無定子的三電刷雙轉子內圈永磁體同步電機的製作方法
2023-09-19 06:34:00 1
專利名稱：無定子的三電刷雙轉子內圈永磁體同步電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及電機技術領域，具體是一種無定子的三電刷雙轉子內圈永磁體同步電機。
背景技術：
雙轉子電機具有兩個轉速彼此獨立的轉子及轉軸，可實現雙軸獨立驅動，因此在多種場合具有廣闊的應用前景，例如混合動力汽車的電驅動系統、汽車和風力發電機的電無級變速器以及現代工具機數控轉臺等。目前國內外已經公發的雙轉子永磁電機是由外轉子永磁電機和一臺內轉子永磁電機套在一起並共用一個定子的新型電機。但因其可以看成兩個獨立的普通電機，所以必須要有兩個控制器，使得控制機構比較複雜，並且對於電機本體，因為結構上還存在定子部分，因此體積較大。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述問題，提出了一種無定子的三電刷雙轉子內圈永磁體同步電機。本發明是通過以下技術方案實現的。—種無定子的三電刷雙轉子內圈永磁體同步電機,包括機殼、夕卜轉子和內轉子,所述外轉子包括外轉軸，所述外轉軸的內端設置在機殼內部，外轉軸的內端上設有外轉子鐵芯以及嵌入外轉子鐵芯的外轉子繞組，外轉軸的內端端部設有端蓋，所述外轉軸的外端伸出機殼的第一端外，外轉軸的外端上靠近端部處設有三個滑環，所述三個滑環上分別連接有電刷，所述電刷上連接有逆變器；所述內轉子包括內轉軸，所述內轉軸的內端設置在外轉子內部，內轉軸的內端上與外轉子鐵芯相對應處設有內轉軸鐵芯以及沿圓周方向交錯設置在內轉軸鐵芯外側壁上的永磁體；所述內轉軸的外端伸出與機殼第一端相對的第二端外。所述逆變器輸出端通過三個電刷分別與固定在外轉軸上的三個滑環相連，用於向外轉子繞組提供可控的三相交流電。所述無定子的三電刷雙轉子內圈永磁體同步電機，還包括蓄電池，所述蓄電池輸出端與逆變器的輸入端相連接。所述逆變器將蓄電池的直流電變成所需的交流控制電壓，通過電刷和滑環傳遞給外轉子繞組，用於調節電機的電磁轉矩以及內轉子和外轉子的轉速差。所述無定子的三電刷雙轉子內圈永磁體同步電機,包括以下能量雙向流動-電動狀態，能量由蓄電池經逆變器、電刷和滑環送到電機，電能轉化為機械能；-放電狀態，能量由電機經滑環、電刷和逆變器送到蓄電池，機械能轉化為電能。所述外轉子鐵芯為圓環形，其外圓周表面沿軸向開有若干個槽，所述若干個槽的開口中心線圍繞內轉軸均勻分布，外轉子繞組分別嵌入所述槽內形成三相繞組。所述內轉軸的外端通過內轉子-機殼間軸承與機殼轉動連接，所述內轉軸的內端通過內轉子-外轉子間軸承與外轉軸轉動連接，形成內轉子獨立轉動；所述外轉子通過外轉子軸承與機殼轉動連接，外轉子的端蓋通過端蓋軸承與內轉軸轉動連接，形成外轉子獨立轉動。所述內轉軸為輸入軸，相應地，所述外轉軸為輸出軸；或所述內轉軸為輸出軸，相應地，所述外轉軸為輸入軸。所述內轉軸的內端端部與外轉軸之間設有氣隙。本發明提供的無定子的三電刷雙轉子內圈永磁體同步電機，只設有外轉子和內轉子，取消了固定在機殼上的定子，因此電機製作複雜程度得到很大的降低，同時電機本體體積能得到減小。另外，由於本發明只需一個控制器，控制比較方便。控制器將直流蓄電池的電壓電流進行變換，產生所需的交流控制電壓和電流，經過電刷和滑環送給本發明電機的內轉子繞組，以控制磁場的變化來達到控制電機輸出轉速與輸出轉矩的目的。
