车用无刷双转子电机结构制造技术

本发明专利技术涉及电机技术领域，公开了一种车用无刷双转子电机结构，由内外两个径向磁路结构的电机组成，包括由内转子（内转子铁心单元、内转子永磁体）、调制转子、内定子（内定子铁心单元和内定子绕组）组成的内电机组件；和由外定子（外定子绕组、外定子铁心单元、外定子永磁体）和外转子组成的外电机组件；调制转子与输入转轴相连并随之旋转，内、外转子均与输出转轴刚性相连并与输出转轴一起旋转，内、外定子用定子隔磁分隔并被固定在电机外壳上。与现有技术相比，本发明专利技术可应用于混合动力汽车领域，可实现双转子电机的无刷化，工作可靠，通过内、外电机的控制，满足不同工况功率需求。

The structure of the brush less double rotor motor for vehicle

【技术实现步骤摘要】
车用无刷双转子电机结构
本专利技术属于电机设计的领域，具体是一种应用于混合动力汽车的无刷双转子电机结构。
技术介绍
随着混合动力汽车（HybridElectricVehicle,HEV）的发展，采用双转子驱动电机的电磁传动式混合动力系统被提出并得到关注，相对于传统汽车驱动系统，电磁传动式混合动力系统可实现高效率的无级变速动力耦合，具有高燃油经济性；相对于采用行星齿轮的机械传动式混合动力系统，电磁传动式混合动力系统具有紧凑的结构，且双转子驱动电机能代替起动/发电机、电动机实现混合动力的耦合与分配，因此该系统已成为混合动力系统的发展方向之一。中国专利技术专利申请号201310412708.3和201510755061.3中提出的双转子电机结构，由内外两个电机按照“外定子-中间转子-内转子-转轴”的顺序径向集成在一起，内转子和外定子上均设置有绕组，构成双转子电机的双电气通道；内转子与发动机相连，中间转子与负载连接，内转子与中间转子构成双转子电机的双机械通道，双电气通道和双机械通道形成四端口电机结构。应用于混合动力系统中，双转子电机通过内电机调速、外电机调矩作用可实现发动机输出的机械能与储能装置输出的电能在不同工况下的能量分配和耦合，从而在提高发动机和系统运行效率的同时，降低燃油消耗，实现节能减排。然而，由于双转子电机的内转子常处于旋转状态，内转子上的绕组接入的电流需经电刷传递，而混合动力系统中内转子的转速通常较大，电刷带来的粉尘及火花给系统运行带来了极大的安全隐患，因此双转子电机的无刷化成为目前研究的一大热点。r>
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种混合动力汽车用无刷双转子电机结构，克服有刷双转子电机运行效率不足，可靠性低及电刷维护工作量大的问题。技术方案：本专利技术提供了一种车用无刷双转子电机结构，包括输入转轴、与输入转轴同轴设置的输出转轴、环绕输出转轴的内转子铁心单元、环绕内转子铁心单元的内转子永磁体、环绕内转子永磁体的调制转子、环绕调制转子的内定子铁心单元、环绕内定子铁心单元的定子隔磁、环绕定子隔磁的外定子铁心单元、环绕外定子铁心单元的外定子永磁体、环绕外定子永磁体的外转子7；所述内转子永磁体与调制转子之间、调制转子与内定子铁心单元之间、外定子铁心单元与外定子永磁体之间、外定子永磁体与外转子之间均设置有气隙，所述内转子永磁体由2n个沿圆周均匀分布的径向交替充磁永磁体单元构成，n为正整数；所述内转子铁心单元固定于输出转轴上，内转子永磁体固定于内转子铁心单元上，定子隔磁径向内、外侧壁分别与内定子铁心单元外侧壁、外定子铁心单元内侧壁固定连接。进一步地，所述调制转子通过调制转子支架与输入转轴固定连接，并与输出转轴转动连接；所述内定子铁心单元、定子隔磁、外定子铁心单元、外定子永磁体组成了定子单元，其通过定子支架与一电机外壳固定连接，并与输出转轴转动连接；外转子通过外转子支架与输出转轴固定连接，并与电机外壳转动连接；电机外壳分别与输入转轴和输出转轴转动连接。