两个独立转子共用一个定子的轴向磁通电机驱动装置的制作方法

1.本公开涉及一种汽车用轴向磁通电机驱动装置。更具体地，本公开涉及一种两个独立转子共用一个定子的轴向磁通电机驱动装置，其中，每个转子可独立于其余转子操作。


背景技术：

2.电机越来越多地被用于驱动车辆，例如，驱动汽车。应当认识到，电力推进通过单独操作车轮和通过增加空气动力以改善或辅助车轮牵引，提供了提升汽车性能和车辆动力学控制的机会。具体而言，为了提高车辆效率和动力，电机被设计得尽可能地紧凑并重量相对较轻。轴向磁通电机尤其在短距离应用的情况下可提供出色的扭矩和功率密度，可能特别适用于驱动车辆。具体而言，轴向磁通电机所产生的磁通平行于输出轴的轴线，因此被称为轴向磁通电机。相反，径向磁通电机相对于输出轴产生径向磁通，因此被称为径向磁通电机。轴向磁通电机所需的封装空间是圆盘形的。圆盘形封装空间具有较短且紧凑的外形，从而使轴向磁通电机成为在狭窄空间中使用的潜在候选者。除车辆外，轴向磁通电机也可用于其他应用，例如飞行器。
3.因此，尽管轴向磁通电机实现了其预期目的，但本领域仍需要一种具有改进的可靠性以实现高效的轴向电机。


技术实现要素：

4.根据若干方面，公开了一种汽车用轴向磁通电机驱动装置。该轴向磁通电机驱动装置包括限定铁芯的定子、限定旋转轴线的输出、第一转子、第二转子和推力轴承。该第一转子可绕旋转轴线旋转，并耦合到输出。该第一转子相对于定子设置以在定子和第一转子之间产生第一气隙。第二转子可绕旋转轴线旋转，并耦合到输出。第二转子相对于定子设置，以在定子和第二转子之间产生第二气隙。推力轴承耦合到输出，用于支撑基本平行于旋转轴线的轴向载荷，其中，当第二转子不可操作时，第一转子仍可绕旋转轴线旋转，并且，当第一转子不可操作时，第二转子仍可旋转。
5.在另一方面，定子还包括缠绕在铁芯第一部分周围的第一多个绕组。
6.在又另一方面，响应于向第一多个绕组提供交流(ac)电力，在第一气隙内产生第一磁通量。
7.在还另一方面，轴向磁通电机驱动装置还包括向第一多个绕组提供ac电力的第一逆变器。
8.在另一方面，定子还包括缠绕在铁芯第二部分周围的第二多个绕组。
9.在又另一方面，响应于向第二多个绕组提供ac电力，在第二气隙内产生第二磁通量。
10.在还另一方面，轴向磁通电机驱动装置还包括向第二多个绕组提供ac电力的第二逆变器。
11.在另一方面，轴向磁通电机驱动装置还包括耦合到输出第一端的第一行星齿轮
组，其中，第一行星齿轮组包括第一太阳齿轮、第一多个行星架和第一环形齿轮。
12.在又一方面，第一太阳齿轮是斜齿轮，包括多个以第一选定螺旋角定向的齿。
13.在还另一方面，轴向磁通电机驱动装置还包括耦合到输出第二端的第二行星齿轮组，其中，第二行星齿轮组包括第二太阳齿轮、第二多个行星架和第二环形齿轮。
14.在另一方面，第二太阳齿轮是斜齿轮，包括多个以第二选定螺旋角定向的齿。
15.在一个方面，第一行星齿轮组的第一输出沿第一方向旋转，第二行星齿轮组的第二输出沿第二方向旋转，第二方向与第一方向相反。
16.在又一方面，轴向磁通电机驱动装置还包括与第一转子和第二转子耦合的单向离合器。
