[发明专利]混合双转子同步电机及其控制方法

说明书

混合双转子同步电机及其控制方法，该电机主要由外转子（1）、内转子（2）和定子（3）构成；定子（3）设置在外转子（1）和内转子（2）之间；该方法通过估测磁阻转子位置来获得整个转子位置，进而实现无位置传感器控制。所提出的无位置传感器矢量控制方法无需坐标变换，结构简单，克服了传统矢量控制的复杂性和对电机参数依赖性强的问题。

技术领域：

本发明涉及一种混合双转子同步电机及其控制系统。属于电机设计及其控制系统领域。

背景技术：

现代工业中有大量需要低速大转矩传动系统的装备，例如数控机床、重矿机械、石油钻探机械、大型工业传送带和起重类设备等，这类系统是典型的高耗能机电设备，耗电量约占工业总耗电量的10％。目前，我国低速大转矩传动装备大多采用“常规转速电机+减速齿轮机构”的驱动方式，但多出的减速传动环节不仅会使驱动系统体积庞大、维护成本增加、系统可靠性和运行效率降低(整个传动链的效率一般为75％～85％)，而且冗余的齿轮机构也会带来加工制造、运输装配等方面的技术难题，亦会产生润滑油渗漏、噪声污染等问题，因此取消减速齿轮机构的直接驱动方式是未来发展高端机械装备、提高传动系统整体性能的必然选择。

永磁同步电机近年来得到了飞速发展，国内外的研究工作也异常活跃，由于无论作为电动还是发电运行，永磁同步电机与感应电机、电励磁同步电机和开关磁阻电机相比均具有结构简单、无刷可靠、效率和功率因数高、起动转矩大、经济运行范围宽等突出的优良性能，因此在许多领域得到了大规模的推广应用，特别是在低速大转矩直驱系统中应用前景十分广阔。为提高转矩密度，充分利用低速大转矩直驱永磁同步电机较大的内腔空间，降低其成本，研发新型永磁同步电机结构和新型转子结构是重要发展趋势。此外，低速大转矩直驱永磁同步电机常运行于变载、重载等多种复杂工况下，因此寻找一种针对性强、响应速度快、鲁棒性强的调速控制方法对高端装备的性能提升具有十分重要的现实意义。

发明内容

发明目的：本发明提供一种混合双转子同步电机及其控制系统，其目的在于解决传统低速大转矩传动装备中的减速传动环节存在系统可靠性差、运行效率低、成本高等问题。同时本发明采用双转子结构设计，可提高转矩密度，降低电机成本。

技术方案：本发明采用以下技术方案：

混合双转子同步电机，其特征在于：该电机主要由外转子(1)、内转子(2)和定子(3)构成；定子(3)设置在外转子(1)和内转子(2)之间；

外转子(1)包括磁障式磁阻转子结构(6)和隔磁环(7)(见图2)，磁障式磁阻转子结构(6)为由导磁层(6-1)与非导磁层(6-2)相间排列构成的结构，各磁障式磁阻转子结构(6)通过燕尾槽固定在隔磁环(7)内壁，磁障式磁阻转子结构(6)设置在隔磁环(7)与定子(3)之间；

内转子(2)外侧设置有永磁体(4)；

定子(3)的内、外表面均匀开槽，定子(3)的内、外表面槽内均各自嵌放一套三相对称绕组(这个是所有槽内的绕组整体统称为一套三相对称绕组，实际上一共内外加起来就只有两套绕组。)，内外定子槽内的绕组采用串联或并联方式进行联结，形成该电机的总定子绕组。

磁障式磁阻转子结构(6)中导磁层(6-1)与非导磁层(6-2)均采用U形结构(U形结构是根据磁障式磁阻转子的形状命名的)；磁障式磁阻转子结构(6)由导磁层(6-1)与非导磁层(6-2)相互交替组成，各导磁层(6-1)之间通过连接筋(6-3)相连，相邻的两层导磁层(6-1)之间形成非导磁层(6-2)。

连接筋(6-3)的宽度只要刚好满足机械强度的条件即可。