径向径向磁场调制型无刷复合结构电机.pdf

上传人:32 文档编号:1104136 上传时间:2018-03-31 格式:PDF 页数:28 大小:1.27MB
返回 下载 相关 举报
摘要
申请专利号:

CN201010274160.7

申请日:

2010.09.07

公开号:

CN101938199A

公开日:

2011.01.05

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H02K 16/02申请日:20100907|||公开

IPC分类号:

H02K16/02; H02K21/14; H02K1/16; H02K1/27

主分类号:

H02K16/02

申请人:

哈尔滨工业大学

发明人:

郑萍; 白金刚; 佟诚德; 隋义; 赵静; 闫海媛

地址:

150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号

优先权:

专利代理机构:

哈尔滨市松花江专利商标事务所 23109

代理人:

张果瑞

PDF下载: PDF下载
内容摘要

径向-径向磁场调制型无刷复合结构电机,属于电机领域,本发明为解决现有串联式、并联式和混联式驱动装置中发动机和系统其他部件不能简单高效配合,从而使系统体积笨重、结构复杂、成本偏高、性能受限,不能有效将动力输出的问题。本发明电机在壳体内并列设置有径向双转子电机和径向转矩调节电机,径向双转子电机的永磁转子由原动机带动形成2n极磁场,其定子形成2p极磁场,由具有q块导磁块和绝缘块的调制环转子的输出轴输出所需转速,且p=|hn+kq|,其输出转速不依赖输入转速,实现无级变速;径向转矩调节电机根据实际负载需要,输入驱动转矩或者制动转矩,满足负载的实际转矩需求,使得调制环转子输出轴输入和输出的能量相平衡。

权利要求书

1: 径向 - 径向磁场调制型无刷复合结构电机, 其特征在于, 在壳体 (4) 内并列设置有 径向双转子电机和径向转矩调节电机, 所述径向双转子电机包括第一定子 (5)、 调制环转子 (6)、 第一永磁转子 (7)、 永磁转子输出轴 (1) 和调制环转子输出轴 (9), 所述径向转矩调节 电机包括第二定子 (11) 和第二永磁转子 (12), 调制环转子输出轴 (9) 同时作为径向转矩调 节电机的转子轴, 所述径向转矩调节电机的第二定子 (11) 固定在壳体 (4) 的内侧壁上, 第二永磁转子 (12) 固定在调制环转子输出轴 (9) 上, 第二定子 (11) 与第二永磁转子 (12) 之间沿径向方 向有气隙 L3 ; 所述径向双转子电机的第一定子 (5) 固定在壳体 (4) 的内侧壁上, 第一永磁转子 (7) 固定在永磁转子输出轴 (1) 上, 调制环转子 (6) 位于第一定子 (5) 与第一永磁转子 (7) 之 间, 永磁转子输出轴 (1) 通过第一轴承 (2) 与壳体 (4) 转动连接, 且永磁转子输出轴 (1) 通 过第二轴承 (3) 和第四轴承 (10) 与调制环转子 (6) 转动连接, 调制环转子输出轴 (9) 的一 端固定在调制环转子 (6) 上, 且调制环转子输出轴 (9) 通过第三轴承 (8) 与壳体 (4) 转动 连接 ; 调制环转子 (6) 和第一定子 (5) 之间有气隙 L1 ; 调制环转子 (6) 与第一永磁转子 (7) 之间有气隙 L2, 第一定子 (5) 由第一定子铁心 (5-2) 和 m 相第一定子绕组 (5-1) 构成, 第一定子绕组 (5-1) 通有 m 相对称交流电流时, 形成 2p 极数的旋转磁场, m、 p 为正整数 ; 第一永磁转子 (7) 由第一永磁转子铁心 (7-2) 和 2n 个第一永磁体单元 (7-1) 构成, 2n 个第一永磁体单元 (7-1) 沿圆周方向均匀分布排列, 2n 个第一永磁体单元 (7-1) 嵌入第一 永磁转子铁心 (7-2) 内部或固定在第一永磁转子铁心 (7-2) 的外圆表面上, 相邻两块第一 永磁体单元 (7-1) 的充磁方向相反, 第一永磁转子 (7) 旋转时, 形成 2n 极数的永磁转子表 面磁场, n 为正整数 ; 调制环转子 (6) 由转子支架 (6-3)、 q 块导磁块 (6-1) 和 q 块绝缘块 (6-2) 构成, 转子 支架 (6-3) 外圆表面沿圆周方向交错设置导磁块 (6-1) 和绝缘块 (6-2) ; 且满足 p = |hn+kq| 关系式成立, 其中, h 是正奇数, k 是整数。
2: 根据权利要求 1 所述的径向 - 径向磁场调制型无刷复合结构电机, 其特征在于, 第一 永磁体单元 (7-1) 按以下四种方式中的任意一种进行设置 : 第一种 : 第一永磁体单元 (7-1) 设置在第一永磁转子铁心 (7-2) 的外圆表面上, 第一永 磁体单元 (7-1) 沿径向充磁或沿径向平行充磁 ; 第二种 : 第一永磁体单元 (7-1) 嵌入设置在第一永磁转子铁心 (7-2) 的外圆表面内, 第 一永磁体单元 (7-1) 沿径向充磁或沿径向平行充磁 ; 第三种 : 第一永磁体单元 (7-1) 的横截面为矩形, 2n 个第一永磁体单元 (7-1) 以永磁 转子输出轴 (1) 为中心在第一永磁转子铁心 (7-2) 的内部放射状分布, 第一永磁体单元 (7-1) 的充磁方向为沿切向平行充磁 ; 第四种 : 第一永磁体单元 (7-1) 的横截面为矩形, 2n 个第一永磁体单元 (7-1) 在永磁 转子铁心 (7-2) 的内部以永磁转子输出轴 (1) 为中心均布, 每相邻两个第一永磁体单元 (7-1) 的夹角为 360° /2n, 第一永磁体单元 (7-1) 的充磁方向为沿径向平行充磁。
3: 根据权利要求 1 所述的径向 - 径向磁场调制型无刷复合结构电机, 其特征在于, 每个 第一永磁体单元 (7-1) 由两块横截面为矩形的永磁体构成 V 字形结构, 两块永磁体的充磁 2 方向为分别垂直于 V 字形的两条边, 且同时指向 V 字形的开口方向或同时背离 V 字形的开 口方向, 2n 个 V 字形的第一永磁体单元 (7-1) 以永磁转子输出轴 (1) 为中心均布在第一永 磁转子铁心 (7-2) 的内部, V 字形的开口沿径向朝外开口。
4: 根据权利要求 1 所述的径向 - 径向磁场调制型无刷复合结构电机, 其特征在于, 第一 定子铁心 (5-2) 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 永磁转子输出轴 (1) 均匀分布, 第一定子绕组 (5-1) 分别嵌入所述槽内形成 m 相绕组。
5: 根据权利要求 1 所述的径向 - 径向磁场调制型无刷复合结构电机, 其特征在于, 导磁 块 (6-1) 选用软磁复合材料、 硅钢片、 实心铁或软磁铁氧体。
6: 根据权利要求 1 所述的径向 - 径向磁场调制型无刷复合结构电机, 其特征在于, 第 二定子 (11) 由第二定子铁心 (11-1) 和 m ′相第二定子绕组 (11-2) 构成, 第二定子铁心 (11-1) 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调制环转 子输出轴 (9) 均匀分布, 第二定子绕组 (11-2) 分别嵌入所述槽内形成 m′相绕组, m′为正 整数 ; 第二永磁转子 (12) 由第二永磁转子铁心 (12-2) 和 2r 个第二永磁体单元 (12-1) 构成, 第二永磁转子铁心 (12-2) 固定在调制环转子输出轴 (9) 上, 2r 个第二永磁体单元 (12-1) 沿圆周方向均匀分布排列, 2r 个第二永磁体单元 (12-1) 嵌入第二永磁转子铁心 (12-2) 内 部或固定在第二永磁转子铁心 (12-2) 的外圆表面上, 相邻两块第二永磁体单元 (12-1) 的 充磁方向相反, r 为正整数。
7: 根据权利要求 6 所述的径向 - 径向磁场调制型无刷复合结构电机, 其特征在于, 第二 永磁体单元 (12-1) 按以下四种方式中的任意一种进行设置 : 第一种 : 第二永磁体单元 (12-1) 设置在第二永磁转子铁心 (12-2) 的外圆表面上, 第二 永磁体单元 (12-1) 沿径向充磁或沿径向平行充磁 ; 第二种 : 第二永磁体单元 (12-1) 嵌入设置在第二永磁转子铁心 (12-2) 的外圆表面内, 第二永磁体单元 (12-1) 沿径向充磁或沿径向平行充磁 ; 第三种 : 第二永磁体单元 (12-1) 的横截面为矩形, 2r 个第二永磁体单元 (12-1) 以调 制环转子输出轴 (9) 为中心在第二永磁转子铁心 (12-2) 的内部放射状分布, 第二永磁体单 元 (12-1) 的充磁方向为沿切向平行充磁 ; 第四种 : 第二永磁体单元 (12-1) 的横截面为矩形, 2r 个第二永磁体单元 (12-1) 在永 磁转子铁心 (12-2) 的内部以调制环转子输出轴 (9) 为中心均布, 每相邻两个第二永磁体单 元 (12-1) 的夹角为 360° /2r, 第二永磁体单元 (12-1) 的充磁方向为沿径向平行充磁。
8: 根据权利要求 6 所述的径向 - 径向磁场调制型无刷复合结构电机, 其特征在于, 每个 第二永磁体单元 (12-1) 由两块横截面为矩形的永磁体构成 V 字形结构, 两块永磁体的充磁 方向为分别垂直于 V 字形的两条边, 且同时指向 V 字形的开口方向或同时背离 V 字形的开 口方向, 2r 个 V 字形的第二永磁体单元 (12-1) 以调制环转子输出轴 (9) 为中心均布在第二 永磁转子铁心 (12-2) 的内部, V 字形的开口沿径向朝外开口。

