專利名稱：雙轉(zhuǎn)子混合動力復(fù)合永磁電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機(jī)，尤其是一種雙轉(zhuǎn)子混合動力復(fù)合永磁電機(jī)。
背景技術(shù)：
混合動力傳動系統(tǒng)有串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種形式。串聯(lián)系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)將發(fā)動機(jī)發(fā)出的能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽儆呻妱訖C(jī)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能驅(qū)動車輪，其優(yōu)點(diǎn)是發(fā)動機(jī)與車輪間沒有直接的機(jī)械連接，發(fā)動機(jī)可調(diào)節(jié)在高效率點(diǎn)工作；但經(jīng)兩次能量全部轉(zhuǎn)換，實(shí)際能量利用率較低。并聯(lián)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的傳動結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，另加一路電動驅(qū)動系統(tǒng)，用于加速或爬坡時助力，其優(yōu)點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)換較少，但發(fā)動機(jī)與車輪間靠直接的機(jī)械連接，發(fā)動機(jī)不能總在高效率點(diǎn)工作。普通的混聯(lián)系統(tǒng)是通過特制的動力分配裝置將來自發(fā)動機(jī)的動力分為機(jī)械和電力兩條路徑，可發(fā)揮串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本很高，同時過多的齒輪傳動會降低效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種采用由內(nèi)外兩個徑向式磁路結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)組成一體化的雙轉(zhuǎn)子混合動力復(fù)合永磁電機(jī)，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的發(fā)電機(jī)和電動機(jī)分離式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。通過內(nèi)外兩個電機(jī)的協(xié)調(diào)工作可以使發(fā)動機(jī)運(yùn)行于最高效率點(diǎn)，從而提高整個系統(tǒng)的效率，并且低成本、輕量化、結(jié)構(gòu)緊湊。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種雙轉(zhuǎn)子混合動力復(fù)合永磁電機(jī)，由內(nèi)外兩個徑向式磁路結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)組成，包括由輸入軸、內(nèi)轉(zhuǎn)子電樞繞組、內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心、外轉(zhuǎn)子鐵心和外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼組成的內(nèi)電機(jī)組件；和由定子繞組、定子鐵心、外轉(zhuǎn)子鐵心和外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼組成的外電機(jī)組件；具體結(jié)構(gòu)位置由里到外依次是輸入軸、內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心、含有外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼的外轉(zhuǎn)子鐵心、定子鐵心、機(jī)殼，內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心被固定在輸入軸上并與之一起旋轉(zhuǎn)，定子鐵心被固定在機(jī)殼上，外轉(zhuǎn)子鐵心和外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼與輸出軸剛性相連，并與輸出軸一起旋轉(zhuǎn)，其中外轉(zhuǎn)子鐵心和外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼被內(nèi)外電機(jī)所共用。
所述外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼內(nèi)置于外轉(zhuǎn)子鐵心中，形成單層磁鋼外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
所述外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼位于外轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)外兩側(cè)，將外轉(zhuǎn)子鐵心夾于內(nèi)外層外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼中，形成雙層磁鋼外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
