复合励磁的无弱磁永磁水冷驱动电机的制作方法

1.本实用新型涉及新能源技术领域，尤其涉及一种复合励磁的无弱磁永磁水冷驱动电机。


背景技术：

2.传统新能源汽车永磁驱动电机，为满足全车速运行要求，永磁电机需要设计成较宽的弱磁区，需要控制系统提供较大的弱磁电机，以抑制永磁电机在高转速下的反电势，因此永磁电机在弱磁区运行时，需要较大的弱磁电机，增加了电机损耗，降低了运行效率，同时也产生了较高的电磁噪音。


技术实现要素：

3.(一)要解决的技术问题
4.为了解决现有技术的上述问题，本实用新型提供一种复合励磁的无弱磁永磁水冷驱动电机。
5.(二)技术方案
6.为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：
7.复合励磁的无弱磁永磁水冷驱动电机，其包括：转轴，所述转轴的前端和后端分别通过前轴承和后轴承连接有前端盖和后端盖，所述前端盖和后端盖之间连接有水冷散热壳体；所述转轴上固定连接有永磁转子组件和电励磁转子组件，电励磁转子组件位于永磁转子组件的右侧；所述水冷散热壳体的内壁固定连接有定子组件，定子组件将永磁转子组件和电励磁转子组件均罩设于内；
8.所述定子组件的引出线与设于水冷散热壳体上的出线盒接线板上的接线柱电连接；所述电励磁转子组件的引出线与设于转轴上的旋转整流模块电连接；所述转轴上固定连接有盘式副励磁机转子，所述盘式副励磁机转子的交流电流引出线与旋转整流模块电连接；所述后端盖上固定连接有盘式副励磁机定子；
9.盘式副励磁机转子旋转时，在绕线的盘式副励磁机转子线圈中产生交流电，所产生的交流电经过固定在转轴上的旋转整流模块整流输出直流，再给电励磁转子组件的主励磁绕组励磁，产生电励磁磁场，减少或无弱磁电流，使电机运行在高速区时同样具有高效率。
10.进一步地，所述盘式副励磁机转子包括电励磁转子铁芯，所述电励磁转子铁芯上开设有12个绕线槽，绕线槽内绕设有电励磁转子磁极绕组，每个绕线槽的外侧端连接有槽楔，电励磁转子铁芯上按环形阵列方式连接有若干电励磁转子磁极绕组支撑杆。
11.进一步地，所述永磁转子组件包括永磁转子铁芯，所述永磁转子铁芯上按环形阵列设有若干永磁转子磁钢槽，所述永磁转子磁钢槽为12组，每组永磁转子磁钢槽分为左永磁转子磁钢槽和右永磁转子磁钢槽；每个永磁转子磁钢槽内连接有永磁转子磁钢，每个永磁转子磁钢槽的两端向外延伸形成空气槽。
12.(三)有益效果
13.本实用新型的有益效果是：在同一转轴上增加一电励磁转子组件，产生电励磁磁场，以克服永磁电机在做电动机运行时高速区的反电势的影响，减少或无弱磁电流，使电机运行在高速区时同样具有高效率。
附图说明
14.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
15.图1为本实用新型一个实施例的结构剖视图；
16.图2为本实用新型一个实施例的盘式副励磁机转子结构示意图；
17.图3为本实用新型一个实施例的永磁转子组件结构剖视图；
18.图4为本实用新型一个实施例的永磁转子铁芯在额定转速时的最高反电势峰值示意图；
19.图5为本实用新型一个实施例的永磁转子铁芯在额定转速时的最高峰值转矩示意图；
20.图6为本实用新型一个实施例的电励磁转子铁芯在额定转速时的最高峰值转矩示意图；
21.图7为本实用新型一个实施例的永磁转子铁芯在0到额定转速时达到恒转矩运行示意图；
22.图8为本实用新型一个实施例的驱动电机在0到额定转速内达到峰值转矩示意图；
23.图9为本实用新型一个实施例的永磁转子铁芯在从额定转速最高转速时可达到恒功率运行示意图。
具体实施方式
24.为了更好地解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。
