專利名稱：無刷雙饋多氣隙電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無刷雙饋多氣隙電機，屬于電機技術領域。
背景技術：
傳統(tǒng)電機一般都是由一個定子和一個轉子組成，它具有一個氣隙，因此電機只有兩個端口 一個機械端口和一個電氣端口。若在電機中增加一個氣隙，構成雙氣隙電機，貝1J會大大豐富電機的功能。目前，采用雙氣隙結構的電機有雙定子電機和雙轉子電機等。其中雙定子電機通過增加一個定子，構成定子-轉子-定子的雙氣隙結構，改善原電機的性能，提高功率密度等，如中國專利《一種雙定子、單轉子盤式無刷雙饋交流電機》，公開號為CN1753284，
公開日
為20060329，和中國專利《雙定子錐形可調(diào)氣隙永磁電機》，公開號為CN101604891，
公開日為20091216，這兩種電機電機均具有三個端口，一個機械端口和兩個電氣端口。雙轉子電機是在原電機基礎上增加一個轉子，它構成轉子-定子-轉子的雙氣隙結構電機，比如中國專利《一種內(nèi)外雙轉子感應電機》，公開號為CN2722495，
公開日為20050831，或者構成定子-轉子-轉子的雙氣隙結構電機，比如中國專利《軸徑向磁通結構復合式永磁電機》，公開號為CN1929244，
公開日為20070314，這類電機一般具有三個或四個端口，當做成三個端口時，一般用來改善電機性能，如提高效率和功率因數(shù)，改善調(diào)速性能等；如果將其中一個轉子上安置繞組，則形成四端口電機，具有兩個機械端口和兩個電氣端口，電機將具有獨立的雙軸輸入輸出功能，可實現(xiàn)無級變速的功能?，F(xiàn)有的四端口雙轉子電機結構通常為，將傳統(tǒng)電機的轉子仍作為一個外轉子，該外轉子連接一個轉軸，在該外轉子內(nèi)部增加一個轉子，并安置繞組作為內(nèi)轉子，并連接另一個轉軸。其中，一個轉軸與原動機相連作為能量的輸入端，另一個轉軸與負載相連作為能量的輸出端，通過調(diào)節(jié)旋轉的內(nèi)轉子繞組中電流的頻率，使輸入軸和輸出軸運行在不同轉速下，從而實現(xiàn)原動機與負載之間的能量流動。但這種雙轉子電機中旋轉的繞組需要通過電刷和滑環(huán)引入電流，這樣會導致運行效率下降、可靠性降低，以及經(jīng)常需要對電刷等部件進行維護等問題。目前，已經(jīng)提出了無刷式雙轉子電機結構，它采用雙氣隙或者多氣隙結構，即氣隙個數(shù)大于或者等于3，如中國專利《無刷饋電雙轉子電機》，公開號為CN101662192，
公開日為20100303，和中國專利《一種徑向磁場的無刷雙饋雙機械端口電機》，公開號為CN201323515,
公開日為20091007，它們是采用增加繞組的方式，將其中一個轉子變成爪極轉子或者雙饋轉子的方式，替代電刷和滑環(huán)結構，實現(xiàn)無刷化。這種結構從原理上可以解決電刷和滑環(huán)的問題，但是繞組數(shù)量多，電機磁場耦合強，控制復雜，同時電機結構也很復雜，體積較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有無刷式雙轉子電機磁場耦合強、控制復雜的問題，提供一種無刷雙饋多氣隙電機。