CN113937920B - 一种用于盘式双转子双绕组电机的无线供电系统结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于盘式双转子双绕组电机的无线供电系统结构，包括壳体，所述壳体内具有第一转子、第二转子、第一转轴和第二转轴，第一转轴和第二转轴同轴套设，且第一转子设置在第一转轴上，第二转子设置在第二转轴上；所述第一转子包括依次设置的第一无线供电初级线圈、第一无线供电次级线圈、第一隔磁板、第一控制系统和第一转子铁芯及绕组；所述第二转子包括依次设置的第二转子铁芯及绕组、第二控制系统、第二隔磁板、第二无线供电次级线圈和第二无线供电初级线圈；所述第一转子铁芯及绕组、第二转子铁芯及绕组之间形成所述气隙。本发明在任意一个转子出现机械故障时，另一个仍然可以旋转，正常工作输出转矩，从而提高了电机的容错能力。

Description

一种用于盘式双转子双绕组电机的无线供电系统结构

技术领域

本发明属于电机和无线输电领域，具体涉及一种用于盘式双转子双绕组电机的无线供电系统结构。

背景技术

近年来，致力于进一步实现节能减排新目标，包括汽车、船舶、飞机等各类燃油运输工具作为碳排放大户必然加速升级。电机作为替代内燃机的一个核心动力部件，必须具有高转矩密度、高功率密度、高效率、高容错能力等优点。而汽车、航天航空、军用等对安全性能要求很高的场合，高容错能力越来越受到重视。传统的永磁电机存在高温失磁的风险，电机故障率高。传统开关磁阻电机有着结构简单、价格低廉的优点，但存在着噪声、振动和转矩脉动较大的缺陷。近年来，一种双电枢绕组多重电磁转矩磁阻电机被提出，该类电机拥有高转矩密度，强容错能力和多模态运行的优点。但是转子绕组需要供电，需要多套滑环，降低了电机的可靠性和效率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种用于盘式双转子双绕组电机的无线供电系统结构。本发明采用无线供电技术替代了滑环，给旋转的绕组传输电能，同时取消了定子和转子的界限，两个转子都可以旋转或者静止。正常工作时，两个转子都由无线电能传输系统供电，两套绕组同时工作，任意一个转子被固定，另一个转子输出转矩，双转轴可以与不同的变速齿轮连接，实现两种转速和转矩输出方式。在任意一个转子出现机械故障时，另一个仍然可以旋转，正常工作输出转矩，从而提高了电机的容错能力。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于盘式双转子双绕组电机的无线供电系统结构，包括壳体，所述壳体内具有第一转子、第二转子、第一转轴和第二转轴，第一转子和第二转子之间具有轴向的气隙；第一转轴和第二转轴同轴套设，且第一转子设置在第一转轴上，第二转子设置在第二转轴上；

所述第一转子主要组成包括依次设置的第一无线供电初级线圈、第一无线供电次级线圈、第一隔磁板、第一控制系统和第一转子铁芯及绕组；

所述第二转子主要组成包括依次设置的第二转子铁芯及绕组、第二控制系统、第二隔磁板、第二无线供电次级线圈和第二无线供电初级线圈；

所述第一转子铁芯及绕组、第二转子铁芯及绕组之间形成所述气隙。

作为本发明的进一步改进，所述第一隔磁板设置在第一无线供电次级线圈一侧上；所述第二隔磁板设置在第二无线供电次级线圈一侧上；所述第一隔磁板与第二隔磁板关于所述气隙对称设置。

作为本发明的进一步改进，所述第一无线供电初级线圈和第二转子铁芯及绕组的缠绕直径均小于所述壳体内径；所述第一无线供电次级线圈、第一隔磁板、第一转子铁芯及绕组、第二转子铁芯及绕组、第二控制系统、第二隔磁板、第二无线供电次级线圈和第二无线供电初级线圈的外径相等且均小于所述壳体内径。

作为本发明的进一步改进，所述第一转轴的长度大于第二转轴的长度，所述第一转轴的直径小于第二转轴的直径，所述第一转轴的两端伸出第二转轴两端，所述第一转轴与第二转轴之间具有轴承支撑。

