CN103023242A - 控制器旋转的无定子无刷双转子内圈永磁体同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制器旋转的无定子无刷双转子内圈永磁体同步电机，外转轴的第一端设置在机壳的第一腔室内，外转轴的第一端端部伸出第一腔室的端壁外，其上靠近端壁处设有感应器结构；外转轴的第二端设置在机壳的第二腔室内，其上设有外转子铁芯以及嵌入外转子铁芯的外转子绕组，外转轴的第二端上靠近第一腔室处设有整流器，整流器与外转子铁芯之间设有逆变器，外转轴的第二端端部设有端盖；内转轴的一端端部伸出第二腔室的端壁外，其余在外转轴的第二端内，第二腔室内内转轴上设有内转轴铁芯以及沿圆周方向交错设置在内转轴铁芯外侧壁上的永磁体。本发明结构简单，突破了现有电机只有一个旋转轴的限制，省去了定子部分，可应用于多种场合。

Description

控制器旋转的无定子无刷双转子内圈永磁体同步电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体是一种控制器旋转的无定子无刷双转子内圈永磁体同步电机。

背景技术

双转子电机具有两个转速彼此独立的转子及转轴，可实现双轴独立驱动，因此在多种场合具有广阔的应用前景，例如混合动力汽车的电驱动***、汽车和风力发电机的电无级变速器以及现代机床数控转台等。

目前国内外已经公发的双转子永磁电机是由外转子永磁电机和一台内转子永磁电机套在一起并共用一个定子的新型电机。但因其可以看成两个独立的普通电机，所以必须要有两个控制器，使得控制机构比较复杂，并且对于电机本体，因为结构上还存在定子部分，因此体积较大。同时其逆变器在电机外固定，逆变器输出端与电机输入端的连接基本都采用三电刷的连接方式，电刷数的增加会导致磨损故障概率的增加。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种控制器旋转的无定子无刷双转子内圈永磁体同步电机。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种控制器旋转的无定子无刷双转子内圈永磁体同步电机，包括机壳、外转子和内转子，所述机壳包括第一腔室和第二腔室，所述外转子包括外转轴，所述外转轴的第一端设置在第一腔室内，外转轴的第一端端部伸出第一腔室的端壁外，所述第一腔室内外转轴的第一端上靠近端壁处设有感应器结构；所述外转轴的第二端设置在第二腔室内，所述外转轴的第二端上设有外转子铁芯以及嵌入外转子铁芯的外转子绕组，所述外转轴的第二端上靠近第一腔室处设有整流器，所述整流器与外转子铁芯之间设有逆变器，所述外转轴的第二端端部设有端盖；所述内转子包括内转轴，所述内转轴的一端端部伸出第二腔室的端壁外，其余部分设置在外转轴的第二端内，所述第二腔室内内转轴上与外转子铁芯相对应处设有内转轴铁芯以及沿圆周方向交错设置在内转轴铁芯外侧壁上的永磁体。

