CN1738163A - 双转子混合动力复合永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双转子混合动力复合永磁电机，由内外两个径向式磁路结构的永磁电机组成，包括由输入轴、内转子电枢绕组、内转子铁心、外转子铁心和外转子永磁磁钢组成的内电机组件；和由定子绕组、定子铁心、外转子铁心和外转子永磁磁钢组成的外电机组件；内转子铁心被固定在输入轴上并与之一起旋转，定子铁心被固定在机壳上，外转子铁心和外转子永磁磁钢与输出轴刚性相连，并与输出轴一起旋转，其中外转子铁心和外转子永磁磁钢被内外电机所共用。通过冷却液进入内转子铁心和输入轴之间的冷却通道对内转子铁心实施冷却。本发明成本低、轻量化、结构紧凑、冷却效果好。

Description

双转子混合动力复合永磁电机

技术领域

本发明涉及一种电机，尤其是一种双转子混合动力复合永磁电机。

背景技术

混合动力传动系统有串联、并联和混联三种形式。串联系统中，发电机将发动机发出的能量全部转变为电能，再由电动机将电能转变为机械能驱动车轮，其优点是发动机与车轮间没有直接的机械连接，发动机可调节在高效率点工作；但经两次能量全部转换，实际能量利用率较低。并联系统是在传统的传动结构基础上，另加一路电动驱动系统，用于加速或爬坡时助力，其优点是能量转换较少，但发动机与车轮间靠直接的机械连接，发动机不能总在高效率点工作。普通的混联系统是通过特制的动力分配装置将来自发动机的动力分为机械和电力两条路径，可发挥串联式和并联式的优点，但结构复杂，成本很高，同时过多的齿轮传动会降低效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种采用由内外两个径向式磁路结构的永磁电机组成一体化的双转子混合动力复合永磁电机，来代替传统的发电机和电动机分离式结构系统。通过内外两个电机的协调工作可以使发动机运行于最高效率点，从而提高整个系统的效率，并且低成本、轻量化、结构紧凑。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种双转子混合动力复合永磁电机，由内外两个径向式磁路结构的永磁电机组成，包括由输入轴、内转子电枢绕组、内转子铁心、外转子铁心和外转子永磁磁钢组成的内电机组件；和由定子绕组、定子铁心、外转子铁心和外转子永磁磁钢组成的外电机组件；具体结构位置由里到外依次是输入轴、内转子铁心、含有外转子永磁磁钢的外转子铁心、定子铁心、机壳，内转子铁心被固定在输入轴上并与之一起旋转，定子铁心被固定在机壳上，外转子铁心和外转子永磁磁钢与输出轴刚性相连，并与输出轴一起旋转，其中外转子铁心和外转子永磁磁钢被内外电机所共用。

所述外转子永磁磁钢内置于外转子铁心中，形成单层磁钢外转子结构。

所述外转子永磁磁钢位于外转子铁心内外两侧，将外转子铁心夹于内外层外转子永磁磁钢中，形成双层磁钢外转子结构。

所述内外两层外转子磁钢的极性是相反的，形成内外层磁钢磁路串联的双层磁钢外转子结构。

所述内外两层外转子磁钢的极性是相同的，形成内外层磁钢磁路独立的双层磁钢外转子结构。

还包括使冷却液由机壳和输入轴流经内转子铁心的冷却系统。

所述形成冷却系统的结构为：在机壳的前端盖上有通向输入轴的径向通路，在输入轴中有与径向通路相通的轴向通路，在输入轴和内转子铁心前端的非磁性连接部分的对应位置形成与轴向通路相通的输入轴流出孔，在输入轴和内转子铁心后端的非磁性连接部分的对应位置的输入轴上形成输入轴流入孔，输入轴流出孔和输入轴流入孔都与内转子铁心和输入轴之间形成的转子铁心冷却通道相通，输入轴流入孔与输入轴后端的流出通路相通，在输出轴上形成通孔，使从输入轴流出通路流出的冷却液流出输出轴通孔，在机壳底部有一个与外部的油箱相通的通孔。

所述输入轴流出孔和输入轴流入孔是分别位于输入轴上的同一圆周面上的多个孔。

本发明的有益效果是：1.由于发动机与车轮间没有直接的机械连接，可以使调节发动机在高效率点工作，当负载情况变化时，只需调整内气隙磁场的旋转速度和定子磁场所产生的电磁转矩即可，这样发动机大多数工况都能够以最高效率运行，与负载的变化关系不大。因而该混合动力调速传动系统燃料消耗少，排放少，效率高，绿色环保。2.本发明系统中，省去了一些机械传动装置，使用小变速箱甚至无变速箱，因而能量转换较少，传动环节少，传动效率高，而且零件少，结构简单，成本低。3.汽车减速时，内电机的电磁力可以解除，外电机可充分回馈制动能量，提高了能源利用率，节省了能源。4.汽车行驶速度和发动机转速相互独立；复合电机可以实现发动机至车轮的无级变速传动；通过定子对外转子堵转作用，可以保持发动机运转，而使内转子和汽车工作于驻车制动状态。因此，该混合动力调速传动系统还具有调速范围宽、调速平稳、控制灵活的优点。

