专利名称：控制器旋转的无定子无刷双转子外圈永磁体同步电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及电机技术领域，具体是一种控制器旋转的无定子无刷双转子外圈永磁体同步电机。
背景技术：
双转子电机具有两个转速彼此独立的转子及转轴，可实现双轴独立驱动，因此在多种场合具有广阔的应用前景，例如混合动力汽车的电驱动系统、汽车和风力发电机的电无级变速器以及现代机床数控转台等。目前国内外已经公发的双转子永磁电机是由外转子永磁电机和一台内转子永磁电机套在一起并共用一个定子的新型电机。但因其可以看成两个独立的普通电机，所以必须要有两个控制器，使得控制机构比较复杂，并且对于电机本体，因为结构上还存在定子部分，因此体积较大。同时其逆变器在电机外固定，逆变器输出端与电机输入端的连接基本都采用三电刷的连接方式，电刷数的增加会导致磨损故障概率的增加。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种控制器旋转的无定子无刷双转子外圈永磁体同步电机。本发明是通过以下技术方案实现的。一种控制器旋转的无定子无刷双转子外圈永磁体同步电机，包括机壳、外转子和内转子，所述外转子包括外转轴，所述外转轴的内端设置在机壳内部，外转轴的内端上沿圆周方向交错设置永磁体，所述外转轴的内端端部设有端盖，所述外转轴的外端伸出机壳的第一端外；所述内转子包括内转轴，所述内转轴的内端设置外转子内部，内转轴的内端上与永磁体相对应处设有内转子铁芯以及嵌入内转子铁芯的内转子绕组，所述内转轴的外端设置在外转子的外部，所述内转轴的外端端部伸出与机壳第一端相对的第二端外；所述机壳内内转轴的外端上靠近外转轴内端端部处设有逆变器，所述机壳内内转轴的外端上靠近机壳第二端处设有感应器结构，所述逆变器与感应器结构之间设有整流器。所述感应器结构包括设置在机壳第二端内的感应器壳体以及设置在感应器壳体内的感应线圈和鼠笼式铝条结构，还包括蓄电池，其中-蓄电池,直接与感应线圈相连；-感应线圈，固定在感应器壳体上，通过蓄电池通入直流电后，上下两组线圈产生的磁场方向正好相反，且均与内转轴的外端在空间上保持垂直；-鼠笼式铝条结构，其上下两部分的感应磁力方向一致，固定在内转轴的外端上并随内转轴的外端旋转，不断切割感应线圈产生应磁力。或，所述感应器结构包括设置在机壳第二端内的感应器壳体以及设置在感应器壳体内的感应永磁体和鼠笼式铝条结构,其中-感应永磁体，固定在感应器壳体上，产生的磁场方向正好相反，且均与内转轴的外端在空间上保持垂直；-鼠笼式铝条结构，其上下两部分的感应磁力方向一致，固定在内转轴的外端上并随内转轴的外端旋转，不断切割感应永磁体产生感应磁力。所述整流器固定在内转轴的外端上并与内转轴的外端一起旋转，所述感应器结构的感应磁力经整流器变成直流电，所述直流电通过整流器整流后的电压方向始终一致。所述逆变器将经整流器整流过的感应磁力变换成所需的三相交流电，用于调节电机的电磁转矩以及内转子和外转子的转速差。所述内转子铁芯为圆环形，其外圆周表面沿轴向开有若干个槽，所述若干个槽的开口中心线围绕内转轴均匀分布，内转子绕组分别嵌入所述槽内形成三相绕组。所述内转轴的外端通过内转子-机壳间轴承与机壳转动连接，所述内转轴的内端通过内转子-外转子间轴承与外转轴转动连接，形成内转子独立转动；所述外转子通过外转子轴承与机壳转动连接，其端盖通过端盖轴承与内转轴转动连接，形成外转子独立转动。所述内转轴为输入轴，用于与外部旋转体连接并接受驱动，相应地，所述外转轴为输出轴。所述逆变器与内转轴的外端固定连接并一起旋转，逆变器输出端通过三相线缆与内转子绕组连接。所述内转轴的内端端部与外转轴之间设有微小气隙。