说明书


径向 - 径向磁场调制型无刷复合结构电机

    【技术领域】
     本发明涉及径向 - 径向磁场调制型无刷复合结构电机, 属于电机领域。背景技术 传统内燃机汽车的燃油消耗和尾气排放污染是举世关注的热点问题。 使用电动汽 车可实现低能耗、 低排放, 但由于作为电动汽车的关键部件之一的电池其能量密度、 寿命、 价格等方面的问题, 使得电动汽车的性价比无法与传统的内燃机汽车相抗衡, 在这种情况 下, 融合内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力电动汽车发展迅速, 成为新型汽车开发的 热点。
     现有串联式驱动装置的特点是 : 可使发动机不受汽车行驶工况的影响, 始终在其 最佳的工作区稳定运行, 并可选用功率较小的发动机, 但需要功率足够大的发电机和电动 机, 发动机的输出需全部转化为电能再变为驱动汽车的机械能, 由于机电能量转换和电池 充放电的效率较低, 使得燃油能量的利用率比较低 ; 并联式驱动装置能量利用率相对较高,
     但发动机工况要受汽车行驶工况的影响, 因此不适于变化频繁的行驶工况, 相比于串联式 结构, 需要较为复杂的变速装置和动力复合装置以及传动机构 ; 混联式驱动装置融合了串 联式和并联式的优点, 由于整个驱动系统的能量流动更加灵活, 因此发动机、 发电机、 电动 机等部件能够进一步得到优化, 从而使整个系统效率更高。但是仍然需要较为复杂的变速 装置和动力复合装置以及传动机构。
     在上述驱动装置中, 存在发动机和系统其他部件不能协调配合的问题, 使整个系 统存在体积笨重、 结构复杂、 耗能大、 尾气排放量大的问题, 而不能有效的将动力输出。 发明内容 本发明目的是为了解决现有串联式、 并联式和混联式驱动装置中发动机和系统其 他部件不能简单高效配合, 从而使整个系统存在体积笨重、 结构复杂、 成本偏高、 性能受限, 而不能有效地将动力输出的问题, 提供了一种径向 - 径向磁场调制型无刷复合结构电机。
     本发明径向 - 径向磁场调制型无刷复合结构电机在壳体内并列设置有径向双转 子电机和径向转矩调节电机, 所述径向双转子电机包括第一定子、 调制环转子、 第一永磁转 子、 永磁转子输出轴和调制环转子输出轴, 所述径向转矩调节电机包括第二定子和第二永 磁转子, 调制环转子输出轴同时作为径向转矩调节电机的转子轴,
     所述径向转矩调节电机的第二定子固定在壳体的内侧壁上, 第二永磁转子固定在 调制环转子输出轴上, 第二定子与第二永磁转子之间沿径向方向有气隙 L3 ;
     所述径向双转子电机的第一定子固定在壳体的内侧壁上, 第一永磁转子固定在永 磁转子输出轴上, 调制环转子位于第一定子与第一永磁转子之间, 永磁转子输出轴通过第 一轴承与壳体转动连接, 且永磁转子输出轴通过第二轴承和第四轴承与调制环转子转动连 接, 调制环转子输出轴的一端固定在调制环转子上, 且调制环转子输出轴通过第三轴承与 壳体转动连接 ; 调制环转子和第一定子之间有气隙 L1 ; 调制环转子与第一永磁转子之间有
     气隙 L2,
     第一定子由第一定子铁心和 m 相第一定子绕组构成, 第一定子绕组通有 m 相对称 交流电流时, 形成 2p 极数的旋转磁场, m、 p 为正整数 ;
     第一永磁转子由第一永磁转子铁心和 2n 个第一永磁体单元构成, 2n 个第一永磁 体单元沿圆周方向均匀分布排列, 2n 个第一永磁体单元嵌入第一永磁转子铁心内部或固定 在第一永磁转子铁心的外圆表面上, 相邻两块第一永磁体单元的充磁方向相反, 第一永磁 转子旋转时, 形成 2n 极数的永磁转子表面磁场, n 为正整数 ;
     调制环转子由转子支架、 q 块导磁块和 q 块绝缘块构成, 转子支架外圆表面沿圆周 方向交错设置导磁块和绝缘块 ;
     且满足 p = |hn+kq| 关系式成立, 其中, h 是正奇数, k 是整数。
     本发明的优点 : 本发明电机为复合结构的电机, 具有两个转轴, 这两个转轴的转速 彼此独立且转速可调, 两个转轴输出的转矩彼此独立且转矩可调, 这样可以使一个转轴实 现高速小转矩运行, 另一个转轴实现低速大转矩运行。
     本发明在与内燃机结合使用时, 能使内燃机不依赖于路况, 始终运行在最高效率 区, 从而降低了燃油消耗和尾气排放, 实现节能降耗 ; 它同时也能取代汽车中变速箱, 离合 器和飞轮等部件, 使汽车结构简化, 成本降低。它能通过电子器件实现汽车的速度驾驶控 制、 宽范围平稳调速 ; 同时还具有不需要复杂的冷却装置、 结构简单、 体积小、 成本低廉的优 点。它还可应用在不同转速的两个机械转轴同时工作的工业装置中。
     本发明属于无刷结构, 克服了有刷复合结构电机因采用电刷滑环馈电结构而导致 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。 附图说明
     图 1 是实施方式一和二的结构示意图 ; 图 2 是图 1 的 A-A 剖视图 ; 图 3 是实施方式三的结构示意图 ; 图 4 是图 3 的 B-B 剖视图 ; 图 5 是实施方式四的结构示意图 ; 图 6 是图 5 的 C-C 剖视图 ; 图 7 是实施方式五的结构示意图 ; 图 8 是图 7 的 D-D 剖视图 ; 图 9 是实施方式六的结构示意图 ; 图 10 是图 9 的 E-E 剖视图 ; 图 11 是实施方式七的结构示意图 ; 图 12 是图 11 的 F-F 剖视图 ; 图 13 是实施方式八的结构示意图 ; 图 14 是图 13 的 G-G 剖视图 ; 图 15 是实施方式九的结构示意图 ; 图 16 是图 15 的 H-H 剖视图 ; 图 17 是实施方式十的结构示意图 ;图 18 是图 17 的 I-I 剖视图 ; 图 19 是实施方式十一的结构示意图 ; 图 20 是图 19 的 J-J 剖视图 ; 图 21 是本发明的原理图。具体实施方式
     具体实施方式一 : 下面结合图 1 至图 21 说明本实施方式, 本实施方式的电机在壳 体 4 内并列设置有径向双转子电机和径向转矩调节电机, 所述径向双转子电机包括第一定 子 5、 调制环转子 6、 第一永磁转子 7、 永磁转子输出轴 1 和调制环转子输出轴 9, 所述径向转 矩调节电机包括第二定子 11 和第二永磁转子 12, 调制环转子输出轴 9 同时作为径向转矩调 节电机的转子轴,
     所述径向转矩调节电机的第二定子 11 固定在壳体 4 的内侧壁上, 第二永磁转子 12 固定在调制环转子输出轴 9 上, 第二定子 11 与第二永磁转子 12 之间沿径向方向有气隙 L3 ;
     第二定子 11 由第二定子铁心 11-1 和 m′相第二定子绕组 11-2 构成, 第二定子铁 心 11-1 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调制环转 子输出轴 9 均匀分布, 第二定子绕组 11-2 分别嵌入所述槽内形成 m′相绕组, m′为正整 数; 第二永磁转子 12 由第二永磁转子铁心 12-2 和 2r 个第二永磁体单元 12-1 构成, 第二永磁转子铁心 12-2 固定在调制环转子输出轴 9 上, 2r 个第二永磁体单元 12-1 沿圆周 方向均匀分布排列, 2r 个第二永磁体单元 12-1 嵌入第二永磁转子铁心 12-2 内部或固定在 第二永磁转子铁心 12-2 的外圆表面上, 相邻两块第二永磁体单元 12-1 的充磁方向相反, r 为正整数 ;
