CN101951089A - 轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机 - Google Patents

Abstract

轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机，属于电机领域，本发明为解决现有串联式、并联式和混联式驱动装置中发动机和系统其他部件不能简单高效配合，从而使系统体积笨重、结构复杂、性能受限，不能有效将动力输出的问题。本发明将壳体分两部分，分别设置轴向双转子电机和轴径向转矩调节电机，轴向双转子电机的永磁转子由原动机带动形成2n极磁场，其定子形成2p极磁场，由具有q块导磁块和绝缘块的调制环转子的输出轴输出所需转速，且p＝|hn+kq|，其输出转速不依赖输入转速，实现无级变速；轴径向转矩调节电机根据实际负载需要，输入驱动转矩或者制动转矩，满足负载的实际转矩需求，使得调制环转子输出轴输入和输出的能量相平衡。

Description

轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机

技术领域

本发明涉及轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机，属于电机领域。

背景技术

传统内燃机汽车的燃油消耗和尾气排放污染是举世关注的热点问题。使用电动汽车可实现低能耗、低排放，但由于作为电动汽车的关键部件之一的电池其能量密度、寿命、价格等方面的问题，使得电动汽车的性价比无法与传统的内燃机汽车相抗衡，在这种情况下，融合内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力电动汽车发展迅速，成为新型汽车开发的热点。

现有串联式驱动装置的特点是：可使发动机不受汽车行驶工况的影响，始终在其最佳的工作区稳定运行，并可选用功率较小的发动机，但需要功率足够大的发电机和电动机，发动机的输出需全部转化为电能再变为驱动汽车的机械能，由于机电能量转换和电池充放电的效率较低，使得燃油能量的利用率比较低；并联式驱动装置能量利用率相对较高，但发动机工况要受汽车行驶工况的影响，因此不适于变化频繁的行驶工况，相比于串联式结构，需要较为复杂的变速装置和动力复合装置以及传动机构；混联式驱动装置融合了串联式和并联式的优点，由于整个驱动系统的能量流动更加灵活，因此发动机、发电机、电动机等部件能够进一步得到优化，从而使整个系统效率更高。但是仍然需要较为复杂的变速装置和动力复合装置以及传动机构。

在上述驱动装置中，存在发动机和系统其他部件不能协调配合的问题，使整个系统存在体积笨重、结构复杂、耗能大、尾气排放量大的问题，而不能有效的将动力输出。

发明内容

本发明目的是为了解决现有串联式、并联式和混联式驱动装置中发动机和系统其他部件不能简单高效配合，从而使整个系统存在体积笨重、结构复杂、成本偏高、性能受限，而不能有效地将动力输出的问题，提供了一种轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机。

本发明轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机的第一种结构：

轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机的壳体通过分隔件被分成左右两部分，轴向双转子电机和轴径向转矩调节电机分别设置在壳体的左右两部分内，所述轴向双转子电机包括第一定子、调制环转子、第一永磁转子、永磁转子输出轴和调制环转子输出轴，所述轴径向转矩调节电机包括第二定子和第二永磁转子，调制环转子输出轴同时作为轴径向转矩调节电机的转子轴，

所述轴径向转矩调节电机的第二定子固定在壳体右部分的内侧壁上，第二永磁转子固定在调制环转子输出轴上，第二定子与第二永磁转子之间沿径向方向有气隙L3，沿轴向方向有气隙L4；

所述轴向双转子电机的两个第一定子的各一个外圆环端面分别固定在壳体左部分的左右端面内壁上，第一永磁转子固定在永磁转子输出轴上，永磁转子输出轴通过第一轴承与壳体的一侧端面转动连接，且通过第二轴承和第四轴承与调制环转子转动连接，调制环转子位于两个第一定子之间、第一永磁转子的外部，调制环转子输出轴的一端固定在调制环转子上，且调制环转子输出轴通过第三轴承与壳体的分隔件转动连接、通过第五轴承与壳体的另一个端面转动连接；调制环转子和第一定子的圆环端面之间有气隙L1；调制环转子与第一永磁转子之间有气隙L2，

第一定子由第一定子铁心和m相第一定子绕组构成，第一定子绕组通有m相对称交流电流时，形成2p极数的旋转磁场，m、p为正整数；

第一永磁转子由第一永磁转子铁心和多个第一永磁体单元构成，第一永磁转子铁心为圆盘形，第一永磁转子铁心的两侧圆盘端面上对称设置第一永磁体单元，每个圆盘端面上设置的2n个第一永磁体单元以永磁转子输出轴为中心呈放射线状均匀排布，第一永磁体单元沿轴向平行充磁，同一圆盘端面相邻两块第一永磁体单元的充磁方向相反，两侧圆盘端面上位置对称的两块第一永磁体单元充磁方向相同，第一永磁转子旋转时，形成2n极数的永磁转子端面磁场，n为正整数；

