专利名称：径向磁场调制型无刷双转子电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及径向磁场调制型无刷双转子电机，属于电机领域。
背景技术：
双转子电机具有两个转速彼此独立的转子以及转轴，可实现双轴独立驱动，因此 在电动汽车、风力发电、鱼雷推进等场合具有广阔的应用前景。目前已有的双转子电机实现双轴驱动的普遍方法是将传统电机的转子仍作为一 个转子，并连接一个转轴，将传统电机的定子旋转起来作为另一个转子，并连接另一个转 轴。其中，一个转轴与原动机相连作为能量的输入端，另一个转轴与负载相连作为能量的输 出端，通过调节旋转的定子绕组中电流的频率，使输入轴和输出轴运行在不同转速下，从而 实现原动机与负载之间的能量流动。但这种电机中旋转的绕组需要通过电刷和滑环引入电 流，这样会导致运行效率下降、可靠性降低，以及经常需要对电刷等部件进行维护等问题。
发明内容
本发明目的是为了解决已有双转子电机中旋转的绕组需要通过电刷和滑环引入 电流，导致运行效率下降、可靠性降低，以及经常需要对电刷等部件进行维护的问题，提供 了一种径向磁场调制型无刷双转子电机。本发明径向磁场调制型无刷双转子电机包括壳体、定子、永磁转子、永磁转子输出 轴、调制环转子和调制环转子输出轴，定子固定在壳体的内侧壁上，永磁转子固定在永磁转子输出轴上，调制环转子位 于定子与永磁转子之间，永磁转子输出轴通过第一轴承与壳体转动连接，且永磁转子输出 轴通过第二轴承和第四轴承与调制环转子转动连接，调制环转子输出轴的一端固定在调制 环转子上，且调制环转子输出轴通过第三轴承与壳体转动连接；调制环转子和定子之间有 气隙Ll ；调制环转子与永磁转子之间有气隙L2，定子由定子铁心和m相定子绕组构成，定子绕组通有m相对称交流电流时，形成2p 极数的旋转磁场，m、ρ为正整数；永磁转子由永磁转子铁心和2η个永磁体单元构成，2η个永磁体单元沿圆周方向 均勻分布排列，2η个永磁体单元嵌入永磁转子铁心内部或固定在永磁转子铁心的外圆表面 上，相邻两块永磁体单元的充磁方向相反，永磁转子旋转时，形成2η极数的永磁转子表面 磁场，η为正整数；调制环转子由转子支架、q块导磁块和q块绝缘块构成，转子支架外圆表面沿圆周 方向交错设置导磁块和绝缘块；且满足P= |hn+kq|关系式成立，其中，h是正奇数，k是整数。本发明的优点本发明的电机具有两个转轴，这两个转轴的转速彼此独立且转速 可调，两个转轴输出的转矩具有一定的转矩比，这样可以使一个转轴实现高速小转矩运行， 另一个转轴实现低速大转矩运行。因此，本发明特别适合应用在电动汽车、风力发电、鱼雷
4推进等场合，而且在这些场合中应用，可以省去齿轮箱，从而使整个系统的体积减小、成本 降低、可靠性增加。 本发明属于无刷结构，定子的电枢绕组不需要旋转，克服了采用电刷滑环馈电结 构所导致的运行效率下降、可靠性降低以及经常需要对电刷等部件进行维护等问题。
图1是实施方式二的结构示意图
图2是图1的A-A剖视图3是实施方式三的结构示意图
图4是图3的B-B剖视图5是实施方式四的结构示意图
图6是图5的C-C剖视图7是实施方式五的结构示意图
图8是图7的D-D剖视图9是实施方式六的结构示意图
图10是图9的E-E剖视图11是本发明的原理图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式包括壳体4、 定子5、永磁转子7、永磁转子输出轴1、调制环转子6和调制环转子输出轴，定子5固定在壳体4的内侧壁上，永磁转子7固定在永磁转子输出轴1上，调制环 转子6位于定子5与永磁转子7之间，永磁转子输出轴1通过第一轴承2与壳体4转动连 接，且永磁转子输出轴1通过第二轴承3和第四轴承10与调制环转子6转动连接，调制环 转子输出轴的一端固定在调制环转子6上，且调制环转子输出轴通过第三轴承8与壳体4 转动连接；调制环转子6和定子5之间有气隙Ll ；调制环转子6与永磁转子7之间有气隙 L2,定子5由定子铁心5-2和m相定子绕组5_1构成，定子绕组5_1通有m相对称交 流电流时，形成2p极数的旋转磁场，m、ρ为正整数；定子铁心5-2为圆环形，其内圆表面沿轴向开有多个槽，所述多个槽的开口中心 线围绕永磁转子输出轴1均勻分布，定子绕组5-1分别嵌入所述槽内形成多相绕组。