     所述径向双转子电机的第一定子 5 固定在壳体 4 的内侧壁上, 第一永磁转子 7 固 定在永磁转子输出轴 1 上, 调制环转子 6 位于第一定子 5 与第一永磁转子 7 之间, 永磁转子 输出轴 1 通过第一轴承 2 与壳体 4 转动连接, 且永磁转子输出轴 1 通过第二轴承 3 和第四 轴承 10 与调制环转子 6 转动连接, 调制环转子输出轴 9 的一端固定在调制环转子 6 上, 且 调制环转子输出轴 9 通过第三轴承 8 与壳体 4 转动连接 ; 调制环转子 6 和第一定子 5 之间 有气隙 L1 ; 调制环转子 6 与第一永磁转子 7 之间有气隙 L2,
     第一定子 5 由第一定子铁心 5-2 和 m 相第一定子绕组 5-1 构成, 第一定子绕组 5-1 通有 m 相对称交流电流时, 形成 2p 极数的旋转磁场, m、 p 为正整数 ;
     第一定子铁心 5-2 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 中心线围绕永磁转子输出轴 1 均匀分布, 第一定子绕组 5-1 分别嵌入所述槽内形成 m 相绕 组。
     第一永磁转子 7 由第一永磁转子铁心 7-2 和 2n 个第一永磁体单元 7-1 构成, 2n 个 第一永磁体单元 7-1 沿圆周方向均匀分布排列, 2n 个第一永磁体单元 7-1 嵌入第一永磁转 子铁心 7-2 内部或固定在第一永磁转子铁心 7-2 的外圆表面上, 相邻两块第一永磁体单元 7-1 的充磁方向相反, 第一永磁转子 7 旋转时, 形成 2n 极数的永磁转子表面磁场, n 为正整 数;
     调制环转子 6 由转子支架 6-3、 q 块导磁块 6-1 和 q 块绝缘块 6-2 构成, 转子支架
     6-3 外圆表面沿圆周方向交错设置导磁块 6-1 和绝缘块 6-2 ; 导磁块 6-1 选用软磁复合材 料、 硅钢片、 实心铁或软磁铁氧体 ;
     且满足 p = |hn+kq| 关系式成立, 其中, h 是正奇数, k 是整数。
     为了说明本发明的工作原理, 本实施方式以图 1 所示结构为例进行说明, 为了便 于画出各部分的细节, 将图 1 所示的第一永磁转子 7 和调制环转子 6 都做了缩小比例处理, 具体原理图参见图 21。
     径向 - 径向磁场调制型无刷复合结构电机从可实现的功能上分为两部分 : 一部分 是径向双转子电机 ; 另一部分是径向转矩调节电机。径向双转子电机主要实现的功能是使 调制环转子输出轴 9 的转速不依赖于永磁转子输出轴 1 的转速, 并且使调制环转子输出轴 9 能够实现无级变速, 同时调制环转子输出轴 9 根据永磁转子输出轴 1 的输入的转矩按照一 定的比例输出相对应的转矩。径向转矩调节电机的作用是根据实际负载的需要, 输入驱动 转矩或者制动转矩, 使调制环转子输出轴 9 最终输出到负载的转矩不依赖于永磁转子输出 轴 1 所输入的转矩, 实现了转矩的灵活调节。
     下面详细分析一下径向双转子电机的工作原理 :
     首先原动机通过永磁转子输出轴 1 以驱动转矩 T 驱动第一永磁转子 7 逆时针旋 转, 其旋转速度为 Ω1 ; 为了使第一永磁转子 7 所受力矩平衡, 此时将第一定子 5 的第一定子绕组 5-1 中 通入 m 相对称交流电流, 在外层气隙 L1 中产生 2p 极数的定子旋转磁场, 所述定子旋转磁场 的旋转速度为 Ω2 ;
     所述定子旋转磁场通过调制环转子 6 的调制作用, 在内层气隙 L2 中产生与第一永 磁转子 7 相同极数的旋转磁场, 通过磁场的相互作用, 产生的内调制转矩 T1 作用在第一永 磁转子 7 上, 且转矩 T1 的方向为顺时针方向 ;
     由力矩平衡原理可知, T1 = -T, 二者大小相等, 方向相反 ;
     又根据作用力与反作用力的原理, 可知在内层气隙 L2 中存在与内调制转矩 T1 大 小相等且方向相反的力矩 T′ 1 同时作用在调制环转子 6 上, T′ 1 的方向为逆时针方向 ;
     同时, 内层以速度 Ω1 旋转的第一永磁转子 7 产生的永磁转子旋转磁场通过调制 环转子 6 的调制作用, 在外层气隙 L1 中产生 2p 极数的旋转磁场, 与定子旋转磁场相互作 用, 可产生外调制转矩 T2, 并作用在第一定子 5 上, 且外调制转矩 T2 方向为顺时针方向 ;
     根据作用力与反作用力的原理, 可知在外层气隙 L1 中存在与外调制转矩 T2 大小 相等且方向相反的力矩 T′ 2 同时作用在调制环转子 6 上, 且方向为逆时针方向 ;
     因此, 调制环转子 6 的输出转矩 T3 满足条件 : T3 = T′ 1+T′ 2 = -(T1+T2), 调制环 转子 6 的旋转速度为 Ω3, 且方向为逆时针方向, 调制环转子输出轴 9 以转矩 T3 驱动负载。
     由此可以看出, 调制环转子 6 的输出转矩 T3 是内调制转矩 T1 与外调制转矩 T2 的 合成转矩, 而第一永磁转子 7 的输出转矩是内调制转矩 T1。因此, 调制环转子 6 的输出转矩 T3 将大于第一永磁转子 7 的输出转矩 T1, 并且二者具有一定的变比。
     本发明的双转子结构电机可以通过调节通入第一定子绕组 5-1 的电流的频率 f 来 调节转速, 定子旋转磁场的旋转速度 Ω2、 调制环转子 6 的旋转速度 Ω3 和第一永磁转子 7 的 旋转速度 Ω1 满足关系式 :
     下面具体分析几种特殊情况及其产生的原理 :
     1、 在调制环转子 6 静止不动的情况下, 即 Ω3 = 0, 代入公式 (1), 则存在以下关系 式成立 :
     其产生的原理为 :
     在调制环转子 6 静止不动的情况下, 此时第一定子绕组 5-1 通 m 相对称交流电流 产生定子旋转磁场, 而第一永磁转子 7 在原动机的驱动下也在空间中产生了旋转速度为 Ω1 的转子旋转磁场, 这种工作模式可以等效看成磁性齿轮的工作模式。根据磁性齿轮的工作 原理, 及定子旋转磁场的极对数 p、 第一永磁转子 7 的旋转磁场极对数 n 和调制环转子 6 中 导磁块数 q 满足的关系式 : p = |hn+kq|, 可知 : 当调制环转子 6 静止不动时, 则定子旋转磁 场的旋转速度 Ω2 和内层的第一永磁转子 7 的旋转速度 Ω1 满足关系式 (2), 由此可知定子 旋转磁场的旋转速度 Ω2 与第一永磁转子 7 的旋转速度 Ω1 具有一定的变比关系, 调节二者 中任何一方的转速都会使另一方的转速发生变化。
     2、 通入第一定子绕组 5-1 的电流的频率 f = 0, 则第一定子绕组 5-1 通入直流电流 时, 产生恒定磁场, 不旋转, Ω2 = 0, 代入公式 (1), 则存在以下关系式成立 :
     其产生的原理为 :
     当第一定子绕组 5-1 通入直流电流时, 产生恒定磁场, 同时第一永磁转子 7 在原动 机的驱动下在空间中产生了旋转速度为 Ω1 的转子旋转磁场, 而此时并不对调制环转子 6 进行固定, 这种工作模式可以等效看成磁性齿轮的另一种工作模式。根据磁性齿轮的工作 原理, 及定子旋转磁场的极对数 p、 第一永磁转子 7 的旋转磁场极对数 n 和调制环转子 6 中 导磁块数 q 满足的关系式 : p = |hn+kq|, 可知 : 调制环转子 6 将会以一定的速度进行旋转, 调制环转子 6 旋转速度 Ω3 和第一永磁转子 7 的旋转速度 Ω1 将满足关系式 (3), 由此可知 调制环转子 6 的旋转速度 Ω3 与第一永磁转子 7 的旋转速度 Ω1 具有一定的变比, 调节二者 中任何一方的转速都会使另一方的转速发生变化 ;
     下面进行说明公式 (1) 的产生原理, 若此时使第一定子 5 产生的恒定磁场 “旋转起 来” , 即当第一定子绕组 5-1 通入对称交流电流产生定子旋转磁场时, 根据磁场调制原理可 推导出, 定子旋转磁场的旋转速度 Ω2 与调制环转子 6 的旋转速度 Ω3 和第一永磁转子 7 的 旋转速度 Ω1 满足关系式 (1)。因此, 当内层第一永磁转子 7 的速度 Ω1 不变的情况下, 调 节定子旋转磁场的旋转速度 Ω2, 可以实现调制环转子 6 的旋转转速 Ω3 的调节。由此可以 看出, 调制环转子 6 的旋转速度 Ω3 是由第一永磁转子 7 的旋转速度 Ω1 和定子旋转磁场的 旋转速度 Ω2 共同决定的。
