专利名称：双机械端口机电能量变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及双机械端口机电能量变换器，属于电机技术领域。
背景技术：
混合动力电动汽车控制的目标主要是为了使发动机独立于负载，一直工作于最佳效率点附近，从而提高燃料利用率，减轻排放，或是利用电能作辅助能源，以增强整车的动力性能。普通混联形式的混合动力传动系统通过特制的动力分配装置将来自内燃机的动力分为机械动力和电子动力两条路径，可发挥串联式和并联式混合动力传动系统的优点；但结构复杂、成本高，同时过多的齿轮传动会降低效率。双机械端口机电能量变换器具有两个转子，即具有两个机械转轴，可以实现两个机械转轴能量的独立传递，在电动车辆、混合舰船推进、无级变速器等领域有着广泛的应用前景。通过控制双机械端口机电能量变换器输出的转矩和转速，使车辆内燃机运行于最高效率点，从而提高整个系统的效率，并简化混合动力传动系统结构。传统的双机械端口机电能量变换器结构如图14所示。图中内燃机ICE与能量变换器的内转子E相连，能量变换器的外转子D直接与汽车的驱动轮A相连，电力电子变换器直流侧接蓄电池H。内转子E采用三相绕线型绕组，通过滑环F和电刷将转差功率通过电力电子变换器向蓄电池充电或直接送到外侧的定子I。I图7中B为能量变换器的定子，C为永磁体，G为双转子电机变换器，I为定子变换器。但是，传统的双机械端口机电能量变换器存在如下主要问题:(1)存在电刷和滑环，使电机的可靠性低、体积大；(2)需要两个逆变器控制，系统的成本高、体积大；(3)绕线转子结构强度低、容错能力差，若转子出现断路故障，无法进行能量传递。
发明内容
本发明是为了解决现有双机械端口机电能量变换器由于存在电刷和滑环，使电机的可靠性低并且体积大的问题，提供了一种双机械端口机电能量变换器。本发明所述双机械端口机电能量变换器，它包括定子、外转子、内转子和逆变器，定子、外转子和内转子由外向内依次同轴设置，定子与外转子之间形成外气隙，夕卜转子和内转子之间形成内气隙，内转子与内转轴连接，外转子与外转轴连接，定子的一端通过轴承与内转轴连接，定子的另一端通过轴承与外转轴连接；定子包括定子铁心和定子多相对称绕组，定子多相对称绕组的引出线连接逆变器的输出端；内转子为表面永磁体转子结构、内嵌永磁体转子结构或Halbach永磁阵列型转子结构；所述表面永磁体转子结构的内转子为永磁转子，该内转子包括内转子铁心和多个内转子永磁体，内转子铁心为圆筒形，内转子永磁体为瓦片形，内转子永磁体沿内转子铁心的圆周方向以N极、S极依次交替的方式，粘贴固定在内转子铁心的外圆表面上；所述内转子永磁体沿径向充磁或沿径向平行充磁；外转子包括外转子铁心和外转子绕组，外转子绕组为m相短路绕组，m为大于或者等于2的整数。外转子绕组为三相短路绕组，外转子绕组由外导条、内导条和端部连接部组成，外转子铁心的内圆周侧沿轴向开有多个内圆周槽，夕卜转子铁心的外圆周侧沿轴向开有多个外圆周槽，外圆周槽的个数为内圆周槽个数的两倍，内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心的圆周方向均匀分布；所有的内圆周槽内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心轴向的每一端，内导条均通过两个端部连接部与两个外导条连接，该两个外导条之间间隔两个外圆周槽，在外转子铁心轴向的两端，内导条与外导条的连接结构相同；与两个外导条连接的内导条的选择为:该内导条为所有内导条中与所述两个外导条的距离和最短的内导条。或者外转子绕组为两相短路绕组，外转子绕组由外导条、内导条和端部连接部组成，
外转子铁心的内圆周侧沿轴向开有多个内圆周槽，夕卜转子铁心的外圆周侧沿轴向开有多个外圆周槽，外圆周槽的个数为内圆周槽个数的两倍，内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心的圆周方向均匀分布；所有的内圆周槽内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心轴向的每一端，内导条均通过两个端部连接部与两个外导条连接，该两个外导条之间间隔一个外圆周槽，在外转子铁心轴向的两端，内导条与外导条的连接结构相同；与两个外导条连接的内导条的选择为:该内导条为所有内导条中与所述两个外导条的距离和最短的内导条。