專利名稱：一種無耦合電氣無級變速器電機(jī)本體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種關(guān)于無耦合電氣無級變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，涉及電機(jī)設(shè)計(jì)的 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求平滑調(diào)速的場合，諸如混合動力汽車， 風(fēng)力發(fā)電，可變齒輪箱，啟動發(fā)電機(jī)等場合越來越多，對無級變速器的要求也不 斷提高，這使得電氣無級變速器的結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)得到了不斷的發(fā)展和改進(jìn)。但 縱觀國內(nèi)外，電氣無級變速器的研究尚處于實(shí)驗(yàn)室研究起步階段，大力研究和推 廣應(yīng)用電氣無級變速器，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。近年來， 一類具有雙 機(jī)械端口的電氣無級變速器被提了出來，最主要的區(qū)別在于外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，如基于 鼠籠式外轉(zhuǎn)子的電氣無級變速器、基于單層永磁外轉(zhuǎn)子的雙機(jī)械端口式電機(jī)和基 于雙層永磁外轉(zhuǎn)子的四象限變速器。這一類的電氣無級變速器能夠有效的無級調(diào) 節(jié)輸入與輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，滿足以上的應(yīng)用場合。然而，這一類電機(jī)在設(shè)計(jì)和運(yùn) 行過程中都會產(chǎn)成一系列問題，集中體現(xiàn)為以下三點(diǎn)l.定子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子 三部分磁場相互耦合，在負(fù)載運(yùn)行中，磁場相互影響，使負(fù)載反電動勢產(chǎn)生畸變, 轉(zhuǎn)矩脈動增大，對應(yīng)用極為不利；2.由于各部分相互耦合，須采用復(fù)雜的控制算 法和先進(jìn)的控制器才能達(dá)到有效的控制，這無疑增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，限制了電 氣無級變速器的應(yīng)用和發(fā)展;3.定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子的磁場耦合非但對輸出轉(zhuǎn)矩?zé)o有利 影響，反而產(chǎn)生諧波，增加了諧波損耗和雜散損耗，使電氣變速器的效率下降。 限制了電氣變速器在航天、航空、航海、電動汽車等對電機(jī)效率和體積有嚴(yán)格要 求領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，研究出能夠克服上述缺點(diǎn)的新型結(jié)構(gòu)電氣無級變速器就成 為電機(jī)工作者義不容辭的一個關(guān)鍵任務(wù)。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種無耦合電氣無級變速器電機(jī)本體拓?fù)?結(jié)構(gòu)，使得該變速器消除了外層部分和內(nèi)層部分之間的磁場耦合，可以采用現(xiàn)有 成熟的電機(jī)設(shè)計(jì)方案，具有較好正弦度的反電動勢、較大的功率密度、低轉(zhuǎn)矩脈 動和較強(qiáng)的轉(zhuǎn)矩輸出能力，同時具備較強(qiáng)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)能力，能夠應(yīng)用于一切 無級變速的場合。
技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題本發(fā)明的無耦合電氣無級變速器電機(jī)本體 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上來分，該無級變速器包括外層部分，中間部分，內(nèi)層部分; 從電機(jī)角度來說又可以分為定子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，根據(jù)不同的應(yīng)用場合，定子、 外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子可以在以上三部分中任意選取;為了消除外層部分和內(nèi)層部分之 間的磁場耦合，在中間部分添加了非導(dǎo)磁層，使該電機(jī)外層部分與內(nèi)層部分無磁 場耦合；整體電機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)可以采用軸向式，或采用徑向式，或采用混合式； 繞組可以采用分布繞組，也可以采用集中繞組。