所述內(nèi)外兩層外轉(zhuǎn)子磁鋼的極性是相反的，形成內(nèi)外層磁鋼磁路串聯(lián)的雙層磁鋼外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
所述內(nèi)外兩層外轉(zhuǎn)子磁鋼的極性是相同的，形成內(nèi)外層磁鋼磁路獨(dú)立的雙層磁鋼外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
還包括使冷卻液由機(jī)殼和輸入軸流經(jīng)內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心的冷卻系統(tǒng)。
所述形成冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為在機(jī)殼的前端蓋上有通向輸入軸的徑向通路，在輸入軸中有與徑向通路相通的軸向通路，在輸入軸和內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心前端的非磁性連接部分的對應(yīng)位置形成與軸向通路相通的輸入軸流出孔，在輸入軸和內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心后端的非磁性連接部分的對應(yīng)位置的輸入軸上形成輸入軸流入孔，輸入軸流出孔和輸入軸流入孔都與內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心和輸入軸之間形成的轉(zhuǎn)子鐵心冷卻通道相通，輸入軸流入孔與輸入軸后端的流出通路相通，在輸出軸上形成通孔，使從輸入軸流出通路流出的冷卻液流出輸出軸通孔，在機(jī)殼底部有一個與外部的油箱相通的通孔。
所述輸入軸流出孔和輸入軸流入孔是分別位于輸入軸上的同一圓周面上的多個孔。
本發(fā)明的有益效果是1.由于發(fā)動機(jī)與車輪間沒有直接的機(jī)械連接，可以使調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)在高效率點(diǎn)工作，當(dāng)負(fù)載情況變化時，只需調(diào)整內(nèi)氣隙磁場的旋轉(zhuǎn)速度和定子磁場所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩即可，這樣發(fā)動機(jī)大多數(shù)工況都能夠以最高效率運(yùn)行，與負(fù)載的變化關(guān)系不大。因而該混合動力調(diào)速傳動系統(tǒng)燃料消耗少，排放少，效率高，綠色環(huán)保。2.本發(fā)明系統(tǒng)中，省去了一些機(jī)械傳動裝置，使用小變速箱甚至無變速箱，因而能量轉(zhuǎn)換較少，傳動環(huán)節(jié)少，傳動效率高，而且零件少，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。3.汽車減速時，內(nèi)電機(jī)的電磁力可以解除，外電機(jī)可充分回饋制動能量，提高了能源利用率，節(jié)省了能源。4.汽車行駛速度和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速相互獨(dú)立；復(fù)合電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)至車輪的無級變速傳動；通過定子對外轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)作用，可以保持發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，而使內(nèi)轉(zhuǎn)子和汽車工作于駐車制動狀態(tài)。因此，該混合動力調(diào)速傳動系統(tǒng)還具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速平穩(wěn)、控制靈活的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的單層磁鋼復(fù)合電機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖截面圖。
圖2為本發(fā)明的單層磁鋼復(fù)合電機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖的側(cè)面圖。
圖3為本發(fā)明的單層磁鋼的外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡圖局部圖。
圖4為本發(fā)明的雙層磁鋼復(fù)合電機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖截面圖。
圖5為本發(fā)明的雙層磁鋼復(fù)合電機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖側(cè)面圖。
圖6為本發(fā)明的內(nèi)外層磁鋼串聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)的外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡圖局部圖。
圖7為本發(fā)明的內(nèi)外層磁鋼獨(dú)立磁路結(jié)構(gòu)的外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡圖局部圖。
