CN101174782A - 双转子电磁机 - Google Patents

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Abstract

双转子电磁机，其包括外壳；第一轴，其可旋转地支撑在该壳体内；第二轴，其可旋转地支撑在该壳体内；第一转子，固定在第一轴上以可旋转；第二转子，固定在第二轴上以可旋转，第一转子和第二转子均具有永磁体场磁极；第一环形定子，安装在所述外壳内并包围所述第一转子；及第二环形定子，其安装在所述外壳内并包围所述第二转子，所述第一和第二定子各具有缠绕在其上的定子线圈；及行星齿轮装置，其连接至所述第一和第二轴并且该连接机构在所述第一和第二轴旋转过程中可操作，以调节所述第二轴相对所述第一轴的角定位。本发明的同步电机具有一种简单且廉价的调节转子相对角度位移的机构，能在所述电机运行时操作并能承载高转矩负载。

Description

双转子电磁机
技术领域
本发明涉及一种无刷永磁电动机和发电机，尤其涉及那些诸如用在混合车辆或电机工具中的必须在宽幅速度范围内运转的电动机和发电机。
背景技术
无刷永磁电动机具有与其速度成比例的反电动势。在高速时，所述电动机的反电动势可能高达超过所能给予的动力。超过此速度时，必须增加附加电流以减弱电动机的磁场。这就是常说的“磁场弱化”，这在转让给优尼克移动(UniqueMobility)有限公司的专利号为5677605的美国专利中有描述。该电流造成电力损失并产生热，还需要该电子装置增加电容。
申请号为6998757的美国专利描述了解决该问题的一个方案，其中一种多转子同步电机包括设置在定子铁芯的外部和内部表面的第一和第二转子。安装在所述第二转子内部的机构控制所述第一和第二转子的相对转动。专利号为4739201的美国专利描述了一种具有两个转子的电磁机，所述转子成角度地互相位移以减少转矩波动，但是没有描述可以控制所述两转子之间位移的相对角度的机构。专利号为6975055的美国专利描述了另一种具有两个转子的电磁机，其中所述两个具有场磁体的转子被旋在一根螺杆上。
然而，上述这些电机都没有一种用于调节转子相对角度位移的机构，该机构应当简单、便宜，当所述电机运转时该机构能够操作并能承载高转矩负载。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种双转子电磁机，其具有一种简单且廉价的调节转子相对角度位移的机构。
本发明的另一目的是提供一种双转子电磁机，其具有一种能在所述电机运行时操作的机构。
本发明的另一目的是提供一种双转子电磁机，其具有一种能承载高转矩负载的机构。
实现本发明的上述目的的技术方案如下：一种同步电机，包括外壳和可旋转地支撑在该壳体内的一对轴；第一转子固定在第一轴上以可旋转；第二转子固定在第二轴上以可旋转，两个转子载有永磁体场磁极；第一环形定子安装在所述外壳内并包围所述第一转子；第二环形定子安装在所述外壳内并包围所述第二转子，两个定子各具有缠绕在其上的定子线圈，一间隙分隔开所述第一和第二定子；一连接机构连接至所述第一和第二轴并且该连接机构在所述第一和第二轴旋转过程中可操作，以调节所述第二轴相对所述第一轴的角定位。
所述连接机构是行星齿轮装置，其具有连接至所述第一轴的第一太阳齿轮、连接至所述第二轴的第二太阳齿轮、连接至所述第一太阳齿轮的第一行星齿轮组、连接至所述第二太阳齿轮的第二行星齿轮组、可旋转地支撑所述第一和第二行星齿轮组的行星架、固定在所述外壳上并与所述第一行星齿轮组啮合的固定齿圈、及一由所述壳体可旋转地支撑并与所述第二行星齿轮组啮合的活动齿圈。
附图说明
图1是本发明实施例所述电磁机拆除端板后的透视图；
图2是图1所示的电磁机的剖视图；
图3是图2中沿线3-3的剖视图；
图4是图2中沿线4-4的剖视图；
图5是图1所示的电磁机的端视图；
图6是图1的转子装置的透视图。
具体实施方案
参考图1，本发明实施例所述的多转子同步电磁机10具有外壳，该外壳包括第一端盖12、中心壳体14及第二端盖16。圆柱形座圈18由所述第二端盖16的端部突出并包围行星齿轮机构20。具有蜗轮24的执行器22连接至所述座圈18。
参考图2，中心壳体14具有内套30和外套32。端板19盖在所述座圈18上。在内套30的外部表面形成有若干水冷却通道34，所述水冷却通道被所述外套32覆盖并密封。优选地，套30具有T形横断面形状并由诸如铝的导热材料制成。套30具有环形中心腿31，该腿31由圆柱形边缘33的内表面向内径向突出。端盖12具有中心孔36。端板19形成中心盲孔38。轴承40安装在所述孔36中，轴承42安装在所述孔38中，从而可旋转地支撑双轴装置44。
轴装置44包括第一中空外轴46和第二实心内轴48。第二轴48包括较大直径部分50和可旋转地接纳第一轴46的较小直径部分52。轴48的所述较大直径部分50由轴承40可旋转地支撑，而较小直径部分52的一端部53由轴承42可旋转地支撑。较大直径部分50延伸穿过第一轴46至端部53，该端部53外向第一轴46的一轴端突出。轴承座套49在接近连接轴48的较大直径部分和较小直径部分的交接处可旋转地支撑中空轴46的内端。