本发明提供的控制器旋转的无定子无刷双转子外圈永磁体同步电机，只设有外转子和内转子，取消了固定在机壳上的定子，因此电机制作复杂程度得到很大的降低，电机本体体积能得到减小。同时，本发明将逆变器置于电机机壳内，与内转轴固定，随着内转轴一起旋转，蓄电池与感应器中的感应线圈相连，通过鼠笼式铝条结构产生感应电动势，经整流器为逆变器输入直流电，因此本发明的电机不需要电刷和滑环，不存在了一般三电刷的双转子电机在运行稳定性和使用寿命方面存在的问题。另外，由于本发明只需一个控制器，控制比较方便。控制器将通过整流器整流过的感应电动势进行变换，产生所需的三相交流控制电压，直接送给本发明电机的内转子绕组，以控制磁场的变化来达到控制电机输出转速与输出转矩的目的；因逆变器的输出功率只与内外转子的转速差和电磁转矩有关，即使内外转子转速都很高但功率却很小，因此逆变器模块体积小、重量轻，对于内转轴转动惯量的影响很小。
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显图1为本发明实施例1的结构示意图；图2为本发明实施例2的结构示意图；图中，I为机壳；2为外转子轴承；3为外转轴；4为内转轴；5为内转子-外转子间轴承；6为永磁体；7为内转子铁芯；8为内转子绕组；9为端盖；10为端盖轴承；11为感应线圈；12为整流器；13为蓄电池；14为逆变器；15为内转子-机壳间轴承；16为鼠笼式铝条结构；17为感应器壳体。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。实施例1如图1所示，本实施例包括机壳1、外转子和内转子，外转子包括外转轴3，外转轴3的内端设置在机壳I内部，外转轴3的内端上沿圆周方向交错设置永磁体6，外转轴3的内端端部设有端盖9，外转轴3的外端伸出机壳I的第一端外；内转子包括内转轴4，内转轴4的内端设置外转子内部，内转轴4的内端上与永磁体6相对应处设有内转子铁芯7以及嵌入内转子铁芯7的内转子绕组8，内转轴4的外端设置在外转子的外部，内转轴4的外端端部伸出与机壳第一端相对的第二端外；机壳I内内转轴4的外端上靠近外转轴3内端端部处设有逆变器14，机壳I内内转轴4的外端上靠近机壳I第二端处设有感应器结构，逆变器14与感应器结构之间设有整流器12。进一步地，感应器结构包括设置在机壳I第二端内的感应器壳体17以及设置在感应器壳体17内的感应线圈11和鼠笼式铝条结构16，还包括蓄电池13，其中-蓄电池13，直接与感应线圈11相连；-感应线圈11，固定在感应器壳体17上，通过蓄电池13通入直流电后，上下两组线圈产生的磁场方向正好相反，且均与内转轴4的外端在空间上保持垂直；-鼠笼式招条结构16,其上下两部分的感应磁力方向一致,固定在内转轴4的外端上并随内转轴4的外端旋转，不断切割感应线圈11产生应磁力。进一步地，整流器12固定在内转轴4的外端上并与内转轴4的外端一起旋转，感应器结构的感应磁力经整流器12变成直流电，直流电通过整流器12整流后的电压方向始
终一致。进一步地，内转子铁芯7为圆环形，其外圆周表面沿轴向开有若干个槽，所述若干个槽的开口中心线围绕内转轴均匀分布，内转子绕组8分别嵌入所述槽内形成三相绕组。进一步地，内转轴4的外端通过内转子-机壳间轴承15与机壳I转动连接，内转轴4的内端通过内转子-外转子间轴承5与外转轴3转动连接，从而形成内转子独立转动；外转子通过外转子轴承2与机壳I转动连接，其端盖9通过端盖轴承10与内转轴4转动连接，从而形成外转子独立转动。进一步地，内转轴4为输入轴，用于与外部旋转体连接并接受驱动，相应地，外转轴3为输出轴。进一步地，逆变器14与内转轴4的外端固定连接并一起旋转，逆变器14输出端通过三相线缆与内转子绕组8连接。进一步地，逆变器14将经整流器12整流过的感应磁力变换成所需的三相交流电，用于调节电机的电磁转矩以及内转子和外转子的转速差。进一步地，内转轴4的内端端部与外转轴3之间设有微小气隙。本实施例的工作原理是蓄电池13通过感应线圈11产生固定的磁场，鼠笼式铝条结构16随着内转轴4转动会切割磁力线产生感应电动势，经整流器12整流之后为逆变器