     综上, 本发明所述的径向双转子电机根据公式 (1) 调节通入第一定子绕组 5-1 的 电流的频率 f 来调节转速。
     下面详细分析一下径向转矩调节电机的工作原理 :
     因为第二永磁转子 12 固定在调制环转子输出轴 9 上, 所以第二永磁转子 12 以调 制环转子输出轴 9 的转速旋转。第二定子绕组 11-2 通入多相交流电流时, 在空间产生与第 二永磁转子 12 磁场极数相同的旋转磁场, 通过磁场的相互作用产生转矩并作用到第二永 磁转子 12 上, 同时传递到调制环转子输出轴 9 上。
     当径向双转子电机输入到调制环转子输出轴 9 上的转矩大于负载需要的转矩时, 通过控制输入第二定子绕组 11-2 的电流, 使径向转矩调节电机工作在发电制动状态, 此时 径向转矩调节电机产生制动转矩作用在调制环转子输出轴 9 上, 因此, 保证了调制环转子 输出轴 9 输入和输出的转矩相平衡。这时, 径向双转子电机输入到调制环转子输出轴 9 上 的能量一部分用来驱动负载, 另一部分用来驱动径向转矩调节电机使其发电, 从而使调制 环转子输出轴 9 输入和输出的能量相平衡。
     当径向双转子电机输入到调制环转子输出轴 9 上的转矩小于负载需要的转矩时, 通过控制输入第二定子绕组 11-2 的电流, 使径向转矩调节电机工作在电动驱动状态, 此时 径向转矩调节电机产生驱动转矩作用在调制环转子输出轴 9 上, 因此, 保证了调制环转子 输出轴 9 输入和输出的转矩相平衡。这时, 驱动负载的能量一部分来源于径向双转子电机 输入到调制环转子输出轴 9 上的能量, 另一部分来源于径向转矩调节电机输入的能量, 从 而使调制环转子输出轴 9 输入和输出的能量相平衡。
     当径向双转子电机输入到调制环转子输出轴 9 上的转矩与负载需要的转矩相等 时, 此时径向转矩调节电机不工作。 这时, 驱动负载的能量全部来源于径向双转子电机输入 到调制环转子输出轴 9 上的能量, 从而使调制环转子输出轴输入和输出的能量相平衡。
     具体实施方式二 : 下面结合图 1 和图 2 说明本实施方式, 本实施方式与实施方式一 的不同之处在于, 第一永磁体单元 7-1 设置在第一永磁转子铁心 7-2 的外圆表面上, 第一永 磁体单元 7-1 沿径向充磁或沿径向平行充磁, 其它结构和连接方式与实施方式一相同。
     具体实施方式三 : 下面结合图 3 和图 4 说明本实施方式, 本实施方式与实施方式 一的不同之处在于, 第一永磁体单元 7-1 嵌入设置在第一永磁转子铁心 7-2 的外圆表面内, 第一永磁体单元 7-1 沿径向充磁或沿径向平行充磁, 其它结构和连接方式与实施方式一相 同。
     具体实施方式四 : 下面结合图 5 和图 6 说明本实施方式, 本实施方式与实施方式一 的不同之处在于, 第一永磁体单元 7-1 的横截面为矩形, 2n 个第一永磁体单元 7-1 以永磁转 子输出轴 1 为中心在第一永磁转子铁心 7-2 的内部放射状分布, 第一永磁体单元 7-1 的充 磁方向为沿切向平行充磁, 其它结构和连接方式与实施方式一相同。
     本实施方式中永磁转子属于聚磁结构, 在永磁转子相邻永磁体的并联作用下, 使 得在每极磁场下有两块永磁体对气隙提供磁通, 可提高气隙磁密, 尤其在极数较多的情况 下更为突出。
     具体实施方式五 : 下面结合图 7 和图 8 说明本实施方式, 本实施方式与实施方式一 的不同之处在于, 第一永磁体单元 7-1 的横截面为矩形, 2n 个第一永磁体单元 7-1 在第一永 磁转子铁心 7-2 的内部以永磁转子输出轴 1 为中心均布, 每相邻两个第一永磁体单元 7-1的夹角为 360° /2n, 第一永磁体单元 7-1 的充磁方向为沿径向平行充磁, 其它结构和连接 方式与实施方式一相同。
     具体实施方式六 : 下面结合图 9 和图 10 说明本实施方式, 本实施方式与实施方式 一的不同之处在于, 每个第一永磁体单元 7-1 由两块横截面为矩形的第一永磁体构成 V 字 形结构, 两块永磁体的充磁方向为分别垂直于 V 字形的两条边, 且同时指向 V 字形的开口方 向或同时背离 V 字形的开口方向, 2n 个 V 字形的第一永磁体单元 7-1 以永磁转子输出轴 1 为中心均布在第一永磁转子铁心 7-2 的内部, V 字形的开口沿径向朝外开口, 其它结构和连 接方式与实施方式一相同。
     本实施方式中永磁转子属于聚磁结构, 在构成 V 字形相邻永磁体的并联作用下, 使得在每极磁场下有两块永磁体对气隙提供磁通, 可提高气隙磁密。
     具体实施方式七 : 下面结合图 11 和图 12 说明本实施方式, 本实施方式与实施方式 一的不同之处在于, 第二永磁体单元 12-1 设置在第二永磁转子铁心 12-2 的外圆表面上, 第 二永磁体单元 12-1 沿径向充磁或沿径向平行充磁, 其它结构和连接方式与实施方式一相 同。
     具体实施方式八 : 下面结合图 13 和图 14 说明本实施方式, 本实施方式与实施方式 一的不同之处在于, 第二永磁体单元 12-1 嵌入设置在第二永磁转子铁心 12-2 的外圆表面 内, 第二永磁体单元 12-1 沿径向充磁或沿径向平行充磁, 其它结构和连接方式与实施方式 一相同。 具体实施方式九 : 下面结合图 15 和图 16 说明本实施方式, 本实施方式与实施方式 一的不同之处在于, 第二永磁体单元 12-1 的横截面为矩形, 2r 个第二永磁体单元 12-1 以 调制环转子输出轴 9 为中心在第二永磁转子铁心 12-2 的内部放射状分布, 第二永磁体单元 12-1 的充磁方向为沿切向平行充磁, 其它结构和连接方式与实施方式一相同。
     本实施方式中永磁转子属于聚磁结构, 在永磁转子相邻永磁体的并联作用下, 使 得在每极磁场下有两块永磁体对气隙提供磁通, 可提高气隙磁密, 尤其在极数较多的情况 下更为突出。
     具体实施方式十 : 下面结合图 17 和图 18 说明本实施方式, 本实施方式与实施方式 一的不同之处在于, 第二永磁体单元 12-1 的横截面为矩形, 2r 个第二永磁体单元 12-1 在 永磁转子铁心 12-2 的内部以调制环转子输出轴 9 为中心均布, 每相邻两个第二永磁体单元 12-1 的夹角为 360° /2r, 第二永磁体单元 12-1 的充磁方向为沿径向平行充磁, 其它结构和 连接方式与实施方式一相同。
     具体实施方式十一 : 下面结合图 19 和图 20 说明本实施方式, 本实施方式与实施方 式一的不同之处在于, 每个第二永磁体单元 12-1 由两块横截面为矩形的永磁体构成 V 字形 结构, 两块永磁体的充磁方向为分别垂直于 V 字形的两条边, 且同时指向 V 字形的开口方向 或同时背离 V 字形的开口方向, 2r 个 V 字形的第二永磁体单元 12-1 以调制环转子输出轴 9 为中心均布在第二永磁转子铁心 12-2 的内部, V 字形的开口沿径向朝外开口, 其它结构和 连接方式与实施方式一相同。
     本实施方式中永磁转子属于聚磁结构, 在构成 V 字形相邻第一永磁体的并联作用 下, 使得在每极磁场下有两块永磁体对气隙提供磁通, 可提高气隙磁密。
     以上实施方式中, 实施方式二至六是第一永磁转子 7 的五种结构方式, 实施方式
     七至十一是第二永磁转子 12 的五种结构方式, 在实际应用中, 复合电机中的第一永磁转子 7 的五种结构方式可以任意择一选择, 第二永磁转子 12 的五种结构方式也可以任意择一选 择, 第一永磁转子 7 和第二永磁转子 12 无论选择哪种结构组合在一起都能正常工作, 即有 25 种复合电机结构。

