一种采用Halbach永磁阵列的磁场调制型双转子电机制造技术

本发明专利技术提供了一种采用Halbach永磁阵列和磁场调制原理的无刷双转子电机，该双转子电机从内到外共4层依次为内定子、调制环转子、中间转子和外定子。内定子、调制环转子、中间转子组成内磁场调制型电机；中间转子、外定子组成外永磁同步电机。其中，中间转子内外侧分别装有Halbach阵列永磁体。调制环转子与内燃机输出轴相连，中间转子与双转子电机输出轴相连。该双转子电机通过Halbach阵列具有磁自屏蔽特性来减少甚至消除双转子电机内外磁场耦合现象，并通过磁场调制原理实现双转子电机内转子无刷化以提高电机可靠性，避免了内外磁场耦合和碳刷滑环带来的弊端。

Magnetic field modulation type double rotor motor using Halbach permanent magnet array

The invention provides a method for using Halbach permanent magnet array and magnetic field modulation principle of brushless double rotor motor, the double rotor motor from the inside to the outside of a total of 4 layers are within the stator, rotor, rotor and ring modulation intermediate stator. An inner magnetic field modulation type motor is composed of a stator, a modulation ring rotor and an intermediate rotor. The inner and outer sides of the intermediate rotor are respectively provided with an Halbach array permanent magnet. The modulating ring rotor is connected with the output shaft of the internal combustion engine. The double rotor motor magnetic self shielding characteristics to decrease or even eliminate the double rotor motor magnetic field coupling phenomenon by Halbach array with, and through the magnetic field modulation principle of dual rotor motor rotor brushless motor to improve the reliability, avoids the disadvantages of internal and external magnetic field coupling and the carbon brush and slip ring.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及永磁同步电机领域，具体涉及一种采用Halbach永磁阵列和磁场调制原理的无刷双转子电机。
技术介绍
随着全球能源供应日益紧张，国际原油价格跌宕起伏，生态环境恶化，节能与环保已成为全球范围的主题。电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车以其节能、低碳、环保的特性持续受到世界各国广泛关注。基于现有技术，油电结合的混合动力汽车作为过渡产品得到了很大的发展。目前为止，世界各大汽车制造商包括丰田、通用、福特等在混合动力方面的技术逐渐完善和成熟，并实现了产业化。现阶段混合动力系统以丰田THS系统和通用AHS系统最为典型，它们的核心部件主要是作为动力耦合器的行星齿轮变速器，该机构能够实现内燃机和电机之间的速度耦合、转矩耦合，优化发动机工作区间。然而，该系统的行星齿轮结构是纯机械装置，不可避免的存在噪音、效率、振动等方面的不足，并且需要定期进行维护，其使用成本较大。近年来，一种基于电磁能量转换原理的双转子电机概念被提出。