一種雙轉子結構永磁同步電機的製作方法

2024-03-09 16:40:15 1

本發明涉及一種永磁同步電機，具體為一種雙轉子結構永磁同步電機，屬於電機製造領域。

背景技術：

現有電動汽車驅動方式有集中式驅動以及輪轂式驅動方式。集中式驅動方式，就是將傳統燃油汽車中的發動機由驅動電機代替，保留原來整套機械傳動結構，而輪轂電機驅動的不同之處在於它捨去了機械傳動結構，在機械結構上驅動電機與車輪直接相連或直接安裝在車輪上。輪轂驅動方式自身的特點，對驅動電機的性能也提出了更高的要求：(1)啟動轉矩足夠大，以此滿足電動汽車啟動工況和加速工況響應快、爬坡能力強等要求。(2)轉矩響應快，以滿足電動汽車頻繁啟動與停車、加速與減速，低速或爬坡等駕駛需求。(3)調速範圍寬(4)過載能力強(5)高效工作區寬(6)動態制動能力強，以滿足電動汽車緊急制動等情況，且具有回收制動能量機制。

如何設計出滿足以上要求的輪轂電機一直是人們研究的焦點，一種新型雙轉子結構高功率密度永磁同步電機的設計、製造及其應用於電動汽車輪轂電機的控制系統研究對於電動汽車牽引系統具有重要的意義。

專利cn103640470a提供了一種用於車輛輪轂驅動的雙轉子電機結構，該結構複雜，電機含有齒輪傳動裝置與離合器裝置，且由於轉子繞組需要電刷進行供電，存在可靠性不高，維護成本高等問題。

專利cn203352396u《一種雙定子電機》給出了一種具有雙定子結構的新型電機，其轉子為杯狀結構，設置在第一定子和第二定子之間，通過第一、第二兩個永磁體共同作用實現急停急轉，精度控制高。新型雙饋電動機採用同心式雙定子結構實現，即內、外定子和轉子嵌套的結構，與傳統單定子永磁無刷電機相比,在改善性能的同時,電機的結構更加複雜，其內外電機磁場耦合，增加了控制的難度。

專利cn106300713a提出了一種用於雙轉子電機的定子鐵心，其由外定子和多個可拆卸的內定子組成，定子結構複雜，加工精度要求高，且內定子由多個可拆卸的單個定子軛部扣合而成，內定子機械強度欠佳。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種降低製造成本，提高電機功率密度和效率的新型雙轉子結構永磁同步電機，所述永磁同步電機具有無刷、無需夾式離合器和機械差速器且結構簡單可靠的特點，用於電動汽車可以減少二氧化碳排放量，改善生活環境，對推廣電動汽車具有積極意義。當然，其應用範圍不局限於輪轂電機電動汽車，其他類似的雙轉子電機同樣適用。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：

一種雙轉子結構永磁同步電機，包括外轉子、定子和內轉子；所述外轉子位於定子外側，所述外轉子與定子之間設有外氣隙；所述內轉子位於定子內側，所述內轉子與定子之間設有外氣隙；所述定子外側和內側均設有均勻分布的開槽，所述定子外側開槽上安裝有定子外層繞組，所述定子內側開槽上安裝有定子內層繞組；所述外轉子內側設有均勻分布的外轉子永磁體，所述內轉子外側設有均勻分布的內轉子永磁體；所述定子通過定子支撐件與電機軸剛性連接；所述外轉子通過內外轉子連接件與內轉子剛性連接，並通過前軸承和後軸承與電機軸剛性連接。

優選的，所述外轉子和內轉子的橫截面均為環狀結構，對應的每塊外轉子永磁體與內轉子永磁體在靠近定子一側的端面上形成徑向截面指向軸心的磁極。

優選的，所述外轉子永磁體與所述外轉子為表面嵌入的連接關係；所述內轉子永磁體與所述內轉子為表面嵌入的連接關係。

優選的，所述外轉子永磁體屬性一致且呈圓周均勻分布；所述內轉子永磁體屬性一致且呈圓周均勻分布；所述外轉子永磁體數目與內轉子永磁體一一對應且數目相同，且外轉子與內轉子的兩側徑向側面與定子兩側徑向側面分別對應共面且垂直於軸向；同一徑向截面裡外轉子永磁體和對應的內轉子永磁體徑向中心線共線。

