本發明專利技術公開一種混合動力汽車用五相容錯式永磁行星齒輪電機及工作方法，定子內依次套有同軸的永磁齒圈、永磁太陽齒輪，永磁齒圈內、外表面上均貼有幾對永磁體，永磁齒圈內表面和永磁太陽齒輪外表面之間是4個沿圓周方向均布的相同的永磁行星齒輪，每個永磁行星齒輪外表面上緊密貼有永磁體，永磁行星齒輪連接行星架；永磁太陽齒輪外表面上貼有幾對緊密排列的永磁體；所有的永磁體沿各自所在的圓的徑向充磁，且相鄰兩個永磁體是按N、S、N、S順序排列；將高功率密度的多相容錯式永磁無刷電機與高轉矩密度的永磁式行星齒輪相融合，空間利用率、傳動效率及轉矩密度都很高。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于無刷電機制造
，特指一種適合于需要高效率、高可靠性的中/重度混合動力機車場合的五相容錯式永磁電機。
技術介紹
目前，混合動力汽車以其燃油經濟性高和排放少等特點受到重視。基于起動/發電模式的輕度混合動力汽車節能減排效果有限，所以，中/重度混合動力汽車就成為了該領域的發展方向。已有的混合動力合成系統在動力合成模式上分為兩大類，一類是機械式混合動力合成系統。在該系統中，一般將機械行星齒輪系作為混合動力耦合裝置，能夠方便、高效地將發動機和電機兩種動力源進行動力合成和能量傳輸。但機械行星齒輪作為一種接觸式動力合成系統，在高速嚙合時需要專門的油路潤滑和冷卻，汽車在不同運行工況下載荷的變化會對齒輪產生較大的嚙合沖力，這對行星齒輪的硬度、剛度以及耐磨性都有更高的要求。并且，該系統的集成度較低，占據空間大且容易造成部件損壞。另一類是電磁式混合動力合成系統，利用雙轉子電機實現兩種不同動力源的合成和無級變速，在該系統中，由中間轉子和內轉子構成的內層電機由于受空間的限制，一般體積較小、難以實現大功率的動力合成和轉矩傳遞，使得該類電磁式混合動力系統在混合動力公交車、重型運輸車等大功率場合的應用受到限制。并且，該系統所必須的電刷或集電環大大降低了傳遞效率。隨著永磁材料性能的不斷提高，永磁齒輪傳動技術得到了新的發展，研究表明永磁齒輪在變速比、轉矩傳遞密度(接近100kNm/nT3)、轉矩傳遞效率(>96%)等方面已與機械齒輪性能接近，遠大于水冷條件下的無刷直流電機的轉矩密度(約30 kNm/nT3)。但該類永磁齒輪結構上內、外轉子轉速比固定，調磁鐵心層靜止不動，無法實現不同速度下兩種動力源的合成和分配，難以直接應用于混合動力汽車領域。容錯永磁電機是將開關磁阻電機與永磁同步電機相結合，將傳統的永磁同步電機分布繞組改為集中繞組，且每個定子槽中只有一套繞組，把沒有繞組的電樞齒作為磁通回路，同時也起著相間隔離的作用。集中繞組永磁容錯電機相與相之間實現了電路、磁路和溫度的隔離，大大提高了電機的可靠性和容錯能力。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服已有混合動力系統的缺點，提供一種具有高轉矩密度、高效率、高可靠性、適合于中/重度混合動力汽車場合的容錯式永磁行星齒輪電機及該電機的工作方法。本專利技術混合動力汽車用五相容錯式永磁行星齒輪電機采用的技術方案是電機最外圈是定子，每個定子槽中有一相電樞繞組，每兩相電樞繞組之間有一個容錯齒，徑向相對的兩套電樞繞組串聯構成一相，定子內依次套有同軸的永磁齒圈、永磁太陽齒輪，永磁齒圈內、外表面上均貼有幾對永磁體，內、外表面上相對應的兩塊永磁體的中心線位于徑向上且兩個中心線相重合，內表面上的永磁體緊密排列，外表面上的相鄰兩個永磁體之間留有空隙，永磁齒圈外表面上的永磁體和定子之間留有氣隙；永磁齒圈內表面和永磁太陽齒輪外表面之間是4個沿圓周方向均布的相同的永磁行星齒輪，每個永磁行星齒輪外表面上緊密貼有永磁體，永磁行星齒輪連接行星架；永磁行星齒輪外表面上的永磁體與永磁齒圈內表面上的永磁體之間留有氣隙；永磁太陽齒輪外表面上貼有幾對緊密排列的永磁體，永磁太陽齒輪外表面上的永磁體和永磁行星齒輪外表面上的永磁體之間留有氣隙；所有的永磁體沿各自所在的圓的徑向充磁，且相鄰兩個永磁體是按N、S、N、S順序排列；在初始位置，在徑向上,永磁太陽輪和永磁行星輪之間最靠近的兩塊永磁體極性相反,永磁行星輪與永磁齒圈之間最靠近的兩塊永磁體極性相同，永磁齒圈內外兩層相對應的兩塊永磁體極性相同。