调制环转子由转子支架、2q块导磁块和2q块绝缘块构成，转子支架是由两个圆端面和一个圆环构成的封闭框架，每个圆端面上交错设置q块导磁块和q块绝缘块，且以永磁转子输出轴为中心呈放射线状均匀排布；

且满足p＝|hn+kq|关系式成立，其中，h是正奇数，k是整数。

本发明轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机的第二种结构：

轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机的壳体通过分隔件被分成左右两部分，轴径向转矩调节电机和轴向双转子电机分别设置在壳体的左右两部分内，所述轴向双转子电机包括第一定子、调制环转子、第一永磁转子、永磁转子输出轴和调制环转子输出轴，所述轴径向转矩调节电机包括第二定子和第二永磁转子，调制环转子输出轴同时作为轴径向转矩调节电机的转子轴，

所述轴径向转矩调节电机的第二定子固定在壳体左部分的内侧壁上，第二永磁转子固定在调制环转子输出轴上，第二定子与第二永磁转子之间沿径向方向有气隙L3，沿轴向方向有气隙L4；

所述轴向双转子电机的第一定子的外圆环端面固定在壳体右部分的分隔件内壁上，第一永磁转子固定在永磁转子输出轴上，永磁转子输出轴通过第三轴承与壳体的一侧端面转动连接，调制环转子位于第一定子与第一永磁转子之间，调制环转子输出轴的一端通过第二轴承与第一永磁转子转动连接，且调制环转子输出轴通过第一轴承与壳体的分隔件转动连接、通过第四轴承与壳体的另一侧端面转动连接；调制环转子和第一定子之间有气隙L1；调制环转子与第一永磁转子之间有气隙L2；

第一定子由第一定子铁心和m相第一定子绕组构成，第一定子绕组通有m相对称交流电流时，形成2p极数的旋转磁场，m、p为正整数；

第一永磁转子由第一永磁转子铁心和2n个第一永磁体单元构成，第一永磁转子铁心为圆盘形，2n个第一永磁体单元设置在与调制环转子相对的第一永磁转子铁心的圆盘端面，并以永磁转子输出轴为中心呈放射线状均匀排布，第一永磁体单元沿轴向平行充磁，相邻两块第一永磁体单元的充磁方向相反，第一永磁转子旋转时，形成2n极数的永磁转子端面磁场，n为正整数；

调制环转子由转子支架、2q块导磁块和2q块绝缘块构成，转子支架是由两个圆端面和一个圆环构成的封闭框架，每个圆端面上交错设置q块导磁块和q块绝缘块，且以永磁转子输出轴为中心呈放射线状均匀排布；

且满足p＝|hn+kq|关系式成立，其中，h是正奇数，k是整数。

本发明的优点：本发明电机为复合结构的电机，具有两个转轴，这两个转轴的转速彼此独立且转速可调，两个转轴输出的转矩彼此独立且转矩可调，这样可以使一个转轴实现高速小转矩运行，另一个转轴实现低速大转矩运行。

本发明在与内燃机结合使用时，能使内燃机不依赖于路况，始终运行在最高效率区，从而降低了燃油消耗和尾气排放，实现节能降耗；它同时也能取代汽车中变速箱，离合器和飞轮等部件，使汽车结构简化，成本降低。它能通过电子器件实现汽车的速度驾驶控制、宽范围平稳调速；同时还具有不需要复杂的冷却装置、结构简单、体积小、成本低廉的优点。它还可应用在不同转速的两个机械转轴同时工作的工业装置中。

本发明属于无刷结构，克服了有刷复合结构电机因采用电刷滑环馈电结构而导致的运行效率下降、可靠性降低以及经常需要对电刷等部件进行维护等问题。

附图说明

图1是实施方式一的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1的B-B剖视图；

图4是图1的C-C剖视图；

图5是图1的D-D剖视图；

图6是图1的E-E剖视图；

图7是实施方式二的结构示意图；

图8是图7的F-F剖视图；

图9是图7的G-G剖视图；

图10是图7的H-H剖视图；

图11是图7的I-I剖视图；

图12是图7的J-J剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机的壳体4通过分隔件被分成左右两部分，轴向双转子电机和轴径向转矩调节电机分别设置在壳体4的左右两部分内，所述轴向双转子电机包括第一定子5、调制环转子6、第一永磁转子7、永磁转子输出轴1和调制环转子输出轴9，所述轴径向转矩调节电机包括第二定子11和第二永磁转子12，调制环转子输出轴9同时作为轴径向转矩调节电机的转子轴，

所述轴径向转矩调节电机的第二定子11固定在壳体4右部分的内侧壁上，第二永磁转子12固定在调制环转子输出轴9上，第二定子11与第二永磁转子12之间沿径向方向有气隙L3，沿轴向方向有气隙L4；