17.在一个方面，公开了一种汽车用轴向磁通电机驱动装置。轴向磁通电机驱动装置包括限定铁芯的定子。定子包括缠绕在铁芯第一部分周围的第一多个绕组和缠绕在铁芯第二部分周围的第二多个绕组。轴向磁通电机驱动装置还包括向第一多个绕组提供ac电力的第一逆变器和向第二多个绕组提供ac电力的第二逆变器。轴向磁通电机驱动装置还包括限定旋转轴线的输出，和可绕旋转轴线旋转并耦合到输出的第一转子。第一转子相对于定子设置，以在定子和第一转子之间产生第一气隙，其中，响应于向第一多个绕组提供ac电力，在第一气隙内产生第一磁通量。轴向磁通电机驱动装置还包括可绕旋转轴线旋转并耦合到输出的第二转子。第二转子相对于定子设置，以在定子和第二转子之间产生第二气隙，其中，响应于向第二多个绕组提供ac电力，在第二气隙内产生第二磁通量。轴向磁通电机驱动装置还包括耦合到输出的推力轴承，用于支撑基本平行于旋转轴线的轴向载荷，其中，当第二转子不可操作时，第一转子仍可绕旋转轴线旋转，当第一转子不可操作时，第二转子仍可旋转。
18.在一个方面，轴向磁通电机驱动装置还包括耦合到输出第一端的第一行星齿轮组，其中，第一行星齿轮组包括第一太阳齿轮、第一多个行星架和第一环形齿轮。
19.在又另一方面，第一太阳齿轮是斜齿轮，包括多个以第一选定螺旋角定向的齿。
20.在还另一方面，轴向磁通电机驱动装置还包括耦合到输出第二端的第二行星齿轮组，其中，第二行星齿轮组包括第二太阳齿轮、第二多个行星架和第二环形齿轮。
21.在另一方面，第二太阳齿轮是斜齿轮，包括多个以第二选定螺旋角定向的齿。
22.在又另一方面，第一行星齿轮组的第一输出沿第一方向旋转，第二行星齿轮组的第二输出沿第二方向旋转，第二方向与第一方向相反。
23.在另一方面，轴向磁通电机驱动装置还包括与第一转子和第二转子耦合的单向离合器。
24.根据本文提供的描述，进一步的适用领域将变得显而易见。应该理解，说明书和具体示例仅仅是为了说明的目的，而非旨在限制本公开的范围。
附图说明
25.本文描述的附图仅用于说明目的，并非旨在以任何方式限制本公开的范围。
26.图1是根据示例性实施例的汽车用轴向磁通电机驱动装置的一个实施例的示意图；
27.图2是根据示例性实施例的包括两个行星齿轮组的轴向磁通驱动装置的示意图；
28.图3是根据示例性实施例的太阳齿轮的示意图，所示出的太阳齿轮是图1所示的行星齿轮组之一的一部分；
29.图4是根据示例性实施例的包括单向离合器组件的轴向磁通电机驱动装置的替代实施例；以及
30.图5是根据示例性实施例的轴向磁通驱动电机的替代实施例。
具体实施方式
31.以下描述本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本公开、应用或用途。
32.参考图1，示出了包括车轮8和轮胎组件9的汽车用轴向磁通电机驱动装置10的横截面示意图。所公开的轴向磁通电机驱动装置10包括单个定子20，两个转子22、24，限定轴向磁通电机驱动装置10的旋转轴线a-a的输出26以及推力轴承30。具体而言，轴向磁通电机驱动装置10包括第一转子22和第二转子24。在图1所示的实施例中，输出26包括通过推力轴承30耦合到第二轴29的第一轴28。因此，推力轴承30耦合到输出26上，并使每个转子22、24可彼此独立地操作。因此，如果转子22、24中的其中一个不可操作，则剩余的转子22、24仍然能够操作。在一个实施例中，轴向磁通电机驱动装置10应用在汽车中，然而，应当认识到，轴向磁通电机驱动装置10也可用于其他应用中。