永磁转子7由永磁转子铁心7-2和2η个永磁体单元7_1构成，2η个永磁体单元 7-1沿圆周方向均勻分布排列，2η个永磁体单元7-1嵌入永磁转子铁心7-2内部或固定在 永磁转子铁心7-2的外圆表面上，相邻两块永磁体单元7-1的充磁方向相反，永磁转子7旋 转时，形成2η极数的永磁转子表面磁场，η为正整数；调制环转子6由转子支架6-3、q块导磁块6_1和q块绝缘块6_2构成，转子支架 6-3外圆表面沿圆周方向交错设置导磁块6-1和绝缘块6-2 ；导磁块6-1选用软磁复合材 料、硅钢片、实心铁或软磁铁氧体；且满足ρ = |hn+kq|关系式成立，其中，h是正奇数，k是整数。
为了说明本发明的工作原理，本实施方式以图1所示结构为例进行说明，为了便 于画出各部分的细节，将图1所示的永磁转子7和调制环转子6都做了缩小比例处理，具体 原理图参见图11。首先原动机通过永磁转子输出轴1以驱动转矩T驱动永磁转子7逆时针旋转，其 旋转速度为Q1 ；为了使永磁转子7所受力矩平衡，此时将定子5的定子绕组5-1中通入m相对称 交流电流，在外层气隙Ll中产生2p极数的定子旋转磁场，所述定子旋转磁场的旋转速度为 Ω2;所述定子旋转磁场通过调制环转子6的调制作用，在内层气隙L2中产生与永磁转 子7相同极数的旋转磁场，通过磁场的相互作用，产生的内调制转矩T1作用在永磁转子7 上，且转矩T1的方向为顺时针方向；由力矩平衡原理可知，T1 = -Τ，二者大小相等，方向相反；又根据作用力与反作用力的原理，可知在内层气隙L2中存在与内调制转矩T1大 小相等且方向相反的力矩T'工同时作用在调制环转子6上，T'工的方向为逆时针方向；同时，内层以速度Q1旋转的永磁转子7产生的永磁转子旋转磁场通过调制环转 子6的调制作用，在外层气隙Ll中产生2p极数的旋转磁场，与定子旋转磁场相互作用，可 产生外调制转矩T2,并作用在定子5上，且外调制转矩T2方向为顺时针方向；根据作用力与反作用力的原理，可知在外层气隙Ll中存在与外调制转矩T2大小 相等且方向相反的力矩T' 2同时作用在调制环转子6上，且方向为逆时针方向；因此，调制环转子6的输出转矩T3满足条件T3 = T' !+T' 2 =-(TJT2),调制环 转子6的旋转速度为Ω3，且方向为逆时针方向，调制环转子输出轴以转矩T3驱动负载。由此可以看出，调制环转子6的输出转矩T3是内调制转矩T1与外调制转矩T2的 合成转矩，而永磁转子7的输出转矩是内调制转矩1\。因此，调制环转子6的输出转矩T3将 大于永磁转子7的输出转矩T1,并且二者具有一定的变比。 本发明的双转子结构电机可以通过调节通入定子绕组5-1的电流的频率f来调节 转速，定子旋转磁场的旋转速度Ω 2、调制环转子6的旋转速度Ω 3和永磁转子7的旋转速 度Q1满足关系式
^ hn _ kq _ Ω2 = κηΩι + Μ^Ω3⑴下面具体分析几种特殊情况及其产生的原理1、在调制环转子6静止不动的情况下，S卩Ω3 = 0，代入公式(1)，则存在以下关系 式成立
hnΩ2=_Ω (2)其产生的原理为在调制环转子6静止不动的情况下，此时定子绕组5-1通m相对称交流电流产生 定子旋转磁场，而永磁转子7在原动机的驱动下也在空间中产生了旋转速度为Q1的转子 旋转磁场，这种工作模式可以等效看成磁性齿轮的工作模式。根据磁性齿轮的工作原理，及定子旋转磁场的极对数P、永磁转子7的旋转磁场极对数η和调制环转子6中导磁块数q满 足的关系式P = |hn+kq|，可知当调制环转子6静止不动时，则定子旋转磁场的旋转速度 Ω2和内层的永磁转子7的旋转速度Ω工满足关系式(2)，由此可知定子旋转磁场的旋转速 度Ω 2与永磁转子7的旋转速度Q1具有一定的变比关系，调节二者中任何一方的转速都会 使另一方的转速发生变化。2、通入定子绕组5-1的电流的频率f = 0，则定子绕组5-1通入直流电流时，产生 恒定磁场，不旋转，Ω2 = 0，代入公式(1)，则存在以下关系式成立
权利要求