定子、外轉(zhuǎn)子、內(nèi)轉(zhuǎn)子可以在外層部分、中間部分、內(nèi)層部分根據(jù)需要調(diào)整， 即.-外層部分是外轉(zhuǎn)子，中間部分是定子，內(nèi)層部分是內(nèi)轉(zhuǎn)子，或外層部分為外 轉(zhuǎn)子，中間部分為內(nèi)轉(zhuǎn)子，內(nèi)層部分作為定子。
中間部分分為三層，中間層為非導(dǎo)磁層，內(nèi)外兩層可以采用永磁、或鼠籠式 繞組、或繞線式繞組、或凸極結(jié)構(gòu)，永磁體采用軸向式，或采用徑向式。
內(nèi)層部分中的散熱孔的形狀根據(jù)轉(zhuǎn)軸的機(jī)械強(qiáng)度來調(diào)整，是圓形，或是圓環(huán) 形；釆用通風(fēng)散熱，或采用通入液體進(jìn)行散熱。
有益效果由于本發(fā)明采用了非導(dǎo)磁層，消除了外層部分、中間部分和內(nèi) 層部分三部分之間的磁場耦合，三部分可以采取現(xiàn)有的任何適合于電動、發(fā)電的 電機(jī)結(jié)構(gòu)。所以本發(fā)明可以將現(xiàn)有的高功率密度，高效率，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高 的電機(jī)有機(jī)的集成在一起，可以應(yīng)用現(xiàn)有成熟的電機(jī)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)方法，發(fā)揮 出他們的優(yōu)勢，并且能夠完全實(shí)現(xiàn)無級變速領(lǐng)域的要求。
由于其無耦合，控制簡單，可以采用現(xiàn)有的成熟的電機(jī)控制策略，而不必采 用復(fù)雜的控制算法，降低成本。
外層部分和內(nèi)層部分可以采用分布繞組或正弦繞組，以獲得良好的正弦電壓 電流，也可以采用集中繞組方式，減小端部長度，盡可能地減小電阻和銅耗，也
4保證了電機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度較大，效率較高；
中間部分可以采用鼠籠式繞組，也可以采用永磁，其中永磁體可以采用徑向 充磁，也可以采用軸向充磁，也可以采用混合式充磁，根據(jù)需要采納。
下面結(jié)合附圖和一個具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
圖1為無耦合電氣無級變速器電機(jī)本體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；其中有外層部分l，
中間部分2，第一永磁體2. 1、非導(dǎo)磁層2.2第二永磁體2.3;內(nèi)層部分3，外氣 隙4，內(nèi)氣隙5。
圖2為一具體的無耦合電氣無級變速器電機(jī)本體組成圖；其中有外層部分 1 (定子)，定子槽l.l，中間部分2 (外轉(zhuǎn)子)，第一永磁體2.1 (軸向充磁的外 永磁)，非導(dǎo)磁層2.2 (外鐵軛)，第二永磁體2.3 (非導(dǎo)磁環(huán))，內(nèi)鐵軛2.4，內(nèi) 永磁2.5，非導(dǎo)磁襯套2.6，內(nèi)層部分3(內(nèi)轉(zhuǎn)子)，內(nèi)轉(zhuǎn)子槽3.1，散熱孔3.2。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的無耦合電氣無級變速器從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上來分，包括外層部分、中間部 分、內(nèi)層部分；從電機(jī)角度來說又可以分為定子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，根據(jù)不同的 應(yīng)用場合定轉(zhuǎn)子可以在三部分中任意選取。
外層部分和內(nèi)層部分可以放置永磁體、鼠籠式繞組、繞線式繞組或凸極結(jié)構(gòu)， 可以采取三相或多相分布繞組或集中繞組，槽可以采取直槽，也可以采取斜槽。
中間部分由三層組成，內(nèi)層和外層可以放置永磁體、鼠籠式繞組、繞線式繞 組或凸極結(jié)構(gòu)，中間層為非導(dǎo)磁層，可以為鋁或其他非導(dǎo)磁材料，其中內(nèi)外層永 磁體可以為徑向式，也可以為軸向式。
永磁體材料可以是鐵氧體或者釹鐵硼，磁化方向?yàn)橐来吻邢蚧蜉S向交替充磁。
如圖2所示，本發(fā)明無耦合電氣無級變速器電機(jī)本體包括定子K外層部分)， 外轉(zhuǎn)子2 (中間部分)和內(nèi)轉(zhuǎn)子3 (內(nèi)層部分)三個部分。定子1和內(nèi)轉(zhuǎn)子3都 采用開槽結(jié)構(gòu)，上面設(shè)置有三相分布繞組。外轉(zhuǎn)子2采用三層結(jié)構(gòu)，外層包括外 永磁2. 1和外鐵軛2. 2，中間層2.3為非導(dǎo)磁環(huán)，內(nèi)層包括內(nèi)永磁2.5和為了消除內(nèi)外部分耦合而設(shè)置的非導(dǎo)磁襯套2. 6。
定子上采用48槽，每極每相下槽數(shù)為1，槽型采用平行齒斜肩圓底槽，且 采用斜槽定子。繞組采用分布繞組，不短距。每相由16個線圈組成。
