CN214380578U - 一种组合电机与一种轮边驱动系统 - Google Patents

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范慧敏
宋明建
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Abstract

本实用新型公开了一种组合电机，包括电机壳体、电机转轴以及与电机转轴同轴布置的锥形电机和径向磁通电机，锥形电机包括第一定子和第一转子，径向磁通电机包括第二定子和第二转子，第一定子布置于第二定子的径向内圈或径向外圈，且第一定子和第二定子均相对电机壳体位置固定，第一转子和第二转子均相对电机转轴位置固定。本方案可以大大提高电机功率密度，径向磁通电机具有较强的转矩输出能力，配合锥形电机可有效拓宽高效区。本方案可通过锥形电机产生的轴向力有效抵消电机转轴的轴向力，从而有效减小电机轴承承受的轴向载荷，进而可以降低轴承选型难度。本实用新型还公开了一种轮边驱动系统，其包括上述的组合电机。

Description

一种组合电机与一种轮边驱动系统
技术领域
本实用新型涉及电机技术领域，尤其涉及一种组合电机与一种轮边驱动系统。
背景技术
在当前环境压力大、石油资源紧张的前提下，高效率节能车辆是大势所趋。采用轮边电机驱动的纯电动车辆具有零排放、结构简单、噪声低、能源利用率高的优点，并可利用夜间充电，能够平衡电网峰谷，具有较大的应用优势。
现有的轮边驱动系统多采用轴向并联电机的形式，对于不同档位，选择各单电机或多电机并联工作模式，以实现不同工作点高效输出。这种轴向并联电机的形式，会导致电机轴向尺寸较长、转轴较长，电机转速较高时，转轴加工难度较大。且较长的轴向尺寸还不便于整车布局，布局灵活性较差。
轮边驱动系统要求高功率密度和宽高效区，为进一步提高系统功率密度，一般将电机配合减速箱使用，电机端通过斜齿轮与减速箱连接输出转矩，而斜齿轮结构会给电机轴带来轴向力，同时，电机工作转速较高，造成轴承选型难度大，现有技术需要定制开发高规格轴承，导致成本增加。
因此，如何提高电机功率密度并解决电机的轴向载荷问题，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的之一是提供一种组合电机，用于提高电机功率密度，拓展电机高效区间，同时解决电机轴向载荷问题。本实用新型的另一个目的在于提供一种包括上述组合电机的轮边驱动系统。
为了达到上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：
一种组合电机，包括电机壳体、电机转轴以及与所述电机转轴同轴布置的锥形电机和径向磁通电机，所述锥形电机包括第一定子和第一转子，所述径向磁通电机包括第二定子和第二转子，所述第一定子布置于所述第二定子的径向内圈或径向外圈，且所述第一定子和所述第二定子均相对所述电机壳体位置固定，所述第一转子和所述第二转子均相对所述电机转轴位置固定。
优选地，所述径向磁通电机为径向磁通外转子电机，所述第一定子布置于所述第二定子的径向内圈，所述第二转子通过转子支架固连于所述电机转轴。
优选地，所述转子支架包括固连于所述电机转轴上的支撑件以及用于固定所述第二转子的磁钢固定圈。
优选地，所述电机壳体内侧固设有定子支架，所述第一定子和所述第二定子均固定于所述定子支架。
优选地，所述定子支架为筒状结构，所述定子支架的一端固定于所述电机壳体的内壁。
优选地，所述电机壳体包括相互可拆卸连接的左端盖和右端盖，所述左端盖和所述右端盖形成用于容纳所述锥形电机和所述径向磁通电机的腔体。
优选地，所述电机转轴通过轴承转动连接于所述电机壳体。
优选地，所述电机转轴的端部固连有斜齿轮。