所述感应器结构包括设置在第一腔室内靠近端壁处的感应器壳体以及设置在感应器壳体内的感应线圈和鼠笼式铝条结构，还包括蓄电池，其中：

-蓄电池，直接与感应线圈相连；

-感应线圈，固定在感应器壳体上，通过蓄电池通入直流电后，上下两组线圈产生的磁场方向正好相反，且均与外转轴的第一端在空间上保持垂直；

-鼠笼式铝条结构，其上下两部分的感应磁力方向一致，固定在外转轴的第一端上并随外转轴的第一端旋转，不断切割感应线圈产生应磁力。或，

所述感应器结构包括设置在第一腔室内靠近端壁处的感应器壳体以及设置在感应器壳体内的感应永磁体和鼠笼式铝条结构，其中：

-感应永磁体，固定在感应器壳体上，产生的磁场方向正好相反，且均与外转轴的第一端在空间上保持垂直；

-鼠笼式铝条结构，其上下两部分的感应磁力方向一致，固定在外转轴的第一端上并随外转轴的第一端旋转，不断切割感应永磁体产生感应磁力。

所述整流器固定在外转轴的第二端上并与外转轴的第二端一起旋转，所述感应器结构的感应磁力经整流器变成直流电，所述直流电通过整流器整流后的电压方向始终一致。

所述逆变器将经整流器整流过的感应磁力变换成所需的三相交流电，用于调节电机的电磁转矩以及内转子和外转子的转速差。

所述外转子铁芯为圆环形，其外圆周表面沿轴向开有若干个槽，所述若干个槽的开口中心线围绕内转轴均匀分布，外转子绕组分别嵌入所述槽内形成三相绕组。

所述内转轴通过内转子-机壳间轴承与机壳转动连接，所述内转轴通过内转子-外转子间轴承与外转轴转动连接，形成内转子独立转动；所述外转轴通过外转子轴承与机壳转动连接，其端盖通过端盖轴承与内转轴转动连接，形成外转子独立转动。

所述外转轴为输入轴，用于与外部旋转体连接并接受驱动，相应地，所述内转轴为输出轴。

所述逆变器与外转轴的第二端固定连接并一起旋转，逆变器输出端通过三相线缆与外转子绕组连接。

所述内转轴与外转轴之间设有气隙。

本发明提供的控制器旋转的无定子无刷双转子内圈永磁体同步电机，只设有外转子和内转子，取消了固定在机壳上的定子，因此电机制作复杂程度得到很大的降低，同时电机本体体积能得到减小。

本发明将逆变器置于电机机壳内，与外转轴固定，随着外转轴一起旋转，蓄电池与感应器中的感应线圈相连，通过鼠笼式铝条结构产生感应电动势，经整流器为逆变器输入直流电，因此本发明的电机不需要电刷和滑环，不存在了一般三电刷的双转子电机在运行稳定性和使用寿命方面存在的问题。

另外，由于本发明只需一个控制器，控制比较方便。控制器将通过整流器整流过的感应电动势进行变换，产生所需的三相交流控制电压，直接送给本发明电机的外转子绕组，以控制磁场的变化来达到控制电机输出转速与输出转矩的目的。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图中，1为机壳；2为外转子轴承；3为外转轴；4为内转轴；5为内转子-外转子间轴承；6为永磁体；7为外转子铁芯；8为外转子绕组；9为端盖；10为端盖轴承；11为感应线圈；12为整流器；13为蓄电池；14为逆变器；15为内转子-机壳间轴承；16为鼠笼式铝条结构；17为感应器壳体。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：机壳1、外转子和内转子，机壳1包括第一腔室和第二腔室，外转子包括外转轴3，外转轴3的第一端设置在第一腔室内，外转轴3的第一端端部伸出第一腔室的端壁外，第一腔室内外转轴3的第一端上靠近端壁处设有感应器结构；外转轴3的第二端设置在第二腔室内，外转轴3的第二端上设有外转子铁芯7以及嵌入外转子铁芯7的外转子绕组8，外转轴3的第二端上靠近第一腔室处设有整流器12，整流器12与外转子铁芯7之间设有逆变器14，外转轴3的第二端端部设有端盖9；内转子包括内转轴4，内转轴4的一端端部伸出第二腔室的端壁外，其余部分设置在外转轴3的第二端内，第二腔室内内转轴4上与外转子铁芯7相对应处设有内转轴铁芯以及沿圆周方向交错设置在内转轴铁芯外侧壁上的永磁体6。

进一步地，感应器结构包括设置在第一腔室内靠近端壁处的感应器壳体17以及设置在感应器壳体17内的感应线圈11和鼠笼式铝条结构16，还包括蓄电池13，其中：

-蓄电池13，直接与感应线圈11相连；

-感应线圈11，固定在感应器壳体17上，通过蓄电池13通入直流电后，上下两组线圈产生的磁场方向正好相反，且均与外转轴3的第一端在空间上保持垂直；

-鼠笼式铝条结构16，其上下两部分的感应磁力方向一致，固定在外转轴3的第一端上并随外转轴3的第一端旋转，不断切割感应线圈11产生应磁力。

进一步地，整流器12固定在外转轴3的第二端上并与外转轴3的第二端一起旋转，感应器结构的感应磁力经整流器12变成直流电，直流电通过整流器12整流后的电压方向始终一致。