優選的，所述定子外層繞組與所述定子內層繞組為同相位繞組。

優選的，所述定子外層繞組與所述定子內層繞組相互獨立使用或者串聯使用。

優選的，所述電機軸通過脹緊套與聯軸器連接；所述聯軸器設有與外界固定連接的結構，連接結構不局限於法蘭盤結構，可設有其他連接結構。

優選的，所述外轉子通過外轉子支撐件與後軸承連接，並通過後軸承與電機軸剛性連接。

優選的，所述外轉子支撐件上安裝剎車盤，配合安裝在聯軸器上的剎車鉗形成剎車機構。

優選的，所述電機還包括位置傳感器，所述位置傳感器採用旋轉變壓器；所述旋轉變壓器包括旋轉變壓器轉子、旋轉變壓器定子和旋轉變壓器轉子固定座；所述旋轉變壓器轉子安裝在所述旋轉變壓器轉子固定座上，隨電機外轉子及內轉子同步轉動，所述旋轉變壓器定子安裝在電機軸的內壁側。

優選的，所述定子的內部設有散熱介質管道，所述散熱介質管道的出口處設置有防水格蘭頭。

優選的，所述定子通過定子固定螺絲與所述定子支撐件連接。

本發明具有如下有益效果：

(1)由於本發明提供的一種雙轉子結構永磁同步電機的定子電樞繞組(定子內層繞組和定子外層繞組)不旋轉，因而避免了採用電刷和滑環進行供電的問題，提高了所在系統的可靠性，降低了維護成本；

(2)提出一種新型的結構設計，使得電機結構簡單可靠，易於加工。

以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明的一種雙轉子結構永磁同步電機不局限於實施例。

附圖說明

圖1為本發明的雙轉子結構永磁同步電機的結構示意圖；

圖2為本發明的雙轉子結構永磁同步電機徑向截面示意圖；

圖3為本發明的兩個定子繞組中對應相繞組磁動勢及合成圖。

附圖中標記為：1、外轉子，2、內外轉子連接件，3、定子；4、定子固定螺絲，5、內轉子永磁體，6、內轉子，7、旋轉變壓器轉子，8旋轉變壓器轉子固定座，9、電機軸，10、前軸承，11、後軸承，12、防水格蘭頭，13、脹緊套，14、聯軸器，15、剎車盤，16、剎車鉗，17、外轉子支撐件，18、定子支撐件，19、定子內層繞組，20、外轉子永磁體，21、定子外層繞組，22、旋轉變壓器定子。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

參見圖1所示，一種雙轉子結構永磁同步電機，包括外轉子1、定子3和內轉子6；所述外轉子1位於定子3外側，所述外轉子1與定子3之間設有外氣隙；所述內轉子6位於定子3內側，所述內轉子6與定子3之間設有外氣隙；所述定子3外側和內側均設有均勻分布的開槽，所述定子3外側開槽上安裝有定子外層繞組21，所述定子3內側開槽上安裝有定子內層繞組19；所述外轉子1內側設有均勻分布的外轉子永磁體20，所述內轉子6外側設有均勻分布的內轉子永磁體5；所述定子3通過定子支撐件18與電機軸9剛性連接；所述外轉子1通過內外轉子連接件2與內轉子6剛性連接，並通過前軸承10和後軸承11與電機軸9剛性連接。在裝配成型之後，所述外轉子1和內轉子6位於外側，定子3位於外轉子1和內轉子6的裡側。

具體的，所述電機是將外轉子1、內轉子6和定子3嵌套在一起組成一個同心式結構的電機，該電機具有兩層氣隙，兩層氣隙中的磁通共用定子的鐵心磁路。

進一步的，所述電機的外轉子1和內轉子6是環狀結構，採用嵌入式結構將外轉子永磁體20和內轉子永磁體5嵌入內外轉子靠近定子的一側，參見圖2所示，所述外轉子1和內轉子6的鐵心均採用矽鋼疊片疊壓而成，矽鋼疊片由模具衝壓或者線切割製備。