本發(fā)明所述無刷雙饋多氣隙電機，它包括外殼，它還包括永磁轉子、調(diào)速定子、雙饋轉子、功率定子、永磁轉子輸出軸和雙饋轉子輸出軸，永磁轉子、調(diào)速定子、雙饋轉子和功率定子均設置在外殼內(nèi)部，永磁轉子由同軸固定連接在一起的圓筒形永磁鐵芯和圓盤形永磁鐵芯組成，雙饋轉子由同軸固定連接在一起的圓筒形雙饋鐵芯和圓盤形雙饋鐵芯組成，圓筒形永磁鐵芯套接固定在永磁轉子輸出軸的一端，永磁轉子輸出軸的另一端延伸至外殼外，并通過軸承與外殼的一側壁連接；圓筒形雙饋鐵芯套接固定在雙饋轉子輸出軸上，雙饋轉子輸出軸的一端通過軸承 與圓盤形永磁鐵芯的內(nèi)環(huán)表面連接，雙饋轉子輸出軸的另一端通過軸承與外殼的另一側壁連接；圓盤形永磁鐵芯的盤形表面和圓盤形雙饋鐵芯的盤形表面相對，調(diào)速定子和功率定子分別固定在外殼的內(nèi)壁上，永磁轉子的圓筒形永磁鐵芯位于調(diào)速定子內(nèi)側，所述圓筒形永磁鐵芯與調(diào)速定子之間為氣隙；雙饋轉子的圓筒形雙饋鐵芯位于功率定子內(nèi)側，圓筒形雙饋鐵芯與功率定子之間為氣隙；調(diào)速定子的內(nèi)環(huán)表面上沿圓周方向均勻開有多個調(diào)速定子槽，該調(diào)速定子槽內(nèi)嵌放調(diào)速繞組，功率定子的內(nèi)環(huán)表面上沿圓周方向均勻開有多個功率定子槽，該功率定子槽內(nèi)嵌放功率繞組；圓筒形雙饋鐵芯的外側表面上沿圓環(huán)的外周方向均勻開有多個繞組槽，該繞組槽內(nèi)嵌放第一轉子繞組，圓盤形雙饋鐵芯的外側表面上沿圓環(huán)的徑向均勻開有多個直槽，該直槽內(nèi)嵌放第二轉子繞組，第一轉子繞組和第二轉子繞組的相數(shù)相同，每個直槽內(nèi)嵌放的第二轉子繞組的遠離圓心側與第一轉子繞組的相鄰側按相數(shù)對應連接；圓盤形永磁鐵芯的外側表面上沿圓周方向均勻分布多個扇形永磁體，扇形永磁體沿軸向充磁，沿圓周方向相鄰的扇形永磁體的充磁方向相反，圓筒形永磁鐵芯上均勻設置有多個主永磁體；圓盤形雙饋鐵芯上的第二轉子繞組的極對數(shù)與圓盤形永磁鐵芯上的扇形永磁體的極對數(shù)相同，圓筒形雙饋鐵芯上的第一轉子繞組的相數(shù)與功率定子上的功率繞組的相數(shù)相同，圓筒形雙饋鐵芯上的第一轉子繞組的極對數(shù)與功率定子上的功率繞組的極對數(shù)相同。所述直槽內(nèi)嵌放的第二轉子繞組的遠離圓心側與第一轉子繞組的相鄰側采用正相序或反相序連接。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明中電機的永磁轉子輸出軸和雙饋轉子輸出軸的轉速相互獨立，可實現(xiàn)變轉速變轉矩運行，用在電動汽車等傳動系統(tǒng)中，可代替離合器、變速箱、起動機和發(fā)電機等部件，使系統(tǒng)體積減小，可靠性增加。本發(fā)明的功率傳遞部分采用盤式無刷雙饋結構，充分利用了電機的內(nèi)部空間，提高了功率密度。本發(fā)明實現(xiàn)了三氣隙無電刷結構，它克服了采用傳統(tǒng)電機中采用電刷滑環(huán)帶來的可靠性降低、運行效率降低，以及需要經(jīng)常對電刷滑環(huán)維護的問題。永磁轉子和雙饋轉子結構均采用圓筒形和圓盤形相疊加的結構，三個氣隙磁場和電樞鐵芯磁場相互獨立，消除了耦合，降低了控制難度。


圖I為本發(fā)明的整體結構示意圖；圖2為圖I的A-A剖視圖；圖3為圖I的B-B剖視圖；圖4為圖I的C-C剖視圖；圖5為圖I的D-D剖視圖； 