一种电子无级变速传动电机的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种电子无级变速传动电机，包括依次轴向排布的定子、外转子和内转子；定子包括定子铁芯、制作在定子铁芯内端面的定子极靴和缠绕在定子极靴上的定子线组，外转子包括外转子铁芯、制作在外转子铁芯外端面的外转子外凸极和制作在外转子铁芯内端面的外转子内凸极，内转子包括内转子铁芯、制作在内转子铁芯外端面的内转子极靴和缠绕在内转子极靴上的内转子线组，定子极靴与外转子外凸极、内转子极靴与外转子内凸极互相适配。本实用新型的传动电机采用双转子结构和轴向设计，利用径向面积生成转矩，解决传统无永磁电机的低功率问题；不含任何永磁物料，降低了成本和对电机的冷却要求；并且外转子机械强度大，适用于大转矩输出工况。
【专利说明】
一种电子无级变速传动电机
技术领域
[0001] 本实用新型涉及电工、电机技术领域，具体地说，本实用新型涉及一种电子无级变 速传动电机。
【背景技术】
[0002] 电子无级变速传动电机即电子无级变速传动系统的核心部件，它可以应用于混合 电动汽车，进行机电能量分配。传统的电子无级变速传动系统通常由行星齿轮、电动机和发 电机等三个主要部件构成。该电子无级变速传动系统是一种多端口机电能量转换系统，具 有发电机线组和电动机线组两个电气端口，以及发动机转轴和电动机转轴两个机械端口。 通过协调控制汽车的发动机、系统内的电动机和发电机的工作状态，达到能量的优化分配， 进而提升整体能源使用率和减少污染气体排放。然而，基于行星齿轮的应用，各转动部件需 要通过机械齿轮传递转矩，因此不可避免地会出现机械损耗和噪音，需要润滑和定期维修。
[0003] 为解决上述问题，国内外学者提出把径向永磁双转子电机应用在电子无级变速传 动系统上。径向永磁双转子电机省去了齿轮等中间转换系统，大大简化了系统结构，减少整 个系统的体积。因此，径向永磁双转子电机逐渐成为国内外学者的研究热点。但是，永磁电 机的结构复杂，给电机制造和安装带来很大的困难。而且，稀土永磁物料的供应浮动不定， 提高了永磁电机的制造成本。此外，永磁物料还是电机的发热主因，这大大提升了对永磁电 机的冷却要求。 【实用新型内容】
[0004] 因此，本实用新型的任务是提出一种能够克服上述技术缺陷的电子无级变速传动 电机解决方案。
[0005] 根据本实用新型的一个方面，提供了一种电子无级变速传动电机，包括依次轴向 排布的定子、外转子和内转子;所述定子包括定子铁芯、制作在定子铁芯内端面的定子极靴 和缠绕在所述定子极靴上的定子线组，所述外转子包括外转子铁芯、制作在外转子铁芯外 端面的外转子外凸极和制作在外转子铁芯内端面的外转子内凸极，所述内转子包括内转子 铁芯、制作在内转子铁芯外端面的内转子极靴和缠绕在所述内转子极靴上的内转子线组。
[0006] 其中，所述定子极靴与所述外转子外凸极互相配合，以利用定子内端面的径向面 积生成转矩，所述内转子极靴与所述外转子内凸极互相配合，以利用内转子外端面的径向 面积生成转矩。
[0007] 其中，所述定子极靴包括定子极靴体和连接所述定子极靴体与定子铁芯内端面的 定子极靴颈部，所述定子线组缠绕在所述定子极靴颈部。
[0008] 其中，所述定子铁芯的内端面上制作有多个所述定子极靴。
[0009] 其中，所述定子线组包括定子电枢线组和定子励磁线组，所述定子电枢线组和定 子励磁线组制成集中形式。
[0010] 其中，所述内转子极靴包括内转子极靴体和连接所述内转子极靴体与内转子铁芯 外端面的内转子极靴颈部，所述内转子线组缠绕在所述内转子极靴颈部。
[0011]其中，所述内转子铁芯的外端面上制作有多个所述内转子极靴。
[0012] 其中，所述内转子线组包括内转子电枢线组和内转子励磁线组，所述内转子电枢 线组和内转子励磁线组制成集中形式。
[0013] 其中，所述定子铁芯、外转子铁芯和内转子铁芯均呈圆饼状，所述定子极靴体和所 述内转子极靴体的靠近外转子一侧表面均大致呈扇形，所述外转子外凸极和所述外转子内 凸极均大致呈扇形。