進一步的，所述電機的定子3由定子內層和定子外層組成，參見圖2所示，內層定子槽數與外層定子槽數一致且一一對應，定子3鐵心採用矽鋼疊片疊壓而成，矽鋼疊片由模具衝壓或者線切割製備。

進一步的，所述外轉子永磁體20屬性一致且呈圓周均勻分布；所述內轉子永磁體5屬性一致且呈圓周均勻分布；所述外轉子永磁體20數目與內轉子永磁體5一一對應且數目相同，且外轉子1與內轉子6的兩側徑向側面與定子兩側徑向側面分別對應共面且垂直於軸向；同一徑向截面裡外轉子永磁體20和對應的內轉子永磁體5徑向中心線共線。

進一步的，所述定子外層繞組21與所述定子內層繞組19為同相位繞組。

進一步的，所述定子外層繞組21與所述定子內層繞組19相互獨立使用或者串聯使用。

進一步的，所述電機軸9通過脹緊套13與聯軸器14連接；所述聯軸器14設有與外界固定連接的結構，連接結構不局限於法蘭盤結構，可設有其他連接結構。

進一步的，所述外轉子1通過外轉子支撐件17與後軸承11連接，並通過後軸承11與電機軸9剛性連接。

進一步的，所述外轉子支撐件17上安裝剎車盤15，配合安裝在聯軸器14上的剎車鉗16形成剎車機構。

進一步的，所述電機還包括位置傳感器，所述位置傳感器採用旋轉變壓器；所述旋轉變壓器包括旋轉變壓器轉子7、旋轉變壓器定子22和旋轉變壓器轉子固定座8；所述旋轉變壓器轉子7安裝在所述旋轉變壓器轉子固定座8上，隨電機外轉子1及內轉子6同步轉動，所述旋轉變壓器定子22安裝在電機軸9的內壁側。

進一步的，所述定子的內部設有散熱介質管道，所述散熱介質管道的出口處設置有防水格蘭頭12。

進一步的，所述定子3通過定子固定螺絲4與所述定子支撐件18連接。

本發明的外轉子1、內轉子6、內外轉子連接件2、外轉子支撐件17、旋轉變壓器安裝座8、旋轉變壓器轉子7連同安裝在外轉子支撐件17上的剎車盤15剛性連接形成一體式結構作為電機的轉子體，是電機唯一的機械埠；本發明的定子3、定子支撐件18、電機軸9以及聯軸器14、旋轉變壓器轉子7等構件剛性連接構成一體式結構作為電機的定子體，是不轉動的。

本發明提出的一種雙轉子結構永磁同步電機的定子分別安裝有定子內層繞組19和定子外層繞組21。當定子外層繞組21通電時會產生旋轉磁動勢fa1，並建立電樞磁場φa1；當定子內層繞組19通電時分別會產生旋轉磁動勢fa3，並建立電樞磁場φa3；在定子內層繞組19內產生電樞反應電動勢ea1和ea31，在定子外層繞組21內產生電樞反應電動勢ea3和ea13。其中，兩個定子繞組(定子外層繞組21和定子內層繞組19)間電樞反應的影響很小，因此，ea31及ea13可忽略不計。內外轉子複合而成的永磁體磁動勢f2及建立的勵磁磁場φ2也在定子外層繞組21和定子內層繞組19中分別產生相應的感應電動勢e1和e3。由於兩個定子繞組共同作用將產生疊加性能。如圖3所示，一種雙轉子永磁同步電機的兩個定子繞組中對應相繞組磁動勢fa1和fa3空間矢量相差θ電角度，合成磁動勢為fs。從圖3可看出，當θ＝0時，fa1和fa3具有相同的相位，合成磁動勢最大，電動機將輸出最大的電磁轉矩。即定子內層繞組19和定子外層繞組21中相應繞組為同相位時，得到的電磁轉矩最大。

儘管已經示出和描述了本發明的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由所附權利要求及其等同物限定。