第二定子11由第二定子铁心11-1和m′相第二定子绕组11-2构成，第二定子铁心11-1为圆环形，第二定子铁心11-1的外环表面固定在壳体4右部分的内侧壁上，第二定子铁心11-1的外侧壁开有多个环形凹槽，所述多个环形凹槽以调制环转子输出轴9为中心均匀分布，第二定子绕组11-2分别嵌入所述环形凹槽内形成m′相绕组，m′为正整数；

第二永磁转子由第二永磁转子铁心12-2和多组永磁体单元构成，第二永磁转子铁心12-2为厚圆盘形，固定在调制环转子输出轴9上，第二永磁转子铁心12-2的外圆周侧壁上开有圆环形凹槽，凹槽的径向截面为方形，在所述凹槽内侧面上设置有多组第二永磁体单元，每组永磁体单元由底面永磁体12-1和两块侧面永磁体12-3构成，多组第二永磁体单元以调制环转子输出轴9为中心沿圆周方向均匀分布，永磁体单元设置在第二永磁转子铁心12-2表面上或嵌入第二永磁转子铁心12-2表面内，每组永磁体单元形成指向凹槽开口或者背离凹槽开口的磁场，相邻两组永磁体单元的充磁方向相反，

底面永磁体12-1沿径向充磁或沿径向平行充磁，侧面永磁体12-3轴向充磁，同组永磁体单元中的两块侧面永磁体12-3的充磁方向相反。

所述轴向双转子电机的两个第一定子5的各一个外圆环端面分别固定在壳体4左部分的左右端面内壁上，第一永磁转子7固定在永磁转子输出轴1上，永磁转子输出轴1通过第一轴承2与壳体4的一侧端面转动连接，且通过第二轴承3和第四轴承10与调制环转子6转动连接，调制环转子6位于两个第一定子5之间、第一永磁转子7的外部，调制环转子输出轴9的一端固定在调制环转子6上，且调制环转子输出轴9通过第三轴承8与壳体4的分隔件转动连接、通过第五轴承13与壳体4的另一个端面转动连接；调制环转子6和第一定子5的圆环端面之间有气隙L1；调制环转子6与第一永磁转子7之间有气隙L2，

第一定子5由第一定子铁心5-2和m相第一定子绕组5-1构成，第一定子绕组5-1通有m相对称交流电流时，形成2p极数的旋转磁场，m、p为正整数；

第一定子铁心5-2为圆环形，第一定子铁心5-2的外圆环端面固定在壳体4左部分的端面内壁上，第一定子铁心5-2的内圆环端面上沿径向开有多个槽，所述多个槽的开口中心线以永磁转子输出轴1为中心呈放射线状均匀分布，第一定子绕组5-1分别嵌入所述槽内形成m相绕组，m为正整数。

第一永磁转子7由第一永磁转子铁心7-2和多个第一永磁体单元7-1构成，第一永磁转子铁心7-2为圆盘形，第一永磁转子铁心7-2的两侧圆盘端面上对称设置第一永磁体单元7-1，每个圆盘端面上设置的2n个第一永磁体单元7-1以永磁转子输出轴1为中心呈放射线状均匀排布，第一永磁体单元7-1沿轴向平行充磁，同一圆盘端面相邻两块第一永磁体单元7-1的充磁方向相反，两侧圆盘端面上位置对称的两块第一永磁体单元7-1充磁方向相同，第一永磁转子7旋转时，形成2n极数的永磁转子端面磁场，n为正整数；

第一永磁转子7上设置的第一永磁体单元7-1有两种方式：

第一种：第一永磁体单元7-1的每个圆盘端面上嵌入设置的2n个第一永磁体单元7-1以永磁转子输出轴1为中心呈放射线状均匀排布。

第二种：第一永磁体单元7-1的每个圆盘端面上表贴设置的2n个第一永磁体单元7-1以永磁转子输出轴1为中心呈放射线状均匀排布。

调制环转子6由转子支架6-3、2q块导磁块6-1和2q块绝缘块6-2构成，转子支架6-3是由两个圆端面和一个圆环构成的封闭框架，每个圆端面上交错设置q块导磁块6-1和q块绝缘块6-2，且以永磁转子输出轴1为中心呈放射线状均匀排布；导磁块6-1选用软磁复合材料、硅钢片、实心铁或软磁铁氧体。

且满足p＝|hn+kq|关系式成立，其中，h是正奇数，k是整数。

本实施方式所述的轴向双转子电机是轴向对称式结构，它可以避免轴向产生不对称的磁场拉力。

轴向-径向磁场调制型无刷复合结构电机从可实现的功能上分为两部分：一部分是轴向双转子电机；另一部分是轴径向转矩调节电机。轴向双转子电机主要实现的功能是使调制环转子输出轴9的转速不依赖于永磁转子输出轴1的转速，并且使调制环转子输出轴9能够实现无级变速，同时调制环转子输出轴9根据永磁转子输出轴1的输入的转矩按照一定的比例输出相对应的转矩。轴径向转矩调节电机的作用是根据实际负载的需要，输入驱动转矩或者制动转矩，使调制环转子输出轴9最终输出到负载的转矩不依赖于永磁转子输出轴1所输入的转矩，实现了转矩的灵活调节。

