一种双转子结构永磁同步电机的制作方法

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一种双转子结构永磁同步电机的制造方法与工艺

本发明涉及一种永磁同步电机,具体为一种双转子结构永磁同步电机,属于电机制造领域。



背景技术:

现有电动汽车驱动方式有集中式驱动以及轮毂式驱动方式。集中式驱动方式,就是将传统燃油汽车中的发动机由驱动电机代替,保留原来整套机械传动结构,而轮毂电机驱动的不同之处在于它舍去了机械传动结构,在机械结构上驱动电机与车轮直接相连或直接安装在车轮上。轮毂驱动方式自身的特点,对驱动电机的性能也提出了更高的要求:(1)启动转矩足够大,以此满足电动汽车启动工况和加速工况响应快、爬坡能力强等要求。(2)转矩响应快,以满足电动汽车频繁启动与停车、加速与减速,低速或爬坡等驾驶需求。(3)调速范围宽(4)过载能力强(5)高效工作区宽(6)动态制动能力强,以满足电动汽车紧急制动等情况,且具有回收制动能量机制。

如何设计出满足以上要求的轮毂电机一直是人们研究的焦点,一种新型双转子结构高功率密度永磁同步电机的设计、制造及其应用于电动汽车轮毂电机的控制系统研究对于电动汽车牵引系统具有重要的意义。

专利CN103640470A提供了一种用于车辆轮毂驱动的双转子电机结构,该结构复杂,电机含有齿轮传动装置与离合器装置,且由于转子绕组需要电刷进行供电,存在可靠性不高,维护成本高等问题。

专利CN203352396U《一种双定子电机》给出了一种具有双定子结构的新型电机,其转子为杯状结构,设置在第一定子和第二定子之间,通过第一、第二两个永磁体共同作用实现急停急转,精度控制高。新型双馈电动机采用同心式双定子结构实现,即内、外定子和转子嵌套的结构,与传统单定子永磁无刷电机相比,在改善性能的同时,电机的结构更加复杂,其内外电机磁场耦合,增加了控制的难度。

专利CN106300713A提出了一种用于双转子电机的定子铁心,其由外定子和多个可拆卸的内定子组成,定子结构复杂,加工精度要求高,且内定子由多个可拆卸的单个定子轭部扣合而成,内定子机械强度欠佳。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种降低制造成本,提高电机功率密度和效率的新型双转子结构永磁同步电机,所述永磁同步电机具有无刷、无需夹式离合器和机械差速器且结构简单可靠的特点,用于电动汽车可以减少二氧化碳排放量,改善生活环境,对推广电动汽车具有积极意义。当然,其应用范围不局限于轮毂电机电动汽车,其他类似的双转子电机同样适用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:

一种双转子结构永磁同步电机,包括外转子、定子和内转子;所述外转子位于定子外侧,所述外转子与定子之间设有外气隙;所述内转子位于定子内侧,所述内转子与定子之间设有外气隙;所述定子外侧和内侧均设有均匀分布的开槽,所述定子外侧开槽上安装有定子外层绕组,所述定子内侧开槽上安装有定子内层绕组;所述外转子内侧设有均匀分布的外转子永磁体,所述内转子外侧设有均匀分布的内转子永磁体;所述定子通过定子支撑件与电机轴刚性连接;所述外转子通过内外转子连接件与内转子刚性连接,并通过前轴承和后轴承与电机轴刚性连接。

优选的,所述外转子和内转子的横截面均为环状结构,对应的每块外转子永磁体与内转子永磁体在靠近定子一侧的端面上形成径向截面指向轴心的磁极。

优选的,所述外转子永磁体与所述外转子为表面嵌入的连接关系;所述内转子永磁体与所述内转子为表面嵌入的连接关系。

优选的,所述外转子永磁体属性一致且呈圆周均匀分布;所述内转子永磁体属性一致且呈圆周均匀分布;所述外转子永磁体数目与内转子永磁体一一对应且数目相同,且外转子与内转子的两侧径向侧面与定子两侧径向侧面分别对应共面且垂直于轴向;同一径向截面里外转子永磁体和对应的内转子永磁体径向中心线共线。

优选的,所述定子外层绕组与所述定子内层绕组为同相位绕组。

优选的,所述定子外层绕组与所述定子内层绕组相互独立使用或者串联使用。

优选的,所述电机轴通过胀紧套与联轴器连接;所述联轴器设有与外界固定连接的结构,连接结构不局限于法兰盘结构,可设有其他连接结构。

优选的,所述外转子通过外转子支撑件与后轴承连接,并通过后轴承与电机轴刚性连接。

优选的,所述外转子支撑件上安装刹车盘,配合安装在联轴器上的刹车钳形成刹车机构。

优选的,所述电机还包括位置传感器,所述位置传感器采用旋转变压器;所述旋转变压器包括旋转变压器转子、旋转变压器定子和旋转变压器转子固定座;所述旋转变压器转子安装在所述旋转变压器转子固定座上,随电机外转子及内转子同步转动,所述旋转变压器定子安装在电机轴的内壁侧。

优选的,所述定子的内部设有散热介质管道,所述散热介质管道的出口处设置有防水格兰头。

优选的,所述定子通过定子固定螺丝与所述定子支撑件连接。

本发明具有如下有益效果:

(1)由于本发明提供的一种双转子结构永磁同步电机的定子电枢绕组(定子内层绕组和定子外层绕组)不旋转,因而避免了采用电刷和滑环进行供电的问题,提高了所在系统的可靠性,降低了维护成本;

(2)提出一种新型的结构设计,使得电机结构简单可靠,易于加工。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明,但本发明的一种双转子结构永磁同步电机不局限于实施例。

附图说明

图1为本发明的双转子结构永磁同步电机的结构示意图;

