CN111628621A - 无刷盘式双转子电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无刷盘式双转子电机，包括电机壳体，固定设置于电机壳体轴向两端内侧的定子，设置在电机壳体内并与定子匹配的外转子，与电机壳体一端转动连接并与外转子固定连接的外转子输出轴，设置在电机壳体内并与定子和外转子均匹配的内转子，与电机壳体另一端转动连接并与内转子固定连接的内转子输出轴，以及与定子电连接的逆变器。本发明具有盘式永磁电机的特点，将定子固定在两端端盖的内侧，永磁内转子固定在内转子输出轴上共同旋转，爪极转子位于两相定子与内转子之间，并互成90°电气角，共同固定在外转子输出轴上一起旋转，只需通过一套两相逆变器即可协调工作，实现无刷馈电和两转轴之间的转速/转矩差值的调节。

Description

无刷盘式双转子电机

技术领域

本发明涉及一种双转子电机，具体地讲，是涉及无刷盘式双转子电机。

背景技术

传统的电机一般是由一个定子、一个转子构成。由于电机只有一个转子，只能实现单一速度的单轴输出。在鱼雷推进、电动汽车、风力发电等应用场合，需要电机具有提供两个独立转速的双轴输出能力，传统电机无法实现这一功能。

在现有的双转子电机中，如申请号为200510014393.2公开的双转子混合动力复合永磁电机存在电刷、滑环，造成效率和可靠性不高。如申请号为200610014350.9公开的无刷双转子电机实现了无刷，提高了可靠性，由于其采用的是双馈电技术，外转子由绕组构成，导致铜损较大，制造或维修外转子绕组也十分不便，其整体重量和体积也较大。如申请号为200910179233.1公开的无刷馈电双转子电机从效率、保养、可靠性方面都得到了提高和改进，但由于其三相定子绕组、爪极外转子、磁钢内转子分别独立，这样内外转子及磁钢利用率都只有2/3，另外，其绕组嵌入不便，难以批量生产，而维修更换中间相绕组也很不方便。

发明内容

为克服现有技术存在的问题，本发明提供一种结构紧凑、体积小、重量轻、效率高、适合批量生产、便于拆装维修的无刷盘式双转子电机。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

无刷盘式双转子电机，包括电机壳体，固定设置于电机壳体轴向两端内侧呈环形状并与该轴向同轴的定子铁芯，安置于所述定子铁芯上与之共同构成定子的定子绕组，设置在电机壳体内且呈盘状并与定子匹配的外转子铁芯，偶数个固定于外转子铁芯上与之共同构成外转子的并以其轴心为中心呈圆周均布的外转子爪极，与电机壳体一端转动连接并与外转子铁芯固定连接的外转子输出轴，设置在电机壳体内且呈盘状并安置于外转子铁芯与定子铁芯之间的内转子铁芯，设置于内转子铁芯上与之共同构成内转子的且数量和位置均与外转子爪极匹配的内转子永磁磁钢，与电机壳体另一端转动连接并与内转子铁芯固定连接的内转子输出轴，以及与定子绕组电连接的逆变器，其中，定子、外转子与内转子相互之间均保持可供相对运动的间隙。作为优选，外转子输出轴和内转子输出轴均与电机壳体之间采用轴承作为转动连接部件。

进一步地，所述电机壳体包括呈圆筒形的并与外转子与内转子之间均保持可供相对运动的间隙的外壳，以及分别固定于外壳两端将其封闭的端盖，其中，所述端盖上设有分别供外转子输出轴和内转子输出轴穿过的通孔，并且围绕该通孔布置与端盖一体式的用以安置轴承的轴套；所述定子铁芯固定于端盖内侧。