本專利技術混合動力汽車用五相容錯式永磁行星齒輪電機的工作方法的技術方案是采用如下步驟 A、將行星架的輸出端口固定連接于混合動力汽車的驅動軸，將永磁太陽齒輪通過機械離合器和發動機相連，電池組通過一個整流逆變器連接啟動發電一體機，通過另一個整流逆變器連接電樞繞組，將啟動發電一體機連接發動機的輸出軸； B、混合動力汽車在純電動啟動、低速巡航時，關閉發動機，斷開機械離合器，固定永磁太陽輪，電池組通過整流逆變器對放電，永磁齒圈旋轉，永磁行星輪自轉且公轉，永磁行星輪通過行星架把電功率轉化為機械功率傳輸給混合動力汽車的驅動軸； C、混合動力汽車在高速巡航時，固定永磁齒圈，閉合機械離合器，發動機帶動永磁太陽輪旋轉，永磁行星輪及行星架旋轉，把能量傳輸給驅動軸；同時發動機向電池組充電； D、混合動力汽車在爬坡、重載、加速時，當所需負載轉矩大于永磁太陽輪的最大拖動轉矩時，發動機拖動永磁太陽輪旋轉的同時，電池組對電樞繞組放電，永磁齒圈轉動，永磁齒圈和永磁太陽輪一起帶動永磁行星輪轉動，通過行星架把電功率和機械功率傳輸給驅動軸； E、混合動力汽車在減速、制動時，關閉發動機，斷開機械離合器，固定永磁太陽輪，永磁行星輪帶動永磁齒圈旋轉，通過電樞繞組對電池組充電。本專利技術的有益效果是 1、本專利技術引入了非接觸式永磁齒輪傳動理論，將高功率密度的多相容錯式永磁無刷電機與高轉矩密度的永磁式行星齒輪相融合，形成了一類全新的雙機械端口電機，有效克服了雙轉子電機受空間限制、存在集電環、電刷的不足，空間利用率、傳動效率以及轉矩密度都很聞; 2、本專利技術采用永磁式行星齒輪，在繼承機械式行星齒輪動力合成優點的同時，實現了非接觸式的能量傳輸，有效降低了運行噪聲和振動，且不需采用專門的油路進行冷卻和潤滑，增強了系統的耐久性和可靠性。3、本專利技術由定子、電樞繞組、永磁齒圈構成的外電機運行時，通過永磁齒圈和永磁行星齒輪間磁力作用，把外電機的電能轉化為磁能再轉化為機械能由行星架向外傳輸；發動機帶動永磁太陽輪工作時，通過永磁太陽輪和永磁行星齒輪間磁力作用，把機械能轉化為磁能再轉化為機械能由行星架向外傳輸。通過發動機和外層的永磁電機共同作用，可實現機械功率流與電功率流的合成和能量傳輸。通過控制兩種功率流的比例，再加上離合-制動系統的配合，能使混合動力汽車在啟動、重載、爬坡、加速、剎車以及高速巡航等不同運行工況下發動機始終運行于最佳燃油經濟區，實現整車的效率最高和排放最少。4、本專利技術融入了永磁容錯電機的特點，每個定子槽中只有一套繞組，沒有繞組的容錯齒作為磁通回路，同時也起著相間的電路和溫度的隔離作用。電機的某一相繞組發生短路故障時，其短路電流將導致溫度急劇上升，由于有容錯齒的存在，不會引起其他相繞組的溫升，從而實現了更好的獨立性，提高了電機的可靠性和帶故障運行能力。5、本專利技術的外電機反電勢波形為正弦波，繞組可以通入正弦交流電，空間矢量控制可以有效的應用于該電機，這也使基于矢量控制的容錯智能控制策略的應用成為了可倉泛。附圖說明圖1是本專利技術混合動力汽車用五相容錯式永磁行星齒輪電機結構的截面 圖2是圖1中混合動力汽車用五相容錯式永磁行星齒輪電機工作時的連接 圖3是本專利技術電機中永磁齒圈和永磁太陽輪的矩角特性曲線； 圖4是本專利技術電機的電感曲線； 圖5是本專利技術電機的轉矩輸出波形。圖中有1.定子；2.電樞繞組；3.永磁齒圈；4.永磁行星齒輪；5.永磁太陽齒輪；6.釹鐵硼永磁體；7.容錯齒；8.行星架；9.雙轉子電機的內轉子；10.雙轉子電機的中間轉子；11.發動機；12.啟動發電一體機；13.