转子组件、混合励磁电机及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种转子组件、混合励磁电机及其控制方法，属于电机技术领域，包括转轴、转子铁芯、永磁体以及励磁绕组；转子铁芯设置于转轴上；永磁体镶嵌于转子铁芯的磁钢槽内；励磁绕组沿径向一一对应各永磁体，绕制于转子铁芯的载体上，且励磁绕组位于永磁体的内侧，励磁绕组的轴线平行于永磁体的磁极方向。本发明专利技术由于设置了与永磁体磁场方向平行的励磁绕组，可以通过调整励磁绕组电流的方向及大小，实现即可增磁，也可去磁的作用，降低铜耗及铁耗，从而实现峰值恒功率区间最大化，效率更优化；并可实现空载反拖时无需定子三相绕组弱磁，实现零扭损耗最小化；同时空载运行时无需增加离合器类脱开机构，降低制作成本，节省布置空间。节省布置空间。节省布置空间。

【技术实现步骤摘要】
转子组件、混合励磁电机及其控制方法


[0001]本专利技术属于电机
，具体涉及一种转子组件、混合励磁电机及混合励磁电机的控制方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机，凭借其效率高、高效区覆盖范围广、功率密度高等特点，已成为绝大多数新能源汽车驱动系统的首选。
[0003]但目前存在两大难点，制约永磁同步电机的进一步发展：
[0004]第一，车用驱动永磁同步电机，即需要低速大转矩，又需要高速大功率，因此存在一定矛盾。从低速爬坡角度出发，需要大的转矩，而不希望电流过大，就需要提高永磁磁链，获得大转矩系数；但是如果永磁磁链太大，在高速时，反电动势会高过母线电压，无法输出功率。现有技术为通过电枢绕组产生去磁磁场分量，抵消永磁体产生的磁链进行弱磁。但此类弱磁方式，会带来永磁体退磁的风险，而且过多的去磁电流，不但不做功，还会产生额外的铜耗，降低电机效率。
[0005]第二，对于新能源汽车，特别是混合动力，其驱动系统没有离合器，驱动电机通过变速器齿轮与车轮相连。也就是说，行驶中的电机不论通电与否，都处于旋转状态。
[0006]有必要注意，电机在非驱动时，即空驶时的状态。例如，在加速踏板抬起状态，EV惯性行驶或者沿下坡道路滑行时，电机被车轮强制拖曳而旋转。这时，因为永磁电机转子使用永磁体，磁场就会在旋转过程中与定子线圈进行交链。此时，具有两种情况，其一，旋转磁场作用于定转子铁芯，产生磁滞损耗和涡流损耗，即“铁损”；其二，旋转磁场会在定子线圈感应电流，产生反电势，转速越高，反电势越高；如车辆此时不需要能量回收，则需要对反电势进行抑制，以免反电势峰值超过母线电压。反电势抑制方式，即为同第一点进行转子弱磁，此时电流将以铜损的形式予以消耗。也就是说，即使车轮没有被驱动，滑行时也会产生能量损耗。
[0007]因此，新能源车辆为保证续驶里程，对0Nm损耗要求亦极为严格，而为了满足该要求，电机设计时，其反电势就必须要低，从而电机不能采用更多的永磁体，抑制了电机恒功率区间及功率密度的提升。
[0008]综上所述，目前新能源车辆存在的缺点总结如下：
[0009](1)为提升整车动力性，现有永磁同步电机低速区间追求大扭矩输出，电机设计时反电势较高，否则需将电机体积设计较大，增加电机成本；
[0010](2)在高速区间，反电势过高，则需要定子电流分量进行弱磁，降低反电势，此时定子铜耗及铁耗均增加，从而增加了电机损耗，未达到最优应用效果。
[0011](3)电机高速反拖滑行时，为解决拖曳损耗，目前整车厂常用的技术方案为后桥采用非永磁同步电机，如采用交流感应电机、磁阻电机、励磁电机等方式，更有车型在驱动系统与车轮之间增加离合器，非驱动状态，离合器断开。以上电机类型及增加离合器的方式，对整车的效率、功率密度、制造工艺等综合性能均不如永磁同步电机。