径向径向磁场调制型无刷复合结构电机.pdf_第1页
第1页 / 共28页
径向径向磁场调制型无刷复合结构电机.pdf_第2页
第2页 / 共28页
径向径向磁场调制型无刷复合结构电机.pdf_第3页
第3页 / 共28页
点击查看更多>>
资源描述

《径向径向磁场调制型无刷复合结构电机.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《径向径向磁场调制型无刷复合结构电机.pdf(28页珍藏版)》请在专利查询网上搜索。

1、10申请公布号CN101938199A43申请公布日20110105CN101938199ACN101938199A21申请号201010274160722申请日20100907H02K16/02200601H02K21/14200601H02K1/16200601H02K1/2720060171申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号72发明人郑萍白金刚佟诚德隋义赵静闫海媛74专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人张果瑞54发明名称径向径向磁场调制型无刷复合结构电机57摘要径向径向磁场调制型无刷复合结构电机,属于电机领域,本发明为解决现有串联。

2、式、并联式和混联式驱动装置中发动机和系统其他部件不能简单高效配合,从而使系统体积笨重、结构复杂、成本偏高、性能受限,不能有效将动力输出的问题。本发明电机在壳体内并列设置有径向双转子电机和径向转矩调节电机,径向双转子电机的永磁转子由原动机带动形成2N极磁场,其定子形成2P极磁场,由具有Q块导磁块和绝缘块的调制环转子的输出轴输出所需转速,且P|HNKQ|,其输出转速不依赖输入转速,实现无级变速;径向转矩调节电机根据实际负载需要,输入驱动转矩或者制动转矩,满足负载的实际转矩需求,使得调制环转子输出轴输入和输出的能量相平衡。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说。

3、明书8页附图17页CN101938200A1/2页21径向径向磁场调制型无刷复合结构电机,其特征在于,在壳体4内并列设置有径向双转子电机和径向转矩调节电机,所述径向双转子电机包括第一定子5、调制环转子6、第一永磁转子7、永磁转子输出轴1和调制环转子输出轴9,所述径向转矩调节电机包括第二定子11和第二永磁转子12,调制环转子输出轴9同时作为径向转矩调节电机的转子轴,所述径向转矩调节电机的第二定子11固定在壳体4的内侧壁上,第二永磁转子12固定在调制环转子输出轴9上,第二定子11与第二永磁转子12之间沿径向方向有气隙L3;所述径向双转子电机的第一定子5固定在壳体4的内侧壁上,第一永磁转子7固定在永。

4、磁转子输出轴1上,调制环转子6位于第一定子5与第一永磁转子7之间,永磁转子输出轴1通过第一轴承2与壳体4转动连接,且永磁转子输出轴1通过第二轴承3和第四轴承10与调制环转子6转动连接,调制环转子输出轴9的一端固定在调制环转子6上,且调制环转子输出轴9通过第三轴承8与壳体4转动连接;调制环转子6和第一定子5之间有气隙L1;调制环转子6与第一永磁转子7之间有气隙L2,第一定子5由第一定子铁心52和M相第一定子绕组51构成,第一定子绕组51通有M相对称交流电流时,形成2P极数的旋转磁场,M、P为正整数;第一永磁转子7由第一永磁转子铁心72和2N个第一永磁体单元71构成,2N个第一永磁体单元71沿圆周。

5、方向均匀分布排列,2N个第一永磁体单元71嵌入第一永磁转子铁心72内部或固定在第一永磁转子铁心72的外圆表面上,相邻两块第一永磁体单元71的充磁方向相反,第一永磁转子7旋转时,形成2N极数的永磁转子表面磁场,N为正整数;调制环转子6由转子支架63、Q块导磁块61和Q块绝缘块62构成,转子支架63外圆表面沿圆周方向交错设置导磁块61和绝缘块62;且满足P|HNKQ|关系式成立,其中,H是正奇数,K是整数。2根据权利要求1所述的径向径向磁场调制型无刷复合结构电机,其特征在于,第一永磁体单元71按以下四种方式中的任意一种进行设置第一种第一永磁体单元71设置在第一永磁转子铁心72的外圆表面上,第一永磁。

6、体单元71沿径向充磁或沿径向平行充磁;第二种第一永磁体单元71嵌入设置在第一永磁转子铁心72的外圆表面内,第一永磁体单元71沿径向充磁或沿径向平行充磁;第三种第一永磁体单元71的横截面为矩形,2N个第一永磁体单元71以永磁转子输出轴1为中心在第一永磁转子铁心72的内部放射状分布,第一永磁体单元71的充磁方向为沿切向平行充磁;第四种第一永磁体单元71的横截面为矩形,2N个第一永磁体单元71在永磁转子铁心72的内部以永磁转子输出轴1为中心均布,每相邻两个第一永磁体单元71的夹角为360/2N,第一永磁体单元71的充磁方向为沿径向平行充磁。3根据权利要求1所述的径向径向磁场调制型无刷复合结构电机,其。

7、特征在于,每个第一永磁体单元71由两块横截面为矩形的永磁体构成V字形结构,两块永磁体的充磁权利要求书CN101938199ACN101938200A2/2页3方向为分别垂直于V字形的两条边,且同时指向V字形的开口方向或同时背离V字形的开口方向,2N个V字形的第一永磁体单元71以永磁转子输出轴1为中心均布在第一永磁转子铁心72的内部,V字形的开口沿径向朝外开口。4根据权利要求1所述的径向径向磁场调制型无刷复合结构电机,其特征在于,第一定子铁心52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永磁转子输出轴1均匀分布,第一定子绕组51分别嵌入所述槽内形成M相绕组。5根据权利要求1。

8、所述的径向径向磁场调制型无刷复合结构电机,其特征在于,导磁块61选用软磁复合材料、硅钢片、实心铁或软磁铁氧体。6根据权利要求1所述的径向径向磁场调制型无刷复合结构电机,其特征在于,第二定子11由第二定子铁心111和M相第二定子绕组112构成,第二定子铁心111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调制环转子输出轴9均匀分布,第二定子绕组112分别嵌入所述槽内形成M相绕组,M为正整数;第二永磁转子12由第二永磁转子铁心122和2R个第二永磁体单元121构成,第二永磁转子铁心122固定在调制环转子输出轴9上,2R个第二永磁体单元121沿圆周方向均匀分布排列,2R个第二永磁。