33.在图1所示的实施例中，轴向磁通电机驱动装置10的输出26通过单向离合器组件16连接到单个输出。具体而言，单个输出(即车轮8)通过单向离合器组件16连接到输出26。单向离合器组件16包括第一可选单向离合器18和第二可选单向离合器19，并且，第一可选单向离合器18通过第一轴28耦合到第一转子22，第二可选单向离合器19通过第二轴29耦合到第二转子24。在图1所示的实施例中，第一轴28是套筒轴，第二轴29是阶梯轴，推力轴承30设置在由第二轴29限定的阶梯31处。现在参考图2，在另一实施例中，轴向磁通电机驱动装置10的输出26连接到两个独立的输出。具体而言，轴向磁通电机驱动装置10连接到第一输出46和第二输出48。在图2所示的实施例中，轴向磁通电机驱动装置10可应用于飞行器中，其中，第一输出46和第二输出48代表飞行器的顶部和底部叶片。在图2所示的实施例中，第一轴28和第二轴29均是通过推力轴承30彼此耦合的实心轴。
34.继续参考图2，定子20限定了铁芯36。第一转子22可绕旋转轴线a-a旋转。第一转子22耦合到输出26，并相对于定子20设置，以在定子20和第一转子22之间产生第一气隙32。在所示实施例中，第一气隙32设置在定子20的铁芯36的上表面38和第一转子22的下表面40之间。第二转子24可绕旋转轴线a-a旋转，并耦合到输出26。第二转子24相对于定子20设置，以在定子20和第二转子24之间形成第二气隙34。在所示实施例中，第二气隙34设置在定子20的铁芯36的下表面42和第一转子22的上表面44之间。
35.继续参考图2，推力轴承30耦合到输出26，并支撑基本平行于旋转轴线a-a的轴向载荷。推力轴承30使每个转子22、24彼此独立运行。因此，当第二转子24不可操作时，第一转子22仍可绕旋转轴线a-a旋转；当第一转子22不可操作时，第二转子24亦仍可旋转。
36.轴向磁通电机驱动装置10还包括第一多个绕组50、第二多个绕组52、第一逆变器60和第二逆变器62。第一多个绕组50缠绕在定子20的铁芯36的第一部分56周围，第二多个绕组52缠绕在定子20的第二部分58周围。第一逆变器60电耦合到第一多个绕组50并向其提供交流(ac)电力。如图2所示，响应于向第一多个绕组50提供ac电力，第一磁通量64在第一
气隙32内产生。类似地，第二逆变器62电耦合到第二多个绕组52并向其提供ac电力。如图2所示，响应于向第二多个绕组52提供ac电力，第二磁通量68在第二气隙34内产生。
37.第一多个绕组50和第一逆变器60与第二多个绕组52和第二逆变器62电气分离。即定子绕组50、52被分成两个电气独立的系统，上述两个系统由两个独立的逆变器60、62供电。因此，如果第一多个绕组50或第一逆变器60不可操作，则第二转子24仍可操作。类似地，如果第二多个绕组52或第二逆变器62不可操作，则第一转子22仍可操作。
38.在图2所示的实施例中，轴向磁通电机驱动装置10包括耦合到输出26的第一轴28的第一行星齿轮组70，和耦合到输出26的第二轴29的第二行星齿轮组74。第一行星齿轮组70包括第一太阳齿轮80、第一多个行星架82和第一环形齿轮84。类似地，第二行星齿轮组74包括第二太阳齿轮90、第二多个行星架92和第二环形齿轮94。第一行星齿轮组70连接到第一输出46，第二行星齿轮组74连接到第二输出48。
39.在所示非限制性实施例中，多个行星架82是固定的，第一输出46连接到第一环形齿轮84；并且，第二环形齿轮94是固定的，第二多个行星架92连接到第二输出48。因此，行星齿轮组70、74可使第一行星齿轮组70的第一输出46沿第一方向旋转，且第二行星齿轮组74的第二输出48沿第二方向旋转，其中第二方向与第一方向相反。尽管图2示出了固定的多个行星架82、连接到第一环形齿轮84的第一输出46、固定的第二环形齿轮94以及连接到第二输出48的第二多个行星架92，但是，应当认识到，图2本质上仅仅是示例性的，也可以使用其他连接方式来使转子22、24沿相反方向旋转。