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯圖1為本發明整體結構示意圖；圖中，I為機殼；2為外轉子軸承；3為外轉軸；4為內轉軸；5為內轉子-外轉子間軸承；6為永磁體；7為外轉子鐵芯；8為外轉子繞組；9為端蓋；10為端蓋軸承；11為滑環；12為電刷；13為蓄電池；14為逆變器；15為內轉子-機殼間軸承。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明的保護範圍。如圖1所示，本實施例包括機殼1、外轉子和內轉子，外轉子包括外轉軸3，外轉軸3的內端設置在機殼I內部，外轉軸3的內端上設有外轉子鐵芯7以及嵌入外轉子鐵芯7的外轉子繞組8，外轉軸3的內端端部設有端蓋9，外轉軸3的外端伸出機殼I的第一端夕卜，外轉軸3的外端上靠近端部處設有三個滑環11，三個滑環11上分別連接有電刷12，電刷12上連接有逆變器14 ；內轉子包括內轉軸4，內轉軸4的內端設置在外轉子內部，內轉軸4的內端上與外轉子鐵芯7相對應處設有內轉軸鐵芯以及沿圓周方向交錯設置在內轉軸鐵芯外側壁上的永磁體6 ;內轉軸4的外端伸出與機殼第一端相對的第二端外。進一步地，逆變器14輸出端通過三個電刷12分別與固定在外轉軸3上的三個滑環11相連，用於向外轉子繞組8提供可控的三相交流電。進一步地，本實施例還包括蓄電池13，蓄電池13輸出端與逆變器14的輸入端相連接。進一步地，逆變器14將蓄電池13的直流電變成所需的交流控制電壓，通過電刷12和滑環11傳遞給外轉子繞組8，用於調節電機的電磁轉矩以及內轉子和外轉子的轉速差。
進一步地,本實施例包括以下能量雙向流動-電動狀態，能量由蓄電池13經逆變器14、電刷12和滑環11送到電機，電能轉化為機械能；-放電狀態，能量由電機經滑環11、電刷12和逆變器14送到蓄電池13，機械能轉化為電能。 進一步地，外轉子鐵芯7為圓環形，其外圓周表面沿軸向開有若干個槽，該若干個槽的開口中心線圍繞內轉軸均勻分布，外轉子繞組8分別嵌入上述槽內形成三相繞組。進一步地，內轉軸4的外端通過內轉子-機殼間軸承15與機殼I轉動連接，內轉軸4的內端通過內轉子-外轉子間軸承5與外轉軸3轉動連接，從而形成內轉子獨立轉動；外轉子通過外轉子軸承2與機殼I轉動連接，外轉子的端蓋9通過端蓋軸承10與內轉軸4轉動連接，從而形成外轉子獨立轉動。進一步地，內轉軸4和外轉軸3均可以為輸入軸，相應地，另一轉軸為輸入軸。進一步地，內轉軸的內端端部與外轉軸之間設有微小氣隙。本實施例的工作原理是蓄電池13為逆變器14提供恆定的直流電，逆變器14根據電機所需的輸出信息(負載轉矩或者轉速值)和傳感器反饋回來的電機運行狀況(輸出轉矩或轉速值)，生成所需的三相交流電通過電刷12和滑環11送到外轉子繞組8，在繞組中產生旋轉磁場，與永磁體6產生的磁場相互作用，從而實現電機增速(增矩)或者減速(減矩)的控制要求。本實施例的具體控制方法如下當要求輸出軸轉速與輸入軸轉速相等時，通過控制逆變器14，將蓄電池13的直流電變成三相電，使其電頻率為0，即控制外轉子電流為直流，調節其大小使氣隙磁場作用下所產生的電磁轉矩和輸出軸轉矩平衡。當要求輸出軸轉速大於輸入軸轉速時，逆變器14施加給外轉子繞組8 一個與輸入軸同方向旋轉的電流矢量，控制此電流的大小，使氣隙磁場的作用下產生的電磁轉矩和輸出軸轉矩平衡，控制電流矢量對應的機械轉速等於輸入輸出軸的轉速差，即控制勵磁電流矢量對應的轉速與輸入軸轉速之和與輸出軸轉速相等。當要求輸出軸轉速小於輸入軸轉速時，逆變器14施加給外轉子繞組8 一個與輸入軸反方向旋轉的電流矢量，控制此電流的大小，使氣隙磁場的作用下產生的電磁轉矩和輸出軸轉矩平衡，控制電流矢量對應的機械轉速等於輸入輸出軸的轉速差，即控制勵磁電流矢量對應的轉速與輸出軸轉速之和與輸入軸轉速相等。本實施例只需一個控制器，控制機構比較簡單。控制器將直流蓄電池的電壓進行變換，產生所需的三相交流控制電壓，經電刷12和滑環11送給本實施例的外轉子繞組8，以控制磁場的變化來達到控制電機輸出轉速與輸出轉矩的目的。因逆變器的輸出功率只與內外轉子的轉速差和電磁轉矩有關，即使內外轉子轉速都很高但功率卻很小，因此逆變器模塊體積小、重量輕，對於輸入軸轉動慣量的影響很小。以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質內容。