中空环形定子54和56与轴装置44同轴且不可旋转地安装在所述外壳内部，并优选用钢制造而成。一常规中空环形线圈装置58不可旋转地安装在所述定子54和56内部，而且其也与轴装置44同轴。
第一转子60与所述第一轴46成为一整体或安装并固定在所述第一轴46上以可旋转。第二转子62与所述第二轴48的较大直径部分50成为一整体或安装并固定在所述第二轴48的较大直径部分50上以可旋转，所述第二转子62与所述第一转子60轴向间隔开。一气隙将定子装置54和56与转子60和62分隔开。
环形电磁感应环61安装在轴46上靠近转子60的外端表面处。环形电磁感应环63安装在轴50上靠近转子62的外端表面处。所述环形电磁感应环61和63是常规感应环并可用于提供其安装在轴上的位置的信号。优选地，该电动机具有3相绕组。一控制器(未示出)根据感应的轴的位置传递电流至该绕组。
参考图2-5，行星齿轮装置20被座圈18包围。所述行星齿轮装置20包括在第一轴46的外端形成的第一太阳齿轮72，和安装并通过止转楔(未示出)固定在所述内轴48的端部53的第二太阳齿轮74，太阳齿轮72和74优选具有相同的内径；可旋转的行星架75包括若干行星支撑柱76；第一组行星齿轮78可旋转地安装在所述柱76上以与第一太阳齿轮72的齿啮合；第二组行星齿轮82可旋转地安装在所述柱76上靠近所述行星齿轮78处以与太阳齿轮74的啮合；固定齿圈84被固定至座圈18的内表面并与所述第一行星齿轮78啮合；活动齿圈86可旋转地安装在所述座圈1 8上靠近固定齿圈84处。活动齿圈86与所述第二组行星齿轮82啮合。执行器22的蜗轮24与活动齿圈86的外表面形成的齿啮合。
如图3所示，所述第一转子60包括环形转子件90和安装在其外缘的若干个永磁体91-96，永磁体91、93和95的北磁极方向径向朝外，永磁体92、94和96分别位于永磁体91、93和95相邻的两两磁体之间，并且它们的南磁极方向径向朝外。因此，围绕转子60的外缘，各磁体的磁极方向与其相邻的磁体或转动180度对应的磁体的磁极方向相反。
如图4所示，第二转子62包括环形转子件100和安装在其外缘的若干个永磁体101-106，永磁体101、103和105的北磁极方向径向朝外，永磁体102、104和106分别位于永磁体101、103和105相邻的两两磁体之间，并且它们的南磁极方向径向朝外。因此，围绕转子62的外缘，各磁体的磁极方向与其相邻的磁体或转动180度对应的磁体的磁极方向相反。优选地，所述永磁体91-96与所述永磁体101-106具有相同的角宽度，而且它们也可以具有相同的轴向长度。
如图2所示，定子54和56被轴向间隔开，并且它们之间的间隙或间隔被套30的腿31所填充，在腿31中形成冷却液通道35以将热从那里传导出去。再参考图3和图4，套30的腿31向内径向延伸并包括若干狭槽37，各狭槽接纳线圈装置58的相应线圈。因此，所述腿31包围线圈装置58的除了内端之外的所有部分，所以有效地将热由所述线圈装置58传导出去。
所述转子60和62以电动机速度转动。如图6所示，在基本速度以下时，转子60和62相互导向以便它们各自的磁体91-96和101-106的北和南磁极在径向具有相同的排列。这导致每一线圈段产生最大的反电动势。在基本速度以上时，通过旋转齿圈86，转子60和62有意相互不对准。例如，如图1所示逆时针方向旋转齿圈86，将相对第一转子60顺时针旋转太阳齿轮74、轴48及第二转子62。利用行星齿轮装置20，在该电动机10运行时可改变和控制所述转子60和62的排列，所述行星齿轮装置20可经受住高功率和转矩水平运转。
优选地，转子60和62其中之一及安装在其上的磁体在轴向方向比另一转子及安装在其上的磁体更长。例如，在图2中，转子62在轴向比转子60长55％-45％。因此，在基本速度下，转子60和62如图6所示对准排列，所结合的反电动势将最大(100％)。转子60和62的未对准减少了所述反电动势的总数。所以，在相同速度下，如果所述转子完全未对准，所结合的反电动势将是最大值(55％-45％)的10％。在10倍于所述基本速度时，如果所述转子完全未对准，所结合的反电动势将是基本速度下最大值(10×(55-45))的100％。
可选择地，如果每一转子上的磁体具有相同的尺寸和形状并具有相同的磁性能，所述转子可被完全未对准(对于载有6个磁体的转子以60度)，或使转子60的北极对准转子62的南极，将没有反电动势产生。因此，所述电动机10在超速运行过程可被配置成不产生反电动势电压，从而防止过电压和线圈装置58的短路。
尽管结合具体实施例对本发明进行了详细描述，应当理解的是，根据本发明上述的内容进行的诸多修改、变化及替换对本领域技术人员是显而易见的。例如，所述转子和磁体可以具有不同的尺寸和形状及材料，或者所述转子可以载有更少或更多的磁体。因此，本发明将要包括此类在所附权利要求的精神和范围内的修改、变化及替换。