外转子绕组为六相短路绕组，外转子绕组由外导条、内导条和端部连接部组成，外转子铁心的内圆周侧沿轴向开有3n个内圆周槽，η为正整数,夕卜转子铁心的外圆周侧沿轴向开有3η外圆周槽，内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心的圆周方向均匀分布，并且相应的内圆周槽和外圆周槽的中心线位于外转子铁心同一半径上；所有的内圆周槽内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心轴向的每一端，内导条均通过端部连接部与外导条连接，以处于外转子铁心同一半径上的一个内圆周槽和一个外圆周槽为起始，将顺次的三个内圆周槽和相应的三个外圆周槽作为一组圆周槽，共η组圆周槽，每组圆周槽中位于中间的内圆周槽中的内导条和位于中间的外圆周槽中的外导条通过端部连接部连接，每组圆周槽中另外两个内圆周槽中的内导条和另外两个外圆周槽中的外导条通过端部连接部交叉对接；在外转子铁心轴向的两端，内导条与外导条的连接结构相同。或者外转子绕组为三相短路绕组，外转子绕组由外导条、内导条和端部连接部组成，外转子铁心的内圆周侧沿轴向开有3η个内圆周槽，η为正整数，外转子铁心的外圆周侧沿轴向开有3η外圆周槽，内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心的圆周方向均匀分布，并且相应的内圆周槽和外圆周槽的中心线位于外转子铁心同一半径上；
所有的内圆周槽内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心轴向的每一端，内导条均通过端部连接部与外导条连接，以处于外转子铁心同一半径上的一个内圆周槽和一个外圆周槽为起始，将顺次的三个内圆周槽和相应的三个外圆周槽作为一组圆周槽，共η组圆周槽，每组圆周槽中第一个内圆周槽中的内导条和第一个外圆周槽中的外导条通过端部连接部连接，每组圆周槽中另外两个内圆周槽中的两个内导条和另外两个外圆周槽中的外导条通过端部连接部交叉对接；在外转子铁心轴向的两端，内导条与外导条的连接结构相同。或者外转子绕组为两相短路绕组，外转子绕组由外导条、内导条和端部连接部组成，外转子铁心的内圆周侧沿轴向开有2η个内圆周槽，η为正整数,夕卜转子铁心的外圆周侧沿轴向开有2η外圆周槽，内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心的圆周方向均匀分布，并且相应的内圆周槽和外圆周槽的中心线位于外转子铁心同一半径上；所有的内圆周槽 内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心轴向的每一端，内导条均通过端部连接部与外导条连接，以处于外转子铁心同一半径上的一个内圆周槽和一个外圆周槽为起始，将顺次的两个内圆周槽和相应的两个外圆周槽作为一组圆周槽，共η组圆周槽，每组圆周槽中的两个内圆周槽中的内导条和两个外圆周槽中的外导条通过端部连接部交叉对接；在外转子铁心轴向的两端，内导条与外导条的连接结构相同。或者外转子绕组由外导条、内导条、端部连接部、外短路端环和内短路端环组成，外转子铁心的内圆周侧沿轴向开有多个内圆周槽，夕卜转子铁心的外圆周侧沿轴向开有多个外圆周槽，内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心的圆周方向均匀分布；所有的内圆周槽内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心轴向的一端，外导条通过端部连接部与相应的内导条连接，外转子铁心轴向的另一端，所有外导条通过外短路端环相连接，所有内导条通过内短路端环相连接。所述的双机械端口机电能量变换器，它还包括多个外转子永磁体，外转子铁心的内圆周槽和外圆周槽之间的轭部沿外转子铁心轴向开有多个永磁体槽，多个永磁体槽沿外转子铁心的圆周方向均勻分布，每个永磁体槽内嵌放一个外转子永磁体，沿外转子铁心的圆周方向外转子永磁体依次N、S相间嵌放在槽中，外转子永磁体产生的磁通穿过所述外气隙，该磁通与定子多相对称绕组相交链。本发明所述第二种双机械端口机电能量变换器，所述能量变换器为轴向气隙结构，所形成磁场为轴向磁场，它包括定子、外转子、内转子和逆变器，定子、外转子和内转子沿轴向依次同轴线配置，定子和外转子之间形成外气隙，夕卜转子和内转子之间形成内气隙，内转子与内转轴连接，外转子与外转轴连接，定子包括定子铁心和定子多相对称绕组，定子多相对称绕组的引出线连接逆变器的输出端；内转子为永磁转子结构；外转子包括外转子铁心和外转子绕组，外转子铁心呈圆盘形，外转子绕组为m相短路绕组，m为大于或者等于2的整数；外转子绕组由导条和端部连接部组成，外转子铁心上沿轴向开有多个径向辐射状通槽，多个径向辐射状通槽沿外转子铁心的圆周向均匀分布，每个径向辐射状通槽内嵌放一个导条，所有导条的两端根据相数及相序的不同，通过端部连接部相连接。本发明所述第三种双机械端口机电能量变换器，它包括定子、外转子、内转子和逆变器，定子与内转子沿径向同轴设置，定子位于内转子的外侧，定子和内转子之间形成内气隙；外转子与内转子沿径向同轴设置，外转子位于内转子的外侧，外转子和内转子之间形成外气隙，外转子与外转轴连接，内转子与内转轴连接；外转子和定子沿轴向并列设置；定子包括定子铁心和定子多相对称绕组，定子多相对称绕组的引出线连接逆变器的输出端；外转子为永磁转子结构；