內(nèi)轉(zhuǎn)子采用36槽，每極每相下槽數(shù)為1，槽型采用平行齒斜肩圓底槽，且 采用斜槽轉(zhuǎn)子。繞組采用分布繞組，2/3短距。每相由12個線圈組成。
外轉(zhuǎn)子采用三層結(jié)構(gòu)。為了增加外轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度，中間為鋁質(zhì)非導(dǎo)磁環(huán)。 鋁質(zhì)非導(dǎo)磁環(huán)的厚度必須在保證耗鋁盡可能小的情況下，使定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子磁場耦 合最低。外層采用軸向充磁的永磁體2. 1，相鄰兩永磁體交替反向充磁，由外鐵 軛2. 2進(jìn)行固定。內(nèi)層采用徑向充磁的永磁體2. 5，由非導(dǎo)磁襯套2. 6進(jìn)行固定。
永磁體2. 1， 2.5可以采用鐵氧體或者釹鐵硼永磁磁鋼，定子1和內(nèi)轉(zhuǎn)子3 鐵心都可以采用硅鋼片沖片壓疊制成。
權(quán)利要求
1、一種無耦合電氣無級變速器電機(jī)本體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上來分，該無級變速器包括外層部分(1)，中間部分(2)，內(nèi)層部分(3)；從電機(jī)角度來說又可以分為定子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，根據(jù)不同的應(yīng)用場合，定子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子可以在以上三部分中任意選??；為了消除外層部分(1)和內(nèi)層部分(3)之間的磁場耦合，在中間部分(2)添加了非導(dǎo)磁層(2.2)，使該電機(jī)外層部分(1)與內(nèi)層部分(3)無磁場耦合；整體電機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)可以采用軸向式，或采用徑向式，或采用混合式；繞組可以采用分布繞組，也可以采用集中繞組。
2、 如權(quán)利要求l所述的一種無耦合電氣無級變速器電機(jī)本體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其 特征在于定子、外轉(zhuǎn)子、內(nèi)轉(zhuǎn)子可以在外層部分、中間部分、內(nèi)層部分根據(jù)需 要調(diào)整，即外層部分是外轉(zhuǎn)子，中間部分是定子，內(nèi)層部分是內(nèi)轉(zhuǎn)子，或外層 部分為外轉(zhuǎn)子，中間部分為內(nèi)轉(zhuǎn)子，內(nèi)層部分作為定子。
3、 如權(quán)利要求l所述的一種無耦合電氣無級變速器電機(jī)本體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，中間部分(2)分為三層，中間層為非導(dǎo)磁層(2.2)，內(nèi)外兩層可以 采用永磁、或鼠籠式繞組、或繞線式繞組、或凸極結(jié)構(gòu)，永磁體采用軸向式，或 采用徑向式。
4、 如權(quán)利要求l所述的一種無耦合電氣無級變速器電機(jī)本體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其 特征在于內(nèi)層部分(3)中的散熱孔(3.2)的形狀根據(jù)轉(zhuǎn)軸的機(jī)械強(qiáng)度來調(diào)整， 是圓形，或是圓環(huán)形；采用通風(fēng)散熱，或采用通入液體進(jìn)行散熱。
全文摘要
一種無耦合電氣無級變速器電機(jī)本體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種關(guān)于無耦合電氣無級變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上來分，該無級變速器包括外層部分(1)，中間部分(2)，內(nèi)層部分(3)；從電機(jī)角度來說又可以分為定子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，根據(jù)不同的應(yīng)用場合，定子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子可以在以上三部分中任意選??；為了消除外層部分(1)和內(nèi)層部分(3)之間的磁場耦合，在中間部分(2)添加了非導(dǎo)磁層(2.2)，使該電機(jī)外層部分(1)與內(nèi)層部分(3)無磁場耦合；整體電機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)可以采用軸向式，或采用徑向式，或采用混合式；繞組可以采用分布繞組，也可以采用集中繞組。
文檔編號H02K51/00GK101299567SQ20081012419
公開日2008年11月5日 申請日期2008年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者孫西凱, 明 程 申請人:東南大學(xué)