专利名称：一种无刷化的双机械端口电机的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种电机，特别是一种具有双机械端口的电机。
技术背景双机械端口电^l是一种具有两个机械端口的电机，主要的应用领域是混合动力车辆驱动。 其中的一个机械端口与发动机相连，另一个机械端口与车辆驱动轴相连。由于这种电机的两 个机械端口是独立的，因此搭载有这种电机的混合动力车辆的路面负载变化不直接传递到发 动机。可以控制发动机始终工作在其高效区，有效的提高了整个动力系统的效率，同时降低 了排放。在节能和环保两个方面都具有十分重要的意义。在发明专利CN1929243， CN1738163， CN1945939以及€Nt694339申都涉及了这种电机。 虽然这些电机具有不同的具体实现方式，但基本组成结构相同。都具有不旋转的定子，旋转 的内转子和外转子。在定子和内转子上安装有电枢绕组，在外转子上安装有永磁体。内转子 通过电刷和滑环进行供电。滑环的采用带来了多方面的问题。第一、电刷属于易损消耗部件， 经过一段时间的工作，电刷会被严重磨损，需要补充新的电刷。第二、电刷集电环体积比较 大，不适用于空间比较受限制的场合。第三、在电刷和集电环之间存在接触压降，当通过的 电流很大时会在电刷集电环之间产生很大的接触损耗。这些损耗最终会变成热量，不仅加重 电机整体散热负担，还可能损坏电枢和集电环。第四、电刷和集电环摩擦过程中会产生大量 的碳粉，这些碳粉需要及时移除，因此采用电刷和集电环的电机需要比较好的通风条件。而 这与双机械端口电机需要密封的要求冲突。无刷化即去掉电刷成为当务之急。发明专利CN1694339提出了一种无刷化的方法——旋转变压器。这种方法成功的解决了 由电刷和滑环供电带来的一系列问题，但是又带来了新的问题。当双机械端口电机两个转子 的转速相近时，进行内转子供电的旋转变压器中电流的交变频率非常低，此时旋转变压器的 效率会非常低。在这种工况下，内转子的供电将不能实现。发明专利US6977454中给出了一种新型电机，这种电机也具有双机械端口电机的基本特 征，即两个独立旋转的转子。在这种新型电机中，给出了一种独特的磁路结构，使得该电机 不通过旋转变压器就能给内转子进行无刷化供电。成功的解决了旋转变压器在两个转子转速 相近时供电效率低的问题。但是，这种结构只适用于两相供电的特殊场^"，很难扩展为三相甚至多相。而在一般交流驱动场合,三相供电是最普遍的。这种局限性限制了这种结构的应 用。发明专利CN1929243， CN1738163， CN1945939以及CN1694339中设计的双机械端口电机 还具有一个比较明显的问题，即内转子散热问题。这是由于在这些专利中，内转子位于整个 双机械端口电机的最内部，且是旋转的。只能采用内冷的方式进行散热，由此带来了冷却回 路出口处管接头的动密封以及磨损问题。不仅如此，内冷的设计大大增加了整个系统的成本。 发明内容本发明的目的是克服现有专利中双机械端口电机需要电刷供电、内转子难以散热以及相 数不能相异于两相扩展的问题，提出了一种全新的双机械端口电机。本发明提出的双机械端口电机由第一定子、第二定子、第一转子和第二转子四部分组成， 其中两个定子上安装有电枢绕组。第一转子上贴有磁钢，第二转子由一系列齿状结构组成。 两个电枢的供电方式均可以是任意相的形式。应用于车辆驱动时，第一转子与车辆驱动轴相连；第二转子与发动机输出轴相连；第二定子与第二转子产生电磁作用，把发动机动力传递到第一转子上。并且，无论两个转子的转速关系如何，都可以有效的完成发动机的动力通过 第二转子向第一转子的传递。第一定子与第一转子产生电磁作用，补充发动机动力的不足， 辅助驱动车辆。