内转子包括内转子铁心和内转子绕组，内转子铁心呈圆筒形，内转子绕组为m相短路绕组，m为大于或者等于2的整数；内转子绕组由多个导条和两个端环组成，内转子铁心的外圆表面上沿轴向开有多个绕组通槽，多个绕组通槽沿内转子铁心的圆周向均匀分布，每个绕组通槽内嵌放一个导条，所有导条的一端与内转子铁心一端面上的端环连接，所有导条的另一端与内转子铁心另一端面上的另一个端环连接。本发明的优点:本发明所述双机械端口机电能量变换器具有可靠性高、工艺性好、控制简单、体积小、效率高、成本低等特点。它消除了现有双机械端口机电能量变换器中的电刷和滑环，实现了无刷化，大大提高了系统的可靠性，减小了能量变换器的体积；降低了设备维护成本；它只需要一个逆变器控制，降低了系统的成本，减小了系统体积，提高了系统效率；本发明提高了转子结构强度和容错能力，即使出现线圈断路故障，仍可降额使用。
图1是实施方式一所述双机械端口机电能量变换器的结构示意图；图2是实施方式二所述双机械端口机电能量变换器的外转子结构示意图；图3是实施方式二所述双机械端口机电能量变换器的外转子结构剖视图；图4是实施方式二中所述双机械端口机电能量变换器的外转子结构中，外导条和内导条正相序连接的示意图；图5是实施方式三所述双机械端口机电能量变换器的外转子结构示意图；图6是实施方式三中所述双机械端口机电能量变换器的外转子结构中，外导条和内导条正相序连接的示意图；图7是实施方式四所述双机械端口机电能量变换器的外转子结构示意图；图8是实施方式四中所述双机械端口机电能量变换器的外转子结构中，外转子铁心上同一半径上的外导条和内导条直接连接的示意图；图9是实施方式五所述双机械端口机电能量变换器的外转子结构示意图；图10是实施方式六所述双机械端口机电能量变换器的外转子结构示意图；图11是实施方式七所述双机械端口机电能量变换器的外转子结构示意图；图12是实施方式九所述双机械端口机电能量变换器的结构示意图13是实施方式十所述双机械端口机电能量变换器的结构示意图；图14是传统的双机械端口机电能量变换器的结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述双机械端口机电能量变换器，它包括定子、外转子、内转子和逆变器4，定子、外转子和内转子由外向内依次同轴设置，定子与外转子之间形成外气隙，夕卜转子和内转子之间形成内气隙，内转子与内转轴3-1连接，外转子与外转轴2-1连接，定子的一端通过轴承与内转轴3-1连接，定子的另一端通过轴承与外转轴2-1连接；定子包括定子铁心1-1和定子多相对称绕组1-2，定子多相对称绕组1-2的引出线连接逆变器4的输出端；内转子为表面永磁体转子结构、内嵌永磁体转子结构或Halbach永磁阵列型转子结构； 所述表面永磁体转子结构的内转子为永磁转子，该内转子包括内转子铁心3-2和多个内转子永磁体3-3,内转子铁心3-2为圆筒形，内转子永磁体3-3为瓦片形，内转子永磁体3-3沿内转子铁心3-2的圆周方向以N极、S极依次交替的方式，粘贴固定在内转子铁心3-2的外圆表面上；所述内转子永磁体3-3沿径向充磁或沿径向平行充磁；外转子包括外转子铁心2-2和外转子绕组2-3，外转子绕组2_3为m相短路绕组，m为大于或者等于2的整数。本实施方式中，永磁转子结构的内转子极数可选择为12。
具体实施方式
二:下面结合图2、图3和图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述外转子绕组2-3为三相短路绕组，外转子绕组2-3由外导条、内导条和端部连接部组成，外转子铁心2-2的内圆周侧沿轴向开有多个内圆周槽,夕卜转子铁心2-2的外圆周侧沿轴向开有多个外圆周槽，外圆周槽的个数为内圆周槽个数的两倍，内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心2-2的圆周方向均匀分布；所有的内圆周槽内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心2-2轴向的每一端，内导条均通过两个端部连接部与两个外导条连接，该两个外导条之间间隔两个外圆周槽，在外转子铁心2-2轴向的两端，内导条与外导条的连接结构相同；与两个外导条连接的内导条的选择为:该内导条为所有内导条中与所述两个外导条的距离和最短的内导条。图2至图4中，外圆周槽数为36，内圆周槽数为18。图4所示，内导条和外导条采用正相序连接。
具体实施方式
三:下面结合图5和图6说明本实施方式,本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述外转子绕组2-3为两相短路绕组，外转子绕组2-3由外导条、内导条和端部连接部组成，外转子铁心2-2的内圆周侧沿轴向开有多个内圆周槽,夕卜转子铁心2-2的外圆周侧沿轴向开有多个外圆周槽，外圆周槽的个数为内圆周槽个数的两倍，内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心2-2的圆周方向均匀分布；
