CN218183216U - 一种双定子电机及车辆 - Google Patents

Abstract

一种双定子电机及车辆，涉及电机技术领域，包括内定子、外定子和转子，所述外定子同轴设置在所述内定子的外侧，所述转子设置在所述内定子和所述外定子之间；所述内定子包括内定子铁芯和多个采用三角形连接的内定子绕组，多个所述内定子绕组周向且均匀间隔分布在所述内定子铁芯中；所述外定子包括设置在所述内定子外侧的外定子铁芯和多个采用星形连接的外定子绕组，多个所述外定子绕组周向且均匀间隔分布在所述外定子铁芯中。本实用新型其能够根据整车的不同工况，使电机的性能表现更符合整车的实际使用工况，具有更高的工作效率。

Description

一种双定子电机及车辆

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种双定子电机及车辆。

背景技术

随着全球能源越来越短缺，碳中和的需求越来越迫切，电动车必然代替传动内燃机车已成不争的事实。而电动车的核心部件之一是电动机，如何提高电动机的功率密度和工作效率，与电动机本体设计个控制策略密切相关。

经发明人研究发现，目前应用于新能源驱动的电机大多数为单定子电机，其中以外定子内转子的结构居多，这种电机的转子铁芯靠近外圆属于主磁路的一部分参与电机做功外，其余部分一般设计为减重孔来降低电机的整体重量，在现有电机磁场仿真中的磁场分布图中，可以看出转子上主磁路的磁力线多集中在永磁体附近，减重孔及靠近内圆附近很少有磁力线经过，所以一定程度上造成了材料的浪费，与此同时，单定子电机的连接方式一般为星型或者三角形连接，单一的连接方式并不适合车辆的整个行驶过程，电机工作效率不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种双定子电机及车辆，其能够根据整车的不同工况，使电机的性能表现更符合整车的实际使用工况，具有更高的工作效率。

本实用新型的实施例是这样实现的：

第一方面，提供一种双定子电机，包括内定子、外定子和转子，所述外定子同轴设置在所述内定子的外侧，所述转子设置在所述内定子和所述外定子之间；

所述内定子包括内定子铁芯和多个采用三角形连接的内定子绕组，多个所述内定子绕组周向且均匀间隔分布在所述内定子铁芯中；

所述外定子包括设置在所述内定子外侧的外定子铁芯和多个采用星形连接的外定子绕组，多个所述外定子绕组周向且均匀间隔分布在所述外定子铁芯中。

在可选的实施方式中，所述转子包括转子环和多个永磁体，所述转子环设置在所述内定子和所述外定子之间，多个所述永磁体周向且均匀间隔的固定在所述转子环中。

在可选的实施方式中，所述永磁体垂直径向方向上的相对的两侧设置有用于减小漏磁的空气槽。

在可选的实施方式中，所述空气槽贯穿所述转子环沿自身长度方向上的前后两端。

在可选的实施方式中，所述内定子铁芯内侧的周向上具有多个沿自身长度方向贯穿设置的内定子槽，所述内定子绕组设置在所述内定子槽中。

在可选的实施方式中，所述内定子槽在径向上外窄内宽。

在可选的实施方式中，所述外定子铁芯内侧的周向上具有多个沿自身长度方向贯穿的外定子槽，所述外定子绕组设置在所述外定子槽中。

在可选的实施方式中，所述外定子槽在径向上外宽内窄。

第二方面，提供一种车辆，包括控制系统和所述的一种双定子电机；所述控制系统电连接双定子电机，所述控制系统用于控制双定子电机在低速时所述外定子绕组作为电动机，所述内定子绕组作为发电机，在高速时所述内定子绕组作为电动机，所述外定子绕组作为发电机，在爬坡时所述内定子绕组和所述外定子绕组共同作为电动机驱动车辆。

在可选的实施方式中，所述控制系统包括电机控制驱动电路、逆变器、电流采集器、速度传感器、整流器和电池；所述电机控制驱动电路、逆变器、双定子电机、整流器和电池依次首尾电连接，形成控制闭路；

所述电流采集器和所述速度传感器电连接在所述电机控制驱动电路和双定子电机之间用于将双定子电机的实时转速和电流信号反馈到所述电机控制驱动电路中。

本实用新型实施例的有益效果是：

本实用新型提出一种用于新能源驱动的双定子电机，双定子电机的外定子绕组采用星型连接，内定子绕组采用三角型连接，与传统单定子电机相比，在同样的体积下，提高了电机的输出功率，从而使电机的性能表现更符合整车的实际使用工况，具有更高的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的新能源驱动的双定子电机结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的新能源驱动的内定子铁芯示意图；