双转子电机作为动力耦合器用于混合动力汽车不仅取代了行星齿轮变速器，而且去除了电动机、发电机、离合器等部件，大大减少了整车质量，不仅节约了空间，而且整车功率密度和能量传输效率得到很大提升。目前全世界对双转子电机的研究主要集中在将其作为动力耦合装置应用于混合动力汽车，但研究仍处于初级阶段，完整的技术体系还未形成，实验研制的样机性能较差并不能满足实际应用。双转子电机存在功率密度较低、转矩波动较大、低速转矩不够大、弱磁升速能力差等问题，而且，电刷滑环的使用降低了电机的可靠性，同时，径向拓扑结构导致复杂的电磁耦合现象，加大了对双转子电机的控制难度。中国专利CN104377917A基于磁场调制原理提出电磁行星齿轮功率分配器，该种装置通过磁场调制实现了双转子电机无刷化，并通过分体式结构实现了磁场异向布置避免了内外磁场之间的耦合，但轴向尺寸过大不利于整车布置。中国专利CN105375714A将内外电机集成在径向，结构更加紧凑，但不能解决磁场耦合问题，内外磁场耦合严重，对电机性能和控制不利。
技术实现思路
针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种采用Halbach永磁阵列的磁场调制型双转子电机，其目的在于通过Halbach阵列具有磁自屏蔽特性来减少甚至消除双转子电机内外磁场耦合现象，并通过磁场调制原理实现双转子电机内转子无刷化以提高电机可靠性。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种采用Halbach永磁阵列的磁场调制型双转子电机，从内到外依次包括内定子、调制环转子、中间转子和外定子；所述调制环转子、中间转子均为一端开口的圆筒状结构，调制环转子与中间转子封闭一端的外表面中心位置分别设置输入轴和输出轴，调制环转子与中间转子封闭一端的内表面中心位置设有凹槽，调制环转子与中间转子的开口相对，调制环转子插入中间转子中，所述内定子位于调制环转子内轴线位置，且两端分别通过滚动轴承支撑在调制环转子、中间转子的中间凹槽内；所述外定子设置在中间转子外部，且两端分别通过滚动轴承安装在调制环转子的输入轴、中间转子的输出轴上；所述内定子上绕有内定子三相交流绕组，所述中间转子内侧装有内Halbach阵列永磁体，所述中间转子外侧装有外Halbach阵列永磁体，所述外定子内侧绕有外定子三相交流绕组；所述内定子、调制环转子、中间转子组成内磁场调制型电机；所述中间转子、外定子组成外永磁同步电机。优选地，所述调制环转子的输入轴与内燃机输出轴相连，所述中间转子的输出轴与双转子电机输出轴相连。优选地，所述外Halbach阵列永磁体和内Halbach阵列永磁体均采用瓦片形，永磁体磁场充磁方式根据具体永磁体极对数采用每极两块90°、每极三块60°或每极四块45°。优选地，所述调制环转子上设有调制环，所述调制环由N个铁磁体和N个环氧体间隔排列组成，所述调制环导磁块单元数为N。优选地，所述内定子三相交流绕组磁场极对数为，所述中间转子内侧磁场极对数为P2，其关系满足N＝P1+P2。优选地，所述内定子三相交流绕组磁场转速Ω1，所述中间转子转速为Ω2，所述调制环转子磁场转速为Ω3，则优选地，所述内定子三相交流绕组磁场电磁转矩为T1，所述中间转子磁场电磁转矩为T2，所述调制环转子磁场电磁转矩为T3，则本专利技术综合了磁场调制型电机和Halbach电机的性能特点，相较于一般结构的双转子电机存在以下优点：1.转子电机内电机采用磁场调制型电机结构，通过磁场调制原理实现双转子电机无刷化，避免了电刷滑环因为长时间的使用不可避免的存在磨损使用寿命短，工作温度较高，散热问题严重等问题。2.双转子电机内外电机径向集成，结构紧凑，避免了分体式占用空间大的问题，有利于整车布置。3.双转子电机外转子采用Halbach阵列永磁体，根据Halbach阵列磁自屏蔽特性有效减少了内外磁场耦合，实现了内外电机独立控制，简化了电机控制策略。4.双转子电机采用Halbach结构，一方面可以得到较为理想的正弦气隙磁场，另一方面有效降低了漏磁和铁耗以提高电机效率，使得双转子电机具有更优的输出特性。附图说明图1为本专利技术所述Halbach磁场调制型双转子电机结构示意图。图2为本专利技术所述Halbach磁场调制型双转子电机剖面示意图。其中：1.内定子；1-1.内定子三相交流绕组；2.调制环转子；2-1.环氧体；2-2.铁磁体；3.中间转子；3-1.内Halbach永磁体；3-2.外Halbach永磁体；4.外定子；4-1.外定子三相交流绕组；5.滚动轴承；6.内气隙；7.中间气隙；8.外气隙。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。