所有的内圆周槽内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心2-2轴向的每一端，内导条均通过两个端部连接部与两个外导条连接，该两个外导条之间间隔一个外圆周槽，在外转子铁心2-2轴向的两端，内导条与外导条的连接结构相同；与两个外导条连接的内导条的选择为:该内导条为所有内导条中与所述两个外导条的距离和最短的内导条。图5和图6中，外圆周槽数为48，内圆周槽数为24，图6中，内导条和外导条采用正相序连接。
具体实施方式
四:下面结合图7和图8说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述外转子绕组2-3为六相短路绕组，外转子绕组2-3由外导条、内导条和端部连接部组成，外转子铁心2-2的内圆周侧沿轴向开有3η个内圆周槽，η为正整数，外转子铁心2-2的外圆周侧沿轴向开有3η外圆周槽，内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心2-2的圆周方向均匀分布，并且相应的内圆周槽和外圆周槽的中心线位于外转子铁心2-2同一半径上；所有的内圆周槽内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心2-2轴向的每一端，内导条均通过端部连接部与外导条连接，以处于外转子铁心2-2同一半径上的一个内圆周槽和一个外圆周槽为起始，将顺次的三个内圆周槽和相应的三个外圆周槽作为一组圆周槽，共η组圆周槽，每组圆周槽中位于中间的内圆周槽中的内导条和位于中间的外圆周槽中的外导条通过端部连接部连接，每组圆周槽中另外两个内圆周槽中的内导条和另外两个外圆周槽中的外导条通过端部连接部交叉对接；在外转子铁心2-2轴向的两端，内导条与外导条的连接结构相同。
本实施方式所述外转子铁心2-2结构如图7所示，其外圆周槽和内圆周槽数均为36，由图中可见，将某组圆周槽中间的内导条和外导条做为起始，第1、4、7、10、13、16、19、
22、25、28、31、34的内导条与外导条通过端部连接部——对接，第2、5、8、11、14、17、20、23、26、29、32、35个外导条通过端部连接部与第36、3、6、9、12、15、18、21、24、27、30、33个内导条——对接，第 3、6、9、12、15、18、21、24、27、30、33、36 个外导条与 5、8、11、14、17、20、23、26、29、32、35、2个内导条通过端部连接部——对接。图8所示的外转子铁心2-2结构，其外转子铁心2-2的内圆周侧沿轴向开有多个内圆周槽，夕卜转子铁心2-2的外圆周侧沿轴向开有多个外圆周槽，内圆周槽和外圆周槽的个数相同，内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心2-2的圆周方向均匀分布，并且相应的内圆周槽和外圆周槽的中心线位于外转子铁心2-2同一半径上；所有的内圆周槽内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心2-2轴向的每一端，内导条均通过端部连接部与外导条连接，位于外转子铁心2-2同一半径上的一个内圆周槽和一个外圆周槽形成一对圆周槽，每对圆周槽中的内导条和外导条通过端部连接部连接。图8中，外圆周槽和内圆周槽数均为36。
具体实施方式
五:下面结合图9说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述外转子绕组2-3为三相短路绕组，外转子绕组2-3由外导条、内导条和端部连接部组成，
外转子铁心2-2的内圆周侧沿轴向开有3η个内圆周槽，η为正整数，外转子铁心2-2的外圆周侧沿轴向开有3η外圆周槽，内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心2-2的圆周方向均匀分布，并且相应的内圆周槽和外圆周槽的中心线位于外转子铁心2-2同一半径上；所有的内圆周槽内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心2-2轴向的每一端，内导条均通过端部连接部与外导条连接，以处于外转子铁心2-2同一半径上的一个内圆周槽和一个外圆周槽为起始，将顺次的三个内圆周槽和相应的三个外圆周槽作为一组圆周槽，共η组圆周槽，每组圆周槽中第一个内圆周槽中的内导条和第一个外圆周槽中的外导条通过端部连接部连接，每组圆周槽中另外两个内圆周槽中的两个内导条和另外两个外圆周槽中的外导条通过端部连接部交叉对接；在外转子铁心2-2轴向的两端，内导条与外导条的连接结构相同。图9所示，内圆周槽和外圆周槽数均为18，以某组圆周槽中第一个内圆周槽和第一个外圆周槽为起始，第1、4、7、10、13、16个内导条和外导条一一对接，第2、5、8、11、14、17个外导条与第3、6、9、12、15、18个内导条——对接，第3、6、9、12、15、18个外导条和2、5、8、