40.参考图3，在一个实施例中，第一太阳齿轮80为斜齿轮93，包括多个以第一选定螺旋角β1定向的齿96。第一选定螺旋角β1选择为产生轴向力，该轴向力在基本平行于旋转轴线a-a(见图1)的轴向方向上抵消第一转子22和定子20之间的磁力。具体而言，选择第一选定螺旋角β1的方向以及值或大小来产生轴向力。在一个实施例中，选择第一选定螺旋角β1的大小，以在最频繁的运行条件下，例如，当汽车或飞行器以巡航速度运行时，抵消第一转子22和定子20之间的磁力。
41.在实施例中，第二太阳齿轮90是斜齿轮98，且包括多个以第二选定螺旋角β2定向的齿100，其中，第二选定螺旋角β2选择为产生抵消第二转子24和定子20之间磁力的轴向力。
42.图4示出了与第一转子22和第二转子24耦合的单向离合器组件16。具体而言，单向离合器组件16包括耦合到第一转子22的第一可选单向离合器18，和耦合到第二转子24的第二可选单向离合器19。如图4所示，单个输出122连接到单向离合器组件16。在其中一个转子22、24不可操作的情况下，剩余的转子22、24越过单向离合器组件16。因此，即使其中一个转子22、24不工作，单个输出122仍可旋转。
43.图5示出了飞行器中采用的轴向磁通电机驱动装置10的另一实施例。在图5所示的实施例中，轴向磁通电机驱动装置10包括单个定子220、单个转子222、输出226和推力轴承230。如图5所示，多个绕组250缠绕在定子20的铁芯236的一部分256周围，其中，逆变器260电耦合到多个绕组250并向其提供ac电力。单个转子222相对于定子220设置，以在定子220和单个转子222之间产生气隙232。应当认识到，由于图5所示的轴向磁通电机驱动装置10包括比图1、2和4所示的实施例更少的部件，所以图5所示的方法提供了一种低成本解决方案。
44.如图5所示，叶片270直接耦合到单个转子222，其中，叶片270与单个转子222协同
旋转。叶片270产生升力，该升力显示为向上的空气动力262。由叶片270产生的空气动力262抵消沿相反方向或向下的磁力264。磁力264是响应于逆变器260向多个绕组250提供ac电力而产生的。应当认识到，空气动力262可以抵消磁力264，该磁力264是气隙232的面积和长度的函数。减少或消除磁力264可减少或消除推力轴承230的轴承损耗和磨损。在实施例中，可在单个转子22和叶片270之间使用齿轮(未示出)来平衡空气动力262和磁力264。
45.总体上参考附图，所公开的轴向磁通电机驱动装置包括多种技术效果和益处。具体而言，轴向磁通电机驱动装置具有较短且紧凑的外形，并且包括两个彼此独立操作的转子。因此，如果一个转子不可操作，而另一转子仍然能够操作。轴向磁通电机驱动装置还包括电分离的绕组和逆变器，这也使得其中一个转子在一个逆变器或绕组短路或开路的情况下能工作。最后，如果轴向磁通驱动单元包括一个或多个行星齿轮组，则太阳齿轮可以包括选定的螺旋角来支持运行期间产生的部分或全部推力载荷，这进而提高了可靠性。
46.本公开的描述在本质上仅仅是示例性的，并且，不脱离本公开主旨的变型旨在落入本公开的范围内。这种变化不应被视为背离本公开的精神和范围。