一种e形齿双转子磁通切换型永磁电的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种E形齿双转子磁通切换型永磁电机，包括外定子、中间转子及内转子，中间转子与内转子及外定子之间均存在气隙，中间转子为双凸极结构，外定子及内转子均包括若干E形导磁铁心、永磁体及电枢绕组，E形导磁铁心的两端及中部均设有铁心齿，永磁体夹持于相邻两个E形导磁铁心一端的铁心齿之间，电枢绕组缠绕于永磁体以及用于夹持所述永磁体的两个铁心齿上，相邻两个永磁体的充磁方向相反，内转子套接于内转子转轴上，内转子与内转子转轴之间设有隔磁套，电枢绕组由多相对称分布的集中式绕组组成，各相电枢绕组的结构相同。本发明可以有效的减少永磁的用量，电机的可靠性高。
【专利说明】一种E形齿双转子磁通切换型永磁电机
【技术领域】
[0001] 本发明属于电机领域，涉及一种永磁电机，具体涉及一种E形齿双转子磁通切换 型永磁电机。
【背景技术】
[0002] 当前全球面临着环境恶化，石油日益紧缺，而内燃机汽车是造成这一危害的重要 原因之一。为提高人类的生存环境，减小石油短缺的压力，节能和减排是未来汽车技术发展 的趋势，混合动力电动汽车以其高效低排放等优点成为发展方向之一。
[0003] 目前最具影响力的混合动力系统是混联式混合动力系统，是将两台电机通过行星 齿轮和发动机相联的结构，实现蓄电池组和内燃机两组能源的速度、转矩耦合及分配，以使 系统工作在高效区。但是采用行星齿轮的传动装置存在噪音、效率、可靠性、价格等方面的 不足，且均需长期定时维护。近年来，研究人员提出了基于双转子电机的电控无级变速传动 装置，省去了行星齿轮机构，使结构更加简单、紧凑。这种电控无级变速传动装置实际上是 由两台电机集合而成的能量转换器，集成之后的电机含有三个部件：一个定子和两个转子， 每个转子各有一个独立的输出轴，分别连接发动机和驱动轴，而两台电机分别用来调节发 动机和驱动轴之间的转速差和转矩差，从而实现发动机转速和转矩的同时控制，这样发动 机可以同时工作在最佳速度和最佳转矩点，即高效率和低排放的状态，使混合动力车辆在 多种负载路况下保持内燃机工作在高效和最佳燃油经济状态，因此基于双转子电机的电控 无级变速传动装置逐渐成为混合动力汽车的研究热点。永磁电机以高功率密度的优势再加 上永磁材料的价格日趋合理，使得永磁式双转子电机在混合动力汽车中的应用日益广泛。
[0004] 目前，主流的永磁式双转子电机为外定子与内转子均嵌有绕组，中间转子贴装永 磁体的结构。然而，中间转子内外均贴装永磁体，会带来永磁体散热困难以及机械强度减弱 的弊端。
[0005] 定子永磁式双转子磁通切换电机结合了常规型磁通切换永磁电机的结构特点，将 永磁体内置于定子和内转子中，使中间转子上既无永磁体也无绕组，散热要求低且机械强 度加强。但是根据磁通切换永磁电机的研究结果，将永磁体置于外定子和内转子中会增加 永磁体的用量，提高成本，并减少了槽面积，进而限制了转矩密度；更多的永磁体用量也会 增加永磁体上的涡流损耗。因此，定子永磁式双转子电机设计的一个关键技术就是保证性 能的前提下减少永磁体用量。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种E形齿双转子磁通切换 型永磁电机，该电机中永磁体的用量少。
[0007] 为达到上述目的，本发明所述的E形齿双转子磁通切换型永磁电机包括外定子、 内转子转轴、中间转子及内转子，中间转子与内转子及外定子之间均存在气隙，中间转子为 双凸极结构，外定子及内转子均包括若干E形导磁铁心、永磁体及电枢绕组，E形导磁铁心 的两端及中部均设有铁心齿，永磁体夹持于相邻两个E形导磁铁心一端的铁心齿之间，电 枢绕组缠绕于永磁体以及用于夹持所述永磁体的两个铁心齿上，相邻两个永磁体的充磁方 向相反，内转子套接于内转子转轴上，内转子与内转子转轴之间设有隔磁套，电枢绕组由多 相对称分布的集中式绕组组成，各相电枢绕组的结构相同。