图2为本发明的双转子结构永磁同步电机径向截面示意图;

图3为本发明的两个定子绕组中对应相绕组磁动势及合成图。

附图中标记为:1、外转子,2、内外转子连接件,3、定子;4、定子固定螺丝,5、内转子永磁体,6、内转子,7、旋转变压器转子,8旋转变压器转子固定座,9、电机轴,10、前轴承,11、后轴承,12、防水格兰头,13、胀紧套,14、联轴器,15、刹车盘,16、刹车钳,17、外转子支撑件,18、定子支撑件,19、定子内层绕组,20、外转子永磁体,21、定子外层绕组,22、旋转变压器定子。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

参见图1所示,一种双转子结构永磁同步电机,包括外转子1、定子3和内转子6;所述外转子1位于定子3外侧,所述外转子1与定子3之间设有外气隙;所述内转子6位于定子3内侧,所述内转子6与定子3之间设有外气隙;所述定子3外侧和内侧均设有均匀分布的开槽,所述定子3外侧开槽上安装有定子外层绕组21,所述定子3内侧开槽上安装有定子内层绕组19;所述外转子1内侧设有均匀分布的外转子永磁体20,所述内转子6外侧设有均匀分布的内转子永磁体5;所述定子3通过定子支撑件18与电机轴9刚性连接;所述外转子1通过内外转子连接件2与内转子6刚性连接,并通过前轴承10和后轴承11与电机轴9刚性连接。在装配成型之后,所述外转子1和内转子6位于外侧,定子3位于外转子1和内转子6的里侧。

具体的,所述电机是将外转子1、内转子6和定子3嵌套在一起组成一个同心式结构的电机,该电机具有两层气隙,两层气隙中的磁通共用定子的铁心磁路。

进一步的,所述电机的外转子1和内转子6是环状结构,采用嵌入式结构将外转子永磁体20和内转子永磁体5嵌入内外转子靠近定子的一侧,参见图2所示,所述外转子1和内转子6的铁心均采用硅钢叠片叠压而成,硅钢叠片由模具冲压或者线切割制备。

进一步的,所述电机的定子3由定子内层和定子外层组成,参见图2所示,内层定子槽数与外层定子槽数一致且一一对应,定子3铁心采用硅钢叠片叠压而成,硅钢叠片由模具冲压或者线切割制备。

进一步的,所述外转子永磁体20属性一致且呈圆周均匀分布;所述内转子永磁体5属性一致且呈圆周均匀分布;所述外转子永磁体20数目与内转子永磁体5一一对应且数目相同,且外转子1与内转子6的两侧径向侧面与定子两侧径向侧面分别对应共面且垂直于轴向;同一径向截面里外转子永磁体20和对应的内转子永磁体5径向中心线共线。

进一步的,所述定子外层绕组21与所述定子内层绕组19为同相位绕组。

进一步的,所述定子外层绕组21与所述定子内层绕组19相互独立使用或者串联使用。

进一步的,所述电机轴9通过胀紧套13与联轴器14连接;所述联轴器14设有与外界固定连接的结构,连接结构不局限于法兰盘结构,可设有其他连接结构。

进一步的,所述外转子1通过外转子支撑件17与后轴承11连接,并通过后轴承11与电机轴9刚性连接。

进一步的,所述外转子支撑件17上安装刹车盘15,配合安装在联轴器14上的刹车钳16形成刹车机构。

进一步的,所述电机还包括位置传感器,所述位置传感器采用旋转变压器;所述旋转变压器包括旋转变压器转子7、旋转变压器定子22和旋转变压器转子固定座8;所述旋转变压器转子7安装在所述旋转变压器转子固定座8上,随电机外转子1及内转子6同步转动,所述旋转变压器定子22安装在电机轴9的内壁侧。

进一步的,所述定子的内部设有散热介质管道,所述散热介质管道的出口处设置有防水格兰头12。

进一步的,所述定子3通过定子固定螺丝4与所述定子支撑件18连接。

本发明的外转子1、内转子6、内外转子连接件2、外转子支撑件17、旋转变压器安装座8、旋转变压器转子7连同安装在外转子支撑件17上的刹车盘15刚性连接形成一体式结构作为电机的转子体,是电机唯一的机械端口;本发明的定子3、定子支撑件18、电机轴9以及联轴器14、旋转变压器转子7等构件刚性连接构成一体式结构作为电机的定子体,是不转动的。

本发明提出的一种双转子结构永磁同步电机的定子分别安装有定子内层绕组19和定子外层绕组21。当定子外层绕组21通电时会产生旋转磁动势Fa1,并建立电枢磁场φa1;当定子内层绕组19通电时分别会产生旋转磁动势Fa3,并建立电枢磁场φa3;在定子内层绕组19内产生电枢反应电动势Ea1和Ea31,在定子外层绕组21内产生电枢反应电动势Ea3和Ea13。其中,两个定子绕组(定子外层绕组21和定子内层绕组19)间电枢反应的影响很小,因此,Ea31及Ea13可忽略不计。内外转子复合而成的永磁体磁动势F2及建立的励磁磁场φ2也在定子外层绕组21和定子内层绕组19中分别产生相应的感应电动势E1和E3。由于两个定子绕组共同作用将产生叠加性能。如图3所示,一种双转子永磁同步电机的两个定子绕组中对应相绕组磁动势Fa1和Fa3空间矢量相差θ电角度,合成磁动势为Fs。从图3可看出,当θ=0时,Fa1和Fa3具有相同的相位,合成磁动势最大,电动机将输出最大的电磁转矩。即定子内层绕组19和定子外层绕组21中相应绕组为同相位时,得到的电磁转矩最大。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

再多了解一些
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