作为本发明的进一步改进，在必要的情况下，所述第一转轴和第二转轴伸出壳体的端部上分别设置第一齿轮、第二齿轮。

作为本发明的进一步改进，所述第一无线供电初级线圈、第一无线供电次级线圈、第二无线供电次级线圈和第二无线供电初级线圈均为轴向排布，用于通过磁耦合谐振或磁耦合感应等原理实现电能的无线传输。

作为本发明的进一步改进，所述第一控制系统、所述第二控制系统均包含功率变换模块和电机驱动模块。

作为本发明的进一步改进，第一隔磁板和第二隔磁板均为环形结构的铝板。

与现有技术相比，具有以下优点：

本发明无线供电系统，具有两个转子，两个转子都采用无线供电，两者都可以旋转，因此任一个作为定子时，另一个作为转子，实现相对运动。正常工作时，两个转子都由无线电能传输系统供电，两套绕组同时工作，任意一个转子被固定，另一个转子输出转矩，双转轴可以与不同的变速齿轮连接，实现两种转速转矩输出方式。在任意一个转子出现机械故障时，另一个仍然可以旋转，正常工作输出转矩，从而提高了电机的容错能力。双绕组电机提高了电机出现绕组故障时的容错能力，无线供电的盘式双转子结构提高了电机出现机械故障时的容错能力。因此，采用无线供电系统的盘式双转子双绕组电机有很强的容错能力。该发明在包括但不限于车辆轮毂电机驱动系统、航空航天、深海探测等等要求电机具有高容错能力的应用场合将具有广泛的应用前景。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。在附图中：

图1为本发明的结构示意图。

其中：1、无线供电初级线圈；2、无线供电次级线圈；3、隔磁板；4、控制系统；5、转子铁芯及绕组；6、转轴；7、齿轮；8、气隙；9、外壳。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，一种用于盘式双转子双绕组电机的无线供电系统结构，包含两套转子，两个转子间有轴向气隙8；两套无线供电线圈和控制系统4，控制系统4包括功率变换模块和电机驱动模块；两个隔磁板3和两个传动轴6。

所述系统中两个转子都采用无线供电，两者都可以旋转，因此任一个都可以作为定子，另一个作为转子，实现相对旋转。

所述两个无线供电系统相同，都有无线供电初级线圈和无线供电次级线圈，线圈轴向排布，通过磁耦合谐振或磁耦合感应实现电能的无线传输。

所述控制系统为包含功率变换模块和电机驱动模块，功率变换模块将次级线圈中的交流电通过交-交或交-直-交变换转换成为电机和控制器需要的电流，电机驱动模块为集成的电机控制系统。

所述隔磁板为一个环形结构的铝材料厚板，用于隔绝无线电能传输产生的磁场对电机磁场的影响。

所述转轴为直径不同的两个转轴，转轴之间有轴承支撑，转轴可以与不同的变速齿轮连接，实现两种转速和转矩输出方式。

具体的，所述系统包括壳体9，所述壳体9内具有第一转子、第二转子、第一转轴和第二转轴，第一转子和第二转子之间具有轴向的气隙8；第一转轴和第二转轴同轴套设，且第一转子设置在第一转轴上，第二转子设置在第二转轴上；

所述第一转子包括依次设置的第一无线供电初级线圈、第一无线供电次级线圈、第一隔磁板、第一控制系统和第一转子铁芯及绕组；

所述第二转子包括依次设置的第二转子铁芯及绕组、第二控制系统、第二隔磁板、第二无线供电次级线圈和第二无线供电初级线圈；

所述第一转子铁芯及绕组、第二转子铁芯及绕组之间形成所述气隙8。

其原理为采用无线供电技术替代了滑环，给旋转的绕组传输电能，两个转子都可以旋转或者静止。正常工作时，两个转子都由无线电能传输系统供电，两套绕组同时工作，任意一个转子被固定，另一个转子输出转矩，双转轴可以与不同的变速齿轮连接，实现两种转速和转矩输出方式。在任意一个转子出现机械故障时，另一个仍然可以旋转，正常工作输出转矩，从而提高了电机的容错能力。

