CN110011502A - 一种基于导磁铁心不等距分布的双机电端口电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于导磁铁心不等距分布的双机电端口电机，包括定子、中间转子和内转子，三者同轴从外到内依次嵌套；所述定子包括第一导磁铁心、两套绕组和多个第一磁钢；所述两套绕组设置于齿槽结构的第一导磁铁心的槽内，且极对数不相等；所述第一磁钢位于第一导磁铁心的槽口；所述中间转子包括多个第三导磁铁心，且第三导磁铁心间非等距排列，分布于内转子外侧，形成环状结构；所述定子的第一导磁铁心和第三导磁铁心同轴套设。本发明的中间转子由不等距分布的第三导磁铁心构成，且定子设置有磁钢，通过增加工作谐波进而增加电机的转矩密度，同时将两个磁场调制电机在一个电机结构中实现，结构更为紧凑。

Description

一种基于导磁铁心不等距分布的双机电端口电机
技术领域
本发明属于永磁电机技术领域，更具体地，涉及一种基于导磁铁心不等距分布的双机电端口电机。
背景技术
在诸多工业应用领域，特别是混合动力汽车中，转速与转矩传动比可变的无级变速器备受关注。现有的混合动力汽车动力系统，以丰田普锐斯为代表，大多采用行星齿轮来完成内燃机和车轮负载之间的转速解耦；通过额外电动机/发电机的转矩完成内燃机和车轮之间的转矩解耦；在内燃机和负载的转速、转矩解耦后，内燃机可以始终工作在最大效率点上且不影响车轮负载运行。该系统大大提高了内燃机的工作效率，降低了车辆油耗与尾气的排放量。但这种纯机械传动装置，不可避免的会有机械结构的振动、噪声以及机械磨损等问题。
为了弥补上述缺陷，有发明提出了基于双机械端口的电气传动方案。专利文献CN105375714A公开了一种双机械端口、双电端口永磁电机，将磁场调制电机与普通永磁电机同轴嵌套到同一台电机内，外部定子与永磁体构成一台普通永磁电机，内部定子、调制环与永磁体构成一台磁场调制电机。该结构通过内、外定子绕组的电流频率独立控制中间转子与内转子的转速，通过普通永磁电机在永磁转子上施加额外转矩实现中间转子与内转子的转矩解耦，从而利用无刷结构实现双机械端口电机的功能。但由于该电机结构永磁体产生的励磁磁场需要穿过三层气隙，其磁路磁阻较大，造成磁场较弱，削弱了电机的转矩输出能力。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于导磁铁心不等距分布的双机电端口电机，旨在解决现有双机械端口的电机因磁路磁阻较大导致电机的转矩输出能力差的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于导磁铁心不等距分布的双机电端口电机，包括定子、中间转子和内转子，三者同轴从外到内依次嵌套；
所述定子包括第一导磁铁心、两套绕组和多个第一磁钢；所述两套绕组设置于齿槽结构的第一导磁铁心的槽内，且极对数不相等；所述第一磁钢位于第一导磁铁心的槽口；
所述中间转子包括多个非等间距排列于内转子外侧形成环状结构的第三导磁铁心；
所述定子的第一导磁铁心和第三导磁铁心同轴套设。
所述内转子包括第二导磁铁心和第二磁钢；
所述第二磁钢均匀分布于所述第二导磁铁心的表面或均匀分布于第二导磁铁心的内部，用于增加磁场强度；
优选地，所述第一磁钢为海尔贝克阵列。
优选地，所述第三导磁铁心的分布为以两个以上的第三导磁铁心为单元，各单元内相邻第三导磁铁心的距离均为a，各单元间的距离均为b，且距离a与距离b不相等。
所述相邻第三导磁铁心的分布为相邻第三导磁铁心间的距离均不相等。
优选地，所述两套绕组可均为单层绕组或双层绕组；或者所述一套绕组为双层绕组，另外一套为单层绕组；