11、14、17个内导条——对接。
具体实施方式
六:下面结合图10说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述外转子绕组2-3为两相短路绕组，外转子绕组2-3由外导条、内导条和端部连接部组成，外转子铁心2-2的内圆周侧沿轴向开有2η个内圆周槽，η为正整数，外转子铁心2-2的外圆周侧沿轴向开有2η外圆周槽，内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心2-2的圆周方向均匀分布，并且相应的内圆周槽和外圆周槽的中心线位于外转子铁心2-2同一半径上；所有的内圆周槽内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心2-2轴向的每一端，内导条均通过端部连接部与外导条连接，以处于外转子铁心2-2同一半径上的一个内圆周槽和一个外圆周槽为起始,将顺次的两个内圆周槽和相应的两个外圆周槽作为一组圆周槽，共η组圆周槽，每组圆周槽中的两个内圆周槽中的内导条和两个外圆周槽中的外导条通过端部连接部交叉对接；在外转子铁心2-2轴向的两端，内导条与外导条的连接结构相同。图10所示，内圆周槽和外圆周槽数均为24，第1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23外导条与第2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24个内导条通过端部连接部——对接，第
2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24 个外导条通过端部连接部与第 1、3、5、7、9、11、13、15、
17、19、21、23个内导条——对接。
具体实施方式
七:下面结合图11说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述外转子绕组2-3由外导条、内导条、端部连接部、外短路端环和内短路端环组成，外转子铁心2-2的内圆周侧沿轴向开有多个内圆周槽,夕卜转子铁心2-2的外圆周侧沿轴向开有多个外圆周槽， 内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心2-2的圆周方向均匀分布；所有的内圆周槽内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心2-2轴向的一端，外导条通过端部连接部与相应的内导条连接，外转子铁心2-2轴向的另一端，所有外导条通过外短路端环相连接，所有内导条通过内短路端环相连接。
具体实施方式
八:本实施方式对实施方式二、三、四、五、六或七作进一步说明，所述双机械端口机电能量变换器，它还包括多个外转子永磁体，外转子铁心2-2的内圆周槽和外圆周槽之间的轭部沿外转子铁心2-2轴向开有多个永磁体槽，多个永磁体槽沿外转子铁心2-2的圆周方向均匀分布，每个永磁体槽内嵌放一个外转子永磁体，沿外转子铁心2-2的圆周方向外转子永磁体依次N、S相间嵌放在槽中，外转子永磁体产生的磁通穿过所述外气隙，该磁通与定子多相对称绕组1-2相交链。
具体实施方式
九:下面结合图12说明本实施方式，本实施方式所述双机械端口机电能量变换器，所述能量变换器为轴向气隙结构，所形成磁场为轴向磁场，它包括定子、夕卜转子、内转子和逆变器4，定子、外转子和内转子沿轴向依次同轴线配置，定子和外转子之间形成外气隙，夕卜转子和内转子之间形成内气隙，内转子与内转轴3-1连接，外转子与外转轴2-1连接，定子包括定子铁心1-1和定子多相对称绕组1-2，定子多相对称绕组1-2的引出线连接逆变器4的输出端；内转子为永磁转 子结构；外转子包括外转子铁心2-2和外转子绕组，外转子铁心2-2呈圆盘形，外转子绕组为m相短路绕组，m为大于或者等于2的整数；外转子绕组由导条和端部连接部组成，外转子铁心2-2上沿轴向开有多个径向辐射状通槽，多个径向辐射状通槽沿外转子铁心2-2的圆周向均匀分布，每个径向辐射状通槽内嵌放一个导条，所有导条的两端根据相数及相序的不同，通过端部连接部相连接。本实施方式中，导条可以按照实施方式二、三、四、五、六或七的连接方式进行连接，以实现不同相数及相序的绕组连接方式。
具体实施方式