圖6為圖3中雙饋轉子上的兩套轉子繞組采用反相序連接的原理示意圖；圖中Al為圓盤形雙饋鐵芯上的第二轉子繞組的A相線圈，BI為圓盤形雙饋鐵芯上的第二轉子繞組的B相線圈，Cl為圓盤形雙饋鐵芯上的第二轉子繞組的C相線圈，A2為圓筒形雙饋鐵芯上的第一轉子繞組的A相線圈，B2為圓筒形雙饋鐵芯上的第一轉子繞組的B相線圈，C2為圓筒形雙饋鐵芯上的第一轉子繞組的C相線圈；圖7為圖3中雙饋轉子上的兩套轉子繞組采用正相序連接的示意圖；圖8是當圓筒形永磁鐵芯上的主永磁體呈內(nèi)置式排布時的C-C剖視圖；圖9是當圓筒形永磁鐵芯上的主永磁體采用導條鼠籠結構時的C-C剖視圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖I至圖9說明本實施方式，本實施方式所述無刷雙饋多氣隙電機，它包括外殼1，它還包括永磁轉子、調(diào)速定子3、雙饋轉子、功率定子5、永磁轉子輸出軸6和雙饋轉子輸出軸7，永磁轉子、調(diào)速定子3、雙饋轉子和功率定子5均設置在外殼I內(nèi)部，永磁轉子由同軸固定連接在一起的圓筒形永磁鐵芯2-1和圓盤形永磁鐵芯2-2組成，雙饋轉子由同軸固定連接在一起的圓筒形雙饋鐵芯4-1和圓盤形雙饋鐵芯4-2組成，圓筒形永磁鐵芯2-1套接固定在永磁轉子輸出軸6的一端,永磁轉子輸出軸6的另一端延伸至外殼I外，并通過軸承與外殼I的一側壁連接；圓筒形雙饋鐵芯4-1套接固定在雙饋轉子輸出軸7上，雙饋轉子輸出軸7的一端通過軸承與圓盤形永磁鐵芯2-2的內(nèi)環(huán)表面連接，雙饋轉子輸出軸7的另一端通過軸承與外殼I的另一側壁連接；圓盤形永磁鐵芯2-2的盤形表面和圓盤形雙饋鐵芯4-2的盤形表面相對，調(diào)速定子3和功率定子5分別固定在外殼I的內(nèi)壁上，永磁轉子的圓筒形永磁鐵芯2-1位于調(diào)速定子3內(nèi)側，所述圓筒形永磁鐵芯2-1與調(diào)速定子3之間為氣隙；雙饋轉子的圓筒形雙饋鐵芯4-1位于功率定子5內(nèi)側，圓筒形雙饋鐵芯4-1與功率定子5之間為氣隙；調(diào)速定子3的內(nèi)環(huán)表面上沿圓周方向均勻開有多個調(diào)速定子槽，該調(diào)速定子槽內(nèi)嵌放調(diào)速繞組3-1，功率定子5的內(nèi)環(huán)表面上沿圓周方向均勻開有多個功率定子槽，該功率定子槽內(nèi)嵌放功率繞組5-1 ；圓筒形雙饋鐵芯4-1的外側表面上沿圓環(huán)的外周方向均勻開有多個繞組槽，該繞組槽內(nèi)嵌放第一轉子繞組4-1-1，
圓盤形雙饋鐵芯4-2的外側表面上沿圓環(huán)的徑向均勻開有多個直槽，該直槽內(nèi)嵌放第二轉子繞組4-2-1，第一轉子繞組4-1-1和第二轉子繞組4-2-1的相數(shù)相同，每個直槽內(nèi)嵌放的第二轉子繞組4-2-1的遠離圓心側與第一轉子繞組4-1-1的相鄰側按相數(shù)對應連接；圓盤形永磁鐵芯2-2的外側表面上沿圓周方向均勻分布多個扇形永磁體2-2-1,扇形永磁體2-2-1沿軸向充磁,沿圓周方向相鄰的扇形永磁體2-2-1的充磁方向相反，圓筒形永磁鐵芯2-1上均勻設置有多個主永磁體2-1-1 ；圓盤形雙饋鐵芯4-2上的第二轉子繞組4-2-1的極對數(shù)與圓盤形永磁鐵芯2_2上的扇形永磁體2-2-1的極對數(shù)相同，圓筒形雙饋鐵芯4-1上的第一轉子繞組4-1-1的相數(shù)與功率定子5上的功率繞組5-1的相數(shù)相同，圓筒形雙饋鐵芯4-1上的第一轉子繞組4-1-1的極對數(shù)與功率定子5上的功率繞組5-1的極對數(shù)相同。