圖8為本發(fā)明的復(fù)合電機(jī)冷卻結(jié)構(gòu)簡圖。
圖中1.輸入軸，2.機(jī)殼，3.定子繞組，4.定子鐵心，5.外轉(zhuǎn)子鐵心，6.外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼，7.內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心，8.內(nèi)轉(zhuǎn)子電樞繞組，9.輸出軸，10.滑環(huán)，11.逆變器，13.徑向通路，14.軸向通路，15.輸入軸流出孔，16.冷卻通道，17.輸入軸流入孔，18.流出通路，19.輸出軸通孔，20.通孔。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明的雙轉(zhuǎn)子混合動力復(fù)合永磁電機(jī)作進(jìn)一步詳細(xì)說明如圖1、2、4、5所示，在本發(fā)明的雙轉(zhuǎn)子混合動力復(fù)合永磁電機(jī)中，內(nèi)電機(jī)組件是由輸入軸1、內(nèi)轉(zhuǎn)子電樞繞組8、內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心7、外轉(zhuǎn)子鐵心5和外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼6組成，內(nèi)轉(zhuǎn)子電樞繞組8通過滑環(huán)10和一個逆變器11相連，其中，內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心7被固定在輸入軸1上并與之一起旋轉(zhuǎn)；外電機(jī)組件是由定子繞組3、定子鐵心4、外轉(zhuǎn)子鐵心5和外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼6組成，其中，定子鐵心4被固定在機(jī)殼2上，外轉(zhuǎn)子鐵心5和外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼6和輸出軸9剛性相連，并與之一起旋轉(zhuǎn)。外轉(zhuǎn)子鐵心5和外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼6被內(nèi)外電機(jī)所共用。
輸入軸1與發(fā)動機(jī)曲軸相連。內(nèi)轉(zhuǎn)子固定于輸入軸1上用來傳遞來自發(fā)動機(jī)的功率和能量；外轉(zhuǎn)子內(nèi)置有徑向式磁路結(jié)構(gòu)的永磁磁鋼，并和輸出軸9機(jī)械相連，而輸出和與負(fù)載相連，來輸出功率和能量。如上所述的復(fù)合電機(jī)結(jié)構(gòu)可見，雙轉(zhuǎn)子混合動力復(fù)合永磁電機(jī)是集成了兩個電機(jī)，其中，外轉(zhuǎn)子與定子組成一組電機(jī)，外轉(zhuǎn)子又與內(nèi)轉(zhuǎn)子組成一組電機(jī)。
本發(fā)明的磁路結(jié)構(gòu)如圖3、6、7所示，內(nèi)置于外轉(zhuǎn)子中的永磁磁鋼產(chǎn)生永久磁場。根據(jù)永磁磁鋼結(jié)構(gòu)的不同，可以把外轉(zhuǎn)子分為單層磁鋼結(jié)構(gòu)、內(nèi)外層磁鋼磁路串聯(lián)的雙層磁鋼結(jié)構(gòu)和內(nèi)外層磁鋼磁路獨(dú)立的雙層磁鋼結(jié)構(gòu)三種外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，置于外轉(zhuǎn)子內(nèi)的永磁體磁能源所產(chǎn)生的磁場分別通過內(nèi)外氣隙同時鉸鏈內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子繞組產(chǎn)生的磁場，而外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同則磁路結(jié)構(gòu)會有所不同。如圖3所示，單層磁鋼結(jié)構(gòu)中的磁鋼磁路直接通過內(nèi)外兩層氣隙，其特點(diǎn)是外轉(zhuǎn)子的軛部較小，結(jié)構(gòu)簡單；如圖6所示，內(nèi)外層磁鋼磁路串聯(lián)的雙層磁鋼外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，內(nèi)外兩層磁鋼的極性是相反的，內(nèi)外層磁鋼磁路是串聯(lián)在一起同時鉸鏈內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子繞組產(chǎn)生的磁場，其特點(diǎn)是可以增強(qiáng)氣隙磁場，且外轉(zhuǎn)子軛部可以做的很薄，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；如圖7所示，內(nèi)外層磁鋼磁路獨(dú)立的雙層磁鋼外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，內(nèi)外兩層磁鋼的極性是相同的，內(nèi)外層磁鋼磁路是分別相互獨(dú)立的鉸鏈內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子繞組產(chǎn)生的磁場，其特點(diǎn)是氣隙磁場獨(dú)立，易于控制，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外轉(zhuǎn)子軛部較大。
