CN201323514Y - 一种无刷单馈双机械端口电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种无刷单馈双机械端口电机，包括转速电机、转矩电机、一套交直交能量变换器和固定比例减速齿轮箱。本实用新型将一套永磁体贴于转速电机的内转子外表面，外转子上有两套绕组反相序级联。电能通过磁场从外转子绕组感应到定子绕组上，储存到交直交能量变换器的直流电源中。当负载转矩变化时，转矩电机从直流电源中吸取能量以平衡负载转矩。本实用新型取代了有刷单馈双机械端口电机的滑环和电刷，提高了电机的运行可靠性，减少了维护工作量。
Description
技术领域
本实用新型属于交流电机及其控制技术领域，具体涉及一种双转子无电刷单馈电的双机械端口电机。
背景技术
交流电机调速方法包括变极调速和变频调速，除此之外，交流感应电动机还可以变转差调速。变极调速不能连续调速，应用范围有限。变频调速需要使用和电机同容量的变频器，成本高。变转差调速又分为耗能型和回馈型变转差调速，前者调速时的耗能很大，运行效率低，使用范围也有限；后者可以将电机调速时的转差能量回送电源，运行效率高，如串极调速和双馈调速系统。目前双馈调速交流感应电机转子上有一套三相绕组，通过集电环和电刷将转子三相绕组与电能变换器连接，并通过电能变换器与交流电网交换能量，调节电机的转速。
为了消除集电环和电刷之间的磨损和运行的不可靠性，20世纪初，Hunt提出原型自级联电机并于70年代由Broadway等人改进成为的无刷双馈电机；Wallace Alan K于1994年设计一种无刷双馈电机，见Wallace Alan K，ADesign Procedure For the Brushless Doubly-Fed Machine Adjustable SpeedDrive.ICEM，1994，该电机定子上有功率绕组和控制绕组，通过能量变换器调节控制绕组与交流电网之间的能量流动，可以调节电机转速。这种电机只有一个机械端口，原动机不能直接传递能量到负载。
上世纪90年代，瑞典皇家学院Chandur Sadarangani教授等提出一种可用于混合动力拖动的新型电机——有刷单馈双机械端口电机(IET)，与1997年发表了相关论文，见C Sadarangani，INTEGRATED ENERGYTRANSDUCER FOR HYBRID ELECTRIC VEHICLES，EMD97 1-3September 1997 Conference Publication No.444 IEE 1997。该电机有两个转子，一个转子(内转子)与原动机相联，另一个转子(外转子)与负载相联，原动机可以直接传递机械能到负载，调节电机内转子和定子之间的能量流动，可以调节电机转速，这种电机能量变化灵活多样，而且电能变换器的容量通常也可以不用达到系统总的容量，降低了电能变换器的成本。但这种电机内转子绕组需要通过集电环和电刷引出电流，造成电机运行效率下降、可靠性降低以及经常需要对电刷等部件进行维护等弊端。
实用新型内容
本实用新型提出一种无刷单馈双机械端口电机，省去了有刷单馈双机械端口电机的滑环和和电刷，提高了电机的运行可靠性，减少了维护工作量。
本实用新型的技术方案为：
一种无刷单馈双机械端口电机，由机械部分和电气部分构成。机械部分包括内转子1、外转子2、转速电机定子3、转矩电机定子12、永磁体9和固定比例减速齿轮箱13；外转子2与内转子1、转速电机定子3和转矩电机定子12通过轴承转动连接，内转子1与外转子2和转速电机定子3通过轴承转动连接；转速电机内转子1的外表面贴装永磁体9，固定比例减速齿轮箱13安放在外转子2上，并位于转速电机14和转矩电机15之间；
电气部分包括转速电机定子绕组6、转速电机外转子绕组，转矩电机定子绕组11、转矩电机转子绕组10和交-直-交电能变换器4；转速电机外转子绕组包括第一外转子绕组8和第二外转子绕组7，两者反相序级联；
永磁体9与第一外转子绕组8相对应，它们之间的磁场相互耦合；第二外转子绕组7与转速电机定子绕组6对应，它们之间的磁场相互耦合；转矩电机定子绕组11与转矩电机转子绕组10相对应，它们之间的磁场相互耦合；
转速电机定子绕组6与转矩电机定子绕组11通过交-直-交电能变换器4相接。
所述交-直-交电能变换器4包括整流器4-1和逆变器4-2，整流器4-1交流侧与转速电机定子绕组6电气连接，逆变器4-2交流侧与转矩电机定子绕组11电气连接，整流器和逆变器的直流侧电气连接。
所述整流器4-1和逆变器4-2之间并联直流电源，所述直流电源为蓄电池、超级电容和直流电网中的一种。
本实用新型的技术效果体现为：本实用新型将永磁体贴于内转子外表面，且只有一套，外转子上有两套绕组反相序级联。电能通过磁场从外转子绕组感应到定子绕组上，储存到直流电源当中。当负载转矩变化时，转矩电机可以从直流电源中吸取能量以平衡负载转矩。本实用新型取代了有刷单馈双机械端口电机的滑环和电刷，提高了电机的运行可靠性，减少了维护工作量。
附图说明
图1为无刷单馈双机械端口电机系统典型结构示意图。
具体实施方式
无刷单馈双机械端口电机系统原理相当于将无刷双馈双机械端口电机系统分拆成两个同轴连接的电机，其中无刷单馈双机械端口电机用于控制外转子输出转速(简称转速电机)，一台同轴相连的绕线式异步电机用于调节转矩以平衡负载转矩(简称转矩电机)。