下面先详细分析一下轴向双转子电机的工作原理：

本实施方式轴向双转子电机结构中存在两个气隙L1，这两个气隙中磁场作用机理是相同的；本实施方式轴向双转子电机结构中存在两个气隙L2，这两个气隙中磁场作用机理也是相同的。该实施方式为左右对称结构，下面以左侧的定子、调制环转子的左侧端面和永磁转子的左侧面为例说明该实施方式的工作原理，右侧作用机理与左侧相同。

首先原动机通过永磁转子输出轴1以驱动转矩T驱动第一永磁转子7逆时针旋转，其旋转速度为Ω₁，从第一永磁转子7向第一定子5方向看，下面说明中的视图方向相同；

为了使第一永磁转子7所受力矩平衡，此时将第一定子5的第一定子绕组5-1中通入m相对称交流电流，在外层气隙L1中产生2p极数的定子旋转磁场，所述定子旋转磁场的旋转速度为Ω₂；

所述定子旋转磁场通过调制环转子6的调制作用，在内层气隙L2中产生与第一永磁转子7相同极数的旋转磁场，通过磁场的相互作用，产生的内调制转矩T₁作用在第一永磁转子7上，且转矩T₁的方向为顺时针方向；

由力矩平衡原理可知，T₁＝-T，二者大小相等，方向相反；

又根据作用力与反作用力的原理，可知在内层气隙L2中存在与内调制转矩T₁大小相等且方向相反的力矩T′₁同时作用在调制环转子6上，T′₁的方向为逆时针方向；

同时，内层以速度Ω₁旋转的第一永磁转子7产生的永磁转子旋转磁场通过调制环转子6的调制作用，在外层气隙L1中产生2p极数的旋转磁场，与定子旋转磁场相互作用，可产生外调制转矩T₂，并作用在第一定子5上，且外调制转矩T₂方向为顺时针方向；

根据作用力与反作用力的原理，可知在外层气隙L1中存在与外调制转矩T₂大小相等且方向相反的力矩T′₂同时作用在调制环转子6上，且方向为逆时针方向；

因此，调制环转子6的输出转矩T₃满足条件：T₃＝T′₁+T′₂＝-(T₁+T₂)，调制环转子6的旋转速度为Ω₃，且方向为逆时针方向，调制环转子输出轴9以转矩T₃驱动负载。

由此可以看出，调制环转子6的输出转矩T₃是内调制转矩T₁与外调制转矩T₂的合成转矩，而第一永磁转子7的输出转矩是内调制转矩T₁。因此，调制环转子6的输出转矩T₃将大于第一永磁转子7的输出转矩T₁，并且二者具有一定的变比。

本发明的双转子结构电机可以通过调节通入第一定子绕组5-1的电流的频率f来调节转速，定子旋转磁场的旋转速度Ω₂、调制环转子6的旋转速度Ω₃和第一永磁转子7的旋转速度Ω₁满足关系式：

${\mathrm{\Ω}}_2=\frac{\mathrm{hn}}{|\mathrm{hn}+\mathrm{kq}|}{\mathrm{\Ω}}_1+\frac{\mathrm{kq}}{|\mathrm{hn}+\mathrm{kq}|}{\mathrm{\Ω}}_3---\left(1\right)$

下面具体分析几种特殊情况及其产生的原理：

1、在调制环转子6静止不动的情况下，即Ω₃＝0，代入公式(1)，则存在以下关系式成立：

${\mathrm{\Ω}}_2=\frac{\mathrm{hn}}{|\mathrm{hn}+\mathrm{kq}|}{\mathrm{\Ω}}_1---\left(2\right)$

其产生的原理为：

在调制环转子6静止不动的情况下，此时第一定子绕组5-1通m相对称交流电流产生定子旋转磁场，而第一永磁转子7在原动机的驱动下也在空间中产生了旋转速度为Ω₁的转子旋转磁场，这种工作模式可以等效看成磁性齿轮的工作模式。根据磁性齿轮的工作原理，及定子旋转磁场的极对数p、第一永磁转子7的旋转磁场极对数n和调制环转子6中导磁块数q满足的关系式：p＝|hn+kq|，可知：当调制环转子6静止不动时，则定子旋转磁场的旋转速度Ω₂和内层的第一永磁转子7的旋转速度Ω₁满足关系式(2)，由此可知定子旋转磁场的旋转速度Ω₂与第一永磁转子7的旋转速度Ω₁具有一定的变比关系，调节二者中任何一方的转速都会使另一方的转速发生变化。

2、通入第一定子绕组5-1的电流的频率f＝0，则第一定子绕组5-1通入直流电流时，产生恒定磁场，不旋转，Ω₂＝0，代入公式(1)，则存在以下关系式成立：

${\mathrm{\Ω}}_3=\frac{-\mathrm{hn}}{\mathrm{kq}}{\mathrm{\Ω}}_1---\left(3\right)$

