用于带有双电压电力系统的混合动力系的电机技术方案

提供一种电机，该电机用于双电压电力系统，该双电压电力系统具有带有第一额定电压的第一能量存储系统(HV‑ESS)和第二能量存储系统(LV‑ESS，具有第二额定电压)。该电机包括具有转子芯部的转子组件，转子芯部配置成支撑在转子芯部周围间隔开以限定多个转子磁极的永磁体。转子芯部具有多个转子槽，多个转子槽布置为每个转子磁极处的至少一个阻挡层。永磁体设置在至少一个阻挡层中。定子组件围绕转子组件。电机配置为与HV‑ESS操作地连接。电机具有电机在额定功率下的预定效率、预定功率密度、预定转矩密度、预定峰值功率范围、或预定最大速度中的至少一者。

Motor for a hybrid system with dual voltage power systems

To provide a motor, the motor for dual voltage power system, the dual voltage power system has a first energy storage system with a first rated voltage (HV ESS) and second energy storage system (LV ESS, with second of rated voltage). The motor includes a rotor assembly having a rotor core configured to support a permanent magnet spaced around the rotor core to define a plurality of rotor poles. The rotor core has a plurality of rotor slots, each of which is disposed of at least one barrier of each rotor magnetic pole. The permanent magnet is disposed in at least one barrier. The stator assembly surrounds the rotor assembly. The motor is configured to operably connected to the HV ESS. The motor has a predetermined efficiency, a predetermined power density, a predetermined torque density, a predetermined peak power range, or a predetermined maximum speed at the rated power of the motor.