十:下面结合图13说明本实施方式，本实施方式所述双机械端口机电能量变换器，它包括定子、外转子、内转子和逆变器4，定子与内转子沿径向同轴设置，定子位于内转子的外侧，定子和内转子之间形成内气隙；外转子与内转子沿径向同轴设置，外转子位于内转子的外侧，外转子和内转子之间形成外气隙，外转子与外转轴2-1连接，内转子与内转轴3-1连接；外转子和定子沿轴向并列设置；定子包括定子铁心1-1和定子多相对称绕组1-2，定子多相对称绕组1-2的引出线连接逆变器4的输出端；外转子为永磁转子结构；内转子包括内转子铁心3-2和内转子绕组3-3，内转子铁心3-2呈圆筒形，内转子绕组3-3为m相短路绕组，m为大于或者等于2的整数；内转子绕组3_3由多个导条和两个端环组成，内转子铁心3-2的外圆表面上沿轴向开有多个绕组通槽，多个绕组通槽沿内转子铁心3-2的圆周向均匀分布，每个绕组通槽内嵌放一个导条，所有导条的一端与内转子铁心3-2 —端面上的端环连接，所有导条的另一端与内转子铁心3-2另一端面上的另一个端环连接。
本发明还可以采用对下方案:即内转子与外转子之间的耦合磁场为径向磁场，外转子与定子之间的耦合磁场为轴向磁场；或内转子与外转子之间的I禹合磁场为轴向磁场，外转子与定子之间的I禹合磁场为径向磁场。外转子绕组的相数不限于两相、三相、六相，还可以为其它相数，如五相、七相等。外转子绕组2-3的导条既可以采用铝、铜等低电阻率金属浇注形成，也可以采用铝条、铜条等焊接而成。内转子既可以采用永磁体励磁，也可以采用电励磁。本发明实施方式一至九所述双机械端口机电能量变换器的工作原理如下:当本发明用于混合动力车辆驱动时，内燃机ICE的输出通过内转轴与内转子相连，外转子通过外转轴与汽车的驱动轮相连，逆变器的交流侧与定子绕组相连，逆变器的直流侧接蓄电池。 内燃机启动后，内燃机驱动内转子旋转，内转子的永磁体磁场切割外转子内侧导条，由于外转子绕组为短路绕组，所以，会在导条中感应电动势并产生电流，该电流与内转子的永磁体磁场相互作用，产生电磁转矩，从而驱动车辆前进。当电流流过外转子外侧导条时，会产生与外转子转向相同或相反的旋转磁场，这时，如果通过逆变器控制通入定子绕组中电流的频率、幅值以及相位，使定子旋转磁场与外转子外侧导条电流产生的磁场同步，便可以将蓄电池中的电能转换为外转子的机械能，从而增大外转子的输出转矩；也可以通过控制通入定子绕组中电流的相位，使外转子与定子构成的旋转电机工作于发电状态，将内燃机输出的机械能转换为电能，给蓄电池充电。当车辆行驶在高速状态时，内转子的转速与外转子的转速相接近，这时，可利用离合器将内转子与外转子互锁，内燃机的动能直接从内转子传递到外转子，省去了中间的能量转换，从而提高了系统效率。在内燃机关机状态，还可以利用双机械端口机电能量变换器来启动内燃机，具体过程如下:利用逆变器将蓄电池的直流电能逆变成多相交流电能，给定子绕组通电，在外气隙中产生旋转磁场，该旋转磁场切割外转子的外侧导条，在转子短路绕组中感应电动势及电流，电流流过外转子内侧导条时，会在内气隙中产生旋转磁场，该旋转磁场与内转子的永磁体磁场相互作用，产生电磁转矩，可拖动内燃机启动。在车辆需要刹车制动时，可以利用双机械端口机电能量变换器来产生制动转矩，并进行能量回馈，具体过程如下:利用离合器将内燃机与内转子之间的内转轴脱开，使内转子处于自由旋转状态，利用逆变器给定子绕组通电，在外气隙中产生与外转子转向相反的旋转磁场，该旋转磁场切割外转子的外侧导条，在转子短路绕组中感应电动势及电流，外转子的外侧导条中的电流与定子旋转磁场相互作用，在外转子上产生制动转矩，使车辆速度降低，直至车辆停止，同时，由于外转子与定子构成的旋转电机工作于发电状态，将车辆运动的机械能转换为电能，给蓄电池充电，实现能量回馈。实施方式十中所述的双机械端口机电能量变换器中，内转子与外转子的工作原理与上述原理类似，其内转子上设置有由导条组成的内转子绕组3-3。
权利要求
1.一种双机械端口机电能量变换器，其特征在于，它包括定子、外转子、内转子和逆变器⑷， 定子、外转子和内转子由外向内依次同轴设置，定子与外转子之间形成外气隙，外转子和内转子之间形成内气隙，内转子与内转轴(3-1)连接，外转子与外转轴(2-1)连接，定子的一端通过轴承与内转轴(3-1)连接，定子的另一端通过轴承与外转轴(2-1)连接； 定子包括定子铁心(1-1)和定子多相对称绕组(1-2)，定子多相对称绕组(1-2)的引出线连接逆变器(4)的输出端； 内转子为表面永磁体转子结构、内嵌永磁体转子结构或Halbach永磁阵列型转子结构； 所述表面永磁体转子结构的内转子为永磁转子，该内转子包括内转子铁心(3-2)和多个内转子永磁体(3-3)，内转子铁心(3-2)为圆筒形，内转子永磁体(3-3)为瓦片形，内转子永磁体(3-3)沿内转子铁心(3-2)的圆周方向以N极、S极依次交替的方式，粘贴固定在内转子铁心(3-2)的外圆表面上；所述内转子永磁体(3-3)沿径向充磁或沿径向平行充磁；外转子包括外转子铁心(2-2)和外转子绕组(2-3)，外转子绕组(2-3)为m相短路绕组，m为大于或者等于2的整数。