本实用新型提供的组合电机，包括电机壳体、电机转轴以及与所述电机转轴同轴布置的锥形电机和径向磁通电机，所述锥形电机包括第一定子和第一转子，所述径向磁通电机包括第二定子和第二转子，所述第一定子布置于所述第二定子的径向内圈或径向外圈，且所述第一定子和所述第二定子均相对所述电机壳体位置固定，所述第一转子和所述第二转子均相对所述电机转轴位置固定。当两个电机的电枢分别通入交流电时，第二转子永磁体产生的磁场与第二定子的电枢产生的旋转磁场交链，带动第二转子同步旋转，第一转子永磁体产生的磁场与第一定子的电枢产生的旋转磁场交链，带动第一转子旋转，随着锥形电机通入电流的增大，产生的轴向力逐渐增大。本实用新型提供的组合电机可以大大提高电机功率密度，其中，径向磁通电机具有较强的转矩输出能力，配合锥形电机可有效拓宽高效区。本方案可通过锥形电机产生的轴向力有效抵消电机转轴的轴向力，从而有效减小电机轴承承受的轴向载荷，进而可以降低轴承选型难度。
本实用新型还提供了一种轮边驱动系统，包括上述组合电机。该轮边驱动系统产生的有益效果的推导过程与上述组合电机带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型具体实施例中的组合电机的内部结构示意图；
图2为本实用新型具体实施例中的锥形电机的轴向受力平衡图。
图1至图2中的各项附图标记的含义如下：
1-斜齿轮转轴、2-电机转轴、3-第一转子、4-第一定子、5-定子支架、6- 左端盖、7-第二转子、8-第二定子、9-右端盖、10-转子支架、11-轴承。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参照图1和图2，图1为本实用新型具体实施例中的组合电机的内部结构示意图；图2为本实用新型具体实施例中的锥形电机的轴向受力平衡图。
本实用新型提供了一种组合电机，包括电机壳体、电机转轴2以及与电机转轴2同轴布置的锥形电机和径向磁通电机，锥形电机包括第一定子4和第一转子3，径向磁通电机包括第二定子8和第二转子7，第一定子4布置于第二定子8的径向内圈或径向外圈，且第一定子4和第二定子8均相对电机壳体位置固定，第一转子3和第二转子7均相对电机转轴2位置固定。其中，组合电机是指两台或多台电机集成于同一台电机的结构。锥形电机是指电机定子内缘和转子外缘均为锥形。径向磁通电机是指主磁通沿径向分布的电机。
如图1所示，本方案将组合电机设计成为图1所示的短粗型结构，可降低电机转轴2的设计难度，提高整车布局的灵活性。
本实用新型的工作原理如下：
当两个电机的电枢分别通入交流电时，第二转子7永磁体产生的磁场与第二定子8的电枢产生的旋转磁场交链，带动第二转子7同步旋转，第一转子3永磁体产生的磁场与第一定子4的电枢产生的旋转磁场交链，带动第一转子3旋转，随着锥形电机通入电流的增大，产生的轴向力逐渐增大。本实用新型提供的组合电机可以大大提高电机功率密度，其中，径向磁通电机具有较强的转矩输出能力，配合锥形电机可有效拓宽高效区。本方案可通过锥形电机产生的轴向力有效抵消电机转轴2承受的轴向载荷，从而有效减小电机轴承承受的轴向载荷，进而可以降低轴承选型难度。
复合结构电机满载工作时，产生的电磁转矩为：
Te＝Te1+Te2 (1)
式(1)中，Te1，Te2分别为径向磁通电机及锥形电机产生的电磁转矩。
复合结构电机满载工作时，电机机械运动方程可表示为：
Figure BDA0002857164700000041
式(2)中，Tm—复合结构电机满载转矩；
Te—复合结构电机电磁转矩；
J—转子组件的转动惯量；
ω—转子机械角速度；
由上式推导可得，电机转矩可实现单台或多台电机组合输出，转矩输出模式更加灵活。
请参照图2，锥形电机受力分布情况如下，FS为电机转轴2端部的斜齿轮带来的轴向载荷，当电机转轴2的传递扭矩增大时FS也随之增大；F1、F2分别为第一定子4和第一转子3受到的电磁力，当绕组中输入电流增大时，锥形电机气隙中铰链磁场增大，第一转子3所受电磁力F2增大，因此，F2的径向分量F12以及轴向分量FZ2增大，相应的，F1的径向分量F11以及轴向分量FZ1增大。其中，第一转子3受到的轴向分量FZ2与轴向载荷FS平衡，第一定子4受到的轴向分量FZ1和电机壳体提供的轴向支撑力FZ平衡。通过合理选择锥形电机锥形角度及输入电流，可调节电机输出的轴向力，同时合理改变输入电流，锥形电机可实现与斜齿轮输入轴向力的随动，有效抵消电机转轴2所受的轴向力，可有效减小电机轴承承受轴向载荷。
本实用新型提供的组合电机有两种工作模式：
a)径向磁通电机+锥形电机输出转矩，高效工况：