整流逆變器；14.電池組；15.驅動軸；16.機械離合器；17.永磁齒圈相對永磁行星輪轉過不同角度時的轉矩輸出曲本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種混合動力汽車用五相容錯式永磁行星齒輪電機，電機最外圈是定子（1），每個定子槽中有一相電樞繞組（2），每兩相電樞繞組（2）之間有一個容錯齒（7），徑向相對的兩套電樞繞組（2）串聯構成一相，其特征是：定子（1）內依次套有同軸的永磁齒圈（3）、永磁太陽齒輪（5），永磁齒圈（3）內、外表面上均貼有幾對永磁體，內、外表面上相對應的兩塊永磁體的中心線位于徑向上且兩個中心線相重合，內表面上的永磁體緊密排列，外表面上的相鄰兩個永磁體（6）之間留有空隙，永磁齒圈（3）外表面上的永磁體和定子（1）之間留有氣隙；永磁齒圈（3）內表面和永磁太陽齒輪（5）外表面之間是4個沿圓周方向均布的相同的永磁行星齒輪（4），每個永磁行星齒輪（4）外表面上緊密貼有永磁體，永磁行星齒輪（4）連接行星架（8）；永磁行星齒輪（4）外表面上的永磁體與永磁齒圈（3）內表面上的永磁體之間留有氣隙；永磁太陽齒輪（5）外表面上貼有幾對緊密排列的永磁體，永磁太陽齒輪（5）外表面上的永磁體和永磁行星齒輪（4）外表面上的永磁體之間留有氣隙；?所有的永磁體沿各自所在的圓的徑向充磁，且相鄰兩個永磁體是按N、S、N、S順序排列；在初始位置，在徑向上，永磁太陽輪（5）和永磁行星輪（4）之間最靠近的兩塊永磁體極性相反，永磁行星輪（4）與永磁齒圈（3）之間最靠近的兩塊永磁體極性相同，永磁齒圈（3）內外兩層相對應的兩塊永磁體極性相同。...
【技術特征摘要】
1.一種混合動力汽車用五相容錯式永磁行星齒輪電機，電機最外圈是定子(1)，每個定子槽中有一相電樞繞組(2)，每兩相電樞繞組(2)之間有一個容錯齒(7)，徑向相對的兩套電樞繞組(2)串聯構成一相，其特征是定子(I)內依次套有同軸的永磁齒圈(3)、永磁太陽齒輪(5),永磁齒圈(3)內、夕卜表面上均貼有幾對永磁體，內、夕卜表面上相對應的兩塊永磁體的中心線位于徑向上且兩個中心線相重合，內表面上的永磁體緊密排列,外表面上的相鄰兩個永磁體(6)之間留有空隙，永磁齒圈(3)外表面上的永磁體和定子(I)之間留有氣隙； 永磁齒圈(3)內表面和永磁太陽齒輪(5)外表面之間是4個沿圓周方向均布的相同的永磁行星齒輪(4)，每個永磁行星齒輪(4)外表面上緊密貼有永磁體，永磁行星齒輪(4)連接行星架(8);永磁行星齒輪(4)外表面上的永磁體與永磁齒圈(3)內表面上的永磁體之間留有氣隙； 永磁太陽齒輪(5)外表面上貼有幾對緊密排列的永磁體,永磁太陽齒輪(5)外表面上的永磁體和永磁行星齒輪(4)外表面上的永磁體之間留有氣隙； 所有的永磁體沿各自所在的圓的徑向充磁，且相鄰兩個永磁體是按N、S、N、S順序排列； 在初始位置，在徑向上，永磁太陽輪(5)和永磁行星輪(4)之間最靠近的兩塊永磁體極性相反,永磁行星輪(4)與永磁齒圈(3)之間最靠近的兩塊永磁體極性相同，永磁齒圈(3)內外兩層相對應的兩塊永磁體極性相同。2.根據權利要求1所述的混合動力汽車用五相容錯式永磁行星齒輪電機，其特征是永磁齒圈(3)極對數、永磁太陽輪(5)極對數g以及永磁行星輪(4)極對數懇滿足關系式3.根據權利要求1所述的混合動力汽車用五相容錯式永磁行星齒輪電機，其特征是永磁齒圈(3)半徑馬永磁太陽齒輪(5)半徑矣以及永磁行星齒輪(4)半徑Jtii滿足關系式4.根據權利要求1所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱孝勇，孫彥彪，全力，葛葉明，李淵，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：
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