具体地，所述第一隔磁板设置在第一无线供电次级线圈一侧上；所述第二隔磁板设置在第二无线供电次级线圈一侧上；所述第一隔磁板与第二隔磁板设置关于所述气隙8对称设置。

作为优选地实施例，所述第一无线供电初级线圈和第二转子铁芯及绕组的缠绕直径均小于所述壳体9内径；所述第一无线供电次级线圈、第一隔磁板、第一转子铁芯及绕组、第二转子铁芯及绕组、第二控制系统、第二隔磁板、第二无线供电次级线圈和第二无线供电初级线圈的外径相等且均小于所述壳体9内径。

作为优选地实施例，所述第一转轴的长度大于第二转轴的长度，所述第一转轴的两端伸出第二转轴两端。所述第一转轴和第二转轴伸出壳体的端部上分别设置第一齿轮、第二齿轮。

使用时，无线供电初级线圈1通入交流电流，在谐振耦合网络的作用下，无线供电次级线圈感2应产生交流电流，通过控制系统4中功率变换模块的交-直或交-直-交变换，将交流电转换成电机和控制系统需要的电流。

电流注入转子铁芯及绕组5中，两套绕组同时工作，任意一个转子被固定，另一个转子输出转矩，双转轴6可以与不同的变速齿轮连接，实现两种转速和转矩输出方式。在任意一个转子出现机械故障时，通过离合器断离动力传递，并固定该转子，离合器给另一个转子接合动力传递，此时另一个转子仍然可以旋转，正常工作，输出转矩，从而提高了电机的容错能力。

其他满足上述结构的各类盘式双绕组电机且符合本专利所述原理的，都属于本专利的保护范围内，此处不在列出。

综上所述，本发明通过对电机滑环供电系统改进，采用无线电能传输替代滑环，取消了原本定转子的界限，使得电机由双转子构成，双转子连接双转轴，任意一个转子被固定，另一个转子通过转轴输出转矩，当某个转子因为机械原因无法旋转或者转速不正常时，固定该转子，则另一个转子仍然可以旋转，正常工作，输出转矩，电机就正常运行，实现了电机的高容错能力。本发明在要求高容错能力的应用场合将具有广泛的应用前景。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (3)

1.一种用于盘式双转子双绕组电机的无线供电系统结构，其特征在于，包括壳体（9），所述壳体（9）内具有第一转子、第二转子、第一转轴和第二转轴，第一转子和第二转子之间具有轴向的气隙（8）；第一转轴和第二转轴同轴套设，且第一转子设置在第一转轴上，第二转子设置在第二转轴上；

所述第一转子包括依次设置的第一无线供电初级线圈、第一无线供电次级线圈、第一隔磁板、第一控制系统和第一转子铁芯及绕组；

所述第二转子包括依次设置的第二转子铁芯及绕组、第二控制系统、第二隔磁板、第二无线供电次级线圈和第二无线供电初级线圈；

所述第一转子铁芯及绕组、第二转子铁芯及绕组之间形成所述气隙（8）；

所述第一隔磁板设置在第一无线供电次级线圈一侧上；所述第二隔磁板设置在第二无线供电次级线圈一侧上；所述第一隔磁板与第二隔磁板关于所述气隙（8）对称设置；

所述第一转轴的长度大于第二转轴的长度，所述第一转轴的直径小于第二转轴的直径，所述第一转轴的两端伸出第二转轴两端，所述第一转轴与第二转轴之间具有轴承支撑；

所述第一转轴和第二转轴伸出壳体的端部上分别设置第一齿轮、第二齿轮；

所述第一无线供电初级线圈、第一无线供电次级线圈、第二无线供电次级线圈和第二无线供电初级线圈均为轴向排布，用于通过磁耦合谐振或磁耦合感应实现电能的无线传输；

两个转子都由无线电能传输系统供电，所述第一转子铁芯及绕组、第二转子铁芯及绕组同时工作，任意一个转子被固定，另一个转子输出转矩，双转轴与第一齿轮、第二齿轮对应连接，实现两种转速和转矩输出方式。

2.根据权利要求1所述的一种用于盘式双转子双绕组电机的无线供电系统结构，其特征在于，所述第一控制系统、所述第二控制系统均包含功率变换模块和电机驱动模块。

3.根据权利要求1所述的一种用于盘式双转子双绕组电机的无线供电系统结构，其特征在于，第一隔磁板和第二隔磁板均为环形结构的铝板。

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