进一步地，所述外定子铁心单元为圆环形，其外圆表面沿轴向开有多个槽，所述多个槽的开口指向外转子且槽开口中心线沿圆周均匀分布，所述多个槽内分别嵌入外定子绕组形成m相绕组，通入m相对称交流电流时，形成2p极数的旋转磁场，m、p均为正整数。进一步地，所述内定子铁心单元为圆环形，其内圆表面沿轴向开有多个槽，所述多个槽的开口中心线围绕转轴圆周方向均匀分布，所述多个槽内分别嵌入内定子绕组形成m1相绕组，通入m1相对称交流电流时，形成2p1极数的旋转磁场，m1、p1均为正整数。进一步地，所述内转子铁心单元为圆环形，所述内转子永磁体嵌入内转子铁心单元内部或固定在其外圆表面上，所述内转子铁心单元与内转子永磁体组成了内转子，所述内转子旋转时，形成2n极数的内转子表面磁场。进一步地，所述调制转子为圆环形且由沿圆周交错设置的q块导磁块3-1和q块绝缘块构成，其中，q为正整数。进一步地，所述n、q、p1满足p1=|hn+kq|，其中，h是正奇数，k是正整数。进一步地，所述外转子采用凸极结构，其径向内侧转极在圆周上均匀分布。进一步地，所述内转子永磁体采用表贴式Halbach永磁结构，所述外定子分区永磁体6-2采用径向交替充磁方式。有益效果：1、本专利技术属于无刷结构，由于定子上的绕组不需要旋转，克服了常规双转子电机中旋转内转子上的电枢绕组采用电刷滑环馈电结构所导致的运行效率下降、可靠性降低以及经常需要对电刷等部件进行维护等问题。2、本专利技术的电机有两个转轴，调制转子通过输入转轴与发动机连接，接收发动机输出的机械功率，内转子和外转子通过输出转轴与负载连接，以一定输出转速和转矩驱动负载运行，两个转轴的转速彼此独立，且在永磁调制内电机中，在调制转子转速等于发动机转速并运行于高效率区间的高速范围时，内转子转速可调且其与调制转子的转矩成一定比例关系，使得输入转轴连接的调制转子以高速低转矩运行，内转子连接的输出转轴以较低速较大转矩运行。在发电机和内电机输出功率满足负载需求时，外电机中由于外转子与输出转轴固定同速旋转，外定子上的绕组通过电磁感应产生电功率，可通过整流向储能装置充电；当内电机输出转矩不足以驱动负载运行时，外电机中外定子通过蓄电池通入电流，通过外电机的机电能量转换，最终弥补外转子及其连接的输出转轴上输出转矩的不足。3、本专利技术中内、外定子采用非导磁定子隔磁径向连接，降低内外电机的磁场耦合，因此内外电机可分别独立控制，简化了双转子电机的控制方式。内电机为实现无刷结构，采用双层气隙的永磁磁场调制电机结构，进一步的在内转子上采用表贴士Halbach永磁体，一方面增加了气隙磁密和转矩输出能力，弥补双气隙削弱的永磁磁场；另一方面，降低了内电机的铁耗，提高电机的效率和功率因数。外电机中采用定子分区永磁电机结构，将原放置于定子上的永磁体从定子铁心中脱离，并置于外定子和外转子的圆周气隙间，一方面增加了绕组空间，提高电机转矩输出能力；另一方面，克服了定子永磁式电机由于电枢绕组和永磁体均位于定子上带来的温升较高带来的绕组绝缘损坏、永磁体易于出现不可逆退磁等不稳定因素，因此定子分区外电机提高了电机运行的可靠性。4、本专利技术应用于混合动力系统，可实现无级变速，并能替代离合器、变速箱、起动机和发电机；相对于现有双转子电机，它实现了无刷化，具有运行可靠、宽调速范围、较好的起动性能、高功率密度的优点。附图说明图1为本专利技术提出的无刷双转子电机结构的截面图；图2（a）和图2（b）分别是永磁磁场调制内电机和定子永磁分区外电机结构示意图；图3为内外电机永磁体充磁方向示意图；图4为本专利技术混合动力汽车用无刷双转子电机结构示意图；图5为本专利技术提出的无刷双转子电机HEV驱动系统结构图。