其产生的原理为：

当第一定子绕组5-1通入直流电流时，产生恒定磁场，同时第一永磁转子7在原动机的驱动下在空间中产生了旋转速度为Ω₁的转子旋转磁场，而此时并不对调制环转子6进行固定，这种工作模式可以等效看成磁性齿轮的另一种工作模式。根据磁性齿轮的工作原理，及定子旋转磁场的极对数p、第一永磁转子7的旋转磁场极对数n和调制环转子6中导磁块数q满足的关系式：p＝|hn+kq|，可知：调制环转子6将会以一定的速度进行旋转，调制环转子6旋转速度Ω₃和第一永磁转子7的旋转速度Ω₁将满足关系式(3)，由此可知调制环转子6的旋转速度Ω₃与第一永磁转子7的旋转速度Ω₁具有一定的变比，调节二者中任何一方的转速都会使另一方的转速发生变化；

下面进行说明公式(1)的产生原理，若此时使第一定子5产生的恒定磁场“旋转起来”，即当第一定子绕组5-1通入对称交流电流产生定子旋转磁场时，根据磁场调制原理可推导出，定子旋转磁场的旋转速度Ω₂与调制环转子6的旋转速度Ω₃和第一永磁转子7的旋转速度Ω₁满足关系式(1)。因此，当内层第一永磁转子7的速度Ω₁不变的情况下，调节定子旋转磁场的旋转速度Ω₂，可以实现调制环转子6的旋转转速Ω₃的调节。由此可以看出，调制环转子6的旋转速度Ω₃是由第一永磁转子7的旋转速度Ω₁和定子旋转磁场的旋转速度Ω₂共同决定的。

综上，本发明所述的双转子电机根据公式(1)调节通入第一定子绕组5-1的电流的频率f来调节转速。

下面详细分析一下轴径向转矩调节电机的工作原理：

因为第二永磁转子12固定在调制环转子输出轴9上，所以第二永磁转子12以调制环转子输出轴9的转速旋转。第二定子绕组11-2通入多相交流电流时，在空间产生与第二永磁转子12磁场极数相同的旋转磁场，通过磁场的相互作用产生转矩并作用到第二永磁转子12上，同时传递到调制环转子输出轴9上。

当轴向双转子电机输入到调制环转子输出轴9上的转矩大于负载需要的转矩时，通过控制输入第二定子绕组11-2的电流，使轴径向转矩调节电机工作在发电制动状态，此时轴径向转矩调节电机产生制动转矩作用在调制环转子输出轴9上，因此，保证了调制环转子输出轴9输入和输出的转矩相平衡。这时，轴向双转子电机输入到调制环转子输出轴9上的能量一部分用来驱动负载，另一部分用来驱动轴径向转矩调节电机使其发电，从而使调制环转子输出轴9输入和输出的能量相平衡。

当轴向双转子电机输入到调制环转子输出轴9上的转矩小于负载需要的转矩时，通过控制输入第二定子绕组11-2的电流，使轴径向转矩调节电机工作在电动驱动状态，此时轴径向转矩调节电机产生驱动转矩作用在调制环转子输出轴9上，因此，保证了调制环转子输出轴9输入和输出的转矩相平衡。这时，驱动负载的能量一部分来源于轴向双转子电机输入到调制环转子输出轴9上的能量，另一部分来源于轴径向转矩调节电机输入的能量，从而使调制环转子输出轴9输入和输出的能量相平衡。

当轴向双转子电机输入到调制环转子输出轴9上的转矩与负载需要的转矩相等时，此时轴径向转矩调节电机不工作。这时，驱动负载的能量全部来源于轴向双转子电机输入到调制环转子输出轴9上的能量，从而使调制环转子输出轴输入和输出的能量相平衡。

具体实施方式二：下面结合图7至图12说明本实施方式，本实施方式轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机的壳体4通过分隔件被分成左右两部分，轴径向转矩调节电机和轴向双转子电机分别设置在壳体4的左右两部分内，所述轴向双转子电机包括第一定子5、调制环转子6、第一永磁转子7、永磁转子输出轴1和调制环转子输出轴9，所述轴径向转矩调节电机包括第二定子11和第二永磁转子12，调制环转子输出轴9同时作为轴径向转矩调节电机的转子轴，

所述轴径向转矩调节电机的第二定子11固定在壳体4左部分的内侧壁上，第二永磁转子12固定在调制环转子输出轴9上，第二定子11与第二永磁转子12之间沿径向方向有气隙L3，沿轴向方向有气隙L4；

第二定子11由第二定子铁心11-1和m′相第二定子绕组11-2构成，第二定子铁心11-1为圆环形，第二定子铁心11-1的外环表面固定在壳体4左部分的内侧壁上，第二定子铁心11-1的外侧壁开有多个环形凹槽，所述多个环形凹槽以调制环转子输出轴9为中心均匀分布，第二定子绕组11-2分别嵌入所述环形凹槽内形成m′相绕组，m′为正整数；

