7，

永磁电机机壳1-4为圆筒形，永磁电机定子1-3设置在永磁电机机壳1-4的内壁上，永磁电机转子1-2通过离合器连接在永磁电机主轴1-1上，永磁电机转子1-2和永磁电机定子1-3之间为气隙；永磁电机机壳1-4的两端设有永磁电机前端盖1-5和永磁电机后端盖1-6，永磁电机前端盖1-5上设置止口与永磁电机机壳1-4紧密配合，永磁电机后端盖1-6上设置双向止口与永磁电机机壳1-4紧密配合；永磁体1-7设置在永磁电机转子1-2外表面或插入永磁电机转子1-2内部；

感应电机包括感应电机主轴2-1、感应电机转子2-2、感应电机定子2-3、感应电机机壳2-4、感应电机前端盖2-5和感应电机后端盖2-6，

感应电机机壳2-4为圆筒形，感应电机定子2-3设置在感应电机机壳2-4的内壁上，感应电机转子2-2通过离合器连接在感应电机主轴2-1上，感应电机转子2-2和感应电机定子2-3之间为气隙；感应电机机壳2-4的两端设有感应电机前端盖2-5和感应电机后端盖2-6，感应电机前端盖2-5上设置止口与感应电机机壳2-4紧密配合，感应电机后端盖2-6上设置双向止口与感应电机机壳2-4紧密配合。

针对每台电机，还包括一个位置传感器，位置传感器安装在相应电机转子端部。安装后，位置传感器与电机主轴之间为分离状态，不直接接触。

所述位置传感器为旋转变压器。

针对每台电机，还包括一个相匹配设置的旋转变压器转子支撑座4；旋转变压器包括旋转变压器转子5-1和旋转变压器定子5-2，

旋转变压器转子支撑座4安装在相应电机的后端盖与转子端面之间，并固定在相应电机转子或离合器的端面上，旋转变压器转子支撑座4的内腔为圆筒形，套装在相应电机主轴的外表面，并与相应电机主轴之间有间隙；旋转变压器转子5-1安装在旋转变压器转子支撑座4上，旋转变压器定子5-2安装在相应电机后端盖上，旋转变压器转子5-1和旋转变压器定子5-2之间为沿相应电机径向的气隙。

永磁电机主轴1-1和感应电机主轴2-1的轴伸均为外花键结构或者平键结构，前级电机主轴的后端具有与后级电机主轴的轴伸配合的内花键孔或平键孔。

每台电机的主轴与相应的前端盖和后端盖均通过轴承连接。

感应电机转子2-2为绕线形或鼠笼条结构。

所述永磁同步电机为低速大转矩永磁永同步电机，感应电机为高速大功率感应电机，永磁同步电机和感应电机的选择满足以下要求：

式中，n_{N_pmsm}为永磁同步电机的额定转速，n_{N_im}为感应电机的额定转速；

n_{max_pmsm}为永磁同步电机的最高转速，n_{max_im}为感应电机的最高转速；

T_{max_pmsm}永磁同步电机的峰值转矩，T_{max_im}为感应电机的峰值转矩。

本实施方式中，永磁同步电机为和感应电机两个电机的主轴前后依次连接形成级联电机的轴。针对每台电机，机壳与前端盖和后端盖在外部分别通过螺钉紧固。前端盖和后端盖均为带圆角的方形，四个拐角上分别有相同的通孔，级联时前级电机的后端盖和后级电机的前端盖用螺钉经该通孔紧固，后级电机的前端盖和前级电机的后端盖还通过止口相互配合并从外部固定，最终形成整个电机系统，能保证两个主轴和前后端盖的同心度。

离合器的作用是使两台电机在运动上实现机械分离。当只有1台电机工作时，离合器可以避免非工作电机对工作电机的负载作用，以提高效率。其中一台离合器锁死，则相应电机转子与主轴一起旋转，电机转子经离合器输出力矩；另一台离合器处于非锁死状态，使电机转子与主轴分离，电机转子的转速和力矩不会传递到主轴，这样，使两台电机的运行从机械上实现分离，互不影响。2台电机级联之后，需保证2台电机使单向机械离合器锁死的旋转方向相同。

针对每台电机，当电机本身不采用无位置传感器控制时，它还可以包括位置传感器，本发明中位置传感器采用旋转变压器，上述旋转变压器的安装方式，使旋转变压器转子5-1和旋转变压器转子支撑座4能够跟随相应电机转子一起旋转，而不会被主轴带动旋转。

两台电机在采用无位置传感器控制方法时，也可以不安装离合器，如图4所示。

本发明系统中的两台电机为模块化设计且为模块化使用，2台电机可以单独工作。当其中1台电机发生故障需要维修时，通过分离配合的主轴和端盖即可实现模块电机的分离。