图3为本实用新型实施例提供的新能源驱动的外定子铁芯示意图；

图4为本实用新型实施例提供的电机的控制策略图；

图5为本实用新型实施例提供的电机的控制系统框图。

图标:

100-内定子；110-内定子铁芯；111-内定子槽；120-内定子绕组；200- 外定子；210-外定子铁芯；211-外定子槽；220-外定子绕组；300-转子； 310-转子环；320-永磁体；330-空气槽；11-电机控制驱动电路；12-逆变器；13-电流采集器；14-速度传感器；15-整流器；16-电池。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来设置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实施例提供的一种车辆包括新能源汽车，油电混动汽车以及电动小车，他们的电机电枢绕组的连接方式一般为星型或三角型接法。对于新能源驱动电机来说，在相同的输入条件下，星型接法在低速区具有更高的峰值转矩，而三角型接法在高速区具有更高的输出功率。星型连接与三角型连接相比，星型连接转折转速低，在转折转速前的峰值扭矩较高，功率上升较快，在转折转速后转矩-转速曲线斜率高，转矩下降较快，功率趋于平稳，峰值功率较低；三角型连接转折转速高，在转折转速前的峰值扭矩较低，功率上升较慢，在转折转速后转矩-转速曲线斜率低，转矩下降较慢，功率继续上升，峰值功率较高。由此可见，星型连接在低速区性能优势明显，三角型连接在高速区性能优势明显。但目前新能源驱动电机中电枢绕组的连接方法为单一的星型接法或三角型接法，其中以星型接法居多。为了解决上述问题，本实施例提供了一种车辆包括一种双定子电机。

如图1所示，一种双定子电机，包括内定子100、外定子200和转子 300，外定子200同轴设置在内定子100的外侧，转子300设置在内定子 100和外定子200之间；其中内定子100包括内定子铁芯110和多个采用三角形连接的内定子绕组120，多个内定子绕组120周向且均匀间隔分布在内定子铁芯110中，外定子200包括设置在内定子100外侧的外定子铁芯210和多个采用星形连接的外定子绕组220，多个外定子绕组220周向且均匀间隔分布在外定子铁芯210中。

转子300包括转子环310和多个永磁体320，转子环310设置在内定子100和外定子200之间，多个永磁体320周向且均匀间隔的固定在转子环310中。可以理解的是，转子环310采用内置式永磁体320结构，有利于提高电机的弱磁能力和动态性能，具体的，在永磁体320垂直径向方向上的两侧设置有用于减小漏磁的空气槽330，空气槽330贯穿转子环310 自身长度方向上的前后两端，具体的，空气槽330的大小可以进行适应性的调整，以达到最佳的减小漏磁效果。

值得注意的是，外电机由外定子200和转子300组成，内电机由内定子100和转子300组成。

具体的，如图2和图3所述，内定子铁芯110上具有多个沿自身长度方向贯穿的内定子槽111，而内定子绕组120设置在所述内定子槽111 中，外定子铁芯210上具有多个沿自身长度方向贯穿的外定子槽211，而外定子绕组220设置在外定子槽211中。可选的，内定子槽111和外定子槽211可以根据实际的车况进行大小的调整来适应不同大小的内定子绕组120和外定子绕组220。

可选的，本实施例为了方便制作以及在现有模具的情况下，内定子槽 111设置为外窄内宽的形式，而外定子槽211设置为外宽内窄的形式。

如图2所示，电机的控制策略图，根据整车的工况将电机分为工作状态，首先是车辆低速行驶时，电机转速相应较低，此时低速高转矩和星型连接的外定子绕组220更适合此种工况，电机的输出转矩和效率更高，当转子转动后，不工作的内电机中的内定子绕组120也会产生感应电动势，为使这部分能量不浪费，可将其作为发电机，反向给电池充电；其次是车辆高速行驶时，电机转速相应较高，此时高速低转矩和三角型连接的内定子绕组120绕组更适合此种工况，电机的输出功率和效率更高，当然不工作的外电机的外定子绕组220也会产生感应电动势，从而作发电机使用给电池充电；最后是车辆爬坡等需要电机输出高转矩或大功率工况的情况，单独的外电机或内电机输出的转矩或功率已经不能满足车辆的需求，需要外电机和内电机同时作为电动机串联运行。