[0008] 所述电枢绕组为三相集中式绕组，每相电枢绕组均包含2个线圈，各相电枢绕组 在空间位置上互差60°。
[0009] 所述E形导磁铁心中部的铁心齿上缠绕有励磁绕组线圈。
[0010] 所述中间转子为直槽结构或斜槽结构。
[0011] 所述外定子及内转子均包括6个E形导磁铁心。
[0012] 工作过程中，内转子转轴通过水冷或油冷对内转子进行冷却。
[0013] 本发明具有以下有益效果：
[0014] 本发明所述的E形齿双转子磁通切换型永磁电机包括外定子、中间转子及内转 子，外定子及内转子包括若干E形导磁铁心、永磁体及电枢绕组，永磁体夹持于相邻两个E 形导磁铁心一端的铁心齿之间，电枢绕组缠绕于永磁体以及用于夹持所述永磁体的两个铁 心齿上，E形导磁铁心中部的铁心齿不嵌放永磁体，从而有效的减少永磁体的用量。所述电 枢绕组由多相对称分布的集中式绕组组成，绕制和嵌装简单、绕组端部较短、铜损较低，有 利于提高电机的工作效率。本发明具有永磁体励磁和电励磁两种方式，当一种励磁方式出 现故障时，另一种励磁方式能保证电机正常运行，从而提高电机的可靠性。另外，利用电励 磁磁场对永磁体励磁磁场进行增磁或去磁，增磁有利于提高转矩，去磁有利于提高转速范 围，中间转子上既无永磁体也无绕组，有利于电机的散热及高速运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为本发明的结构示意图；
[0016] 图2为本发明中E形导磁铁心6中部的铁心齿上没有缠绕励磁绕组线圈7时的结 构示意图；
[0017] 图3为本发明中E形导磁铁心6中部的铁心齿上缠绕有励磁绕组线圈7时的结构 示意图；
[0018] 图4为本发明中外定子1内永磁体4单独作用下的磁力线分布；
[0019] 图5为本发明中内转子3内永磁体4单独作用下的磁力线分布；
[0020] 图6为本发明中内转子3和外定子1中的永磁体4 一起作用下的磁力线分布。
[0021] 其中，1为外定子、2为中间转子、3为内转子、4为永磁体、5为电枢绕组、6为E形 导磁铁心、7为励磁绕组线圈、8为隔磁套、9为内转子转轴。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0023] 参考图1、图2及图3,本发明所述的E形齿双转子磁通切换型永磁电机包括外定 子1、内转子转轴9、中间转子2及内转子3,中间转子2与内转子3及外定子1之间均存在 气隙，中间转子2为双凸极结构，外定子1及内转子3均包括若干E形导磁铁心6、永磁体4 及电枢绕组5, E形导磁铁心6的两端及中部均设有铁心齿，永磁体4夹持于相邻两个E形 导磁铁心6 -端的铁心齿之间，电枢绕组5缠绕于永磁体4以及用于夹持所述永磁体4的 两个铁心齿上，相邻两个永磁体4的充磁方向相反，内转子3套接于内转子转轴9上，内转 子3与内转子转轴之间设有隔磁套8,电枢绕组5由多相对称分布的集中式绕组组成，各相 电枢绕组5的结构相同。
[0024] 需要说明的是，所述电枢绕组5为三相集中式绕组，每相电枢绕组5均包含2个线 圈，各相电枢绕组5在空间位置上互差60°，外定子1及内转子3均包括6个E形导磁铁心 6,工作过程中，内转子转轴9通过水冷或油冷对内转子3进行冷却。
[0025] 所述中间转子2为直槽结构或斜槽结构，一般情况下采用直槽结构，当谐波引起 的转矩脉动和噪声较为严重时采用斜槽结构。
[0026] 本发明与常规的定子永磁式双转子磁通切换电机相比，E形导磁铁心6中部的铁 心齿不嵌放永磁体4,可以有效减少永磁体4的用量。另外，当外定子1和内转子3内的E 形导磁铁心6中部的铁心齿不绕励磁绕组线圈7时，由永磁体4单独提供励磁磁场；当外定 子1和内转子3内的E形导磁铁心6中部的铁心齿缠绕励磁绕组线圈7时，则由永磁体4 和励磁绕组线圈7共同提供励磁磁场，通过调节电励磁电流的大小调节合成磁场。