第二永磁转子由第二永磁转子铁心12-2和多组永磁体单元构成，第二永磁转子铁心12-2为厚圆盘形，固定在调制环转子输出轴9上，第二永磁转子铁心12-2的外圆周侧壁上开有圆环形凹槽，凹槽的径向截面为方形，在所述凹槽内侧面上设置有多组第二永磁体单元，每组永磁体单元由底面永磁体12-1和两块侧面永磁体12-3构成，多组第二永磁体单元以调制环转子输出轴9为中心沿圆周方向均匀分布，永磁体单元设置在第二永磁转子铁心12-2表面上或嵌入第二永磁转子铁心12-2表面内，每组永磁体单元形成指向凹槽开口或者背离凹槽开口的磁场，相邻两组永磁体单元的充磁方向相反，

底面永磁体12-1沿径向充磁或沿径向平行充磁，侧面永磁体12-3轴向充磁，同组永磁体单元中的两块侧面永磁体12-3的充磁方向相反。

所述轴向双转子电机的第一定子5的外圆环端面固定在壳体4右部分的分隔件内壁上，第一永磁转子7固定在永磁转子输出轴1上，永磁转子输出轴1通过第三轴承8与壳体4的一侧端面转动连接，调制环转子6位于第一定子5与第一永磁转子7之间，调制环转子输出轴9的一端通过第二轴承3与第一永磁转子7转动连接，且调制环转子输出轴9通过第一轴承2与壳体4的分隔件转动连接、通过第四轴承10与壳体4的另一侧端面转动连接；调制环转子6和第一定子5之间有气隙L1；调制环转子6与第一永磁转子7之间有气隙L2；

第一定子5由第一定子铁心5-2和m相第一定子绕组5-1构成，第一定子绕组5-1通有m相对称交流电流时，形成2p极数的旋转磁场，m、p为正整数；

第一定子铁心5-2为圆环形，第一定子铁心5-2的外圆环端面固定在壳体4右部分的分隔件上，第一定子铁心5-2的内圆环端面上沿径向开有多个槽，所述多个槽的开口中心线以永磁转子输出轴1为中心呈放射线状均匀分布，第一定子绕组5-1分别嵌入所述槽内形成m相绕组，m为正整数。

第一永磁转子7由第一永磁转子铁心7-2和2n个第一永磁体单元7-1构成，第一永磁转子铁心7-2为圆盘形，2n个第一永磁体单元7-1设置在与调制环转子6相对的第一永磁转子铁心7-2的圆盘端面，并以永磁转子输出轴1为中心呈放射线状均匀排布，第一永磁体单元7-1沿轴向平行充磁，相邻两块第一永磁体单元7-1的充磁方向相反，第一永磁转子7旋转时，形成2n极数的永磁转子端面磁场，n为正整数；

第一永磁转子7上设置的第一永磁体单元7-1有两种方式：

第一种：第一永磁体单元7-1的每个圆盘端面上嵌入设置的2n个第一永磁体单元7-1以永磁转子输出轴1为中心呈放射线状均匀排布。

第二种：第一永磁体单元7-1的每个圆盘端面上表贴设置的2n个第一永磁体单元7-1以永磁转子输出轴1为中心呈放射线状均匀排布。

调制环转子6由转子支架6-3、2q块导磁块6-1和2q块绝缘块6-2构成，转子支架6-3是由两个圆端面和一个圆环构成的封闭框架，每个圆端面上交错设置q块导磁块6-1和q块绝缘块6-2，且以永磁转子输出轴1为中心呈放射线状均匀排布；导磁块6-1选用软磁复合材料、硅钢片、实心铁或软磁铁氧体。

且满足p＝|hn+kq|关系式成立，其中，h是正奇数，k是整数。

本实施方式所述轴向双转子电机的结构为轴向单边式，使得电机的体积更小，结构更紧凑。

本实施方式电机的原理与实施方式一的相类似，这里不再赘述。

Claims (10)

1.轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机，其特征在于，壳体(4)通过分隔件被分成左右两部分，轴向双转子电机和轴径向转矩调节电机分别设置在壳体(4)的左右两部分内，所述轴向双转子电机包括第一定子(5)、调制环转子(6)、第一永磁转子(7)、永磁转子输出轴(1)和调制环转子输出轴(9)，所述轴径向转矩调节电机包括第二定子(11)和第二永磁转子(12)，调制环转子输出轴(9)同时作为轴径向转矩调节电机的转子轴，

所述轴径向转矩调节电机的第二定子(11)固定在壳体(4)右部分的内侧壁上，第二永磁转子(12)固定在调制环转子输出轴(9)上，第二定子(11)与第二永磁转子(12)之间沿径向方向有气隙L3，沿轴向方向有气隙L4；