2.根据权利要求1所述的双机械端口机电能量变换器，其特征在于，外转子绕组(2-3)为三相短路绕组，外转子绕组(2-3)由外导条、内导条和端部连接部组成， 外转子铁心(2-2)的内圆周侧沿轴向开有多个内圆周槽，外转子铁心(2-2)的外圆周侧沿轴向开有多个外圆周槽，外圆周槽的个数为内圆周槽个数的两倍，内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心(2-2)的圆周方向均匀分布； 所有的内圆周槽内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心(2-2)轴向的每一端，内导条均通过两个端部连接部与两个外导条连接，该两个外导条之间间隔两个外圆周槽，在外转子铁心(2-2)轴向的两端，内导条与外导条的连接结构相同； 与两个外导条连接的内导条的选择为:该内导条为所有内导条中与所述两个外导条的距离和最短的内导条。
3.根据权利要求1所述的双机械端口机电能量变换器，其特征在于，外转子绕组(2-3)为两相短路绕组，外转子绕组(2-3)由外导条、内导条和端部连接部组成， 外转子铁心(2-2)的内圆周侧沿轴向开有多个内圆周槽，外转子铁心(2-2)的外圆周侧沿轴向开有多个外圆周槽，外圆周槽的个数为内圆周槽个数的两倍，内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心(2-2)的圆周方向均匀分布； 所有的内圆周槽内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心(2-2)轴向的每一端，内导条均通过两个端部连接部与两个外导条连接，该两个外导条之间间隔一个外圆周槽，在外转子铁心(2-2)轴向的两端，内导条与外导条的连接结构相同； 与两个外导条连接的内导条的选择为:该内导条为所有内导条中与所述两个外导条的距离和最短的内导条。
4.根据权利要求1所述的双机械端口机电能量变换器，其特征在于，外转子绕组(2-3)为六相短路绕组，外转子绕组(2-3)由外导条、内导条和端部连接部组成， 外转子铁心(2-2)的内圆周侧沿轴向开有3n个内圆周槽，η为正整数，外转子铁心(2-2)的外圆周侧沿轴向开有3η外圆周槽，内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心(2-2)的圆周方向均匀分布，并且相应的内圆周槽和外圆周槽的中心线位于外转子铁心(2-2)同一半径上; 所有的内圆周槽内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心(2-2)轴向的每一端，内导条均通过端部连接部与外导条连接，以处于外转子铁心(2-2)同一半径上的一个内圆周槽和一个外圆周槽为起始，将顺次的三个内圆周槽和相应的三个外圆周槽作为一组圆周槽，共η组圆周槽，每组圆周槽中位于中间的内圆周槽中的内导条和位于中间的外圆周槽中的外导条通过端部连接部连接，每组圆周槽中另外两个内圆周槽中的内导条和另外两个外圆周槽中的外导条通过端部连接部交叉对接；在外转子铁心(2-2)轴向的两端，内导条与外导条的连接结构相同。
5.根据权利要求1所述的双机械端口机电能量变换器，其特征在于，外转子绕组(2-3)为三相短路绕组，外转子绕组(2-3)由外导条、内导条和端部连接部组成， 外转子铁心(2-2)的内圆周侧沿轴向开有3η个内圆周槽，η为正整数，外转子铁心(2-2)的外圆周侧沿轴向开有3η外圆周槽，内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心(2-2)的圆周方向均匀分布，并且相应的内圆周槽和外圆周槽的中心线位于外转子铁心(2-2)同一半径上; 所有的内圆周槽内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心(2-2)轴向的每一端，内导条均通过端部连接部与外导条连接，以处于外转子铁心(2-2)同一半径上的一个内圆周槽和一个外圆周槽为起始，将顺次的三个内圆周槽和相应的三个外圆周槽作为一组圆周槽，共η组圆周槽，每组圆周槽中第一个内圆周槽中的内导条和第一个外圆周槽中的外导条通过端部连接部连接，每组圆周槽中另外两个内圆周槽中的两个内导条和另外两个外圆周槽中的外导条通过端部连接部交叉对接；在外转子铁心(2-2)轴向的两端，内导条与外导条的连接结构相同。