总之，这种新型电机在功能上与现有双机械端口电机完成相同。本发明专利提出的双机械端口电机的两个定子和两个转子都是盘式结构，两个定子在外 侧，两个转子在两个定子里侧。本发明专利提出的双机械端口电机的第二定子具有如下特征，其整体呈环状结构，由若 干个完全相同的相单元构成，这些相单元位于同一个平面内。如果电机通过三相供电时，由完全相同的三部分构成，每一部分均占120度的空间。每一个部分即是一个相单元，每个相 单元均由铁心和绕组构成。每个铁心的截面为"凹"字型。其中"凹"字型的开口方向是轴向的， 因此三个铁心构成的圆环状第二定子在其开口的两侧形成了半径不同的两个环状端面。绕组 嵌在"凹"字型开口中，当通入电流后，每个相单元的铁心都在上述半径不同的两个环状端面 处形成径向方向上的一对磁极。整个环状第二定子在端面上形成三对磁极。如果要扩展成m 相(论2， m为整数)，则需要把环状的定子分成完全相同的m份，每一等份占360/m度空 间，整个环状第二定子在端面上形成m对磁极。本发明专利提出的双机械端口电机的第一转子具有如下特征，其整体是环状结构，其上 安装有磁钢，在该转子的两个端面上形成圆周方向交替变化的磁极。磁钢的具体布置很灵活， 可以是表贴的，也可以是嵌入式的。本发明专利提出的双机械端口电机的第二转子具有如下特征，其整体呈齿状结构，相邻的一对齿状铁心构成一个结构单元，整个齿状第二转子由一系列这样的结构单元在圆周方向 上循环排列构成，齿状铁心的数目与第一转子的极对数有关。由齿状铁心构成的一个结构单 元在通入磁力线后形成一对磁极，这个结构单元具有四个垂直的端面与第一转子相对的两 个端面和与第二定子相对的两个端面。与第一转子相对的两个端面是圆周方向排布的，形成 圆周方向的南北极；与第二定子相对的两个端面是径向排布的，并错开一定的角度，形成径 向方向上的南北极。上述第二定子中电流产生的磁场通过第二转子进行调制。把第二定子端 面径向方向上的m对磁极调制成周向交替变化的磁极。磁极数目与第一转子的磁极数目相同。 由于本发明双机械端口电机两个定子的电枢绕组均不需要旋转，因而避免了采用电刷和 滑环进行供电的问题。两个电枢的供电方式均可以是任意相的形式，克服了发明专利 US6977454中不能向两相以外的其他相数扩展的不足。本发明四个组成部分在整个系统中的 位置均等，不存在散热方面的差别，因此解决了发明专利CN1929243, CN1738163, CN1945939 以及CN1694339中内转子难以冷却的问题。
以下结合附图和具体实施方式
进一步说明本发明。图l是本发明提出新型双机械端口电机主要零件爆炸图，图中l是第一定子，2是第一 转子，3是第二转子，23是第二定子；图2是第二定子放大图，图中4是其中一个相单元的一个磁极，5是另外一个磁极，6是相单元之间的缺口， 7是相单元中的槽；图3是第二转子放大图，图中8是齿型铁心面向第一转子3的一侧极面，9是面向第二定子磁极4和5的一 侧极面，IO是齿形铁心之间空隙；图4是第一转子放大图，图中ll是磁钢，12是极间铁心；图5是第一定子放大图，图中13是槽，其中放置绕组，14是齿；图6是本发明提出的双机械端口电机主要磁路图，15是第二定子23中嵌入的绕组，16是第一定子1中嵌入的绕组，17是第一气隙，18是第二气隙，19是第三气隙，20、 21和22是磁力线；图7是本发明提出的双机械端口电机在车辆驱动时的系统连接图，图中24是发动机， 25是发动机输出轴即第二转子轴，26是车辆驱动轴即第一转子轴。
具体实施方式
本发明双机械端口电机的一种具体实现方式如