9、体单元121嵌入第二永磁转子铁心122内部或固定在第二永磁转子铁心122的外圆表面上,相邻两块第二永磁体单元121的充磁方向相反,R为正整数。7根据权利要求6所述的径向径向磁场调制型无刷复合结构电机,其特征在于,第二永磁体单元121按以下四种方式中的任意一种进行设置第一种第二永磁体单元121设置在第二永磁转子铁心122的外圆表面上,第二永磁体单元121沿径向充磁或沿径向平行充磁;第二种第二永磁体单元121嵌入设置在第二永磁转子铁心122的外圆表面内,第二永磁体单元121沿径向充磁或沿径向平行充磁;第三种第二永磁体单元121的横截面为矩形,2R个第二永磁体单元121以调制环转子输出轴9为中心在第。

10、二永磁转子铁心122的内部放射状分布,第二永磁体单元121的充磁方向为沿切向平行充磁;第四种第二永磁体单元121的横截面为矩形,2R个第二永磁体单元121在永磁转子铁心122的内部以调制环转子输出轴9为中心均布,每相邻两个第二永磁体单元121的夹角为360/2R,第二永磁体单元121的充磁方向为沿径向平行充磁。8根据权利要求6所述的径向径向磁场调制型无刷复合结构电机,其特征在于,每个第二永磁体单元121由两块横截面为矩形的永磁体构成V字形结构,两块永磁体的充磁方向为分别垂直于V字形的两条边,且同时指向V字形的开口方向或同时背离V字形的开口方向,2R个V字形的第二永磁体单元121以调制环转子输出。

11、轴9为中心均布在第二永磁转子铁心122的内部,V字形的开口沿径向朝外开口。权利要求书CN101938199ACN101938200A1/8页4径向径向磁场调制型无刷复合结构电机技术领域0001本发明涉及径向径向磁场调制型无刷复合结构电机,属于电机领域。背景技术0002传统内燃机汽车的燃油消耗和尾气排放污染是举世关注的热点问题。使用电动汽车可实现低能耗、低排放,但由于作为电动汽车的关键部件之一的电池其能量密度、寿命、价格等方面的问题,使得电动汽车的性价比无法与传统的内燃机汽车相抗衡,在这种情况下,融合内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力电动汽车发展迅速,成为新型汽车开发的热点。0003现有串联式驱。

12、动装置的特点是可使发动机不受汽车行驶工况的影响,始终在其最佳的工作区稳定运行,并可选用功率较小的发动机,但需要功率足够大的发电机和电动机,发动机的输出需全部转化为电能再变为驱动汽车的机械能,由于机电能量转换和电池充放电的效率较低,使得燃油能量的利用率比较低;并联式驱动装置能量利用率相对较高,但发动机工况要受汽车行驶工况的影响,因此不适于变化频繁的行驶工况,相比于串联式结构,需要较为复杂的变速装置和动力复合装置以及传动机构;混联式驱动装置融合了串联式和并联式的优点,由于整个驱动系统的能量流动更加灵活,因此发动机、发电机、电动机等部件能够进一步得到优化,从而使整个系统效率更高。但是仍然需要较为复杂。

13、的变速装置和动力复合装置以及传动机构。0004在上述驱动装置中,存在发动机和系统其他部件不能协调配合的问题,使整个系统存在体积笨重、结构复杂、耗能大、尾气排放量大的问题,而不能有效的将动力输出。发明内容0005本发明目的是为了解决现有串联式、并联式和混联式驱动装置中发动机和系统其他部件不能简单高效配合,从而使整个系统存在体积笨重、结构复杂、成本偏高、性能受限,而不能有效地将动力输出的问题,提供了一种径向径向磁场调制型无刷复合结构电机。0006本发明径向径向磁场调制型无刷复合结构电机在壳体内并列设置有径向双转子电机和径向转矩调节电机,所述径向双转子电机包括第一定子、调制环转子、第一永磁转子、永磁。

14、转子输出轴和调制环转子输出轴,所述径向转矩调节电机包括第二定子和第二永磁转子,调制环转子输出轴同时作为径向转矩调节电机的转子轴,0007所述径向转矩调节电机的第二定子固定在壳体的内侧壁上,第二永磁转子固定在调制环转子输出轴上,第二定子与第二永磁转子之间沿径向方向有气隙L3;0008所述径向双转子电机的第一定子固定在壳体的内侧壁上,第一永磁转子固定在永磁转子输出轴上,调制环转子位于第一定子与第一永磁转子之间,永磁转子输出轴通过第一轴承与壳体转动连接,且永磁转子输出轴通过第二轴承和第四轴承与调制环转子转动连接,调制环转子输出轴的一端固定在调制环转子上,且调制环转子输出轴通过第三轴承与壳体转动连接;。

15、调制环转子和第一定子之间有气隙L1;调制环转子与第一永磁转子之间有说明书CN101938199ACN101938200A2/8页5气隙L2,0009第一定子由第一定子铁心和M相第一定子绕组构成,第一定子绕组通有M相对称交流电流时,形成2P极数的旋转磁场,M、P为正整数;0010第一永磁转子由第一永磁转子铁心和2N个第一永磁体单元构成,2N个第一永磁体单元沿圆周方向均匀分布排列,2N个第一永磁体单元嵌入第一永磁转子铁心内部或固定在第一永磁转子铁心的外圆表面上,相邻两块第一永磁体单元的充磁方向相反,第一永磁转子旋转时,形成2N极数的永磁转子表面磁场,N为正整数;0011调制环转子由转子支架、Q块导。

16、磁块和Q块绝缘块构成,转子支架外圆表面沿圆周方向交错设置导磁块和绝缘块;0012且满足P|HNKQ|关系式成立,其中,H是正奇数,K是整数。0013本发明的优点本发明电机为复合结构的电机,具有两个转轴,这两个转轴的转速彼此独立且转速可调,两个转轴输出的转矩彼此独立且转矩可调,这样可以使一个转轴实现高速小转矩运行,另一个转轴实现低速大转矩运行。0014本发明在与内燃机结合使用时,能使内燃机不依赖于路况,始终运行在最高效率区,从而降低了燃油消耗和尾气排放,实现节能降耗;它同时也能取代汽车中变速箱,离合器和飞轮等部件,使汽车结构简化,成本降低。它能通过电子器件实现汽车的速度驾驶控制、宽范围平稳调速;。

17、同时还具有不需要复杂的冷却装置、结构简单、体积小、成本低廉的优点。它还可应用在不同转速的两个机械转轴同时工作的工业装置中。0015本发明属于无刷结构,克服了有刷复合结构电机因采用电刷滑环馈电结构而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。附图说明0016图1是实施方式一和二的结构示意图;0017图2是图1的AA剖视图;0018图3是实施方式三的结构示意图;0019图4是图3的BB剖视图;0020图5是实施方式四的结构示意图;0021图6是图5的CC剖视图;0022图7是实施方式五的结构示意图;0023图8是图7的DD剖视图;0024图9是实施方式六的结构示意图;00。

18、25图10是图9的EE剖视图;0026图11是实施方式七的结构示意图;0027图12是图11的FF剖视图;0028图13是实施方式八的结构示意图;0029图14是图13的GG剖视图;0030图15是实施方式九的结构示意图;0031图16是图15的HH剖视图;0032图17是实施方式十的结构示意图;说明书CN101938199ACN101938200A3/8页60033图18是图17的II剖视图;0034图19是实施方式十一的结构示意图;0035图20是图19的JJ剖视图;0036图21是本发明的原理图。具体实施方式0037具体实施方式一下面结合图1至图21说明本实施方式,本实施方式的电机在壳体。

19、4内并列设置有径向双转子电机和径向转矩调节电机,所述径向双转子电机包括第一定子5、调制环转子6、第一永磁转子7、永磁转子输出轴1和调制环转子输出轴9,所述径向转矩调节电机包括第二定子11和第二永磁转子12,调制环转子输出轴9同时作为径向转矩调节电机的转子轴,0038所述径向转矩调节电机的第二定子11固定在壳体4的内侧壁上,第二永磁转子12固定在调制环转子输出轴9上,第二定子11与第二永磁转子12之间沿径向方向有气隙L3;0039第二定子11由第二定子铁心111和M相第二定子绕组112构成,第二定子铁心111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调制环转子输出轴9均匀分。