技术实现思路

[0012]本专利技术实施例提供一种转子组件、混合励磁电机及其控制方法，旨在协调整车在低速、高速及空载时的效率，使各区间效率最大化，降低电机损耗。
[0013]第一方面，为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种转子组件，包括：
[0014]转轴；
[0015]转子铁芯，设置于所述转轴上；
[0016]永磁体，镶嵌于所述转子铁芯的磁钢槽内；以及
[0017]励磁绕组，沿径向一一对应各所述永磁体，绕制于所述转子铁芯的载体上，且所述励磁绕组位于所述永磁体的内侧，所述励磁绕组的轴线平行于所述永磁体的磁极方向。
[0018]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述转子铁芯为一体式结构，所述载体一体成型于所述转子铁芯。
[0019]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述转子铁芯为分体式结构，包括内外设置外转子铁芯体和内转子铁芯体，所述内转子铁芯体装配于所述外转子铁芯体的内侧，所述励磁绕组绕制于所述内转子铁芯体上，所述永磁体镶嵌于所述外转子铁芯体上。
[0020]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述转子铁芯为分体式结构，包括多个转子铁芯模块，多个所述转子铁芯模块拼接构成所述转子铁芯；其中
[0021]所述载体设置在所述转子铁芯模块的同一端，各所述转子铁芯模块依次拼接，以使所述永磁体和所述励磁绕组位于所述拼接处；或者
[0022]所述转子铁芯模块包括左转子铁芯体和右转子铁芯体，所述永磁体和所述励磁绕组位于所述左转子铁芯体和所述右转子铁芯体的拼接处，所述励磁绕组绕制于所述左转子铁芯体或所述右转子铁芯体上。
[0023]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述载体的端部设有凸起的限位块，与所述载体相接的所述转子铁芯模块的端面设有适配所述限位块的限位槽。
[0024]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，还包括隔磁衬套，套装于所述转轴上，且在所述转子铁芯与所述转轴之间。
[0025]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，还包括灌封胶，设置于所述永磁体与所述转子铁芯之间、以及所述励磁绕组与所述转子铁芯之间。
[0026]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述励磁绕组的联接方式为串联、并联或串并混联。
[0027]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种混合励磁电机，包括碳刷、定子组件、第一导电铜环和第二导电铜环，还包括所述的转子组件、正极电流换向开关和负极电流换向开关，所述转子组件的励磁绕组联接后，两个引出端分别通过所述第一导电铜环、所述第二导电铜环及适配的碳刷连接至直流电源的正负极，所述正极电流换向开关和所述负极电流换向开关分别连接于所述直流电源的正负极。
[0028]第三方面，本专利技术实施例还提供了一种混合励磁电机的控制方法，所述方法包括：
[0029]获取所述混合励磁电机的实际转速；
[0030]当所述实际转速小于或等于预设转速时，所述混合励磁电机处于低速区；
[0031]通过所述正极电流换向开关和所述负极电流换向开关的换向，所述励磁绕组获得第一方向电流，以使所述励磁绕组产生的磁场与对应的所述永磁体的磁场同向增磁，所述
混合励磁电机处于低速驱动模式；
[0032]当所述实际转速大于预设转速时，所述混合励磁电机处于高速区；
[0033]通过所述正极电流换向开关和所述负极电流换向开关的换向，所述励磁绕组获得第二方向电流，以使所述励磁绕组产生的磁场与对应的所述永磁体的磁场反向弱磁，所述混合励磁电机处于高速驱动模式；
[0034]当获得的所述第二方向电流大于预设反向电流时，所述正极电流换向开关和所述负极电流换向开关断开，所述永磁体与所述励磁绕组形成耦合磁场，所述混合励磁电机处于空载反拖模式。
[0035]本专利技术提供的转子组件、混合励磁电机及其控制方法，与现有技术相比，有益效果在于：通过设置励磁绕组及调整励磁绕组电流的方向及大小，实现即可增磁，也可去磁的作用，降低铜耗及铁耗，从而实现峰值恒功率区间最大化，效率更优化；并可实现空载反拖时无需定子三相绕组弱磁，实现零扭损耗最小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种转子组件，其特征在于，包括：转轴(5)；转子铁芯(3)，设置于所述转轴(5)上；永磁体(8)，镶嵌于所述转子铁芯(3)的磁钢槽内；以及励磁绕组(6)，沿径向一一对应各所述永磁体(8)，绕制于所述转子铁芯(3)的载体(7)上，且所述励磁绕组(6)位于所述永磁体(8)的内侧，所述励磁绕组(6)的轴线平行于所述永磁体(8)的磁极方向。2.如权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述转子铁芯(3)为一体式结构，所述载体(7)一体成型于所述转子铁芯(3)。3.如权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述转子铁芯(3)为分体式结构，包括内外设置外转子铁芯体(31)和内转子铁芯体(32)，所述内转子铁芯(3)体装配于所述外转子铁芯体(31)的内侧，所述励磁绕组(6)绕制于所述内转子铁芯体(32)上，所述永磁体(8)镶嵌于所述外转子铁芯体(31)上。4.如权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述转子铁芯(3)为分体式结构，包括多个转子铁芯模块，多个所述转子铁芯模块拼接构成所述转子铁芯(3)；其中所述载体(7)设置在所述转子铁芯模块的同一端，各所述转子铁芯模块依次拼接，以使所述永磁体(8)和所述励磁绕组(6)位于所述拼接处；或者所述转子铁芯模块包括左转子铁芯体(34)和右转子铁芯体(35)，所述永磁体(8)和所述励磁绕组(6)位于所述左转子铁芯体(34)和所述右转子铁芯体(35)的拼接处，所述励磁绕组(6)绕制于所述左转子铁芯体(34)或所述右转子铁芯体(35)上。5.如权利要求4所述的转子组件，其特征在于，所述载体(7)的端部设有凸起的限位块(71)，与所述载体(7)相接的所述转子铁芯模块的端面设有适配所述限位块(71)的限位槽。6.如权利要求1所述的转子组件，其特征在于，还包括隔磁衬套(4)，套装于所述转轴(5)上，且在所述转子铁芯(3)与所述转...

【专利技术属性】
技术研发人员：李义兵，何丽娜，高涛，张冰冰，
申请(专利权)人：蜂巢传动科技河北有限公司，
类型：发明
国别省市：