图1所示，这是一种具有轴向磁通的盘式 电机，主要由四个具有盘式结构的构件组成，依次是第一定子l、第一转子2、第二定子23 和第二转子3。在装配成型后，两个定子l、 23位于外侧，两个转子2、 3位于两个定子1、23的里侧，如图7所示。其中，第二转子3与发动机输出轴25相连，第一转子2与车辆驱 动轴26相连。两个转子2、 3之间没有任何机械连接，完全依靠第二气隙18中的电磁场在电 磁上耦合在一起。假设发动机输出转速为nl，转矩为T1，输出轴转速为n2，转矩为T2，可以控制第二定 子23中的电流频率为(n2-nl)/p， p是极对数，抵抗发动机的转矩，由于反作用力的作用，把 发动机转矩T1通过第二气隙18中的电磁耦合传递到第一转子2上。同时控制第一定子1中 的电流频率为n2/p，输出转矩为T2-T1，补充发动机动力的不足，使得第一转子2上的总转 矩为T1+(T2-T1)=T2。从上述工作过程可以看出，T2与T1， n2与nl之间完全独立，因此这种双机械端口电机 实现了无级变速器的功能。当T2*n2>Tl*nl时，双机械端口电机的输入能量小于输出能量， 补充发动机的功率不足。当T2"^n2《Pnl时，双机械端口电机的输出能量小于输入能量，回 收发动机的输出能量。与现有双机械端口电机不同的是，本发明提出的双机械端口电机中没有任何滑动馈电部 分——即取消了电刷和滑环。相同的功能由第二定子23和第二转子3完成。第二定子23整 体上看是一个带有凹槽7的环形结构，可以是任何相数，三相的情况如图2所示，此时，第 二定子23由完全相同的三部分组成，每一个部分称作一个相单元，每个相单元为弧形结构。 每个相单元对应于电机供电中的一相，该相单元在结构上由铁心和绕组构成。每个相单元中 都有凹槽7，凹槽7中放置绕组15。当绕组15中通入电流后，将会在相单元中形成磁极4和 5，电流的流向决定了磁极4是南极还是北极，磁极5的极性同理。为了形成三相对称的格局， 每个弧形相单元所对的圆心角必须是相同的。相邻弧形相单元的起始位置之间相差120电角 度，如果是m相则相差360/m电角度。前一个相单元结束位置和下一个相单元的起始位置之 间相差一个相同的角度，形成缺口6。这个缺口6是容纳绕组15的端部用的。为了降低转矩 的损失，前一个相单元结束位置与下一个相单元起始位置之间的角度应刚好能够容纳端部。第二转子3由一系列齿型铁心构成，其作用是把径向分布的南北极转换成圆周方向分布 的南北极，如图3所示。每个齿形铁心都有两个端面面对第二定子23的端面9和面对第一 转子2的端面8。为了防止漏磁，在相邻的齿形铁心之间都留有空隙10。由第二定子槽7中 绕组15中电流产生的磁场在相单元中产生磁极4和5，磁力线由磁极4中流出，穿过第一气 隙17到达面向第二定子23的端面9，进入齿形铁心内部，到达面向第一转子2的端面8。磁 力线再穿过第二气隙18到达第一转子2。当第一转子2采用表贴式磁钢结构时，来自第二定 子23的磁力线在此处折返，依次通过第二气隙18，面向第一转子的端面8，齿形铁心，面向 第二定子的端面9，第一气隙17，磁极5，最终到达第二定子23完成磁力线的闭合。上述磁路就是图6中的主磁通20。当第一转子2是聚磁式磁钢结构时，上述磁力线到达第一转子2 后继续穿过第三气隙19到达第一定子1，按照图7中主磁通21所标示的路径完成磁力线的 闭合。第一转子2是永磁转子，在其上安置的磁钢在该转子的两个端面上产生了圆周方向分布 的南北极分布。其磁钢的具体形式比较灵活，可以是表贴式磁钢结构，也可以是聚磁式磁钢 结构。图4所示为一种聚磁式磁钢结构。由一系列磁钢11和极间铁心12构成。磁钢11是切 向充磁的，每两个相邻的磁钢产生的磁力线在这两块磁钢中间的极间铁心12中产生一个磁 极。该磁极产生的磁力线平均的流向第二气隙18和第三气隙19，极性是相同的。相邻两个 极间铁心12中的磁场极性是相反的。第一转子2也是环形结构，有两个端面，分别面对第三 气隙19和第二气隙18。由于磁钢ll的作用，在这两个端面上形成了完全相同的磁场分布。 分别与第一定子1产生的磁场和第二转子3形成的磁场发生电磁作用。第一定子1的形式比较灵活，可以是任意现有盘式电机定子的具体实现结构。图5所示 是一种比较简单的实现方式，即单边定子铁心的，具有集中绕组的定子结构。