20、布,第二定子绕组112分别嵌入所述槽内形成M相绕组,M为正整数;0040第二永磁转子12由第二永磁转子铁心122和2R个第二永磁体单元121构成,第二永磁转子铁心122固定在调制环转子输出轴9上,2R个第二永磁体单元121沿圆周方向均匀分布排列,2R个第二永磁体单元121嵌入第二永磁转子铁心122内部或固定在第二永磁转子铁心122的外圆表面上,相邻两块第二永磁体单元121的充磁方向相反,R为正整数;0041所述径向双转子电机的第一定子5固定在壳体4的内侧壁上,第一永磁转子7固定在永磁转子输出轴1上,调制环转子6位于第一定子5与第一永磁转子7之间,永磁转子输出轴1通过第一轴承2与壳体4转动连接,。

21、且永磁转子输出轴1通过第二轴承3和第四轴承10与调制环转子6转动连接,调制环转子输出轴9的一端固定在调制环转子6上,且调制环转子输出轴9通过第三轴承8与壳体4转动连接;调制环转子6和第一定子5之间有气隙L1;调制环转子6与第一永磁转子7之间有气隙L2,0042第一定子5由第一定子铁心52和M相第一定子绕组51构成,第一定子绕组51通有M相对称交流电流时,形成2P极数的旋转磁场,M、P为正整数;0043第一定子铁心52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永磁转子输出轴1均匀分布,第一定子绕组51分别嵌入所述槽内形成M相绕组。0044第一永磁转子7由第一永磁转子铁心72。

22、和2N个第一永磁体单元71构成,2N个第一永磁体单元71沿圆周方向均匀分布排列,2N个第一永磁体单元71嵌入第一永磁转子铁心72内部或固定在第一永磁转子铁心72的外圆表面上,相邻两块第一永磁体单元71的充磁方向相反,第一永磁转子7旋转时,形成2N极数的永磁转子表面磁场,N为正整数;0045调制环转子6由转子支架63、Q块导磁块61和Q块绝缘块62构成,转子支架说明书CN101938199ACN101938200A4/8页763外圆表面沿圆周方向交错设置导磁块61和绝缘块62;导磁块61选用软磁复合材料、硅钢片、实心铁或软磁铁氧体;0046且满足P|HNKQ|关系式成立,其中,H是正奇数,K是整。

23、数。0047为了说明本发明的工作原理,本实施方式以图1所示结构为例进行说明,为了便于画出各部分的细节,将图1所示的第一永磁转子7和调制环转子6都做了缩小比例处理,具体原理图参见图21。0048径向径向磁场调制型无刷复合结构电机从可实现的功能上分为两部分一部分是径向双转子电机;另一部分是径向转矩调节电机。径向双转子电机主要实现的功能是使调制环转子输出轴9的转速不依赖于永磁转子输出轴1的转速,并且使调制环转子输出轴9能够实现无级变速,同时调制环转子输出轴9根据永磁转子输出轴1的输入的转矩按照一定的比例输出相对应的转矩。径向转矩调节电机的作用是根据实际负载的需要,输入驱动转矩或者制动转矩,使调制环转。

24、子输出轴9最终输出到负载的转矩不依赖于永磁转子输出轴1所输入的转矩,实现了转矩的灵活调节。0049下面详细分析一下径向双转子电机的工作原理0050首先原动机通过永磁转子输出轴1以驱动转矩T驱动第一永磁转子7逆时针旋转,其旋转速度为1;0051为了使第一永磁转子7所受力矩平衡,此时将第一定子5的第一定子绕组51中通入M相对称交流电流,在外层气隙L1中产生2P极数的定子旋转磁场,所述定子旋转磁场的旋转速度为2;0052所述定子旋转磁场通过调制环转子6的调制作用,在内层气隙L2中产生与第一永磁转子7相同极数的旋转磁场,通过磁场的相互作用,产生的内调制转矩T1作用在第一永磁转子7上,且转矩T1的方向为。

25、顺时针方向;0053由力矩平衡原理可知,T1T,二者大小相等,方向相反;0054又根据作用力与反作用力的原理,可知在内层气隙L2中存在与内调制转矩T1大小相等且方向相反的力矩T1同时作用在调制环转子6上,T1的方向为逆时针方向;0055同时,内层以速度1旋转的第一永磁转子7产生的永磁转子旋转磁场通过调制环转子6的调制作用,在外层气隙L1中产生2P极数的旋转磁场,与定子旋转磁场相互作用,可产生外调制转矩T2,并作用在第一定子5上,且外调制转矩T2方向为顺时针方向;0056根据作用力与反作用力的原理,可知在外层气隙L1中存在与外调制转矩T2大小相等且方向相反的力矩T2同时作用在调制环转子6上,且方。

26、向为逆时针方向;0057因此,调制环转子6的输出转矩T3满足条件T3T1T2T1T2,调制环转子6的旋转速度为3,且方向为逆时针方向,调制环转子输出轴9以转矩T3驱动负载。0058由此可以看出,调制环转子6的输出转矩T3是内调制转矩T1与外调制转矩T2的合成转矩,而第一永磁转子7的输出转矩是内调制转矩T1。因此,调制环转子6的输出转矩T3将大于第一永磁转子7的输出转矩T1,并且二者具有一定的变比。0059本发明的双转子结构电机可以通过调节通入第一定子绕组51的电流的频率F来调节转速,定子旋转磁场的旋转速度2、调制环转子6的旋转速度3和第一永磁转子7的旋转速度1满足关系式0060说明书CN101。

27、938199ACN101938200A5/8页80061下面具体分析几种特殊情况及其产生的原理00621、在调制环转子6静止不动的情况下,即30,代入公式1,则存在以下关系式成立00630064其产生的原理为0065在调制环转子6静止不动的情况下,此时第一定子绕组51通M相对称交流电流产生定子旋转磁场,而第一永磁转子7在原动机的驱动下也在空间中产生了旋转速度为1的转子旋转磁场,这种工作模式可以等效看成磁性齿轮的工作模式。根据磁性齿轮的工作原理,及定子旋转磁场的极对数P、第一永磁转子7的旋转磁场极对数N和调制环转子6中导磁块数Q满足的关系式P|HNKQ|,可知当调制环转子6静止不动时,则定子旋转。

28、磁场的旋转速度2和内层的第一永磁转子7的旋转速度1满足关系式2,由此可知定子旋转磁场的旋转速度2与第一永磁转子7的旋转速度1具有一定的变比关系,调节二者中任何一方的转速都会使另一方的转速发生变化。00662、通入第一定子绕组51的电流的频率F0,则第一定子绕组51通入直流电流时,产生恒定磁场,不旋转,20,代入公式1,则存在以下关系式成立00670068其产生的原理为0069当第一定子绕组51通入直流电流时,产生恒定磁场,同时第一永磁转子7在原动机的驱动下在空间中产生了旋转速度为1的转子旋转磁场,而此时并不对调制环转子6进行固定,这种工作模式可以等效看成磁性齿轮的另一种工作模式。根据磁性齿轮的。

29、工作原理,及定子旋转磁场的极对数P、第一永磁转子7的旋转磁场极对数N和调制环转子6中导磁块数Q满足的关系式P|HNKQ|,可知调制环转子6将会以一定的速度进行旋转,调制环转子6旋转速度3和第一永磁转子7的旋转速度1将满足关系式3,由此可知调制环转子6的旋转速度3与第一永磁转子7的旋转速度1具有一定的变比,调节二者中任何一方的转速都会使另一方的转速发生变化;0070下面进行说明公式1的产生原理,若此时使第一定子5产生的恒定磁场“旋转起来”,即当第一定子绕组51通入对称交流电流产生定子旋转磁场时,根据磁场调制原理可推导出,定子旋转磁场的旋转速度2与调制环转子6的旋转速度3和第一永磁转子7的旋转速度。

30、1满足关系式1。因此,当内层第一永磁转子7的速度1不变的情况下,调节定子旋转磁场的旋转速度2,可以实现调制环转子6的旋转转速3的调节。由此可以看出,调制环转子6的旋转速度3是由第一永磁转子7的旋转速度1和定子旋转磁场的旋转速度2共同决定的。说明书CN101938199ACN101938200A6/8页90071综上,本发明所述的径向双转子电机根据公式1调节通入第一定子绕组51的电流的频率F来调节转速。0072下面详细分析一下径向转矩调节电机的工作原理0073因为第二永磁转子12固定在调制环转子输出轴9上,所以第二永磁转子12以调制环转子输出轴9的转速旋转。第二定子绕组112通入多相交流电流时,。