【技术实现步骤摘要】
用于带有双电压电力系统的混合动力系的电机
本专利技术主要包括用于动力系的电机，更具体地，包括内部永磁电机。
技术介绍
电动机利用电势能以通过磁场和电流载送导体之间的交互作用而产生机械转矩。通过使用转矩产生电能，某些电动机也可用作发电机。内部永磁电机具有转子组件，转子组件包括转子芯部，转子芯部具有围绕转子芯部间隔开的交替极性的磁体。
技术实现思路
电机设置成用于双电压电力系统，双电压电力系统具有带有第一额定电压的第一能量存储系统(HV-ESS)和带有第二额定电压的第二能量存储系统(LV-ESS)。电机包括具有转子芯部的转子组件，转子芯部配置为支撑在转子芯部周围间隔开以限定多个转子磁极的永磁体。转子芯部具有多个转子槽，多个转子槽布置为在每个转子磁极处的至少一个的阻挡层。至少一个阻挡层位于转子芯部的内周界和转子芯部的外周界之间。永磁体设置在至少一个阻挡层上。定子组件围绕转子组件。电机配置为操作地与HV-ESS连接以用作电动机和发电机中的至少一个。转子组件、定子组件和磁体配置有参数，选择所述参数以提供电机在额定功率下的预定效率、预定功率密度、预定转矩密度、预定峰值功率范围或预定最大速度中的至少一者。电机可特别适用于混合动力系。例如，具有曲柄轴的发动机可与电机操作地连接。HV-ESS操作地连接到定子组件和相对较高电压的电负荷。LV-ESS操作地连接到相对较低电压的电负荷。DC-DC转换器操作地连接到HVV-ESS和LV-ESS。电动机控制器功率转换模块(MPIM)操作地连接到定子组件。MPIM配置为控制电机以实现电动机驱动模式，在此模式下电机使用来自HV-ESS所存储的电功率来向曲柄轴增加转矩。MPIM配置为控制电机以经由HESS向相对较高电压的负荷供电，并且通过DC-DC转换器和LV-ESS向相对较低电压的负荷供电。在多个实施例中，至少一个阻挡层包括一或两个阻挡层。例如，在多个实施例中，至少一个阻挡层包括第一阻挡层，第一阻挡层带有两个由转子芯部的桥接部彼此间隔开且设置为V形的邻近且不连续区段。电机可用于机动车辆或非机动车辆的动力系，诸如农用车、海上运输工具、航空运输工具等。还应理解的是，电机可包括在车辆以外的装置、施工设备、割草设备等中。结合附图，从以下执行本专利技术的最佳模式的详细描述中可以很容易了解本专利技术的上述特征与优点以及其他特征与优点。附图说明图1示意性地示出了根据本教导的具有转子组件和定子组件的电机的第一实施例的局部侧视图。图2示意性地示出了根据本教导的具有转子组件和定子组件的电机的第二实施例的局部侧视图。图3示意性地示出了根据本教导的具有转子组件和定子组件的电机的第三实施例的局部侧视图。图4示意性地示出了根据本教导的具有转子组件和定子组件的电机的第四实施例的局部侧视图。图5为图1中电机的磁体的示意性局部透视图。图6示意性地示出了根据本教导的用于定子组件的三相绕组的第一实施例。图7示意性地示出了根据本教导的用于定子组件的三相绕组的第二实施例。图8示意性地示出了包括图1中电机的动力系。图9示意性地示出了描述电系统布置的图8中的动力系。图10为根据本教导的基础转矩的每单位转矩(pu)和基础功率的每单位功率(pu)相对电机的速度(每分钟转数)之间的曲线图。图11是根据本教导的在电机发电模式下基础功率的每单位功率(pu)和速度(每分钟转数)之间的效率图。图12是根据本教导的在电机三相短路事件时转子速度(每分钟转数)、基础功率的每单位功率(pu)和基础电流的相A单位电流(pu)相对时间(秒)的曲线图。图13是根据本教导的包括图1中电机的动力系的一个可选实施例的示意图。图14是根据本教导的包括图1中电机的动力系的一个可选实施例的示意图。具体实施方式参照附图，在所有附图中相似参考标号表示相似构件，图1示出具有定子组件12和转子组件14的电机10。如本文讨论，电机10具有多相定子组件12和内部永磁体辅助同步磁阻转子组件14，转子组件14配置为最佳设计和几何形状以满足预定的操作参数。电机10特别优化用于带有双电压电力系统317的动力系300(图8所示)，双电压电力系统317包括具有第一额定电压的第一电能储存系统(HV-ESS)318A和具有小于第一额定电压的第二额定电压的第二电能储存系统(LV-ESS)318B。例如，第一额定电压可为48伏特，且第二额定电压可为12伏特。特别地，电机10设计为实现相对较高的效率，诸如85％的效率，超出在用于发电模式(也称为再生模式)的预定输出功率范围(例如1500到12000瓦特)和速度范围(例如2500每分钟转数(rpm)到7500rpm)；以及80％的效率，超出在用于电动机驱动模式(也称为转矩模式)的预定输出功率范围(例如1500到6000瓦特)和速度范围(例如2000rmp到6500rmp)、相对较高的峰值功率密度(4千瓦/升)和/或高的转矩密度(例如18牛顿-米(Nm)/升)、相对较宽的峰值功率范围(例如在4500rpm和6000rpm之间的10千瓦)、至少18000rpm的最大速度、相对较低的成本(通过最小化永磁体所需数目)、相对较低的质量和惯性(用于快速动态回应驾驶者想法的变化)；并且电机10设计为适应于相对较小的封装空间。包括可选电机10A、10B和10C(图2-图4)且可替代电机10的各种可选实施例也具有最佳设计和几何结构以满足预定操作参数。这些实施例中的任意一个可用在动力系300中，动力系300在图8中以发动机皮带驱动布置中示出从而提供发动机启动、再生和转矩辅助模式。参照图1，定子组件12径向围绕具有限定在其间的空气间隙16的转子组件14。电机10配置成使得空气间隙16为预定宽度以最小化功率和最小化容纳在转子组件14中的磁体20的数目。定子组件12和转子组件14二者形状通常为环形且关于电机10(如图8最佳示出)的纵向中心轴线A同心。定子组件12具有定子芯部30，转子组件14具有转子芯部18。定子芯部30和转子芯部18二者可以由沿轴线A由轴向堆叠的多个叠片组装而成。例如，图8示出了成堆的定子叠片19。应当认识到，电机壳体可径向围绕定子叠片19的外周界，并能支撑电机10的电机轴29。壳体未示于图8中使得叠片19将是可见的。转子组件14包括转子芯部18，转子芯部18配置成支撑在每个转子磁极标记为20A和20B的多个永磁体20。具体地，转子芯部18具有多个转子槽22、24，多个转子槽22、24在本文还称为阻挡件或阻挡层，阻挡层布置为包括第一阻挡层22和第二阻挡层24的多个阻挡层。第一阻挡层22最靠近转子芯部18的内周界23。第二阻挡层24位于第一阻挡层22与转子芯部18的外周界25之间。第二阻挡层24位于第一阻挡层22径向外侧。在所示实施例中，仅第一阻挡层22容纳磁体20A、20B。其他阻挡层24用作空气阻挡件。可选地，在本实施例或其他实施例中，第二阻挡层24可以填充有磁体20。仍进一步地，仅第一阻挡层22的一些区段可以填充有磁体20。转子组件14配置成能围绕轴线A旋转，轴线A纵向延伸通过电机10的中心。转子芯部18刚性地连接至电机轴29(仅示于图8中)并随其旋转，电机轴29延伸通过转子芯部18中的轴开口31。围绕轴开口31的转子芯部18的材料用作中心轴支撑件33。定子组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于双电压电力系统的电机，所述双电压电力系统具有带有第一额定电压的第一能量存储系统(HV‑ESS)和带有第二额定电压的第二能量存储系统(LV‑ESS)，所述电机包括：具有转子芯部的转子组件，所述转子芯部配置成支撑在所述转子芯部周围间隔开以限定多个转子磁极的永磁体；其中所述转子芯部具有多个转子槽，所述多个转子槽设置为在每一所述转子磁极处的至少一个阻挡层；其中所述至少一个阻挡层位于所述转子芯部的内周界与所述转子芯部的外周界之间；永磁体，其布置在所述至少一个阻挡层中；定子组件，其围绕所述转子组件；其中所述电机配置成与所述HV‑ESS操作地连接以用作电动机和发电机中的至少一者；并且其中所述转子组件、所述定子组件和所述磁体配置成具有为了提供所述电机的额定功率下的预定效率、预定功率密度、预定转矩密度、预定峰值功率范围或预定最大速度中的至少一者而选择的参数。

