CN110011503B - 一种不等齿距双机电端口电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不等齿距双机电端口电机，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。所述相邻第三导磁铁心中心线的距离不相等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；或所述相邻第三导磁铁心中心线的距离不相等为相邻第三导磁铁心间的距离均不相等；本发明的中间转子由不等距分布的第三导磁铁心构成，不仅实现了双机电端口电机的功能，同时本发明的双机电端口电机存在两层气隙，极大提升了磁场强度，增加了电机的转矩输出能力。

Description

一种不等齿距双机电端口电机
技术领域
本发明属于永磁电机技术领域，更具体地，涉及一种不等齿距双机电端口电机。
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不等齿距双机电端口电机，通过调制转子的不等距分布齿在单永磁转子励磁的情况下实现双机电端口，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，本发明提供了一种不等齿距双机电端口电机，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和两套绕组，内转子包括第二导磁铁心和磁钢；
所述第一导磁铁心为齿槽结构；
所述两套绕组设置于第一导磁铁心的槽内，且两套绕组的极对数不相等，用于电机的两个电端口；
所述磁钢均匀分布于所述第二导磁铁心的表面或均匀分布于所述第二导磁铁心的内部，用于产生磁场；
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。
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。
优选地，所述第三导磁铁心的排列为相邻第三导磁铁心间的距离均不相等。
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。
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n相绕组，其中，n>3。
优选地，所述电机的中间转子和内转子构成双机械端口；
优选地，所述内转子为内置式磁钢结构或者表贴式磁钢结构。
优选地，所述电机中放置有磁钢的内转子、中间转子和一套绕组构成第一电机单元；所述电机中放置有磁钢的内转子、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，所述不等齿距双机电端口电机为旋转电机或直线电机。
优选地，本发明的不等齿距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)本发明将具有高转矩密度的两台磁场调制电机嵌入到一台电机，进一步提高了电机的转矩输出能力。
(2)本发明提供的双机电端口电机，放置有磁钢的内转子产生的磁动势谐波，经过中间转子不等距的导磁铁心分布产生不同极对数的磁导谐波的调制，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不等齿距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对应电机的一套绕组一相连接示意图；
图4是图1对应电机的另一套绕组一相连接示意图；
图5是图1对应电机的中间转子结构示意图；
图6是另一种中间转子结构示意图；
图7是图1对应电机的内转子结构示意图；
附图说明：
1、定子，11、定子的第一导磁铁心，12、定子绕组；2、中间转子；3、内转子，31、内转子的第二导磁铁心，32、磁钢。
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，本发明提供了一种不等齿距双机电端口电机，包括定子1、中间转子2和内转子3；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；
如图2所示，定子1包括第一导磁铁心11和绕组12；其中绕组12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；
所述如图3和图4所示的两套绕组12设置于第一导磁铁心11的槽内，用于电机的两个电端口；
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，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5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。
优选地，如图6所示，第三导磁铁心分为若干第一导磁铁心单元和若干第二导磁铁心单元，第一导磁铁心单元包括两个第三导磁铁心，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各相邻第三导磁铁心间的距离均不相等。
如图7所示，所述内转子3包括第二导磁铁心31和磁钢32；
所述磁钢32均匀分布于所述第二导磁铁心31的表面或均匀分布于所述第二导磁铁心31的内部，用于产生磁动势谐波；
所述定子的第一导磁铁心11、内转子的第二导磁铁心31及第三导磁铁心同轴套设，提高了电机的转矩输出能力。
本发明不等齿距双机电端口电机只有两层气隙，磁路磁阻小。
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n相绕组，其中，n>3。
优选地，所述内转子为内置式磁钢结构或者表贴式磁钢结构。
优选地，所述电机中设置有磁钢的内转子3、中间转子2和一套绕组构成第一电机单元；所述电机中设置有磁钢的内转子3、中间转子2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2与内转子3的转速及转矩的解耦控制。其中，所述中间转子2的不等距分布产生两种不同极对数的气隙磁导谐波。
所述不等齿距双机电端口电机为旋转电机或直线电机。
如图1所示的电机，定子的第一导磁铁心11的槽数Z＝30；不等距分布的中间转子产生气隙磁导极对数为9和18；内转子的磁钢32极对数P＝13；
所述设置有磁钢的内转子3、中间转子2、如图3所示的30槽8极第一绕组构成第一电机单元；其中，内转子磁钢与9对极磁导谐波由于磁场调制产生4对极主波磁场。
设置有磁钢的内转子3、中间转子2和如图4所示的30槽10极第二绕组构成第二电机单元；其中，内转子磁钢与18对极磁导谐波由于磁场调制产生5对极主波磁场。
优选地，本发明的双机电端口电机可应用于电动汽车领域。
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 (6)

1.一种不等齿距双机电端口电机，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；
所述定子包括第一导磁铁心和两套绕组；
所述第一导磁铁心与中间转子同轴嵌套；
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，用于电机的两个电端口；
所述内转子产生的磁动势谐波；中间转子不等距的第三导磁铁心分布产生不同极对数的磁导谐波的调制，进而产生与定子绕组相匹配的两种极对数的磁场，能够实现两个机械端口的转速与转矩解耦；
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。
2.如权利要求1所述的不等齿距双机电端口电机，其特征在于，所述两套绕组均为单层绕组。
3.如权利要求1所述的不等齿距双机电端口电机，其特征在于，所述两套绕组均为双层绕组。
4.如权利要求1所述的不等齿距双机电端口电机，其特征在于，一套绕组为单层绕组，另一套绕组为双层绕组。
5.如权利要求2～4中任一所述的不等齿距双机电端口电机，其特征在于，所述两套绕组为三相绕组或n相绕组，其中，n>3。
6.如权利要求5所述的不等齿距双机电端口电机，其特征在于，所述不等齿距双机电端口电机为旋转电机或直线电机。
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