[0014] 其中，所述定子极靴的数目与所述外转子外凸极的数目满足以下关系： Γ ? Ki
[0015] i I^rt = ΝΛ ± 2k
[0016] 其中，Nsl为定子极靴的数目，Nr1S电机外转子外凸极的数目，nu为定子电枢线组的 相位数，ki为任意整数；
[0017] 电机外转子的内凸极数与电机内转子的转子极靴数满足以下关系： I Λ7 , = 2mJ:^
[0018] < ^ … Xwll = Dik1
[0019]其中，Ns2为内转子极靴的数目，队2为外转子内凸极的数目，m 2为内转子电枢线组的 相位数，k2为任意整数。
[0020] 其中，所述定子作为电机端口，所述外转子连接终轴作为机械输出端口，所述内转 子既作为机械端口也作为电机端口。
[0021] 与现有技术相比，本实用新型具有下列有益技术效果：
[0022] 1、不含任何永磁物料，降低了制造成本。
[0023] 2、不含任何永磁物料，降低了对电机的冷却要求。
[0024] 3、省去了齿轮等中间转换系统，简化了系统结构，减少功率损耗。
[0025] 4、电机采用轴向设计，利用径向面积生成转矩，解决传统无永磁电机的低功率问 题。
[0026] 5、电机定子的定子极靴数与电机外转子的外凸极数，电机外转子的内凸极数与电 机内转子的转子极靴，只需各自满足特定关系，为电机设计带来很大的灵活性。
[0027] 6、外转子仅为带有凸极的铁芯结构，机械强度大，适用于大转矩输出工况。
【附图说明】
[0028] 以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施例，其中：
[0029] 图1示出了本实用新型一个实施例的轴向无永磁双转子电子无级变速传动电机的 立体分解示意图；该图中未示出电枢线组和励磁线组；
[0030]图2示出了本实用新型一个实施例的轴向无永磁双转子电子无级变速传动电机组 装后的侧视示意图；该图中示出了电枢线组和励磁线组；
[0031] 图3示出了本实用新型一个实施例中在缠绕线组前的定子极靴部分的放大侧视示 意图；
[0032] 图4示出了本实用新型一个实施例中在缠绕线组后的定子极靴部分的放大侧视示 意图；
[0033] 图5示出了本实用新型一个实施例中在缠绕线组前的内转子极靴部分的放大侧视 示意图；
[0034] 图6示出了本实用新型一个实施例中在缠绕线组后的内转子极靴部分的放大侧视 示意图。
[0035] 图中有:定子铁芯1，定子电枢线组2，定子励磁线组3，定子极靴4，外转子铁芯5，外 转子外凸极6,外转子内凸极7,内转子铁芯8,内转子电枢线组9,内转子励磁线组10,内转子 极靴11，气隙12,定子极靴体41，定子极靴颈部42,电机定子101，电机外转子102,电机内转 子103，内转子极靴体111，内转子极靴颈部112。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
[0037] 根据本实用新型的一个实施例，提供了一种轴向无永磁双转子电子无级变速传动 电机，图1示出了该轴向无永磁双转子电子无级变速传动电机的立体分解示意图，它包括电 机定子101、电机外转子102和电机内转子103。该传动电机为轴向电机，即电机定子、外转子 和内转子同轴设置。外转子和内转子的中心位置均具有通孔并且外转子和内转子各自在通 孔处安装转轴。定子的中心位置也具有通孔，外转子的转轴从定子中心的通孔中穿过，以便 连接其它机械结构。外转子和内转子的转轴分别作为传动电机的两个机械端口。电机定子 和电机外转子之间，以及电机外转子和电机内转子之间各设有气隙。所述电机为双转子结 构，即电机定子不动，电机外转子和电机内转子作旋转运动。在一个例子中，定子作为电机 端口，外转子连接终轴作为机械输出端口。内转子既作为机械端口也作为电机端口，它可以 连接机械引擎以获取能量，同时也可以通过电子元件输出能量。