31、在空间产生与第二永磁转子12磁场极数相同的旋转磁场,通过磁场的相互作用产生转矩并作用到第二永磁转子12上,同时传递到调制环转子输出轴9上。0074当径向双转子电机输入到调制环转子输出轴9上的转矩大于负载需要的转矩时,通过控制输入第二定子绕组112的电流,使径向转矩调节电机工作在发电制动状态,此时径向转矩调节电机产生制动转矩作用在调制环转子输出轴9上,因此,保证了调制环转子输出轴9输入和输出的转矩相平衡。这时,径向双转子电机输入到调制环转子输出轴9上的能量一部分用来驱动负载,另一部分用来驱动径向转矩调节电机使其发电,从而使调制环转子输出轴9输入和输出的能量相平衡。0075当径向双转子电机输入到调。

32、制环转子输出轴9上的转矩小于负载需要的转矩时,通过控制输入第二定子绕组112的电流,使径向转矩调节电机工作在电动驱动状态,此时径向转矩调节电机产生驱动转矩作用在调制环转子输出轴9上,因此,保证了调制环转子输出轴9输入和输出的转矩相平衡。这时,驱动负载的能量一部分来源于径向双转子电机输入到调制环转子输出轴9上的能量,另一部分来源于径向转矩调节电机输入的能量,从而使调制环转子输出轴9输入和输出的能量相平衡。0076当径向双转子电机输入到调制环转子输出轴9上的转矩与负载需要的转矩相等时,此时径向转矩调节电机不工作。这时,驱动负载的能量全部来源于径向双转子电机输入到调制环转子输出轴9上的能量,从而使调。

33、制环转子输出轴输入和输出的能量相平衡。0077具体实施方式二下面结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式与实施方式一的不同之处在于,第一永磁体单元71设置在第一永磁转子铁心72的外圆表面上,第一永磁体单元71沿径向充磁或沿径向平行充磁,其它结构和连接方式与实施方式一相同。0078具体实施方式三下面结合图3和图4说明本实施方式,本实施方式与实施方式一的不同之处在于,第一永磁体单元71嵌入设置在第一永磁转子铁心72的外圆表面内,第一永磁体单元71沿径向充磁或沿径向平行充磁,其它结构和连接方式与实施方式一相同。0079具体实施方式四下面结合图5和图6说明本实施方式,本实施方式与实施方式一的不同之处在。

34、于,第一永磁体单元71的横截面为矩形,2N个第一永磁体单元71以永磁转子输出轴1为中心在第一永磁转子铁心72的内部放射状分布,第一永磁体单元71的充磁方向为沿切向平行充磁,其它结构和连接方式与实施方式一相同。0080本实施方式中永磁转子属于聚磁结构,在永磁转子相邻永磁体的并联作用下,使得在每极磁场下有两块永磁体对气隙提供磁通,可提高气隙磁密,尤其在极数较多的情况下更为突出。0081具体实施方式五下面结合图7和图8说明本实施方式,本实施方式与实施方式一的不同之处在于,第一永磁体单元71的横截面为矩形,2N个第一永磁体单元71在第一永磁转子铁心72的内部以永磁转子输出轴1为中心均布,每相邻两个第一。

35、永磁体单元71说明书CN101938199ACN101938200A7/8页10的夹角为360/2N,第一永磁体单元71的充磁方向为沿径向平行充磁,其它结构和连接方式与实施方式一相同。0082具体实施方式六下面结合图9和图10说明本实施方式,本实施方式与实施方式一的不同之处在于,每个第一永磁体单元71由两块横截面为矩形的第一永磁体构成V字形结构,两块永磁体的充磁方向为分别垂直于V字形的两条边,且同时指向V字形的开口方向或同时背离V字形的开口方向,2N个V字形的第一永磁体单元71以永磁转子输出轴1为中心均布在第一永磁转子铁心72的内部,V字形的开口沿径向朝外开口,其它结构和连接方式与实施方式一相。

36、同。0083本实施方式中永磁转子属于聚磁结构,在构成V字形相邻永磁体的并联作用下,使得在每极磁场下有两块永磁体对气隙提供磁通,可提高气隙磁密。0084具体实施方式七下面结合图11和图12说明本实施方式,本实施方式与实施方式一的不同之处在于,第二永磁体单元121设置在第二永磁转子铁心122的外圆表面上,第二永磁体单元121沿径向充磁或沿径向平行充磁,其它结构和连接方式与实施方式一相同。0085具体实施方式八下面结合图13和图14说明本实施方式,本实施方式与实施方式一的不同之处在于,第二永磁体单元121嵌入设置在第二永磁转子铁心122的外圆表面内,第二永磁体单元121沿径向充磁或沿径向平行充磁,其。

37、它结构和连接方式与实施方式一相同。0086具体实施方式九下面结合图15和图16说明本实施方式,本实施方式与实施方式一的不同之处在于,第二永磁体单元121的横截面为矩形,2R个第二永磁体单元121以调制环转子输出轴9为中心在第二永磁转子铁心122的内部放射状分布,第二永磁体单元121的充磁方向为沿切向平行充磁,其它结构和连接方式与实施方式一相同。0087本实施方式中永磁转子属于聚磁结构,在永磁转子相邻永磁体的并联作用下,使得在每极磁场下有两块永磁体对气隙提供磁通,可提高气隙磁密,尤其在极数较多的情况下更为突出。0088具体实施方式十下面结合图17和图18说明本实施方式,本实施方式与实施方式一的不。

38、同之处在于,第二永磁体单元121的横截面为矩形,2R个第二永磁体单元121在永磁转子铁心122的内部以调制环转子输出轴9为中心均布,每相邻两个第二永磁体单元121的夹角为360/2R,第二永磁体单元121的充磁方向为沿径向平行充磁,其它结构和连接方式与实施方式一相同。0089具体实施方式十一下面结合图19和图20说明本实施方式,本实施方式与实施方式一的不同之处在于,每个第二永磁体单元121由两块横截面为矩形的永磁体构成V字形结构,两块永磁体的充磁方向为分别垂直于V字形的两条边,且同时指向V字形的开口方向或同时背离V字形的开口方向,2R个V字形的第二永磁体单元121以调制环转子输出轴9为中心均布。

39、在第二永磁转子铁心122的内部,V字形的开口沿径向朝外开口,其它结构和连接方式与实施方式一相同。0090本实施方式中永磁转子属于聚磁结构,在构成V字形相邻第一永磁体的并联作用下,使得在每极磁场下有两块永磁体对气隙提供磁通,可提高气隙磁密。0091以上实施方式中,实施方式二至六是第一永磁转子7的五种结构方式,实施方式说明书CN101938199ACN101938200A8/8页11七至十一是第二永磁转子12的五种结构方式,在实际应用中,复合电机中的第一永磁转子7的五种结构方式可以任意择一选择,第二永磁转子12的五种结构方式也可以任意择一选择,第一永磁转子7和第二永磁转子12无论选择哪种结构组合在。

40、一起都能正常工作,即有25种复合电机结构。说明书CN101938199ACN101938200A1/17页12图1说明书附图CN101938199ACN101938200A2/17页13图2说明书附图CN101938199ACN101938200A3/17页14图3说明书附图CN101938199ACN101938200A4/17页15图4说明书附图CN101938199ACN101938200A5/17页16图5图6说明书附图CN101938199ACN101938200A6/17页17图7图8说明书附图CN101938199ACN101938200A7/17页18图9图10说明书附图CN1。

41、01938199ACN101938200A8/17页19图11说明书附图CN101938199ACN101938200A9/17页20图12说明书附图CN101938199ACN101938200A10/17页21图13说明书附图CN101938199ACN101938200A11/17页22图14说明书附图CN101938199ACN101938200A12/17页23图15说明书附图CN101938199ACN101938200A13/17页24图16说明书附图CN101938199ACN101938200A14/17页25图17说明书附图CN101938199ACN101938200A15/17页26图18说明书附图CN101938199ACN101938200A16/17页27图19说明书附图CN101938199ACN101938200A17/17页28图20图21说明书附图CN101938199A。

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 电学 > 发电、变电或配电


copyright@ 2017-2020 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备2021068784号-1