1-1输出转轴，1-2输入转轴，2内转子，2-1内转子铁心单元，2-2内转子永磁体，3调制转子，3-1导磁块，3-2绝缘块，4内定子，4-1内定子铁心单元，4-2内定子绕组，5定子隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车用无刷双转子电机结构，其特征在于，包括输入转轴（1-2）、与输入转轴（1-2）同轴设置的输出转轴（1-1）、环绕输出转轴（1-1）的内转子铁心单元（2-1）、环绕内转子铁心单元（2-1）的内转子永磁体（2-2）、环绕内转子永磁体（2-2）的调制转子（3）、环绕调制转子（3）的内定子铁心单元（4-1）、环绕内定子铁心单元（4-1）的定子隔磁（5）、环绕定子隔磁（5）的外定子铁心单元（6-1）、环绕外定子铁心单元（6-1）的外定子永磁体（6-3）、环绕外定子永磁体（6-3）的外转子（7）；/n所述内转子永磁体（2-2）与调制转子（3）之间、调制转子（3）与内定子铁心单元（4-1）之间、外定子铁心单元（6-1）与外定子永磁体（6-3）之间、外定子永磁体（6-3）与外转子（7）之间均设置有气隙；所述内转子永磁体（2-2）由2n个沿圆周均匀分布的径向交替充磁永磁体单元构成，n为正整数；/n内转子铁心单元（2-1）固定于输出转轴（1-1）上，内转子永磁体（2-2）固定于内转子铁心单元（2-1）上，定子隔磁（5）径向内、外侧壁分别与内定子铁心单元（4-1）外侧壁、外定子铁心单元（6-1）内侧壁固定连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种车用无刷双转子电机结构，其特征在于，包括输入转轴（1-2）、与输入转轴（1-2）同轴设置的输出转轴（1-1）、环绕输出转轴（1-1）的内转子铁心单元（2-1）、环绕内转子铁心单元（2-1）的内转子永磁体（2-2）、环绕内转子永磁体（2-2）的调制转子（3）、环绕调制转子（3）的内定子铁心单元（4-1）、环绕内定子铁心单元（4-1）的定子隔磁（5）、环绕定子隔磁（5）的外定子铁心单元（6-1）、环绕外定子铁心单元（6-1）的外定子永磁体（6-3）、环绕外定子永磁体（6-3）的外转子（7）；
所述内转子永磁体（2-2）与调制转子（3）之间、调制转子（3）与内定子铁心单元（4-1）之间、外定子铁心单元（6-1）与外定子永磁体（6-3）之间、外定子永磁体（6-3）与外转子（7）之间均设置有气隙；所述内转子永磁体（2-2）由2n个沿圆周均匀分布的径向交替充磁永磁体单元构成，n为正整数；
内转子铁心单元（2-1）固定于输出转轴（1-1）上，内转子永磁体（2-2）固定于内转子铁心单元（2-1）上，定子隔磁（5）径向内、外侧壁分别与内定子铁心单元（4-1）外侧壁、外定子铁心单元（6-1）内侧壁固定连接。


2.根据权利要求1所述的车用无刷双转子电机结构，其特征在于，所述调制转子（3）通过调制转子支架（9）与输入转轴（1-2）固定连接，并与输出转轴（1-1）转动连接；所述内定子铁心单元（4-1）、定子隔磁（5）、外定子铁心单元（6-1）、外定子永磁体（6-3）组成了定子单元（8），其通过定子支架（12）与一电机外壳（13）固定连接，并与输出转轴（1-1）转动连接；外转子（7）通过外转子支架（15）与输出转轴（1-1）固定连接，并与所述电机外壳（13）转动连接；所述电机外壳（13）分别与输入转轴（1-2）和输出转轴（1-1）转动连接。


3.根据权利要求1所述的车用无刷双转子...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫丽红，郑刚旭，张涛，刘保连，鲁庆，张晨，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32