[0038] 图2示出了本实施例的的轴向无永磁双转子电子无级变速传动电机组装后的侧视 示意图，该侧视图的视角如图1的箭头所示。参考图1和图2，所述轴向无永磁双转子电子无 级变速传动电机包括电机定子101、电机外转子102和电机内转子103。所述电机定子包括定 子铁芯1和定子极靴4。其中，定子铁芯1呈圆饼状，定子极靴4制作在定子铁芯1的内端面上。 该内端面是指定子铁芯1靠近外转子一侧的端面。所述定子极靴4包括极靴体41和连接极靴 体41与定子铁芯1内端面的极靴颈部42,极靴体41靠近外转子一侧的表面大致呈扇形。极靴 体41与定子铁芯1内端面之间，极靴颈部42周围的空间作为线槽，用于布置定子线组。定子 线组包括定子电枢线组2和定子励磁线组3。图3示出了在缠绕线组前的定子极靴部分的放 大侧视示意图，图4示出了在缠绕线组后的定子极靴部分的放大侧视示意图。参考图3和图 4,定子电枢线组2和定子励磁线组3均缠绕在极靴颈部42,定子电枢线组2位于靠近定子铁 芯1的一侧，定子励磁线组3位于靠近极靴体41的一侧。
[0039] 电机外转子包括外转子铁芯5、外转子外凸极6和外转子内凸极7。其中，外转子铁 芯5呈圆饼状。外转子外凸极6是制作在外转子铁芯5外端面上的扇形凸台，外转子铁芯5的 外端面是指电机外转子的靠近电机定子一侧的端面。外转子内凸极7是制作在外转子铁芯5 内端面上的扇形凸台。该内端面是指电机外转子的靠近电机内转子一侧的端面。优选地，在 外转子铁芯5的外端面上围绕中心通孔制作多个扇形的外转子外凸极6,使该外转子外凸极 6布满外转子铁芯5的整个外端面，以便与定子极靴适配产生转矩。在外转子铁芯5的内端面 上围绕中心通孔制作多个扇形的外转子内凸极7,使该外转子内凸极7布满外转子铁芯5的 整个内端面，以便与内转子极靴11适配产生转矩。
[0040] 电机内转子包括内转子铁芯8和内转子极靴11。其中，内转子铁芯8呈圆饼状。图5 示出了在缠绕线组前的内转子极靴部分的放大侧视示意图，参考图2和图5,内转子极靴11 包括内转子极靴体111和连接内转子极靴体111与内转子铁芯8外端面的内转子极靴颈部 112。内转子铁芯8的外端面是指内转子铁芯8靠近外转子一侧的端面。内转子极靴体111靠 近外转子一侧的表面大致呈扇形。内转子铁芯8的外端面与内转子极靴体之间，内转子极靴 颈部周围的空间作为线槽，用于布置内转子线组。内转子线组包括内转子电枢线组9和内转 子励磁线组10。图6示出了在缠绕线组后的内转子极靴部分的放大侧视示意图。参考图5和 图6,内转子电枢线组9和内转子励磁线组10均缠绕在内转子极靴颈部112,并且内转子电枢 线组9位于靠近内转子铁芯8的一侧，内转子励磁线组10位于靠近内转子极靴体111的一侧。
[0041] 另外，定子与外转子之间，外转子与内转子之间均留有气隙12。所述的定子铁芯、 外转子铁芯和内转子铁芯由硅钢叠片或其它导磁材料构成，与普通电机制造工艺相同。
[0042] 在一个例子中，电枢线组线和励磁线组制成集中形式，其方法可参考C.H.T.Lee， K.T.Chau，and C.Liu，"Design and Analysis of a cost-effective magnetless multiphase flux-reversal DC-field machine for wind power generation，'，IEEE Transactions on Energy Conversion,9pages,accepted.〇
[0043] 根据本实用新型的一个实施例，所述定子极靴的数目与所述外转子外凸极的数目 满足以下关系： \Nsl=2m'k、
[0044] i (1)
[Nri ^Nsl ±2kx
[0045] 其中，Nsl为定子极靴的数目，NrlS电机外转子外凸极的数目，nu为定子电枢线组的 相位数，ki为任意整数；
[0046] 电机外转子的内凸极数与电机内转子的转子极靴数满足以下关系： = IninL
[0047] \ ^ - (2)
[Nr2=Ns2 +Ik2
[0048]其中，Ns2为内转子极靴的数目，Nr2为外转子内凸极的数目，m2为内转子电枢线组的 相位数，k2为任意整数。