如图1所示，采用Halbach永磁阵列的磁场调制型双转子电机，从内到外依次包括内定子1、调制环转子2、中间转子3和外定子4，所述调制环转子2、中间转子3均为一端开口的圆筒状结构，调制环转子2与中间转子3封闭一端的外表面中心位置分别设置输入轴和输出轴，调制环转子2与中间转子3封闭一端的内表面中心位置设有凹槽，调制环转子2与中间转子3的开口相对，调制环转子2插入中间转子3中，所述内定子1位于调制环转子2内轴线位置，且两端分别通过滚动轴承5支撑在调制环转子2、中间转子3的中间凹槽内。所述外定子1设置在中间转子3外部，且两端分别通过滚动轴承5安装在调制环转子2的输入轴、中间转子3的输出轴上。所述内定子1上绕有内定子三相交流绕组1-1，所述调制环转子2上设有调制环2-1，所述调制环2-1由N个铁磁体2-2和N个环氧体2-1间隔排列组成，所述调制环2-1导磁块单元数为N。如图2所示，所述中间转子3内侧装有内Halbach阵列永磁体3-1，所述中间转子3外侧装有外Halbach阵列永磁体3-2，所述外Halbach阵列永磁体3-2和内Halbach阵列永磁体3-1均采用瓦片形，外Halbach永磁体3-2沿圆周方向均匀排列在中间转子3的外部，采用每极三块60°充磁方式使永磁体接触中间转子3侧磁场减弱，靠近外定子4侧磁场加强；内Halbach永磁体3-1沿圆周方向均匀排列在中间转子3的内部，采用每极三块60°充磁方向使永磁体接触中间转子3侧磁场减弱，靠近内定子1侧磁场加强。其中，内外Halbach磁场充磁方式根据具体永磁体极对数可以分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用Halbach永磁阵列的磁场调制型双转子电机，其特征在于，从内到外依次包括内定子(1)、调制环转子(2)、中间转子(3)和外定子(4)；所述调制环转子(2)、中间转子(3)均为一端开口的圆筒状结构，调制环转子(2)与中间转子(3)封闭一端的外表面中心位置分别设置输入轴和输出轴，调制环转子(2)与中间转子(3)封闭一端的内表面中心位置设有凹槽，调制环转子(2)与中间转子(3)的开口相对，调制环转子(2)插入中间转子(3)中，所述内定子(1)位于调制环转子(2)内轴线位置，且两端分别通过滚动轴承(5)支撑在调制环转子(2)、中间转子(3)的中间凹槽内；所述外定子(1)设置在中间转子(3)外部，且两端分别通过滚动轴承(5)安装在调制环转子(2)的输入轴、中间转子(3)的输出轴上；所述内定子(1)上绕有内定子三相交流绕组(1‑1)，所述中间转子(3)内侧装有内Halbach阵列永磁体(3‑1)，所述中间转子(3)外侧装有外Halbach阵列永磁体(3‑2)，所述外定子(4)内侧绕有外定子三相交流绕组(4‑1)；所述内定子(1)、调制环转子(2)、中间转子(3)组成内磁场调制型电机；所述中间转子(3)、外定子(4)组成外永磁同步电机。...

【技术特征摘要】
1.一种采用Halbach永磁阵列的磁场调制型双转子电机，其特征在于，从内到外依次包括内定子(1)、调制环转子(2)、中间转子(3)和外定子(4)；所述调制环转子(2)、中间转子(3)均为一端开口的圆筒状结构，调制环转子(2)与中间转子(3)封闭一端的外表面中心位置分别设置输入轴和输出轴，调制环转子(2)与中间转子(3)封闭一端的内表面中心位置设有凹槽，调制环转子(2)与中间转子(3)的开口相对，调制环转子(2)插入中间转子(3)中，所述内定子(1)位于调制环转子(2)内轴线位置，且两端分别通过滚动轴承(5)支撑在调制环转子(2)、中间转子(3)的中间凹槽内；所述外定子(1)设置在中间转子(3)外部，且两端分别通过滚动轴承(5)安装在调制环转子(2)的输入轴、中间转子(3)的输出轴上；所述内定子(1)上绕有内定子三相交流绕组(1-1)，所述中间转子(3)内侧装有内Halbach阵列永磁体(3-1)，所述中间转子(3)外侧装有外Halbach阵列永磁体(3-2)，所述外定子(4)内侧绕有外定子三相交流绕组(4-1)；所述内定子(1)、调制环转子(2)、中间转子(3)组成内磁场调制型电机；所述中间转子(3)、外定子(4)组成外永磁同步电机。2.如权利要求1所述的采用Halbach永磁阵列的磁场调制型双转子电机，其特征在于，所述调制环转子(2)的输入轴与内燃机输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：何仁，杨祺，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32