径向磁场调制型无刷双转子电机，它包括壳体(4)、定子(5)、永磁转子(7)和永磁转子输出轴(1)，其特征在于，它还包括调制环转子(6)和调制环转子输出轴(9)，定子(5)固定在壳体(4)的内侧壁上，永磁转子(7)固定在永磁转子输出轴(1)上，调制环转子(6)位于定子(5)与永磁转子(7)之间，永磁转子输出轴(1)通过第一轴承(2)与壳体(4)转动连接，且永磁转子输出轴(1)通过第二轴承(3)和第四轴承(10)与调制环转子(6)转动连接，调制环转子输出轴(9)的一端固定在调制环转子(6)上，且调制环转子输出轴(9)通过第三轴承(8)与壳体(4)转动连接；调制环转子(6)和定子(5)之间有气隙L1；调制环转子(6)与永磁转子(7)之间有气隙L2，定子(5)由定子铁心(5 2)和m相定子绕组(5 1)构成，定子绕组(5 1)通有m相对称交流电流时，形成2p极数的旋转磁场，m、p为正整数；永磁转子(7)由永磁转子铁心(7 2)和2n个永磁体单元(7 1)构成，2n个永磁体单元(7 1)沿圆周方向均匀分布排列，2n个永磁体单元(7 1)嵌入永磁转子铁心(7 2)内部或固定在永磁转子铁心(7 2)的外圆表面上，相邻两块永磁体单元(7 1)的充磁方向相反，永磁转子(7)旋转时，形成2n极数的永磁转子表面磁场，n为正整数；调制环转子(6)由转子支架(6 3)、q块导磁块(6 1)和q块绝缘块(6 2)构成，转子支架(6 3)外圆表面沿圆周方向交错设置导磁块(6 1)和绝缘块(6 2)；且满足p＝|hn+kq|关系式成立，其中，h是正奇数，k是整数。
2.根据权利要求1所述的径向磁场调制型无刷双转子电机，其特征在于，定子铁心 (5-2)为圆环形，其内圆表面沿轴向开有多个槽，所述多个槽的开口中心线围绕永磁转子输 出轴(1)均勻分布，定子绕组(5-1)分别嵌入所述槽内形成m相绕组。
3.根据权利要求1所述的径向磁场调制型无刷双转子电机，其特征在于，永磁体单元 (7-1)设置在永磁转子铁心(7-2)的外圆表面上，永磁体单元(7-1)沿径向充磁或沿径向平 行充磁。
4.根据权利要求1所述的径向磁场调制型无刷双转子电机，其特征在于，永磁体单元 (7-1)嵌入设置在永磁转子铁心(7-2)的外圆表面内，永磁体单元(7-1)沿径向充磁或沿径 向平行充磁。
5.根据权利要求1所述的径向磁场调制型无刷双转子电机，其特征在于，永磁体单元 (7-1)的横截面为矩形，2η个永磁体单元(7-1)以永磁转子输出轴(1)为中心在永磁转子 铁心(7-2)的内部放射状分布，永磁体单元(7-1)的充磁方向为沿切向平行充磁。
6.根据权利要求1所述的径向磁场调制型无刷双转子电机，其特征在于，永磁体单元 (7-1)的横截面为矩形，2η个永磁体单元(7-1)在永磁转子铁心(7-2)的内部以永磁转子 输出轴(1)为中心均布，每相邻两个永磁体单元(7-1)的夹角为360° /2η，永磁体单元 (7-1)的充磁方向为沿径向平行充磁。
7.根据权利要求1所述的径向磁场调制型无刷双转子电机，其特征在于，每个永磁体 单元(7-1)由两块横截面为矩形的永磁体构成V字形结构，两块永磁体的充磁方向为分别 垂直于V字形的两条边，且同时指向V字形的开口方向或同时背离V字形的开口方向，2η个 V字形的永磁体单元(7-1)以永磁转子输出轴(1)为中心均布在永磁转子铁心(7-2)的内 部，V字形的开口沿径向朝外开口。
8.根据权利要求1所述的径向磁场调制型无刷双转子电机，其特征在于，导磁块(6-1)选用软磁复合材料、硅钢片、实心铁或软磁铁氧体。
全文摘要
径向磁场调制型无刷双转子电机，属于电机领域，本发明为解决已有双转子电机中旋转的绕组需要通过电刷和滑环引入电流，导致运行效率下降、可靠性降低，以及经常需要对电刷等部件进行维护的问题。本发明电机的定子固定在壳体的内侧壁上，永磁转子固定在永磁转子输出轴上，调制环转子在定子与永磁转子之间，永磁转子输出轴与壳体和调制环转子转动连接，调制环转子输出轴的一端固定在调制环转子上，且与壳体转动连接；定子通电形成2p极磁场；永磁转子的2n个永磁体单元沿圆周方向均匀分布排列在永磁转子铁心外圆表面，永磁转子旋转形成2n极磁场；调制环转子的转子支架外圆表面沿圆周方向交错设置q块导磁块和q块绝缘块；且p＝|hn+kq|。
文档编号H02K1/16GK101951090SQ20101027416
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者佟诚德, 吴芊, 柯文静, 白金刚, 郑萍, 隋义 申请人:哈尔滨工业大学