權利要求
1.一種無定子的三電刷雙轉子內圈永磁體同步電機，包括機殼、外轉子和內轉子，其特徵在於，所述外轉子包括外轉軸，所述外轉軸的內端設置在機殼內部，外轉軸的內端上設有外轉子鐵芯以及嵌入外轉子鐵芯的外轉子繞組，外轉軸的內端端部設有端蓋，所述外轉軸的外端伸出機殼的第一端外，外轉軸的外端上靠近端部處設有三個滑環，所述三個滑環上分別連接有電刷，所述電刷上連接有逆變器；所述內轉子包括內轉軸，所述內轉軸的內端設置在外轉子內部，內轉軸的內端上與外轉子鐵芯相對應處設有內轉軸鐵芯以及沿圓周方向交錯設置在內轉軸鐵芯外側壁上的永磁體；所述內轉軸的外端伸出與機殼第一端相對的第二端外。
2.根據權利要求1所述的無定子的三電刷雙轉子內圈永磁體同步電機，其特徵在於，所述逆變器輸出端通過三個電刷分別與固定在外轉軸上的三個滑環相連，用於向外轉子繞組提供可控的三相交流電。
3.根據權利要求2所述的無定子的三電刷雙轉子內圈永磁體同步電機，其特徵在於，還包括蓄電池，所述蓄電池輸出端與逆變器的輸入端相連接。
4.根據權利要求3所述的無定子的三電刷雙轉子內圈永磁體同步電機，其特徵在於，所述逆變器將蓄電池的直流電變成所需的交流控制電壓，通過電刷和滑環傳遞給外轉子繞組，用於調節電機的電磁轉矩以及內轉子和外轉子的轉速差。
5.根據權利要求4所述的無定子的三電刷雙轉子內圈永磁體同步電機，其特徵在於，包括以下能量雙向流動-電動狀態，能量由蓄電池經逆變器、電刷和滑環送到電機，電能轉化為機械能；-放電狀態，能量由電機經滑環、電刷和逆變器送到蓄電池，機械能轉化為電能。
6.根據權利要求1至3中任一項所述的無定子的三電刷雙轉子內圈永磁體同步電機，其特徵在於，所述外轉子鐵芯為圓環形，其外圓周表面沿軸向開有若干個槽，所述若干個槽的開口中心線圍繞內轉軸均勻分布，外轉子繞組分別嵌入所述槽內形成三相繞組。
7.根據權利要求1至3中任一項所述的無定子的三電刷雙轉子內圈永磁體同步電機，其特徵在於，所述內轉軸的外端通過內轉子-機殼間軸承與機殼轉動連接，所述內轉軸的內端通過內轉子-外轉子間軸承與外轉軸轉動連接，形成內轉子獨立轉動；所述外轉子通過外轉子軸承與機殼轉動連接，外轉子的端蓋通過端蓋軸承與內轉軸轉動連接，形成外轉子獨立轉動。
8.根據權利要求7所述的無定子的三電刷雙轉子內圈永磁體同步電機，其特徵在於，所述內轉軸為輸入軸，相應地，所述外轉軸為輸出軸；或所述內轉軸為輸出軸，相應地，所述外轉軸為輸入軸。
9.根據權利要求1至3中任一項所述的無定子的三電刷雙轉子內圈永磁體同步電機，其特徵在於，所述內轉軸的內端端部與外轉軸之間設有氣隙。
全文摘要
本發明公開了一種無定子的三電刷雙轉子內圈永磁體同步電機，包括機殼、外轉子和內轉子，外轉子包括外轉軸，外轉軸的內端設置在機殼內部，外轉軸的內端上設有外轉子鐵芯以及嵌入外轉子鐵芯的外轉子繞組，外轉軸的內端端部設有端蓋，外轉軸的外端伸出機殼的第一端外，外轉軸的外端上靠近端部處設有三個滑環，三個滑環上分別連接有電刷，電刷上連接有逆變器；內轉子包括內轉軸，內轉軸的內端設置在外轉子內部，內轉軸的內端上設有內轉軸鐵芯以及沿圓周方向交錯設置在內轉軸鐵芯外側壁上的永磁體；內轉軸的外端伸出與機殼第一端相對的第二端外。本發明結構簡單，突破了一般電機只有一個旋轉軸的限制，並省去了定子部分，可應用於多種場合。
文檔編號H02K1/27GK103036378SQ20121058093
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年12月27日
發明者張希, 殷承良, 沈輝 申請人:上海交通大學