优选地，所述两套绕组为三相绕组或m相绕组，其中，m>3。
优选地，所述双机电端口电机为旋转电机或直线电机。
优选地，所述内转子为内置式磁钢结构或表贴式磁钢结构。
优选地，所述电机中定子的第一磁钢、中间转子和一套绕组构成第一电机单元；所述电机中内转子、中间转子和另一套绕组构成第二电机单元；所述第一电机单元与第二电机单元用于中间转子与内转子的转速及转矩的解耦控制。
优选地，所述中间转子采用不等距分布的导磁铁心对每一电机单元可增加额外的工作谐波。
所述内转子为电机的机械端口。
优选地，本双机电端口电机可应用于电动汽车领域。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
(1)针对现有技术磁路磁阻大，转矩输出能力低的问题，本发明提供的双机电端口电机不仅将具有高转矩密度的两台磁场调制电机嵌入到一台电机中，同时定子上布置有磁钢，能够增大电机磁负荷，显著提高电机的转矩输出能力。
(2)本发明提供的双机电端口电机，定子、转子上分别布置的磁钢产生不同极对数的磁动势谐波，经过导磁铁心不均匀分布的中间转子的调制产生与定子绕组相匹配的两种极对数的磁场，实现机电能量转换，能够实现两个机械端口的转速与转矩解耦，完成双机电端口的功能。
附图说明
图1是实施例提供的一种双边永磁双机电端口电机结构示意图；
图2是图1对应电机的定子结构示意图；
图3是图1对应电机的中间转子结构示意图；
图4是另一中间转子结构示意图；
图5是图1对应电机的内转子结构示意图；
图6是图1对应电机端口结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供了一种基于导磁铁心不等距分布的双机电端口电机，包括定子1、中间转子2和内转子3，，三者同轴从外到内依次嵌套；其中，中间转子2和内转子3用于电机的双机械端口；定子1用于提供电机的两个电端口；中间转子2和内转子3用于提供电机的两个机械端口；
如图2所示，定子1包括第一导磁铁心11、第一磁钢12和绕组13；其中绕组13包括第一绕组和第二绕组；
所述第一导磁铁心11为齿槽结构；
所述两套绕组13设置于第一导磁铁心11的槽内，且两套绕组的极对数不相等，用于电机的两个电端口；
所述第一磁钢12位于第一导磁铁心11的槽口，且为海尔贝克阵列，用于增加磁场强度；
所述中间转子2包括多个非等间距排列于内转子外侧形成环状结构的第三导磁铁心；用于电机的机械端口，且增加额外的工作谐波。
需特别指出，所述非等间距的排列包括至少存在一对相邻第三导磁铁心间的距离不相等；
优选地，所述第三导磁铁心的排列为以两个以上的第三导磁铁心为单元，各单元内相邻第三导磁铁心的距离均为a，各单元间的距离均为b，且距离a与距离b不相等。
如图3所示，所述第三导磁铁心的排列为以两个第三导磁铁心为单元，各单元内的两个第三导磁铁心为a，各单元间的距离均为b，且距离a与距离b不相等。
如图4所示，第一导磁铁心单元包括两个第三导磁铁心单元，第二导磁单元为单个第三导磁铁心，第一导磁铁心单元与第二导磁单元交错设置，各第一导磁铁心单元内的两个导磁铁心距离均为a，第一导磁铁心单元与第二导磁单元间的距离均为b,且距离a与距离b不相等。
优选地，所述第三导磁铁心的排列为第三导磁铁心间的距离均不相等。
如图5所示，所述内转子3包括第二导磁铁心31和第二磁钢32；
所述第二磁钢32均匀分布于所述第二导磁铁心31的表面或均匀分布于第二导磁铁心的内部，用于产生磁场。
所述定子的第一导磁铁心、内转子的第二导磁铁心及第三导磁铁心同轴套设，提高了电机的转矩输出能力。