权利要求
1. 一种无刷化的双机械端口电机，其特征在于，该电机包括第一定子(1)、第一转子(2)、第二定子(23)和第二转子(3)；两个定子(1、23)和两个转子(2、3)均为盘式结构；两个定子(1、23)位于两个转子(2)、(3)外侧，第二转子(3)与发动机输出轴(25)相连，第一转子(2)与车辆驱动轴(26)相连；两个转子(2、3)之间依靠第二气隙(18)中的电磁场在电磁上耦合在一起；两个定子(1、23)上安装有电枢绕组，两个电枢的供电方式为任意相；第一转子(2)上贴有磁钢，第二转子(3)由一系列齿状结构组成；第二定子(23)与第二转子(3)产生电磁作用，把发动机动力传递到第一转子(2)上。
2、 根据权利要求1所述的无刷化的双机械端口电机，其特征在于，所述的第二定子(23) 整体呈环状，由位于同一个平面内m个(m^2， m为整数)完全相同的相单元构成；每个相 单元对应于电机供电中的一相，该相单元由铁心和绕组构成；每个铁心的截面为"凹"字型， "凹"字型的开口方向为轴向，绕组嵌在"凹"字型开口中；当通入电流后，每个相单元的铁心 在上述半径不同的两个环状端面处形成径向方向上的一对磁极；m个相单元把环状的第二定 子(23)分成完全相同的m份，每一等份占360/m度空间，整个环状第二定子(23)在端面 上形成m对磁极。
3、 根据权利要求l所述的无刷化的双机械端口电机，其特征在于，所述的第一转子(2) 整体是环状结构，在第一转子(2)上安装的磁钢，在该转子的两个端面上形成圆周方向交替 变化的磁极；磁钢的布置是表贴式或嵌入式。
4、 根据权利要求l所述的无刷化的双机械端口电机，其特征在于，所述的第二转子(3) 整体呈齿状结构，相邻的一对齿状铁心构成一个结构单元，整个齿状第二转子由一系列这样 的结构单元重复构成，由齿状铁心构成的一个结构单元在通入磁力线后形成一对磁极，这个 结构单元具有四个垂直的端面与第一转子(2)相对的两个端面和与第二定子(23)相对的 两个端面；与第一转子(2)相对的两个端面是圆周方向排布的，形成圆周方向的南北极；与 第二定子(23)相对的两个端面是径向排布的，并错开一定的角度，形成径向方向上的南北 极；第二定子(23)中电流产生的磁场通过第二转子(3)进行调制。把第二定子(23)端面 径向方向上的m对磁极调制成周向交替变化的磁极磁极数目与第一转子(2)的磁极数目 相同。
全文摘要
一种无刷化的双机械端口电机，包括第一定子(1)、第一转子(2)、第二定子(23)和第二转子(3)。定子(1、23)和转子(2、3)均为盘式结构。两个定子(1、23)位于两个转子(2)、(3)外侧。第二转子(3)与发动机输出轴(25)相连，第一转子(2)与车辆驱动轴(26)相连；两个转子(2、3)之间依靠第二气隙(18)中的电磁场在电磁上耦合在一起；两个定子(1、23)上装有电枢绕组，电枢的供电方式为任意相；第一转子(2)上贴有磁钢，第二转子(3)由一系列齿状结构组成；第二定子(23)与第二转子(3)产生电磁作用，把发动机动力传递到第一转子(2)上。本发明定子的电枢绕组均不需要旋转，避免了电刷和滑环供电的不足。
文档编号H02K1/22GK101282067SQ20081011172
公开日2008年10月8日 申请日期2008年5月15日 优先权日2008年5月15日
发明者温旭辉, 涛 范 申请人:中国科学院电工研究所