25.本实用新型一个实施例的一种复合励磁的无弱磁永磁水冷驱动电机，如图1所示，其包括：转轴2，所述转轴2的前端和后端分别通过前轴承和后轴承连接有前端盖1和后端盖25，所述前端盖1和后端盖25之间连接有水冷散热壳体3；所述转轴2上固定连接有永磁转子组件7和电励磁转子组件4，电励磁转子组件4位于永磁转子组件7的右侧；所述水冷散热壳体3的内壁固定连接有定子组件8，定子组件8将永磁转子组件7和电励磁转子组件4均罩设于内；
26.所述定子组件8的引出线与设于水冷散热壳体3上的出线盒接线板上的接线柱电连接；所述电励磁转子组件4的引出线与设于转轴2上的旋转整流模块5电连接，旋转整流模块5为市场采购件，其具体结构不再赘述；所述转轴2上固定连接有盘式副励磁机转子10，所述盘式副励磁机转子10的交流电流引出线6与旋转整流模块5电连接；所述后端盖25上固定连接有盘式副励磁机定子11，应当说明，盘式副励磁机转子10和盘式副励磁机定子11为现有盘式副励磁机的现有技术，其具体结构不再赘述；
27.盘式副励磁机转子10旋转时，在绕线的盘式副励磁机转子线圈中产生交流电，所
产生的交流电经过固定在转轴2上的旋转整流模块5整流输出直流，再给电励磁转子组件4的主励磁绕组励磁，产生电励磁磁场，减少或无弱磁电流，使电机运行在高速区时同样具有高效率。
28.具体地，在本实施例中，如图2所示，所述盘式副励磁机转子10包括电励磁转子铁芯101，所述电励磁转子铁芯101上开设有12个绕线槽，绕线槽内绕设有电励磁转子磁极绕组102，每个绕线槽的外侧端连接有槽楔103，电励磁转子铁芯101上按环形阵列方式连接有若干电励磁转子磁极绕组支撑杆104；电励磁转子铁芯101的电励励磁极的凸极极靴为不等气隙，气隙呈余弦分布，其有效作用是气隙磁场呈正弦分布，谐波小，齿槽转矩小，谐波损耗小；励磁转子冲片最大直径为282.8mm，定子内径为285mm；最大气隙为1.91，最小气隙为1.1。
29.具体地，在本实施例中，如图3所示，所述永磁转子组件7包括永磁转子铁芯71，所述永磁转子铁芯71上按环形阵列设有若干永磁转子磁钢槽73，所述永磁转子磁钢槽73为12组，每组永磁转子磁钢槽73分为左永磁转子磁钢槽和右永磁转子磁钢槽；每个永磁转子磁钢槽73内连接有永磁转子磁钢，每个永磁转子磁钢槽73的两端向外延伸形成空气槽74，其有效作用是消除齿谐波，齿槽转矩小，谐波损耗小。
30.盘式副励磁机的定子励磁电流由电机控制器，根据转矩和转速的不同需求来提供副励磁机的定子励磁电流的大小，以保证充分利用永磁转子铁芯部分提供转矩外，不足的部分，在无弱磁电流的前提下，由电励转子铁芯提供转矩。
31.本实施例在同一转轴上增加一电励磁转子组件4，产生电励磁磁场，以克服永磁电机在做电动机运行时高速区的反电势的影响，减少或无弱磁电流，使电机运行在高速区时同样具有高效率。
32.本实用新型通过在永磁电机转子上增加一定铁芯长度的电励磁转子，其作用，一方面是永磁电机达到一定高转速时，需要控制器提供较大弱磁电流以抑制永磁同步电机的反电势；在永磁电机转子上增加一定铁芯长度的电励磁转子，就可以把永磁电机的转子设计成在最高转速时，其产生的反电势也不高于电压平台最大的输出电压，这样就无需由控制器提供弱磁电流；另一方面，单纯的电励磁电机由于铁芯较长、励磁绕组的损耗较大而使电机的效率降低、功率密度降低；采用适当长度铁芯的电励磁转子，由于电励磁转子铁芯较短，同时采用多极(本实施例中采用12极)凸极式集中绕组，绕组端部短，大大节省铜材，磁极绕组电阻小，损耗小，从而克服了单纯的电励磁电机由于励磁绕组的损耗较大而使电机的效率降低、功率密度降低的弊端。