进一步地，逆变器14将经整流器12整流过的感应磁力变换成所需的三相交流电，用于调节电机的电磁转矩以及内转子和外转子的转速差。

进一步地，外转子铁芯7为圆环形，其外圆周表面沿轴向开有若干个槽，该若干个槽的开口中心线围绕内转轴均匀分布，外转子绕组8分别嵌入上述槽内形成三相绕组。

进一步地，内转轴4通过内转子-机壳间轴承15与机壳1转动连接，内转轴4通过内转子-外转子间轴承5与外转轴3转动连接，从而形成内转子独立转动；外转轴3通过外转子轴承2与机壳1转动连接，其端盖9通过端盖轴承10与内转轴4转动连接，从而形成外转子独立转动。

进一步地，外转轴3为输入轴，用于与外部旋转体连接并接受驱动，相应地，内转轴4为输出轴。

进一步地，逆变器14与外转轴3的第二端固定连接并一起旋转，逆变器14输出端通过三相线缆与外转子绕组8连接。

进一步地，内转轴与外转轴之间设有微小气隙。

本实施的工作原理是：蓄电池13通过感应线圈11产生固定的磁场，鼠笼式铝条结构16随着外转轴4转动会切割磁力线产生感应电动势，经整流器12为逆变器14提供直流电，逆变器14根据电机所需的输出信息(负载转矩或者转速值)和传感器反馈回来的电机运行状况(输出转矩或转速值)以及整流器12提供的直流电压，生成所需的三相交流电，送到外转子绕组8，在绕组中产生旋转磁场，与永磁体6磁场相互作用，从而实现电机增速(增矩)或者减速(减矩)的控制要求。

本实施例的具体控制方法如下：

当要求内转轴4转速与外转轴3转速相等时，通过控制逆变器14，将整流器整流得到的直流电变换成三相电，且使电流频率为0，从而使外转子绕组8电流的频率为0，调节其大小使气隙磁场作用下所产生的电磁转矩和内转轴4转矩平衡。

当要求内转轴4转速大于外转轴3转速时，通过控制逆变器14，将整流器12整流得到直流电变换成三相电，施加给外转子绕组8一个与外转轴3同方向旋转的电流矢量，控制此电流的大小，使气隙磁场的作用下产生的电磁转矩和内转轴4转矩平衡，控制电流矢量对应的机械转速等于输入内转轴4的转速差，即控制励磁电流矢量对应的转速与外转轴3转速之和与内转轴4转速相等。

当要求内转轴4转速小于外转轴3转速时，通过控制逆变器14，将整流器12整流得到直流电变换成三相电，施加给外转子绕组8一个与外转轴3反方向旋转的电流矢量，控制此电流的大小，使气隙磁场的作用下产生的电磁转矩和内转轴4转矩平衡，控制电流矢量对应的机械转速等于输入内转轴4的转速差，即控制励磁电流矢量对应的转速与内转轴4转速之和与外转轴3转速相等。

实施例2

实施例2为实施例1的变化例。

如图2所示，本实施例在实施例1的方案的基础上，其与实施例1的区别在于，感应器结构包括设置在第一腔室内靠近端壁处的感应器壳体17以及设置在感应器壳体内17的感应永磁体和鼠笼式铝条结构16，其中：