[0027] 另外，外定子1极数/中间转子2极数/内转子3极数的配合根据需要可自由组 合，单个绕组线圈产生的反电势波形是非对称性的，需要通过定子极数/中间转子2极数/ 内转子3极数的合理配合来降低，而且，极数相互配合也能提高电机的转矩密度，这对于混 合动力电动汽车的动力系统是十分有利的，因此，通过对外定子1/中间转子2/内转子3极 数的配合、主要设计参数的全局优化，在铜损固定的情况下，实现反电势波形平衡对称和转 矩密度最大。
[0028] 实施例一
[0029] 本实施例以一台三相定子6极/中间转子10极/内转子6极的E形齿双转子磁 通切换型永磁电机为例，参考图1，所述E形齿双转子磁通切换型永磁电机包括外定子1、中 间转子2和内转子3,中间转子2为双凸极结构，中间转子2与外定子1和内转子3之间均 有气隙，外定子1和内转子3都由6个E形导磁铁心、6个永磁体4和6个电枢绕组5组成， E形导磁铁心6的两端及中部均设有铁心齿，永磁体4夹持于相邻两个E形导磁铁心6 - 端的铁心齿之间，切向充磁，且相邻两块永磁体4充磁方向相反；6个电枢绕组5按照A-B-C 的相序分别装配在嵌放有永磁体4的6个铁心齿上，组成三相对称分布的集中式绕组，每相 电枢绕组5包含2个线圈，E形导磁铁心6中部的铁心齿不绕电枢绕组5,仅由永磁体4提 供励磁磁场。
[0030] 参考图4、图5及图6,本发明的磁力线分布遵循"最小磁阻原则"。外定子1永磁 体4单独作用时，流经内转子3的磁力线很少；内转子3子永磁体4单独作用时，流经外定 子1的磁力线很少，说明内外电机电磁场耦合程度很小，有利于实现内外电机的独立控制， 满足混合动力汽车多种工况运行的要求。
【权利要求】
1. 一种E形齿双转子磁通切换型永磁电机，其特征在于，包括外定子（1)、内转子转轴 (9)、中间转子⑵及内转子（3)，中间转子⑵与内转子（3)及外定子⑴之间均存在气 隙，中间转子（2)为双凸极结构，外定子（1)及内转子（3)均包括若干E形导磁铁心￠)、永 磁体（4)及电枢绕组（5)，E形导磁铁心￠)的两端及中部均设有铁心齿，永磁体（4)夹持 于相邻两个E形导磁铁心（6) -端的铁心齿之间，电枢绕组（5)缠绕于永磁体（4)以及用 于夹持所述永磁体（4)的两个铁心齿上，相邻两个永磁体（4)的充磁方向相反，内转子（3) 套接于内转子转轴（9)上，内转子（3)与内转子转轴之间设有隔磁套（8)，电枢绕组（5)由 多相对称分布的集中式绕组组成，各相电枢绕组（5)的结构相同。
2. 根据权利要求1所述的E形齿双转子磁通切换型永磁电机，其特征在于，所述电枢绕 组（5)为三相集中式绕组，每相电枢绕组（5)均包含2个线圈，各相电枢绕组（5)在空间位 置上互差60°。
3. 根据权利要求1所述的E形齿双转子磁通切换型永磁电机，其特征在于，所述E形导 磁铁心￠)中部的铁心齿上缠绕有励磁绕组线圈（7)。
4. 根据权利要求1所述的E形齿双转子磁通切换型永磁电机，其特征在于，所述中间转 子（2)为直槽结构或斜槽结构。
5. 根据权利要求1所述的E形齿双转子磁通切换型永磁电机，其特征在于，所述外定子 (1)及内转子（3)均包括6个E形导磁铁心（6)。
6. 根据权利要求1所述的E形齿双转子磁通切换型永磁电机，其特征在于，工作过程 中，内转子转轴（9)通过水或油对内转子（3)进行冷却。
【文档编号】H02K1/27GK104113172SQ201410366249
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】赵南南, 杨前, 张明慧 申请人:西安建筑科技大学