所述第一磁钢12和第二磁钢32用于增加电机负荷。
优选地，所述两套绕组可均为单层绕组或双层绕组；或者所述一套绕组为双层绕组，另外一套为单层绕组；
优选地，所述两套绕组为三相绕组或m相绕组，其中，m>3。
优选地，所述内转子为内置式磁钢结构或表贴式磁钢结构。
优选地，所述电机中定子的第一磁钢、中间转子和一套绕组构成第一电机单元；所述电机中内转子、中间转子和另一套绕组构成第二电机单元；所述第一电机单元与第二电机单元用于中间转子与内转子的转速及转矩的解耦控制。
优选地，所述中间转子采用不等距分布的导磁铁心对每一电机单元可增加额外的工作谐波。
优选地，所述双机电端口电机为旋转电机或直线电机。
优选地，本双机电端口电机可应用于电动汽车领域。
如图1所示的电机，定子的第一导磁铁心11的槽数Z＝12；不等距分布的中间转子产生气隙磁导极对数为4和10；内转子的第二磁钢32极对数P＝9；
其中，如图6所示，所述定子的第一磁钢12、中间转子2、第一绕组构成第一电机单元；定子的第一磁钢12与气隙磁导10对极谐波作用产生两对极主波磁场，与第一绕组产生的两对极磁场相互作用，实现机电能量转换；中间转子的转速通过第一绕组的通电频率控制；
所述内转子3、中间转子2和第二绕组构成第二电机单元；所述内转子的第二磁钢32磁钢产生的磁动势经过和不均匀分布中间转子的4对极磁导谐波和10对极磁导谐波的调制，分别产生1对极主波磁场和13对极主波磁场，与具有相同极对数的第二绕组产生的磁场相互作用，实现机电能量转换；所述内转子3的转矩通过第二绕组的输入电流控制。
由于中间转子2的不等距分布引入4对极磁导谐波，增加了13对极工作谐波，且13对极工作谐波与1对极工作谐波互为齿谐波，用于增加额外的输出转矩。结合两个电机单元，双机械端口的转矩转速的解耦控制得以实现
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于导磁铁心不等距分布的双机电端口电机，包括定子、中间转子和内转子，三者同轴从外到内依次嵌套；其特征在于，
所述定子包括第一导磁铁心、两套绕组和多个第一磁钢；所述两套绕组设置于齿槽结构的第一导磁铁心的槽内，且极对数不相等；所述第一磁钢位于第一导磁铁心的槽口；
所述中间转子包括多个非等间距排列于内转子外侧形成环状结构的第三导磁铁心；
所述定子的第一导磁铁心和第三导磁铁心同轴套设。
2.如权利要求1所述的双机电端口电机，其特征在于，所述第一磁钢为海尔贝克阵列。
3.如权利要求1或2所述的双机电端口电机，其特征在于，所述第三导磁铁心的排列为以两个以上的第三导磁铁心为单元，各单元内相邻第三导磁铁心的距离均为a，各单元间的距离均为b，且距离a与距离b不相等。
4.如权利要求1或2所述的双机电端口电机，其特征在于，所述第三导磁铁心的排列为各相邻两个第三导磁铁心间的距离均不相等。
5.如权利要求2所述的双机电端口电机，其特征在于，所述两套绕组均为单层绕组或双层绕组。
6.如权利要求2所述的双机电端口电机，其特征在于，所述一套绕组为单层绕组，另一套绕组为双层绕组。
7.如权利要求5或6所述的双机电端口电机，其特征在于，所述电机中定子的第一磁钢、中间转子和一套绕组构成第一电机单元；所述电机中内转子、中间转子和另一套绕组构成第二电机单元；所述第一电机单元与第二电机单元用于中间转子与内转子的转速及转矩的解耦控制。
8.如权利要求7中任一所述的双机电端口电机，其特征在于，所述两套绕组为三相绕组或m相绕组，其中，m>3。
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