进一步地，所述定子铁芯的截面呈“凹”形，所述定子绕组安置于定子铁芯的凹槽中，且两个定子铁芯的凹槽开口正向相对。

进一步地，所述外转子爪极在轴向平面上的截面呈L型，该L型的一边沿径向方向，另一边沿轴向方向，相邻外转子爪极沿轴向方向的一边分别位于径向方向的外端和内端。

进一步地，所述外转子爪极在径向平面上呈折扇扇面形状，且相邻外转子爪极之间存在间隙。

更进一步地，所述外转子铁芯的外缘设有沿轴向延伸的外转子铁芯延伸部，并在其延伸末端可拆卸式地固定连接有呈盘状的第二外转子铁芯，通过该第二外转子铁芯、外转子铁芯延伸部和外转子铁芯合围在其内部形成一用于容置内转子的内腔；该第二外转子铁芯的中部设有供内转子输出轴通过并与之存在间隙的通孔，且第二外转子铁芯上按与外转子铁芯上相同方式设有相同的外转子爪极。

具体地，所述外转子铁芯、外转子铁芯延伸部、第二外转子铁芯在轴向平面上的截面呈一带缺口的矩形状，该缺口对应第二外转子铁芯上的通孔。

为了便于散热，所述外转子铁芯延伸部上沿其环壁开设有多个散热孔。

并且，所述外转子铁芯延伸部上还沿其环壁设有多个扇叶。

具体地，所述定子铁芯、外转子爪极和内转子永磁磁钢相互匹配，所述外转子爪极的L型在径向两侧的凸起部分分别与所述定子铁芯上配置的凹槽的两侧凸起部分相对应。

更进一步地，在电机壳体内的外转子输出轴和内转子输出轴的端部均可配置一凹槽，并在两凹槽之间配置定位滚珠，以保准确的安装位置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明具有盘式永磁电机的特点，将定子固定在两端端盖的内侧，带永磁磁钢的内转子固定在内转子输出轴上共同旋转，带两相爪极的外转子位于两相定子与内转子之间，并互成90°电气角，共同固定在外转子输出轴上一起旋转，其只需通过一套两相逆变器即可控制内外转子协调工作，实现无刷馈电和两转轴之间的转速/转矩差值的调节，而且其体积小、重量轻、效率高、成本低、结构紧凑、适合批量、易于拆装、维修便捷，具有广泛的应用前景，适合推广应用。

(2)本发明将定子固定在端盖内侧，减小了电机壳体的径向宽度，缩减了体积，而且其两端分别安装，可十分方便的拆装维护。

(3)本发明的定子铁芯槽向相对，定子绕组可十分便捷地嵌入槽内，并且只需拆下端盖即可对定子绕组进行维护，相当便捷。

(4)本发明的外转子通过可拆卸的方式固定外转子铁芯和第二外转子铁芯，并通过外转子铁芯延伸部使其形成容纳内转子的内腔，充分利用了电机壳体内的空间，保证了内部结构的紧凑，也使得整体体积减小。

(5)本发明的外转子爪极位于定子绕组和内转子永磁磁钢之间，相互形成90°电气角，共同协调两个输出轴的转速。

(6)本发明的定子、外转子和内转子之间均保持适当的间隙，一方面保证转动的灵活性和无干涉性，另一方面也使得电机壳体内部空气流通，便于散热。

(7)本发明还在外转子上设置散热孔便于内腔内产生的热量散出，并进一步地设置扇叶，当外转子转动时促进增强内部的散热，而且在内外转子也相对运动时更是提高散热效率。

(8)由于本发明中各部件均在轴向方向上安装连接，可有效节省装配时间，以及在维修时更加方便。

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图。

图2为本发明中定子绕组的端面示意图。

图3为本发明中外转子爪极的端面示意图。

图4为本发明中内转子磁钢的端面示意图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-外壳，2-端盖，3-定子铁芯，4-定子绕组，5-内转子铁芯，6-内转子永磁磁钢，7-外转子铁芯，8-外转子爪极，9-外转子铁芯延伸部，10-第二外转子铁芯，11-内腔，12-散热孔，13-扇叶，14-外转子输出轴，15-内转子输出轴，16-逆变器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1至图4所示，该无刷盘式双转子电机，包括电机壳体、定子、内转子、内转子输出轴15、外转子、外转子输出轴14、逆变器16等部件，其中逆变器优选两相逆变器，各部件的具体构造如下：