【技术特征摘要】
2015.08.24 US 62/209080;2016.06.28 US 15/1946001.一种用于双电压电力系统的电机，所述双电压电力系统具有带有第一额定电压的第一能量存储系统(HV-ESS)和带有第二额定电压的第二能量存储系统(LV-ESS)，所述电机包括：具有转子芯部的转子组件，所述转子芯部配置成支撑在所述转子芯部周围间隔开以限定多个转子磁极的永磁体；其中所述转子芯部具有多个转子槽，所述多个转子槽设置为在每一所述转子磁极处的至少一个阻挡层；其中所述至少一个阻挡层位于所述转子芯部的内周界与所述转子芯部的外周界之间；永磁体，其布置在所述至少一个阻挡层中；定子组件，其围绕所述转子组件；其中所述电机配置成与所述HV-ESS操作地连接以用作电动机和发电机中的至少一者；并且其中所述转子组件、所述定子组件和所述磁体配置成具有为了提供所述电机的额定功率下的预定效率、预定功率密度、预定转矩密度、预定峰值功率范围或预定最大速度中的至少一者而选择的参数。2.如权利要求1所述的电机，其进一步包括：操作地连接到所述转子组件的电动机控制器功率转换模块(MPIM)。3.如权利要求2所述的电机，其与以下各者结合：发动机，其具有与所述电机操作地连接的曲柄轴；所述双电压电力系统，其包括：所述HV-ESS，其操作地连接到所述定子组件并连接到相对较高电压的电负荷；所述LV-ESS，其操作地连接到相对较低电压的电负荷...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·郝，C·S·纳姆杜里，T·W·尼尔，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US