如圖8所示，本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是在機(jī)殼2的前端蓋上有通向輸入軸1的徑向通路13，在輸入軸1中有與徑向通路13相通的軸向通路14，在輸入軸1和內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心7前端的非磁性連接部分的對應(yīng)位置形成與軸向通路14相通的輸入軸流出孔15，在輸入軸1和內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心7后端的非磁性連接部分的對應(yīng)位置的輸入軸上形成輸入軸流入孔17，輸入軸流出孔15和輸入軸流入孔17都與內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心7和輸入軸1之間形成的轉(zhuǎn)子鐵心冷卻通道16相通，輸入軸流入孔17與輸入軸1后端的流出通路18相通，在輸出軸9上形成四個通孔19，使從輸入軸流出通路18流出的冷卻液流出輸出軸通孔19，在機(jī)殼12底部有一個與外部的油箱相通的通孔20。通孔20和外部的油箱相通。
所述輸入軸流出孔15和輸入軸流入孔17是分別位于輸入軸上的同一圓周面上的多個孔，本實(shí)施例分別為4個孔。
冷卻液的具體流動路線是冷卻液由外部油泵的推力作用下，從機(jī)殼2的左端蓋上的徑向通路13中進(jìn)入輸入軸1中的軸向通路14，然后沿著軸向通路14通過輸入軸流出孔15進(jìn)入轉(zhuǎn)子鐵心冷卻通道16，冷卻發(fā)熱集中的轉(zhuǎn)子部分后，再沿著輸入軸流入孔17流入右邊的輸入軸1后端的流出通路18，然后經(jīng)過輸入軸和輸出軸之間的空隙以及輸出軸的斜側(cè)面的四個通孔19后噴灑出來，噴灑出來的冷卻液在外轉(zhuǎn)子和定子及機(jī)殼端蓋之間由于重力的作用，匯積于機(jī)殼底部，然后通過底部的通孔20流進(jìn)油箱，油箱中的冷卻液在外部油泵的作用下進(jìn)入散熱器，冷卻液經(jīng)散熱器冷卻后進(jìn)入下一輪循環(huán)。同時為了減少外轉(zhuǎn)子的阻力損耗，應(yīng)控制匯積于機(jī)殼底部的冷卻液的液面高度，使之不要高出外氣隙而部分浸漫外轉(zhuǎn)子。由于是采用了冷卻效果較好的液冷方式，而且冷卻路線經(jīng)過了發(fā)熱集中的內(nèi)轉(zhuǎn)子部分，所以該冷卻方案能很好的解決該復(fù)合電機(jī)的冷卻問題。
綜上所述，雙轉(zhuǎn)子混合動力復(fù)合永磁電機(jī)有多處熱源，尤其是內(nèi)轉(zhuǎn)子電樞繞組的發(fā)熱，給冷卻增加了不少難度。采用本發(fā)明的冷卻方案，使冷卻路線經(jīng)過了發(fā)熱集中散熱較為困難的內(nèi)轉(zhuǎn)子部分。即，在本冷卻方案中，冷卻路線不但經(jīng)過系統(tǒng)中的靜止部件而且還要經(jīng)過系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)部件，所以需要在旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件連接部分采用液體噴灑的方式。由于是采用了冷卻效果較好的液冷方式，而且冷卻路線經(jīng)過了發(fā)熱集中的內(nèi)轉(zhuǎn)子部分，所以，該冷卻方案能很好的解決該四象限復(fù)合電機(jī)系統(tǒng)的冷卻問題。
權(quán)利要求
1.一種雙轉(zhuǎn)子混合動力復(fù)合永磁電機(jī)，其特征在于由內(nèi)外兩個徑向式磁路結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)組成，包括由輸入軸(1)、內(nèi)轉(zhuǎn)子電樞繞組(8)、內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心(7)、外轉(zhuǎn)子鐵心(5)和外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼(6)組成的內(nèi)電機(jī)組件；和由定子繞組(3)、定子鐵心(4)、外轉(zhuǎn)子鐵心(5)和外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼(6)組成的外電機(jī)組件；具體結(jié)構(gòu)位置由里到外依次是輸入軸(1)、內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心(7)、含有外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼(6)的外轉(zhuǎn)子鐵心(5)、定子鐵心(4)、機(jī)殼(2)，內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心(7)被固定在輸入軸(1)上并與之一起旋轉(zhuǎn)，定子鐵心(4)被固定在機(jī)殼(2)上，外轉(zhuǎn)子鐵心(5)和外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼(6)與輸出軸(9)剛性相連，并與輸出軸(9)一起旋轉(zhuǎn)，其中外轉(zhuǎn)子鐵心(5)和外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼(6)被內(nèi)外電機(jī)所共用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙轉(zhuǎn)子混合動力復(fù)合永磁電機(jī)，其特征在于所述外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼(6)內(nèi)置于外轉(zhuǎn)子鐵心(5)中，形成單層磁鋼外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙轉(zhuǎn)子混合動力復(fù)合永磁電機(jī)，其特征在于所述外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼(6)位于外轉(zhuǎn)子鐵心(5)上下兩側(cè)，將外轉(zhuǎn)子鐵心(5)夾于內(nèi)外層外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼(6)中，形成雙層磁鋼外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙轉(zhuǎn)子混合動力復(fù)合永磁電機(jī)，其特征在于所述內(nèi)外兩層外轉(zhuǎn)子磁鋼(6)的極性是相反的，形成內(nèi)外層磁鋼磁路串聯(lián)的雙層磁鋼外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙轉(zhuǎn)子混合動力復(fù)合永磁電機(jī)，其特征在于所述內(nèi)外兩層外轉(zhuǎn)子磁鋼(6)的極性是相同的，形成內(nèi)外層磁鋼磁路獨(dú)立的雙層磁鋼外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙轉(zhuǎn)子混合動力復(fù)合永磁電機(jī)，其特征在于還包括使冷卻液由機(jī)殼(2)和輸入軸(1)流經(jīng)內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心(7)的冷卻系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙轉(zhuǎn)子混合動力復(fù)合永磁電機(jī)，其特征在于所述冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為在機(jī)殼(2)的前端蓋上有通向輸入軸(1)的徑向通路(13)，在輸入軸(1)中有與徑向通路(13)相通的軸向通路(14)，在輸入軸(1)和內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心(7)前端的非磁性連接部分的對應(yīng)位置形成與軸向通路(14)相通的輸入軸流出孔(15)，在輸入軸(1)和內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心(7)后端的非磁性連接部分的對應(yīng)位置的輸入軸上形成輸入軸流入孔(17)，輸入軸流出孔(15)和輸入軸流入孔(17)都與內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心(7)和輸入軸(1)之間形成的轉(zhuǎn)子鐵心冷卻通道(16)相通，輸入軸流入孔(17)與輸入軸(1)后端的流出通路(18)相通，在輸出軸(9)上形成通孔(19)，使從輸入軸流出通路(18)流出的冷卻液流出輸出軸通孔(19)，在機(jī)殼(12)底部有一個與外部的油箱相通的通孔(20)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙轉(zhuǎn)子混合動力復(fù)合永磁電機(jī)，其特征在于所述輸入軸流出孔(15)和輸入軸流入孔(17)是分別位于輸入軸上的同一圓周面上的多個孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙轉(zhuǎn)子混合動力復(fù)合永磁電機(jī)，由內(nèi)外兩個徑向式磁路結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)組成，包括由輸入軸、內(nèi)轉(zhuǎn)子電樞繞組、內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心、外轉(zhuǎn)子鐵心和外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼組成的內(nèi)電機(jī)組件；和由定子繞組、定子鐵心、外轉(zhuǎn)子鐵心和外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼組成的外電機(jī)組件；內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心被固定在輸入軸上并與之一起旋轉(zhuǎn)，定子鐵心被固定在機(jī)殼上，外轉(zhuǎn)子鐵心和外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼與輸出軸剛性相連，并與輸出軸一起旋轉(zhuǎn)，其中外轉(zhuǎn)子鐵心和外轉(zhuǎn)子永磁磁鋼被內(nèi)外電機(jī)所共用。通過冷卻液進(jìn)入內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心和輸入軸之間的冷卻通道對內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心實(shí)施冷卻。本發(fā)明成本低、輕量化、結(jié)構(gòu)緊湊、冷卻效果好。
文檔編號H02K9/19GK1738163SQ20051001439
公開日2006年2月22日 申請日期2005年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月7日
發(fā)明者趙航, 史廣奎, 黃蘇融, 貢俊, 范書章, 楊琨, 謝國棟, 張濤, 張琪, 馮琦, 劉慶海, 韓韜 申請人:中國汽車技術(shù)研究中心, 上海大學(xué), 上海安乃達(dá)驅(qū)動技術(shù)有限公司