所述轴向双转子电机的两个第一定子(5)的各一个外圆环端面分别固定在壳体(4)左部分的左右端面内壁上，第一永磁转子(7)固定在永磁转子输出轴(1)上，永磁转子输出轴(1)通过第一轴承(2)与壳体(4)的一侧端面转动连接，且通过第二轴承(3)和第四轴承(10)与调制环转子(6)转动连接，调制环转子(6)位于两个第一定子(5)之间、第一永磁转子(7)的外部，调制环转子输出轴(9)的一端固定在调制环转子(6)上，且调制环转子输出轴(9)通过第三轴承(8)与壳体(4)的分隔件转动连接、通过第五轴承(13)与壳体(4)的另一个端面转动连接；调制环转子(6)和第一定子(5)的圆环端面之间有气隙L1；调制环转子(6)与第一永磁转子(7)之间有气隙L2，

第一定子(5)由第一定子铁心(5-2)和m相第一定子绕组(5-1)构成，第一定子绕组(5-1)通有m相对称交流电流时，形成2p极数的旋转磁场，m、p为正整数；

第一永磁转子(7)由第一永磁转子铁心(7-2)和多个第一永磁体单元(7-1)构成，第一永磁转子铁心(7-2)为圆盘形，第一永磁转子铁心(7-2)的两侧圆盘端面上对称设置第一永磁体单元(7-1)，每个圆盘端面上设置的2n个第一永磁体单元(7-1)以永磁转子输出轴(1)为中心呈放射线状均匀排布，第一永磁体单元(7-1)沿轴向平行充磁，同一圆盘端面相邻两块第一永磁体单元(7-1)的充磁方向相反，两侧圆盘端面上位置对称的两块第一永磁体单元(7-1)充磁方向相同，第一永磁转子(7)旋转时，形成2n极数的永磁转子端面磁场，n为正整数；

调制环转子(6)由转子支架(6-3)、2q块导磁块(6-1)和2q块绝缘块(6-2)构成，转子支架(6-3)是由两个圆端面和一个圆环构成的封闭框架，每个圆端面上交错设置q块导磁块(6-1)和q块绝缘块(6-2)，且以永磁转子输出轴(1)为中心呈放射线状均匀排布；

且满足p＝|hn+kq|关系式成立，其中，h是正奇数，k是整数。

2.根据权利要求1所述的轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机，其特征在于，第一定子铁心(5-2)为圆环形，第一定子铁心(5-2)的外圆环端面固定在壳体(4)左部分的端面内壁上，第一定子铁心(5-2)的内圆环端面上沿径向开有多个槽，所述多个槽的开口中心线以永磁转子输出轴(1)为中心呈放射线状均匀分布，第一定子绕组(5-1)分别嵌入所述槽内形成m相绕组，m为正整数。

3.根据权利要求1所述的轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机，其特征在于，导磁块(6-1)选用软磁复合材料、硅钢片、实心铁或软磁铁氧体。

4.根据权利要求1所述的轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机，其特征在于，第二定子(11)由第二定子铁心(11-1)和m′相第二定子绕组(11-2)构成，第二定子铁心(11-1)为圆环形，第二定子铁心(11-1)的外环表面固定在壳体(4)右部分的内侧壁上，第二定子铁心(11-1)的外侧壁开有多个环形凹槽，所述多个环形凹槽以调制环转子输出轴(9)为中心均匀分布，第二定子绕组(11-2)分别嵌入所述环形凹槽内形成m′相绕组，m′为正整数。

5.根据权利要求1所述的轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机，其特征在于，第二永磁转子由第二永磁转子铁心(12-2)和多组永磁体单元构成，第二永磁转子铁心(12-2)为厚圆盘形，固定在调制环转子输出轴(9)上，第二永磁转子铁心(12-2)的外圆周侧壁上开有圆环形凹槽，凹槽的径向截面为方形，在所述凹槽内侧面上设置有多组第二永磁体单元，每组永磁体单元由底面永磁体(12-1)和两块侧面永磁体(12-3)构成，多组第二永磁体单元以调制环转子输出轴(9)为中心沿圆周方向均匀分布，永磁体单元设置在第二永磁转子铁心(12-2)表面上或嵌入第二永磁转子铁心(12-2)表面内，每组永磁体单元形成指向凹槽开口或者背离凹槽开口的磁场，相邻两组永磁体单元的充磁方向相反，

底面永磁体(12-1)沿径向充磁或沿径向平行充磁，侧面永磁体(12-3)轴向充磁，同组永磁体单元中的两块侧面永磁体(12-3)的充磁方向相反。

6.轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机，其特征在于，壳体(4)通过分隔件被分成左右两部分，轴径向转矩调节电机和轴向双转子电机分别设置在壳体(4)的左右两部分内，所述轴向双转子电机包括第一定子(5)、调制环转子(6)、第一永磁转子(7)、永磁转子输出轴(1)和调制环转子输出轴(9)，所述轴径向转矩调节电机包括第二定子(11)和第二永磁转子(12)，调制环转子输出轴(9)同时作为轴径向转矩调节电机的转子轴，