如图3所示，本实施例还提供了一种车辆，包括控制系统和上述的一种双定子电机；控制系统电连接双定子电机，控制系统用于控制双定子电机在低速时外定子绕组220作为电动机驱动车辆，内定子绕组120作为发电机向电池16补电，在高速时内定子绕组120作为电动机驱动车辆，外定子绕组220作为发电机向电池16补电，在爬坡时内定子绕组120和外定子绕组220共同作为电动机驱动车辆。

具体的，控制系统包括电机控制驱动电路11、逆变器12、电流采集器13、速度传感器14、整流器15和电池16；电机控制驱动电路11、逆变器12、双定子电机、整流器15和电池16依次首尾电连接，形成控制闭路；电流采集器13和速度传感器14电连接在电机控制驱动电路和双定子电机之间用于将双定子电机的实时转速和电流信号反馈到电机控制驱动电路中。

可以理解的是，电池16提供能量，电机控制驱动电路通过逆变器12 来控制电机的工作状态，电机分别通过速度传感器14和电流采集器13将电机的实时转速和电流信号反馈到电机控制驱动电路中，而电机作为发电机部分产生的能量通过整流器反向给电机补电。

综上所述，本实施例中的发明点在于，将传统单电机转子中不参与做功的部分改为内定子100，与传统单定子电机相比，在同样的体积下，提高了电机的最大输出功率和转矩。双定子电机的外定子绕组220采用星型连接，内定子绕组120采用三角型连接，根据整车的不同工况，电机分别运行在外电机作电动机/内电机作发电机、内电机作电动机/外电机作电动机、内/外电机作电动机，从而使电机的性能表现更符合整车的实际使用工况，具有更高的工作效率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双定子电机，其特征在于，包括内定子、外定子和转子，所述外定子同轴设置在所述内定子的外侧，所述转子设置在所述内定子和所述外定子之间；

所述内定子包括内定子铁芯和多个采用三角形连接的内定子绕组，多个所述内定子绕组周向且均匀间隔分布在所述内定子铁芯中；

所述外定子包括设置在所述内定子外侧的外定子铁芯和多个采用星形连接的外定子绕组，多个所述外定子绕组周向且均匀间隔分布在所述外定子铁芯中。

2.根据权利要求1所述的一种双定子电机，其特征在于，所述转子包括转子环和多个永磁体，所述转子环设置在所述内定子和所述外定子之间，多个所述永磁体周向且均匀间隔的固定在所述转子环中。

3.根据权利要求2所述的一种双定子电机，其特征在于，所述永磁体垂直径向方向上的相对的两侧设置有用于减小漏磁的空气槽。

4.根据权利要求3所述的一种双定子电机，其特征在于，所述空气槽贯穿所述转子环沿自身长度方向上的前后两端。

5.根据权利要求1所述的一种双定子电机，其特征在于，所述内定子铁芯内侧的周向上具有多个沿自身长度方向贯穿设置的内定子槽，所述内定子绕组设置在所述内定子槽中。

6.根据权利要求5所述的一种双定子电机，其特征在于，所述内定子槽在径向上外窄内宽。

7.根据权利要求1所述的一种双定子电机，其特征在于，所述外定子铁芯内侧的周向上具有多个沿自身长度方向贯穿的外定子槽，所述外定子绕组设置在所述外定子槽中。

8.根据权利要求7所述的一种双定子电机，其特征在于，所述外定子槽在径向上外宽内窄。

9.一种车辆，其特征在于，包括控制系统和权利要求1-8任一项所述的一种双定子电机；所述控制系统电连接双定子电机，所述控制系统用于控制双定子电机在低速时所述外定子绕组作为电动机，所述内定子绕组作为发电机，在高速时所述内定子绕组作为电动机，所述外定子绕组作为发电机，在爬坡时所述内定子绕组和所述外定子绕组共同作为电动机驱动车辆。

10.根据权利要求9所述的一种车辆，其特征在于，所述控制系统包括电机控制驱动电路、逆变器、电流采集器、速度传感器、整流器和电池；所述电机控制驱动电路、逆变器、双定子电机、整流器和电池依次首尾电连接，形成控制闭路；

所述电流采集器和所述速度传感器电连接在所述电机控制驱动电路和双定子电机之间用于将双定子电机的实时转速和电流信号反馈到所述电机控制驱动电路中。

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