电机壳体主要用于容纳保护各部件，具体包括外壳1和端盖2。其中，外壳呈圆筒形，两个端盖分别固定在其两端使其内形成容纳各部件的空间，并与其内各部件保持一定的间隙，端盖中心设有通孔，围绕该通孔配置一体式的轴套，内转子输出轴和外转子输出轴均通过轴承分别安置在两个端盖的通孔及轴套内并由其穿过对外输出转矩。更具体地，端盖上也具有相应的常规结构(如钉孔、台阶、卡槽、卡簧、键及键槽等等)便于其本身、轴和轴承的安装，本实施例中不再赘述。进一步地，为了保证内外转子之间准确的安装间隙，可在外壳内的内外转子端部配置凹槽及定位滚珠，使二者既能保持相对位置，又能确保相对转动的灵活性。

所述定子包括定子铁芯3和定子绕组4，其中，定子铁芯外形呈环状，截面呈“凹”形，其与轴向共轴同心，开口背面固定于端盖内侧，开口朝向另一个定子，即两个定子铁芯的凹槽开口正向相对；定子绕组则嵌置在定子铁芯的凹槽中，其线头则接出与逆变器连接，从而使绕组能够在通电后产生电磁场。

所述内转子包括内转子铁芯5和内转子永磁磁钢6，并均与外转子各部分保持适当的间隙；其中内转子铁芯呈盘状，并与内转子输出轴同轴固定连接，内转子永磁磁钢分别在内转子铁芯的盘状两侧各固定安装8个，每侧均以轴线为中心呈圆周均布状，且其位置与定子绕组所成的环状位置对应。

所述外转子包括外转子铁芯7、外转子爪极8、外转子铁芯延伸部9、第二外转子铁芯10。其中，外转子铁芯呈盘状，其直径比内转子铁芯略大，其与外转子输出轴同轴固定连接，并位于定子与内转子之间；外转子铁芯延伸部沿轴向方向在外转子铁芯的盘状边缘延伸设置，并在延伸末端固定连接第二外转子铁芯，该第二外转子铁芯的形状和大小与外转子铁芯基本相同，其中心部位设置有用于避开内转子输出轴的通孔，也由此外转子铁芯、外转子铁芯延伸部和第二外转子铁芯共同形成一个仅以该通孔为出口的封闭内腔11，该内腔及其壁在轴向平面上的截面呈一带缺口的矩形状，该通孔则对应该缺口，而内转子则安置在该内腔中并与各壁保持适当间隙，内转子输出轴由该通孔引出；外转子爪极分别在外转子铁芯和第二外转子铁芯上各固定安装8个，均以轴线为中心呈圆周均布，其位置与定子绕组所成的环状位置对应，也与内转子永磁磁钢的位置对应；最终定子、内转子、外转子质之间相互保持适当间隙，其位置关系为端盖、定子一(定子铁芯和定子绕组)、外转子一(外转子铁芯和外转子爪极)、内转子(内转子铁芯和两侧的内转子永磁磁钢)、外转子二(第二外转子铁芯和外转子爪极)、定子二(定子铁芯和定子绕组)、端盖沿轴向依次排布。

外转子爪极在轴向平面上的截面呈L型，其一边沿径向方向，另一边沿轴向方向，两两相邻的外转子爪极沿轴向方向的一边分别位于径向方向的外端和内端。更具体地，外转子爪极在径向平面上呈折扇扇面形状，且相邻外转子爪极之间存在间隙；相应地，内转子永磁磁钢的形状和大小与外转子爪极在径向平面上的形状和大小匹配。

进一步地，为了便于内部散热，在外转子铁芯延伸部上沿其环壁开设有多个散热孔12，即内腔侧板上设置散热孔，当内外转子发生相对运动时，内腔内和外壳内的空气随其转动产生扰动，使空气发生流动带走热量实现散热。为了进一步地提高散热效果，还在该环壁上设置多个扇叶13，当外转子转动时会加快空气扰动，使空气流动更快，从而散热更快。