14提供直流电，逆变器14根据电机所需的输出信息(负载转矩或者转速值)和传感器反馈回来的电机运行状况(输出转矩或转速值)以及整流器12提供的直流电压，生成所需的三相交流电，送到内转子绕组8，在绕组中产生旋转磁场，与永磁体6磁场相互作用，从而实现电机增速(增矩)或者减速(减矩)的控制要求。本实施例的具体控制方法如下当要求外转轴3转速与内转轴4转速相等时，通过控制逆变器14，将整流器整流得到直流电变换成三相电，但保持电流的频率为0，从而使内转子绕组8电流的频率为0，调节其大小使气隙磁场作用下所产生的电磁转矩和外转轴3转矩平衡。当要求外转轴3转速大于内转轴4转速时，通过控制逆变器14，将整流器12整流得到直流电变换成三相电，施加给内转子绕组8 —个与内转轴4同方向旋转的电流矢量，控制此电流的大小，使气隙磁场的作用下产生的电磁转矩和外转轴3转矩平衡，控制电流矢量对应的机械转速等于输入外转轴3的转速差，即控制励磁电流矢量对应的转速与内转轴4转速之和与外转轴3转速相等。当要求外转轴3转速小于内转轴4转速时，通过控制逆变器14，将整流器12整流得到直流电变换成三相电，施加给内转子绕组8 —个与内转轴4反方向旋转的电流矢量，控制此电流的大小，使气隙磁场的作用下产生的电磁转矩和外转轴3转矩平衡，控制电流矢量对应的机械转速等于输入外转轴3的转速差，即控制励磁电流矢量对应的转速与外转轴3转速之和与内转轴4转速相等。实施例2实施例2为实施例1的变化例。如图2所示，本实施例在实施例1的方案的基础上，其与实施例1的区别在于，感应器结构包括设置在机壳第二端内的感应器壳体17以及设置在感应器壳体内的感应永磁体11和鼠笼式铝条结构16，其中-感应永磁体11,固定在感应器壳体17上,产生的磁场方向正好相反,且均与内转轴的外端在空间上保持垂直；-鼠笼式招条结构16,其上下两部分的感应磁力方向一致,固定在内转轴4的外端上并随内转轴4的外端旋转，不断切割感应永磁体11产生感应磁力。本实施例的其他部分的实施方式、工作原理及控制方法与实施例1相同。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
权利要求
1.一种控制器旋转的无定子无刷双转子外圈永磁体同步电机，包括机壳、外转子和内转子，其特征在于，所述外转子包括外转轴，所述外转轴的内端设置在机壳内部，外转轴的内端上沿圆周方向交错设置永磁体，所述外转轴的内端端部设有端盖，所述外转轴的外端伸出机壳的第一端外；所述内转子包括内转轴，所述内转轴的内端设置外转子内部，内转轴的内端上与永磁体相对应处设有内转子铁芯以及嵌入内转子铁芯的内转子绕组，所述内转轴的外端设置在外转子的外部，所述内转轴的外端端部伸出与机壳第一端相对的第二端夕卜；所述机壳内内转轴的外端上靠近外转轴内端端部处设有逆变器，所述机壳内内转轴的外端上靠近机壳第二端处设有感应器结构，所述逆变器与感应器结构之间设有整流器。
2.根据权利要求1所述的控制器旋转的无定子无刷双转子外圈永磁体同步电机，其特征在于，所述感应器结构包括设置在机壳第二端内的感应器壳体以及设置在感应器壳体内的感应线圈和鼠笼式铝条结构，还包括蓄电池，其中: -蓄电池，直接与感应线圈相连； -感应线圈，固定在感应器壳体上，通过蓄电池通入直流电后，上下两组线圈产生的磁场方向正好相反，且均与内转轴的外端在空间上保持垂直； -鼠笼式铝条结构，其上下两部分的感应磁力方向一致，固定在内转轴的外端上并随内转轴的外端旋转，不断切割感应线圈产生应磁力。