Claims (17)

1.一种同步电机，包括：
外壳；
第一轴，其可旋转地支撑在该壳体内；
第二轴，其可旋转地支撑在该壳体内；
连接机构，其连接至所述第一和第二轴并且该连接机构在所述第一和第二轴旋转过程中可操作，以调节所述第二轴相对所述第一轴的角定位；
第一转子，其具有第一长度并固定在第一轴上以可旋转；
第二转子，其具有不同于所述第一长度的第二长度并固定在第二轴上以可旋转，所述第一转子和第二转子均具有永磁体场磁极；
第一环形定子，其安装在所述外壳内并包围所述第一转子；及
第二环形定子，其安装在所述外壳内并包围所述第二转子，所述第一和第二定子各具有缠绕在其上的定子线圈。
2.根据权利要求1所述的同步电机，其特征在于：所述连接机构包括行星齿轮装置。
3.根据权利要求2所述的同步电机，其特征在于：所述行星齿轮装置包括连接至所述第一轴的第一太阳齿轮、连接至所述第二轴的第二太阳齿轮、连接至所述第一太阳齿轮的第一行星齿轮组、连接至所述第二太阳齿轮的第二行星齿轮组、可旋转地支撑所述第一和第二行星齿轮组的行星架、固定在所述外壳上并与所述第一行星齿轮组啮合的固定齿圈、及由所述壳体可旋转地支撑并与所述第二行星齿轮组啮合的活动齿圈。
4.根据权利要求1所述的同步电机，其特征在于：所述第一轴包括有可旋转地安装在所述第二轴的一部分上的中空套。
5.根据权利要求3所述的同步电机，其特征在于：所述第一轴包括有可旋转地安装在所述第二轴的一部分上的中空套。
6.根据权利要求5所述的同步电机，其特征在于：所述第二轴包括：第一部分，所述第二转子安装在该第一部分上；及延伸穿过所述第一轴的第二部分，该第二部分具有一端部，该端部固定至所述第二太阳齿轮。
7.根据权利要求1所述的同步电机，其特征在于：所述第一和第二定子在一热传导件的相对侧相互轴向间隔开。
8.根据权利要求7所述的同步电机，其特征在于：在所述热传导件上形成有冷却液通道。
9.根据权利要求1所述的同步电机，其特征在于：所述外壳包括有在所述第一和第二定子之间轴向设置的热传导件。
10.一种同步电机，其特征在于，包括：
外壳；
第一轴，其可旋转地支撑在该壳体内；
第二轴，其可旋转地支撑在该壳体内；
第一转子，固定在第一轴上以可旋转；
第二转子，固定在第二轴上以可旋转，所述第一转子和第二转子均具有永磁体场磁极；及
行星齿轮装置，其连接至所述第一和第二轴并且该连接机构在所述第一和第二轴旋转过程中可操作，以调节所述第二轴相对所述第一轴的角定位。
11.根据权利要求10所述的同步电机，其特征在于：所述行星齿轮装置包括连接至所述第一轴的第一太阳齿轮、连接至所述第二轴的第二太阳齿轮、连接至所述第一太阳齿轮的第一行星齿轮组、连接至所述第二太阳齿轮的第二行星齿轮组、可旋转地支撑所述第一和第二行星齿轮组的行星架、固定在所述外壳上并与所述第一行星齿轮组啮合的固定齿圈、及一由所述壳体可旋转地支撑并与所述第二行星齿轮组啮合的活动齿圈。
12.一种同步电机，其特征在于，包括：
第一转子，其具有第一轴向长度；
第二转子，其具有不同于所述第一轴向长度的第二轴向长度；及
行星齿轮装置，用于在机器运行时调节所述第一转子和第二转子的转子相
对角位移。
13.根据权利要求12所述的同步电机，其特征在于：还包括有指示所述转子位置的感应环。
14.根据权利要求12所述的同步电机，其特征在于：所述行星齿轮装置在所述第一和第二转子旋转过程中调节所述第二转子相对所述第一转子的角定位。
15.根据权利要求12所述的同步电机，其特征在于：所述行星齿轮装置在电机运行时控制所述两个转子的位移以减少反电动势的总数。
16.一种控制同步电机的方法，其特征在于，包括：
确定符合要求的两个转子间的排列角度，所述两转子各具有不同的长度而且各具有至少一对安装在其外缘的磁体；及
在电机运行过程中，利用行星齿轮装置自动改变该电机内的所述两个转子间的角位移至符合要求的排列角度。
17.根据权利要求16所述的控制同步电机的方法，其特征在于：所述角位移为0度能使在基本速度下的第一反电动势等于角位移为180度在最高速度下的第二反电动势。
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