本发明在工作时，由两相逆变器接入电源，使定子绕组通电产生电磁场，两个定子绕组产生的电磁场共同作用，分别使内转子和外转子转动，各自带动输出轴对位做功。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.无刷盘式双转子电机，其特征在于，包括电机壳体，固定设置于电机壳体轴向两端内侧呈环形状并与该轴向同轴的定子铁芯(3)，安置于所述定子铁芯(3)上与之共同构成定子的定子绕组(4)，设置在电机壳体内且呈盘状并与定子匹配的外转子铁芯(7)，偶数个固定于外转子铁芯(7)上与之共同构成外转子的并以其轴心为中心呈圆周均布的外转子爪极(8)，与电机壳体一端转动连接并与外转子铁芯(7)固定连接的外转子输出轴(14)，设置在电机壳体内且呈盘状并安置于外转子铁芯(7)与定子铁芯(3)之间的内转子铁芯(5)，设置于内转子铁芯(5)上与之共同构成内转子的且数量和位置均与外转子爪极(8)匹配的内转子永磁磁钢(6)，与电机壳体另一端转动连接并与内转子铁芯(5)固定连接的内转子输出轴(15)，以及与定子绕组(4)电连接的逆变器(16)，其中，定子、外转子与内转子相互之间均保持可供相对运动的间隙。

2.根据权利要求1所述的无刷盘式双转子电机，其特征在于，所述电机壳体包括呈圆筒形的并与外转子与内转子之间均保持可供相对运动的间隙的外壳(1)，以及分别固定于外壳(1)两端将其封闭的端盖(2)，其中，所述端盖(2)上设有分别供外转子输出轴和内转子输出轴穿过的通孔，所述定子铁芯(3)固定于端盖(1)内侧。

3.根据权利要求1所述的无刷盘式双转子电机，其特征在于，所述定子铁芯(3)的截面呈“凹”形，所述定子绕组(4)安置于定子铁芯(3)的凹槽中，且两个定子铁芯(3)的凹槽开口正向相对。

4.根据权利要求1所述的无刷盘式双转子电机，其特征在于，所述外转子爪极(8)在轴向平面上的截面呈L型，该L型的一边沿径向方向，另一边沿轴向方向，相邻外转子爪极(8)沿轴向方向的一边分别位于径向方向的外端和内端。

5.根据权利要求1所述的无刷盘式双转子电机，其特征在于，所述外转子爪极(8)在径向平面上呈折扇扇面形状，且相邻外转子爪极(8)之间存在间隙。

6.根据权利要求1～5任一项所述的无刷盘式双转子电机，其特征在于，所述外转子铁芯(7)的外缘设有沿轴向延伸的外转子铁芯延伸部(9)，并在其延伸末端可拆卸式地固定连接有呈盘状的第二外转子铁芯(10)，通过该第二外转子铁芯(10)、外转子铁芯延伸部(9)和外转子铁芯(7)合围在其内部形成一用于容置内转子的内腔(11)；该第二外转子铁芯(10)的中部设有供内转子输出轴(15)通过并与之存在间隙的通孔，且第二外转子铁芯(10)上按与外转子铁芯(7)上相同方式设有相同的外转子爪极(8)。

7.根据权利要求6所述的无刷盘式双转子电机，其特征在于，所述外转子铁芯(7)、外转子铁芯延伸部(9)、第二外转子铁芯(10)在轴向平面上的截面呈一带缺口的矩形状，该缺口对应第二外转子铁芯上的通孔。

8.根据权利要求6所述的无刷盘式双转子电机，其特征在于，所述外转子铁芯延伸部(9)上沿其环壁开设有多个散热孔(12)。

9.根据权利要求6所述的无刷盘式双转子电机，其特征在于，所述外转子铁芯延伸部(9)上还沿其环壁设有多个扇叶(13)。

10.根据权利要求1～5任一项所述的无刷盘式双转子电机，其特征在于，所述定子铁芯(3)、外转子爪极(8)和内转子永磁磁钢(6)相互匹配，所述外转子爪极的L型在径向两侧的凸起部分分别与所述定子铁芯上配置的凹槽的两侧凸起部分相对应。

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