3.根据权利要求1所述的控制器旋转的无定子无刷双转子外圈永磁体同步电机，其特征在于，所述感应器结构包括设置在机壳第二端内的感应器壳体以及设置在感应器壳体内的感应永磁体和鼠笼式铝条结构,其中: -感应永磁体，固定在感应器壳体上，产生的磁场方向正好相反，且均与内转轴的外端在空间上保持垂直； -鼠笼式铝条结构，其上下两部分的感应磁力方向一致，固定在内转轴的外端上并随内转轴的外端旋转，不断切 割感应永磁体产生感应磁力。
4.根据权利要求2或3所述的控制器旋转的无定子无刷双转子外圈永磁体同步电机，其特征在于，所述整流器固定在内转轴的外端上并与内转轴的外端一起旋转，所述感应器结构的感应磁力经整流器变成直流电，所述直流电通过整流器整流后的电压方向始终一致。
5.根据权利要求4所述的控制器旋转的无定子无刷双转子外圈永磁体同步电机，其特征在于，所述逆变器将经整流器整流过的感应磁力变换成所需的三相交流电，用于调节电机的电磁转矩以及内转子和外转子的转速差。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的控制器旋转的无定子无刷双转子外圈永磁体同步电机，其特征在于，所述内转子铁芯为圆环形，其外圆周表面沿轴向开有若干个槽，所述若干个槽的开口中心线围绕内转轴均匀分布，内转子绕组分别嵌入所述槽内形成三相绕组。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的控制器旋转的无定子无刷双转子外圈永磁体同步电机，其特征在于，所述内转轴的外端通过内转子-机壳间轴承与机壳转动连接，所述内转轴的内端通过内转子-外转子间轴承与外转轴转动连接，形成内转子独立转动；所述外转子通过外转子轴承与机壳转动连接，其端盖通过端盖轴承与内转轴转动连接，形成外转子独立转动。
8.根据权利要求6所述的控制器旋转的无定子无刷双转子外圈永磁体同步电机，其特征在于，所述内转轴为输入轴，用于与外部旋转体连接并接受驱动，相应地，所述外转轴为输出轴。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的控制器旋转的无定子无刷双转子外圈永磁体同步电机，其特征在于，所述逆变器与内转轴的外端固定连接并一起旋转，逆变器输出端通过三相线缆与内转子绕组连接。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的控制器旋转的无定子无刷双转子外圈永磁体同步电机，其特征在于， 所述内转轴的内端端部与外转轴之间设有气隙。
全文摘要
本发明公开了一种控制器旋转的无定子无刷双转子外圈永磁体同步电机，外转子包括外转轴，外转轴的内端设置在机壳内部，外转轴的内端上沿圆周方向交错设置永磁体，外转轴的内端端部设有端盖，外转轴的外端伸出机壳的第一端外；内转子包括内转轴，内转轴的内端设置外转子内部，内转轴的内端上设有内转子铁芯以及嵌入内转子铁芯的内转子绕组，内转轴的外端设置在外转子的外部，内转轴的外端端部伸出与机壳第二端外；机壳内内转轴的外端上靠近外转轴内端端部处设有逆变器，机壳内内转轴的外端上靠近机壳第二端处设有感应器结构，逆变器与感应器结构之间设有整流器。本发明结构简单，突破了只有一个旋转轴的限制，省去了定子部分，可应用于多种场合。
文档编号H02K16/02GK103078458SQ20121058110
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者殷承良, 张希, 沈辉 申请人:上海伊节动力科技有限公司