附图说明

图1为本发明的单层磁钢复合电机结构简图截面图。

图2为本发明的单层磁钢复合电机结构简图的侧面图。

图3为本发明的单层磁钢的外转子结构简图局部图。

图4为本发明的双层磁钢复合电机结构简图截面图。

图5为本发明的双层磁钢复合电机结构简图侧面图。

图6为本发明的内外层磁钢串联磁路结构的外转子结构简图局部图。

图7为本发明的内外层磁钢独立磁路结构的外转子结构简图局部图。

图8为本发明的复合电机冷却结构简图。

图中：1.输入轴，2.机壳，3.定子绕组，4.定子铁心，5.外转子铁心，6.外转子永磁磁钢，7.内转子铁心，8.内转子电枢绕组，9.输出轴，10.滑环，11.逆变器，13.径向通路，14.轴向通路，15.输入轴流出孔，16.冷却通道，17.输入轴流入孔，18.流出通路，19.输出轴通孔，20.通孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的双转子混合动力复合永磁电机作进一步详细说明：

如图1、2、4、5所示，在本发明的双转子混合动力复合永磁电机中，内电机组件是由输入轴1、内转子电枢绕组8、内转子铁心7、外转子铁心5和外转子永磁磁钢6组成，内转子电枢绕组8通过滑环10和一个逆变器11相连，其中，内转子铁心7被固定在输入轴1上并与之一起旋转；外电机组件是由定子绕组3、定子铁心4、外转子铁心5和外转子永磁磁钢6组成，其中，定子铁心4被固定在机壳2上，外转子铁心5和外转子永磁磁钢6和输出轴9刚性相连，并与之一起旋转。外转子铁心5和外转子永磁磁钢6被内外电机所共用。

输入轴1与发动机曲轴相连。内转子固定于输入轴1上用来传递来自发动机的功率和能量；外转子内置有径向式磁路结构的永磁磁钢，并和输出轴9机械相连，而输出和与负载相连，来输出功率和能量。如上所述的复合电机结构可见，双转子混合动力复合永磁电机是集成了两个电机，其中，外转子与定子组成一组电机，外转子又与内转子组成一组电机。

本发明的磁路结构如图3、6、7所示，内置于外转子中的永磁磁钢产生永久磁场。根据永磁磁钢结构的不同，可以把外转子分为单层磁钢结构、内外层磁钢磁路串联的双层磁钢结构和内外层磁钢磁路独立的双层磁钢结构三种外转子结构，置于外转子内的永磁体磁能源所产生的磁场分别通过内外气隙同时铰链内转子和定子绕组产生的磁场，而外转子结构不同则磁路结构会有所不同。如图3所示，单层磁钢结构中的磁钢磁路直接通过内外两层气隙，其特点是外转子的轭部较小，结构简单；如图6所示，内外层磁钢磁路串联的双层磁钢外转子结构中，内外两层磁钢的极性是相反的，内外层磁钢磁路是串联在一起同时铰链内转子和定子绕组产生的磁场，其特点是可以增强气隙磁场，且外转子轭部可以做的很薄，但结构较为复杂；如图7所示，内外层磁钢磁路独立的双层磁钢外转子结构中，内外两层磁钢的极性是相同的，内外层磁钢磁路是分别相互独立的铰链内转子和定子绕组产生的磁场，其特点是气隙磁场独立，易于控制，但结构复杂，外转子轭部较大。

如图8所示，本发明的冷却系统结构是：在机壳2的前端盖上有通向输入轴1的径向通路13，在输入轴1中有与径向通路13相通的轴向通路14，在输入轴1和内转子铁心7前端的非磁性连接部分的对应位置形成与轴向通路14相通的输入轴流出孔15，在输入轴1和内转子铁心7后端的非磁性连接部分的对应位置的输入轴上形成输入轴流入孔17，输入轴流出孔15和输入轴流入孔17都与内转子铁心7和输入轴1之间形成的转子铁心冷却通道16相通，输入轴流入孔17与输入轴1后端的流出通路18相通，在输出轴9上形成四个通孔19，使从输入轴流出通路18流出的冷却液流出输出轴通孔19，在机壳12底部有一个与外部的油箱相通的通孔20。通孔20和外部的油箱相通。