如图1所示，本实用新型电机系统由两台电机、一套交直交能量变换器4和一个固定比例减速齿轮箱13组成，两台电机分别为无刷单馈双机械端口电机(简称转速电机)14和转矩电机15。整个系统可分为机械部分和电气部分，机械部分包括内转子1、外转子2、转速电机定子3和转矩电机定子12。转速电机内转子1的外表面贴装永磁体9，外转子2与内转子1、定子3和转矩电机定子12通过轴承转动连接，内转子1与外转子2和转速电机定子3通过轴承转动连接，内转子轴与内燃机相连，作为动力输入；外转子轴与机械负载相连，作为动力输出；
电气部分包括转速电机定子绕组6、转速电机外转子绕组，转矩电机定子绕组11、转矩电机转子绕组10和交-直-交电能变换器4；所述转速电机外转子绕组包括第一外转子绕组8和第二外转子绕组7，两者背靠背相连；交-直-交电能变换器4包括整流器4-1和逆变器4-2，整流器4-1交流侧与转速电机定子绕组6电气连接，逆变器4-2交流侧与转矩电机定子绕组11电气连接，整流器和逆变器的直流侧互相电气连接。
整流器4-1和逆变器4-2之间可以并联直流电源5，调整电机输入和输出机械功率之间的不平衡。直流电源为蓄电池、超级电容或者直流电网中的一种。
转速电机内转子永磁体9与第一外转子绕组8相对应，它们之间的磁场相互耦合，组成一台永磁同步发电机；第二外转子绕组7与定子绕组6对应，它们之间的磁场相互耦合，组成一台绕线式异步电机；内燃机作为原动机旋转带动永磁同步发电机发电，由于在电动汽车运行的绝大部分时间里，内转子1转速高于外转子2转速，故仅有一部分能量直接传递给外转子用于拖动负载旋转，其余能量可以通过第二外转子绕组7与定子绕组6的相互感应通过整流器4-1储存到直流电源5中。
转矩电机定子绕组11与转矩电机转子绕组10相互耦合，当负载转矩增大时，转矩电机能够从直流电源5通过逆变桥4-2获得电能，以增加系统输出转矩。为了进一步提高输出转矩，在外转子2上加装一个固定比例的减速齿轮箱13，与机车驱动轮相连，用以满足负载要求。
对于混合动力电动汽车来讲，内燃机经常因为受到负载工况的影响而频繁改变工作点，但大部分工作点又不是内燃机工作的高效率点，所以导致内燃机效率低下，能量损耗严重，但是采用无刷单馈双机械端口电机作为传动系统，内燃机可以工作在一个固定的工作点，而负载的工况却可以任意调节，从而使输入和输出之间没有直接的机械联系，内燃机可以长期工作在高效率工作点，从而提高燃料利用率，降低损耗。而且在电能变换器中间直流环节加入蓄电池，更可以使输入功率和输出功率不一定要相等。由蓄电池弥补输入同输出之间的功率差，内燃机的功率也可以不需要随负载工况快速变化而变化，从而可以有效地保证负载工况频繁变动的情况下内燃机始终工作于高效区。
Claims (3)
1、一种无刷单馈双机械端口电机，由机械部分和电气部分构成，其特征在于：
机械部分包括内转子(1)、外转子(2)、转速电机定子(3)、转矩电机定子(12)、永磁体(9)和固定比例减速齿轮箱(13)；外转子(2)与内转子(1)、转速电机定子(3)和转矩电机定子(12)通过轴承转动连接，内转子(1)与外转子(2)和转速电机定子(3)通过轴承转动连接；转速电机内转子(1)的外表面贴装永磁体(9)，固定比例减速齿轮箱(13)安放在外转子(2)上，并位于转速电机(14)和转矩电机(15)之间；
电气部分包括转速电机定子绕组(6)、转速电机外转子绕组，转矩电机定子绕组(11)、转矩电机转子绕组(10)和交-直-交电能变换器(4)；转速电机外转子绕组包括第一外转子绕组(8)和第二外转子绕组(7)，两者反相序级联；
永磁体(9)与第一外转子绕组(8)相对应，它们之间的磁场相互耦合；第二外转子绕组(7)与转速电机定子绕组(6)对应，它们之间的磁场相互耦合；转矩电机定子绕组(11)与转矩电机转子绕组(10)相对应，它们之间的磁场相互耦合；
转速电机定子绕组(6)与转矩电机定子绕组(11)通过交-直-交电能变换器(4)相接。
2、根据权利要求1所述的无刷单馈双机械端口电机，其特征在于，所述交-直-交电能变换器(4)包括整流器(4-1)和逆变器(4-2)，整流器(4-1)交流侧与转速电机定子绕组(6)电气连接，逆变器(4-2)交流侧与转矩电机定子绕组(11)电气连接，整流器和逆变器的直流侧电气连接。
3、根据权利要求2所述的无刷单馈双机械端口电机，其特征在于：所述整流器(4-1)和逆变器(4-2)之间并联直流电源，所述直流电源为蓄电池、超级电容和直流电网中的一种。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102079250B (zh) * | 2009-11-30 | 2012-09-05 | 沈阳工业大学 | 电动汽车无刷双馈电机驱动系统及其控制方法 |
| CN105449959A (zh) * | 2014-12-04 | 2016-03-30 | 深圳市高瓴科技有限公司 | 同轴双转子超能电动机 |
| WO2019075934A1 (zh) * | 2017-10-22 | 2019-04-25 | 靳北彪 | 一种传动方法及其传动装置 |
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2008
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| CN105449959A (zh) * | 2014-12-04 | 2016-03-30 | 深圳市高瓴科技有限公司 | 同轴双转子超能电动机 |
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