扇形永磁體2-2-1嵌入在圓盤形永磁鐵芯2-2的外表面上或固定在圓盤形永磁鐵芯2-2的外表面上。圓盤形雙饋鐵芯4-2上的直槽開口的中心線都圍繞圓盤形雙饋鐵芯4-2的軸心線扇形均勻排列，所有直槽中共同鑲嵌有第二轉子繞組4-2-1。本實施方式中,調(diào)速定子3和圓筒形永磁鐵芯2-1的相對表面之間形成氣隙LI,功率定子5和圓筒形雙饋鐵芯4-1的相對表面之間形成氣隙L2，圓盤形永磁鐵芯2-2和圓盤形雙饋鐵芯4-2的相對表面之間形成氣隙L3。所述無刷雙饋多氣隙電機使用在需要變速的傳動系統(tǒng)中時，永磁轉子連接原動機，雙饋轉子連接負載，調(diào)速定子3可以調(diào)節(jié)原動機的轉速，并輸出電功率；功率定子5吸收電功率，氣隙L2、L3和雙饋轉子形成的雙饋電機輸出機械功率，即實現(xiàn)了變速變轉矩運行。本發(fā)明特別適合在電動汽車、風力發(fā)電等需要變速的應用場合中。當在電動汽車上應用時，能使發(fā)動機不依賴于路況，始終運行在最高效率區(qū)，從而降低了燃油消耗和尾氣排放，實現(xiàn)節(jié)能降耗，同時也能代替離合器、變速箱、起動機和發(fā)電機等部件，使汽車結構簡化，成本降低。
具體實施方式
二 下面結合圖6和圖7說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一的進一步說明，本實施方式所述直槽內(nèi)嵌放的第二轉子繞組4-2-1的遠離圓心側與第一轉子繞組4-1-1的相鄰側采用正相序或反相序連接。本發(fā)明的工作原理設定調(diào)速繞組3-1的極對數(shù)為q，圓盤形雙饋鐵芯4-2上的第二轉子繞組4-2-1的極對數(shù)為Pl，圓筒形雙饋鐵芯4-1上第一轉子繞組4-1-1的極對數(shù)為P2 ;調(diào)速繞組3-1由變頻器電源供電，頻率為fq，功率繞組5-1連接變頻器電源，頻率為fp。電機在雙饋運行時，三個氣隙中同時存在三個旋轉磁場，由于電機結構的特殊設計，它們分別在永磁轉子和雙饋轉子中產(chǎn)生電磁轉矩，共同維持電機穩(wěn)定運行。假設圓盤形雙饋鐵芯
4-2上的第二轉子繞組4-2-1內(nèi)感應電勢的頻率為fpl，圓筒形雙饋鐵芯4-1上第一轉子繞組4-1-1內(nèi)感應電勢的頻率為fp2，永磁轉子的轉速為Ii1，雙饋轉子的轉速為n2。在雙饋轉子上的第一轉子繞組4-1-1和第二轉子繞組4-2-1反相序連接和穩(wěn)態(tài)運行條件下，由磁場
60f 60f, 60f, 60f-, 60f
相互作用關系可得A1=~1.~1-n2=~一—-n2=-，f = f 可得電機雙饋轉
q q Pi P2 P2子轉速為
權利要求
1.一種無刷雙饋多氣隙電機，它包括外殼(I)，其特征在于它還包括永磁轉子、調(diào)速定子(3)、雙饋轉子、功率定子(5)、永磁轉子輸出軸(6)和雙饋轉子輸出軸(7)， 永磁轉子、調(diào)速定子(3)、雙饋轉子和功率定子(5)均設置在外殼(I)內(nèi)部， 永磁轉子由同軸固定連接在一起的圓筒形永磁鐵芯(2-1)和圓盤形永磁鐵芯(2-2)組成，雙饋轉子由同軸固定連接在一起的圓筒形雙饋鐵芯(4-1)和圓盤形雙饋鐵芯(4-2)組成， 圓筒形永磁鐵芯(2-1)套接固定在永磁轉子輸出軸(6)的一端,永磁轉子輸出軸(6)的另一端延伸至外殼(I)外，并通過軸承與外殼(I)的一側壁連接； 圓筒形雙饋鐵芯(4-1)套接固定在雙饋轉子輸出軸(7)上，雙饋轉子輸出軸(7)的一端通過軸承與圓盤形永磁鐵芯(2-2)的內(nèi)環(huán)表面連接，雙饋轉子輸出軸(7)的另一端通過軸承與外殼(I)的另一側壁連接；圓盤形永磁鐵芯(2-2)的盤形表面和圓盤形雙饋鐵芯(4-2)的盤形表面相對， 調(diào)速定子(3)和功率定子(5)分別固定在外殼(I)的內(nèi)壁上，永磁轉子的圓筒形永磁鐵芯(2-1)位于調(diào)速定子(3)內(nèi)側，所述圓筒形永磁鐵芯(2-1)與調(diào)速定子(3)之間為氣隙；雙饋轉子的圓筒形雙饋鐵芯(4-1)位于功率定子(5)內(nèi)側，圓筒形雙饋鐵芯(4-1)與功率定子(5)之間為氣隙； 