所述输入轴流出孔15和输入轴流入孔17是分别位于输入轴上的同一圆周面上的多个孔，本实施例分别为4个孔。

冷却液的具体流动路线是：冷却液由外部油泵的推力作用下，从机壳2的左端盖上的径向通路13中进入输入轴1中的轴向通路14，然后沿着轴向通路14通过输入轴流出孔15进入转子铁心冷却通道16，冷却发热集中的转子部分后，再沿着输入轴流入孔17流入右边的输入轴1后端的流出通路18，然后经过输入轴和输出轴之间的空隙以及输出轴的斜侧面的四个通孔19后喷洒出来，喷洒出来的冷却液在外转子和定子及机壳端盖之间由于重力的作用，汇积于机壳底部，然后通过底部的通孔20流进油箱，油箱中的冷却液在外部油泵的作用下进入散热器，冷却液经散热器冷却后进入下一轮循环。同时为了减少外转子的阻力损耗，应控制汇积于机壳底部的冷却液的液面高度，使之不要高出外气隙而部分浸漫外转子。由于是采用了冷却效果较好的液冷方式，而且冷却路线经过了发热集中的内转子部分，所以该冷却方案能很好的解决该复合电机的冷却问题。

综上所述，双转子混合动力复合永磁电机有多处热源，尤其是内转子电枢绕组的发热，给冷却增加了不少难度。采用本发明的冷却方案，使冷却路线经过了发热集中散热较为困难的内转子部分。即，在本冷却方案中，冷却路线不但经过系统中的静止部件而且还要经过系统中的旋转部件，所以需要在旋转部件和静止部件连接部分采用液体喷洒的方式。由于是采用了冷却效果较好的液冷方式，而且冷却路线经过了发热集中的内转子部分，所以，该冷却方案能很好的解决该四象限复合电机系统的冷却问题。

Claims (8)

1、一种双转子混合动力复合永磁电机，其特征在于由内外两个径向式磁路结构的永磁电机组成，包括由输入轴(1)、内转子电枢绕组(8)、内转子铁心(7)、外转子铁心(5)和外转子永磁磁钢(6)组成的内电机组件；和由定子绕组(3)、定子铁心(4)、外转子铁心(5)和外转子永磁磁钢(6)组成的外电机组件；具体结构位置由里到外依次是输入轴(1)、内转子铁心(7)、含有外转子永磁磁钢(6)的外转子铁心(5)、定子铁心(4)、机壳(2)，内转子铁心(7)被固定在输入轴(1)上并与之一起旋转，定子铁心(4)被固定在机壳(2)上，外转子铁心(5)和外转子永磁磁钢(6)与输出轴(9)刚性相连，并与输出轴(9)一起旋转，其中外转子铁心(5)和外转子永磁磁钢(6)被内外电机所共用。

2、根据权利要求1所述的双转子混合动力复合永磁电机，其特征在于所述外转子永磁磁钢(6)内置于外转子铁心(5)中，形成单层磁钢外转子结构。

3、根据权利要求1所述的双转子混合动力复合永磁电机，其特征在于所述外转子永磁磁钢(6)位于外转子铁心(5)上下两侧，将外转子铁心(5)夹于内外层外转子永磁磁钢(6)中，形成双层磁钢外转子结构。

4、根据权利要求3所述的双转子混合动力复合永磁电机，其特征在于所述内外两层外转子磁钢(6)的极性是相反的，形成内外层磁钢磁路串联的双层磁钢外转子结构。

5、根据权利要求3所述的双转子混合动力复合永磁电机，其特征在于所述内外两层外转子磁钢(6)的极性是相同的，形成内外层磁钢磁路独立的双层磁钢外转子结构。

6、根据权利要求1所述的双转子混合动力复合永磁电机，其特征在于还包括使冷却液由机壳(2)和输入轴(1)流经内转子铁心(7)的冷却系统。

7、根据权利要求6所述的双转子混合动力复合永磁电机，其特征在于所述冷却系统的结构为：在机壳(2)的前端盖上有通向输入轴(1)的径向通路(13)，在输入轴(1)中有与径向通路(13)相通的轴向通路(14)，在输入轴(1)和内转子铁心(7)前端的非磁性连接部分的对应位置形成与轴向通路(14)相通的输入轴流出孔(15)，在输入轴(1)和内转子铁心(7)后端的非磁性连接部分的对应位置的输入轴上形成输入轴流入孔(17)，输入轴流出孔(15)和输入轴流入孔(17)都与内转子铁心(7)和输入轴(1)之间形成的转子铁心冷却通道(16)相通，输入轴流入孔(17)与输入轴(1)后端的流出通路(18)相通，在输出轴(9)上形成通孔(19)，使从输入轴流出通路(18)流出的冷却液流出输出轴通孔(19)，在机壳(12)底部有一个与外部的油箱相通的通孔(20)。

8、根据权利要求7所述的双转子混合动力复合永磁电机，其特征在于所述输入轴流出孔(15)和输入轴流入孔(17)是分别位于输入轴上的同一圆周面上的多个孔。

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