所述轴径向转矩调节电机的第二定子(11)固定在壳体(4)的左部分内侧壁上，第二永磁转子(12)固定在调制环转子输出轴(9)上，第二定子(11)与第二永磁转子(12)之间沿径向方向有气隙L3，沿轴向方向有气隙L4；

所述轴向双转子电机的第一定子(5)的外圆环端面固定在壳体(4)右部分的分隔件内壁上，第一永磁转子(7)固定在永磁转子输出轴(1)上，永磁转子输出轴(1)通过第三轴承(8)与壳体(4)的一侧端面转动连接，调制环转子(6)位于第一定子(5)与第一永磁转子(7)之间，调制环转子输出轴(9)的一端通过第二轴承(3)与第一永磁转子(7)转动连接，且调制环转子输出轴(9)通过第一轴承(2)与壳体(4)的分隔件转动连接、通过第四轴承(10)与壳体(4)的另一侧端面转动连接；调制环转子(6)和第一定子(5)之间有气隙L1；调制环转子(6)与第一永磁转子(7)之间有气隙L2；

第一定子(5)由第一定子铁心(5-2)和m相第一定子绕组(5-1)构成，第一定子绕组(5-1)通有m相对称交流电流时，形成2p极数的旋转磁场，m、p为正整数；

第一永磁转子(7)由第一永磁转子铁心(7-2)和2n个第一永磁体单元(7-1)构成，第一永磁转子铁心(7-2)为圆盘形，2n个第一永磁体单元(7-1)设置在与调制环转子(6)相对的第一永磁转子铁心(7-2)的圆盘端面，并以永磁转子输出轴(1)为中心呈放射线状均匀排布，第一永磁体单元(7-1)沿轴向平行充磁，相邻两块第一永磁体单元(7-1)的充磁方向相反，第一永磁转子(7)旋转时，形成2n极数的永磁转子端面磁场，n为正整数；

调制环转子(6)由转子支架(6-3)、2q块导磁块(6-1)和2q块绝缘块(6-2)构成，转子支架(6-3)是由两个圆端面和一个圆环构成的封闭框架，每个圆端面上交错设置q块导磁块(6-1)和q块绝缘块(6-2)，且以永磁转子输出轴(1)为中心呈放射线状均匀排布；

且满足p＝|hn+kq|关系式成立，其中，h是正奇数，k是整数。

7.根据权利要求6所述的轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机，其特征在于，第一定子铁心(5-2)为圆环形，第一定子铁心(5-2)的外圆环端面固定在壳体(4)右部分的分隔件上，第一定子铁心(5-2)的内圆环端面上沿径向开有多个槽，所述多个槽的开口中心线以永磁转子输出轴(1)为中心呈放射线状均匀分布，第一定子绕组(5-1)分别嵌入所述槽内形成m相绕组，m为正整数。

8.根据权利要求6所述的轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机，其特征在于，导磁块(6-1)选用软磁复合材料、硅钢片、实心铁或软磁铁氧体。

9.根据权利要求6所述的轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机，其特征在于，第二定子(11)由第二定子铁心(11-1)和m′相第二定子绕组(11-2)构成，第二定子铁心(11-1)为圆环形，第二定子铁心(11-1)的外环表面固定在壳体(4)左部分的内侧壁上，第二定子铁心(11-1)的外侧壁开有多个环形凹槽，所述多个环形凹槽以调制环转子输出轴(9)为中心均匀分布，第二定子绕组(11-2)分别嵌入所述环形凹槽内形成m′相绕组，m′为正整数。

10.根据权利要求6所述的轴向-轴径向磁场调制型无刷复合结构电机，其特征在于，第二永磁转子由第二永磁转子铁心(12-2)和多组永磁体单元构成，第二永磁转子铁心(12-2)为厚圆盘形，固定在调制环转子输出轴(9)上，第二永磁转子铁心(12-2)的外圆周侧壁上开有圆环形凹槽，凹槽的径向截面为方形，在所述凹槽内侧面上设置有多组第二永磁体单元，每组永磁体单元由底面永磁体(12-1)和两块侧面永磁体(12-3)构成，多组第二永磁体单元以调制环转子输出轴(9)为中心沿圆周方向均匀分布，永磁体单元设置在第二永磁转子铁心(12-2)表面上或嵌入第二永磁转子铁心(12-2)表面内，每组永磁体单元形成指向凹槽开口或者背离凹槽开口的磁场，相邻两组永磁体单元的充磁方向相反，

底面永磁体(12-1)沿径向充磁或沿径向平行充磁，侧面永磁体(12-3)轴向充磁，同组永磁体单元中的两块侧面永磁体(12-3)的充磁方向相反。

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