[0049] 为使本实用新型更加易于理解，下面结合一个例子说明本实用新型的传动电机的 使用方法。本实用新型的传动电机包括两个转子，即外转子和内转子，它们互相配合能够达 到不同的运作模式。当混动汽车预备起动时，可以单靠外转子推动使汽车加速，达到机械引 擎所需要的最低运行速度。当混动汽车需要加速或爬坡时，汽车需要达到最大马力，此时除 了引擎的能量外，通过向传动电机的定子输入电能驱动外转子转动，使外转子提供额外的 动力。当混动汽车减速或者下坡时，汽车的动能还可以通过传动电机转化为电能，从而提高 能源效益。
[0050] 以上所述仅为本实用新型示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本实用新型的范 围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化、 修改与结合，均应属于本实用新型保护的范围。
【主权项】
1. 一种电子无级变速传动电机，其特征在于，包括依次轴向排布的定子、外转子和内转 子;所述定子包括定子铁忍、制作在定子铁忍内端面的定子极靴和缠绕在所述定子极靴上 的定子线组，所述外转子包括外转子铁忍、制作在外转子铁忍外端面的外转子外凸极和制 作在外转子铁忍内端面的外转子内凸极，所述内转子包括内转子铁忍、制作在内转子铁忍 外端面的内转子极靴和缠绕在所述内转子极靴上的内转子线组。2. 根据权利要求1所述的电子无级变速传动电机，其特征在于，所述定子极靴与所述外 转子外凸极互相配合，W利用定子内端面的径向面积生成转矩，所述内转子极靴与所述外 转子内凸极互相配合，W利用内转子外端面的径向面积生成转矩。3. 根据权利要求2所述的电子无级变速传动电机，其特征在于，所述定子极靴包括定子 极靴体和连接所述定子极靴体与定子铁忍内端面的定子极靴颈部，所述定子线组缠绕在所 述定子极靴颈部。4. 根据权利要求3所述的电子无级变速传动电机，其特征在于，所述定子铁忍的内端面 上制作有多个所述定子极靴。5. 根据权利要求4所述的电子无级变速传动电机，其特征在于，所述定子线组包括定子 电枢线组和定子励磁线组，所述定子电枢线组和定子励磁线组制成集中形式。6. 根据权利要求2所述的电子无级变速传动电机，其特征在于，所述内转子极靴包括内 转子极靴体和连接所述内转子极靴体与内转子铁忍外端面的内转子极靴颈部，所述内转子 线组缠绕在所述内转子极靴颈部。7. 根据权利要求6所述的电子无级变速传动电机，其特征在于，所述内转子铁忍的外端 面上制作有多个所述内转子极靴。8. 根据权利要求7所述的电子无级变速传动电机，其特征在于，所述内转子线组包括内 转子电枢线组和内转子励磁线组，所述内转子电枢线组和内转子励磁线组制成集中形式。9. 根据权利要求4或7所述的电子无级变速传动电机，其特征在于，所述定子铁忍、外转 子铁忍和内转子铁忍均呈圆饼状，所述定子极靴体和所述内转子极靴体的靠近外转子一侧 表面均大致呈扇形，所述外转子外凸极和所述外转子内凸极均大致呈扇形。10. 根据权利要求1~8中任意一项所述的电子无级变速传动电机，其特征在于，所述定 子极靴的数目与所述外转子外凸极曰 '猛B W下^态? 其中，Nsl为定子极靴的数目，Nr 数目，虹为定子电枢线组的相位 数，ki为任意整数； 电机外转子的内凸极数与电机I 臣W下关系： 其中，化2为内转子极靴的数目，沁2为外转子内凸极的数目，m2为内转子电枢线组的相位 数，k2为任意整数。11. 根据权利要求1~8中任意一项所述的电子无级变速传动电机，其特征在于，所述定 子作为电机端口，所述外转子连接终轴作为机械输出端口，所述内转子既作为机械端口也 作为电机端口。
【文档编号】H02K51/00GK205544880SQ201620117005
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月5日
【发明人】李浩天, 邹国棠
【申请人】香港大学深圳研究院