此工作模式应用在低速大扭矩工况，为径向磁通电机与锥形电机一起工作，电磁转矩方向一致，输出值为Te1+Te2，满载输出机械转矩为两台电机之和，此种配合方式相对单电机而言，可有效减小输出大扭矩时所需电流，降低控制器的设计难度，因此，此系统可选用小规格IGBT。此时电机输出扭矩较大，电机转轴所受轴向力较大，锥形电机的轴向力分量可有效抵消轴向载荷，以减轻轴承轴向载荷。
b)径向磁通电机高效工况+锥形电机辅助工况：
此工作点电机工作在高转速小扭矩工况，径向磁通电机高效工作，此时转轴传递转矩较小，锥形电机输出小的轴向载荷，以抵消斜齿轮带来的轴向力。
优选地，如图1所示，径向磁通电机为径向磁通外转子电机，第一定子 4布置于第二定子8的径向内圈，第二转子7通过转子支架10固连于电机转轴2。
优选地，转子支架10包括固连于电机转轴2上的支撑件以及用于固定第二转子7的磁钢固定圈。
优选地，电机壳体内侧固设有定子支架5，第一定子4和第二定子8均固定于定子支架5。当然，本方案还可以将第一定子4和第二定子8直接固定于电机壳体的侧壁上，本文不再赘述。
需要说明的是，上述定子支架5可以设计为多种结构形式，例如杆状结构、筒状结构或板状结构等。优选地，如图1所示，本方案中的定子支架5 为筒状结构，定子支架5的一端固定于电机壳体的内壁。
优选地，电机壳体包括相互可拆卸连接的左端盖6和右端盖9，左端盖6 和右端盖9形成用于容纳锥形电机和径向磁通电机的腔体。左端盖6和右端盖9可以通过螺栓等连接件组装固定。
优选地，电机转轴2通过轴承11转动连接于电机壳体。
优选地，电机转轴2的端部固连有斜齿轮，如图1所示，电机转轴2的输出端为斜齿轮转轴1，用于设置斜齿轮。
本实用新型具有以下有益效果：
1)、本实用新型可通过两台控制器协同控制两个电机，实现电机转矩输出，可降低峰值转矩输出时的电流，降低控制器的设计难度，可选用小规格 IGBT，降低成本；
2)、本实用新型电机为两台电机复合结构，可在多个工作点稳定、可靠、高效工作；
3)、本实用新型充分利用径向磁通电机结构，可有效提高电机转矩密度，拓宽电机高效区域，增大转矩输出能力；
4)、本实用新型充分利用锥形电机持续输出轴向力的特性，可随动灵活解决转轴所受轴向载荷问题；
5)、本实用新型的两台电机可单独工作，电机具备快速启停能力。
本实用新型还提供了一种轮边驱动系统，包括如上实施例所述的组合电机。该轮边驱动系统产生的有益效果的推导过程与上述组合电机带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种组合电机，其特征在于，包括电机壳体、电机转轴以及与所述电机转轴同轴布置的锥形电机和径向磁通电机，所述锥形电机包括第一定子和第一转子，所述径向磁通电机包括第二定子和第二转子，所述第一定子布置于所述第二定子的径向内圈或径向外圈，且所述第一定子和所述第二定子均相对所述电机壳体位置固定，所述第一转子和所述第二转子均相对所述电机转轴位置固定。
2.根据权利要求1所述的组合电机，其特征在于，所述径向磁通电机为径向磁通外转子电机，所述第一定子布置于所述第二定子的径向内圈，所述第二转子通过转子支架固连于所述电机转轴。
3.根据权利要求2所述的组合电机，其特征在于，所述转子支架包括固连于所述电机转轴上的支撑件以及用于固定所述第二转子的磁钢固定圈。
4.根据权利要求1所述的组合电机，其特征在于，所述电机壳体内侧固设有定子支架，所述第一定子和所述第二定子均固定于所述定子支架。
5.根据权利要求4所述的组合电机，其特征在于，所述定子支架为筒状结构，所述定子支架的一端固定于所述电机壳体的内壁。
6.根据权利要求1所述的组合电机，其特征在于，所述电机壳体包括相互可拆卸连接的左端盖和右端盖，所述左端盖和所述右端盖形成用于容纳所述锥形电机和所述径向磁通电机的腔体。
7.根据权利要求1所述的组合电机，其特征在于，所述电机转轴通过轴承转动连接于所述电机壳体。
8.根据权利要求1所述的组合电机，其特征在于，所述电机转轴的端部固连有斜齿轮。
9.一种轮边驱动系统，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的组合电机。
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