調(diào)速定子(3)的內(nèi)環(huán)表面上沿圓周方向均勻開有多個調(diào)速定子槽，該調(diào)速定子槽內(nèi)嵌放調(diào)速繞組(3-1)，功率定子(5)的內(nèi)環(huán)表面上沿圓周方向均勻開有多個功率定子槽，該功率定子槽內(nèi)嵌放功率繞組(5-1)； 圓筒形雙饋鐵芯(4-1)的外側表面上沿圓環(huán)的外周方向均勻開有多個繞組槽，該繞組槽內(nèi)嵌放第一轉子繞組(4-1-1)， 圓盤形雙饋鐵芯(4-2)的外側表面上沿圓環(huán)的徑向均勻開有多個直槽，該直槽內(nèi)嵌放第二轉子繞組(4-2-1)， 第一轉子繞組(4-1-1)和第二轉子繞組(4-2-1)的相數(shù)相同，每個直槽內(nèi)嵌放的第二轉子繞組(4-2-1)的遠離圓心側與第一轉子繞組(4-1-1)的相鄰側按相數(shù)對應連接； 圓盤形永磁鐵芯(2-2)的外側表面上沿圓周方向均勻分布多個扇形永磁體(2-2-1)，扇形永磁體(2-2-1)沿軸向充磁,沿圓周方向相鄰的扇形永磁體(2-2-1)的充磁方向相反，圓筒形永磁鐵芯(2-1)上均勻設置有多個主永磁體(2-1-1)； 圓盤形雙饋鐵芯(4-2)上的第二轉子繞組(4-2-1)的極對數(shù)與圓盤形永磁鐵芯(2-2)上的扇形永磁體(2-2-1)的極對數(shù)相同，圓筒形雙饋鐵芯(4-1)上的第一轉子繞組(4-1-1)的相數(shù)與功率定子(5)上的功率繞組(5-1)的相數(shù)相同，圓筒形雙饋鐵芯(4-1)上的第一轉子繞組(4-1-1)的極對數(shù)與功率定子(5)上的功率繞組(5-1)的極對數(shù)相同。
2.根據(jù)權利要求I所述的無刷雙饋多氣隙電機，其特征在于所述直槽內(nèi)嵌放的第二轉子繞組(4-2-1)的遠離圓心側與第一轉子繞組(4-1-1)的相鄰側采用正相序或反相序連接。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的無刷雙饋多氣隙電機，其特征在于圓筒形永磁鐵芯(2-1)上的多個主永磁體(2-1-1)在圓筒形永磁鐵芯(2-1)的外環(huán)表面上均勻排布。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的無刷雙饋多氣隙電機，其特征在于圓筒形永磁鐵芯(2-1)上的多個主永磁體(2-1-1)在圓筒形永磁鐵芯(2-1)上呈內(nèi)置式排布。
5.根據(jù)權利要求I或2所述的無刷雙饋多氣隙電機，其特征在于圓筒形永磁鐵芯(2-1)上的多個主永磁體(2-1-1)在圓筒形永磁鐵芯(2-1)上采用導條鼠籠結構。
全文摘要
無刷雙饋多氣隙電機，屬于電機技術領域。它解決了現(xiàn)有無刷式雙轉子電機磁場耦合強、控制復雜的問題。它包括外殼，它還包括永磁轉子、調(diào)速定子、雙饋轉子、功率定子、永磁轉子輸出軸和雙饋轉子輸出軸，永磁轉子、調(diào)速定子、雙饋轉子和功率定子均設置在外殼內(nèi)部，永磁轉子由同軸固定連接在一起的圓筒形永磁鐵芯和圓盤形永磁鐵芯組成，雙饋轉子由同軸固定連接在一起的圓筒形雙饋鐵芯和圓盤形雙饋鐵芯組成，圓筒形永磁鐵芯套接固定在永磁轉子輸出軸的一端，永磁轉子輸出軸的另一端延伸至外殼外，并通過軸承與外殼的一側壁連接。本發(fā)明作為一種多氣隙電機。
文檔編號H02K16/00GK102738984SQ20121020668
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權日2012年6月21日
發(fā)明者崔淑梅, 韓守亮 申請人:哈爾濱工業(yè)大學