-感应永磁体，固定在感应器壳体17上，产生的磁场方向正好相反，且均与外转轴3的第一端在空间上保持垂直；

-鼠笼式铝条结构16，其上下两部分的感应磁力方向一致，固定在外转轴3的第一端上并随外转轴3的第一端旋转，不断切割感应永磁体产生感应磁力。

本实施例的其他部分的实施方式、工作原理及控制方法与实施例1相同。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种控制器旋转的无定子无刷双转子内圈永磁体同步电机，包括机壳、外转子和内转子，其特征在于，所述机壳包括第一腔室和第二腔室，所述外转子包括外转轴，所述外转轴的第一端设置在第一腔室内，外转轴的第一端端部伸出第一腔室的端壁外，所述第一腔室内外转轴的第一端上靠近端壁处设有感应器结构；所述外转轴的第二端设置在第二腔室内，所述外转轴的第二端上设有外转子铁芯以及嵌入外转子铁芯的外转子绕组，所述外转轴的第二端上靠近第一腔室处设有整流器，所述整流器与外转子铁芯之间设有逆变器，所述外转轴的第二端端部设有端盖；所述内转子包括内转轴，所述内转轴的一端端部伸出第二腔室的端壁外，其余部分设置在外转轴的第二端内，所述第二腔室内内转轴上与外转子铁芯相对应处设有内转轴铁芯以及沿圆周方向交错设置在内转轴铁芯外侧壁上的永磁体。

2.根据权利要求1所述的控制器旋转的无定子无刷双转子内圈永磁体同步电机，其特征在于，所述感应器结构包括设置在第一腔室内靠近端壁处的感应器壳体以及设置在感应器壳体内的感应线圈和鼠笼式铝条结构，还包括蓄电池，其中：

-蓄电池，直接与感应线圈相连；

-感应线圈，固定在感应器壳体上，通过蓄电池通入直流电后，上下两组线圈产生的磁场方向正好相反，且均与外转轴的第一端在空间上保持垂直；

-鼠笼式铝条结构，其上下两部分的感应磁力方向一致，固定在外转轴的第一端上并随外转轴的第一端旋转，不断切割感应线圈产生应磁力。

3.根据权利要求1所述的控制器旋转的无定子无刷双转子内圈永磁体同步电机，其特征在于，所述感应器结构包括设置在第一腔室内靠近端壁处的感应器壳体以及设置在感应器壳体内的感应永磁体和鼠笼式铝条结构，其中：

-感应永磁体，固定在感应器壳体上，产生的磁场方向正好相反，且均与外转轴的第一端在空间上保持垂直；

-鼠笼式铝条结构，其上下两部分的感应磁力方向一致，固定在外转轴的第一端上并随外转轴的第一端旋转，不断切割感应永磁体产生感应磁力。

4.根据权利要求2或3所述的控制器旋转的无定子无刷双转子内圈永磁体同步电机，其特征在于，所述整流器固定在外转轴的第二端上并与外转轴的第二端一起旋转，所述感应器结构的感应磁力经整流器变成直流电，所述直流电通过整流器整流后的电压方向始终一致。

5.根据权利要求4所述的控制器旋转的无定子无刷双转子内圈永磁体同步电机，其特征在于，所述逆变器将经整流器整流过的感应磁力变换成所需的三相交流电，用于调节电机的电磁转矩以及内转子和外转子的转速差。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的控制器旋转的无定子无刷双转子内圈永磁体同步电机，其特征在于，所述外转子铁芯为圆环形，其外圆周表面沿轴向开有若干个槽，所述若干个槽的开口中心线围绕内转轴均匀分布，外转子绕组分别嵌入所述槽内形成三相绕组。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的控制器旋转的无定子无刷双转子内圈永磁体同步电机，其特征在于，所述内转轴通过内转子-机壳间轴承与机壳转动连接，所述内转轴通过内转子-外转子间轴承与外转轴转动连接，形成内转子独立转动；所述外转轴通过外转子轴承与机壳转动连接，其端盖通过端盖轴承与内转轴转动连接，形成外转子独立转动。

8.根据权利要求6所述的控制器旋转的无定子无刷双转子内圈永磁体同步电机，其特征在于，所述外转轴为输入轴，用于与外部旋转体连接并接受驱动，相应地，所述内转轴为输出轴。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的控制器旋转的无定子无刷双转子内圈永磁体同步电机，其特征在于，所述逆变器与外转轴的第二端固定连接并一起旋转，逆变器输出端通过三相线缆与外转子绕组连接。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的控制器旋转的无定子无刷双转子内圈永磁体同步电机，其特征在于，所述内转轴与外转轴之间设有气隙。

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