6.根据权利要求1所述的双机械端口机电能量变换器，其特征在于，外转子绕组(2-3)为两相短路绕组，外转子绕组(2-3)由外导条、内导条和端部连接部组成， 外转子铁心(2-2)的内圆周侧沿轴向开有2η个内圆周槽，η为正整数，外转子铁心(2-2)的外圆周侧沿轴向开有2η外圆周槽，内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心(2-2)的圆周方向均匀分布，并且相应的内圆周槽和外圆周槽的中心线位于外转子铁心(2-2)同一半径上; 所有的内圆周槽内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心(2-2)轴向的每一端，内导条均通过端部连接部与外导条连接，以处于外转子铁心(2-2)同一半径上的一个内圆周槽和一个外圆周槽为起始,将顺次的两个内圆周槽和相应的两个外圆周槽作为一组圆周槽，共η组圆周槽，每组圆周槽中的两个内圆周槽中的内导条和两个外圆周槽中的外导条通过端部连接部交叉对接；在外转子铁心(2-2)轴向的两端，内导条与外导条的连接结构相同。
7.根据权利要求1所述的双机械端口机电能量变换器，其特征在于， 外转子绕组(2-3)由外导条、内导条、端部连接部、外短路端环和内短路端环组成， 外转子铁心(2-2)的内圆周侧沿轴向开有多个内圆周槽，外转子铁心(2-2)的外圆周侧沿轴向开有多个外圆周槽，内圆周槽和外圆周槽均沿外转子铁心(2-2)的圆周方向均匀分布；所有的内圆周槽内均嵌放内导条，所有的外圆周槽内均嵌放外导条，外转子铁心(2-2)轴向的一端，外导条通过端部连接部与相应的内导条连接，外转子铁心(2-2)轴向的另一端，所有外导条通过外短路端环相连接，所有内导条通过内短路端环相连接。
8.根据权利要求2、3、4、5、6或7所述的双机械端口机电能量变换器，其特征在于，它还包括多个外转子永磁体， 外转子铁心(2-2)的内圆周槽和外圆周槽之间的轭部沿外转子铁心(2-2)轴向开有多个永磁体槽，多个永磁体槽沿外转子铁心(2-2)的圆周方向均匀分布，每个永磁体槽内嵌放一个外转子永磁体，沿外转子铁心(2-2)的圆周方向外转子永磁体依次N、S相间嵌放在槽中，外转子永磁体产生的磁通穿过所述外气隙，该磁通与定子多相对称绕组(1-2)相交链。
9.一种双机械端口机电能量变换器，其特征在于，所述能量变换器为轴向气隙结构，所形成磁场为轴向磁场，它包括定子、外转子、内转子和逆变器(4)， 定子、外转子和内转子沿轴向依次同轴线配置，定子和外转子之间形成外气隙，外转子和内转子之间形成内气隙，内转子与内转轴(3-1)连接，外转子与外转轴(2-1)连接， 定子包括定子铁心(1-1)和定子多相对称绕组(1-2)，定子多相对称绕组(1-2)的引出线连接逆变器(4)的输出端； 内转子为永磁转子结构； 外转子包括外转子铁心(2-2)和外转子绕组，外转子铁心(2-2)呈圆盘形，外转子绕组为m相短路绕组，m为大于或者等于2的整数；外转子绕组由导条和端部连接部组成， 外转子铁心(2-2)上沿轴向开有多个径向辐射状通槽，多个径向辐射状通槽沿外转子铁心(2-2)的圆周向均匀分布，每个径向辐射状通槽内嵌放一个导条，所有导条的两端根据相数及相序的不同，通 过端部连接部相连接。
10.一种双机械端口机电能量变换器，其特征在于，它包括定子、外转子、内转子和逆变器⑷， 定子与内转子沿径向同轴设置，定子位于内转子的外侧，定子和内转子之间形成内气隙；外转子与内转子沿径向同轴设置，外转子位于内转子的外侧，外转子和内转子之间形成外气隙，外转子与外转轴(2-1)连接，内转子与内转轴(3-1)连接；外转子和定子沿轴向并列设置； 定子包括定子铁心(1-1)和定子多相对称绕组(1-2)，定子多相对称绕组(1-2)的引出线连接逆变器(4)的输出端； 外转子为永磁转子结构； 内转子包括内转子铁心(3-2)和内转子绕组(3-3)，内转子铁心(3-2)呈圆筒形，内转子绕组(3-3)为m相短路绕组，m为大于或者等于2的整数；内转子绕组(3_3)由多个导条和两个端环组成， 内转子铁心(3-2)的外圆表面上沿轴向开有多个绕组通槽，多个绕组通槽沿内转子铁心(3-2)的圆周向均匀分布，每个绕组通槽内嵌放一个导条，所有导条的一端与内转子铁心(3-2) —端面上的端环连接，所有导条的另一端与内转子铁心(3-2)另一端面上的另一个端环连接。
全文摘要
双机械端口机电能量变换器，属于电机技术领域。本发明为了解决现有双机械端口机电能量变换器由于存在电刷和滑环，使电机的可靠性低并且体积大的问题。它的定子、外转子和内转子由外向内依次同轴设置，定子与外转子之间形成外气隙，外转子和内转子之间形成内气隙，内转子与内转轴连接，外转子与外转轴连接，定子一端通过轴承与内转轴连接，另一端通过轴承与外转轴连接；定子包括定子铁心和定子多相对称绕组，定子多相对称绕组的引出线连接逆变器的输出端；内转子为表面永磁体转子结构、内嵌永磁体转子结构或Halbach永磁阵列型转子结构；外转子包括外转子铁心和外转子绕组，外转子绕组为m相短路绕组。本发明作为一种机电能量变换器。
文档编号H02K3/04GK103219842SQ20131015693
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月28日 优先权日2013年4月28日
发明者寇宝泉, 杨小宝, 曹海川, 白相林 申请人:哈尔滨工业大学