33.本实用新型中的永磁电机转子铁芯长度通过仿真优化，可以设计成在驱动电机全速范围内，在最高转速时，由永磁电机转子产生的反电势仍然不高于电压平台所提供的额定电压，从而达到驱动电机全速过程中，无需由控制器提供弱磁电流，保证驱动电机始终运行在高效区。
34.当电机运行在一定转速，如额定转速下，在一定转矩时，转矩和功率由永磁转子提供。当转矩高于一定转矩(本实施例中为550nm)时，则由电励磁转子提供再增加的转矩；当提供峰值电流时，永磁转子和电励磁转子可以同时达到最大转矩，从而驱动电机达到峰值转矩(本实施例中为2800nm)。
35.通过调节不同转速、不同转矩情况下的电励磁转子的励磁电流，可以实现全速运
转范围内无弱磁电流的转矩转速效率map图，高效区域高于单独由于永磁电机驱动或单独由电励磁同步电机驱动的高效区。
36.本实用新型通过旋转变压器为驱动电机提供准确的转速和角度位置信号，控制方式基本与永磁同步电机相同；不同的是需要提供在一定转速下，一定转矩时，由控制器提供给盘式轴向磁场的副励磁机的定子励磁电流，在副励磁机电枢转子绕组内产生交流电，此交流电通过旋转整流模块整流成直流，为电励磁转子磁极绕组提供励磁电流，从而产生电励磁转矩。
37.特殊工况性能的实现，如堵转转矩、电驻坡功能的实现；堵转情况下，电机转子不转，此时永磁电机转子提供最大的永磁转矩(包永磁同步转矩和同步磁阻转矩)，而电励磁转子本身设计成高凸极比磁阻转矩的凸极式磁极(本实施例中为12极凸极)，实质上是高凸极比电励磁转子。在堵转情况下，由控制器提供峰值的电流，可使高凸极比电励磁转子产生最大的磁阻转矩，从而实现在堵转情况下，提供堵转转矩，由此也可以实现电驻坡功能。
38.理论仿真模型建立和仿真结果。实施例仿真说明：
39.永磁转子铁芯在额定转速时的最高反电势峰值，如图4所示，为202v当电机达到最高转速时，此时永磁电机产生的最高反电势为572.9v峰值，未达到电压平台的额定电压576vdc。从而确保电机在全速范围内，无需控制器提供弱磁电流，驱动电机在高速区，运行电流小，损耗小，效率高。
40.永磁转子铁芯在额定转速时的最高峰值转矩，如图5所示，为1592nm。
41.电励磁转子铁芯在额定转速时的最高峰值转矩，如图6所示，为1213nm。
42.永磁转子铁芯在0到额定转速时达到恒转矩运行，如图7所示，为665nm。
43.由永磁转子和电励磁转子共同作下，在0到额定转速内的合成转矩可以达到2805nm以上。从而保证驱动电机在0到额定转速内达到峰值转矩(案例要求2800nm)的要求。如图8所示，为2805nm.
44.永磁转子铁芯在从额定转速最高转速时可达到恒功率运行。如图9所示，为61.5kw。
45.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
46.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
47.在本技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关
系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
48.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
49.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
50.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
51.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。