CN113922616A - 一种用于混合动力电动汽车的双定子永磁同步发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于混合动力电动汽车的双定子永磁同步发电机，所述双定子永磁同步发电机包括：双定子结构、永磁转子结构、前端盖、后端盖、外定子水冷机壳、内定子水冷机壳、底座以及旋转编码器；所述双定子结构的内定子和外定子沿径向同心，所述外定子直接与所述外定子水冷机壳通过热套形式固定连接，所述内定子与端部的所述内定子水冷机壳通过热套形式固定相连，所述永磁转子结构设计为空心杯形状，位于内、外定子之间，整套发电机安装于所述底座上。本发明过载能力强、体积重量小、散热效果好、损耗低，在不增加轴向和径向尺寸的下显著增大了电磁转矩，提升了功率密度，节省了成本，方便混合动力电动汽车供电系统的车载化。
Description
技术领域
本发明涉及混合动力电动汽车技术领域，尤其是涉及一种用于混合动力电动汽车的双定子永磁同步发电机。
背景技术
混合动力电动汽车的核心能量来源于车辆主发动机所驱动的发电机，另外附加一套汽车驱动电源辅助系统，为车辆整体的驱动电机和各种辅助装置提供电能。发电机作为车辆中重要的供电来源，其性能的优劣会直观反映在汽车的运行过程中，要求其具有功率密度高、效率高、环境适应性强、性价比高等特点。近年来在车载供电系统应用最多的电机有直流发电机、柴油拖动发电机、电励磁交流发电机等，而这几种发电机普遍存在体积庞大及各项性能低下的缺点，已不能适应未来电动汽车发展的需求。
永磁电机由于结构简单、运行可靠、功率密度高、效率高、噪音低，电机结构形式灵活，得到广泛的研究和应用。随着19世纪80年代高性能钕铁硼永磁的成功研制，稀土永磁电机在车载供电系统中的优势越发明显。永磁同步电机在较宽的负载范围内均可保持较高的效率和功率因数，轻载运行时节能效果显著，有极好的应用前景。
但是随着混合动力电动汽车所需发电机功率等级的提高，永磁同步发电机的体积和外径增大，转子内部的富余空间越发庞大，对发电机的功率密度要求越来越高。功率密度的提升不可避免地带来了散热面积的减小，若转子损耗过高，则永磁体易因高温产生不可逆退磁，影响电机运行的可靠性。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对混合动力电动汽车对发电机高功率密度的需求，缓解功率密度提升带来的转子散热困难问题，提高发电机的电磁转矩，降低发电机的重量，增强电机的功率密度，节省车载发电系统的成本，提升混合动力电动汽车供电系统的稳定性，提供了一种用于混合动力电动汽车的双定子永磁同步发电机。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种用于混合动力电动汽车的双定子永磁同步发电机：所述双定子永磁同步发电机包括双定子结构、永磁转子结构、前端盖、后端盖、外定子水冷机壳、内定子水冷机壳、底座、旋转编码器；
所述双定子永磁同步发电机内定子和外定子沿径向同心，外定子直接与电机外定子水冷机壳通过热套形式固定连接，内定子与端部内定子水冷机壳通过热套形式固定相连，转子设计为空心杯形状，位于内、外定子之间，整套发电机安装于底座上。
进一步，所述双定子结构由外定子和内定子组成，内外定子径向同心式安装；所述外定子由外定子铁心和外定子绕组组成；所述外定子铁心采用采用0.35mm硅钢片叠压而成，为进一步减少转子损耗，外定子铁心采用斜槽结构；所述外定子绕组采用9/4单元的分数槽分布绕组结构，可以削弱外定子谐波磁势，同时保证外定子较高的绕组系数；所述内定子由内定子铁心和内定子绕组组成；所述内定子铁心采用采用0.35mm硅钢片叠压而成，为进一步减少转子损耗，内定子铁心采用斜槽结构；所述内定子绕组采用3/2单元的分数槽集中绕组结构，可以削弱内定子谐波磁势，同时保证内定子较高的绕组系数；所述内外定子绕组分别采用3/2单元的分数槽集中绕组和9/4单元的分数槽分布绕组可以降低转子损耗、减少转矩脉动、提高电机输出功率；所述内外定子绕组在对应相绕组串联后外接整流电路。
进一步，所述永磁转子结构由永磁体磁钢、永磁体护套、转子转轴、转子端盖等组成，采用空心杯状结构设计；所述永磁转子位于内外定子之间，通过轴承与转轴连接；所述永磁体每极由两块“一”字形磁钢组成，每块磁钢沿周向分5段，相互之间绝缘，此种设计可以大大减少转子永磁体的涡流损耗；所述永磁体护套采用硅钢片叠压而成，在每极磁钢之间的护套上开孔，通过不锈钢螺钉将转子与转轴相连接，螺钉需进行电绝缘处理；所述转子端盖外径通过螺钉与永磁体护套固定连接，内径与转轴采用热套形式固定在一起；所述磁钢涂抹粘接胶，放置于永磁体护套孔内，磁钢与护套孔具有一定的预紧力。
进一步，所述前端盖，前端盖外径部分通过止口与外定子水冷机壳连接，采用螺钉固定，保证与内外定子同心；所述后端盖外径部分通过止口与外定子水冷机壳连接定，中间圆孔凸台通过止口与内定子水冷机壳连接，保证与内外定子同心；所述后端盖内外凸台均采用螺钉与内外定子水冷机壳固定；
进一步，所述外定子水冷机壳内圆与外定子铁心热套连接在一起，机壳厚壁内设计成轴向“Z”字型通道，水流按照Z”字型通道循环流动，外接水流入转接头和流出接头；所述外定子水冷机壳轴向“Z”字型水流通道可以保证电机两端无温度梯度；此外，所述外定子水冷机壳也可以制作成周向螺旋型水流通道，虽然周向结构冷却水与水套接触面积大，冷却效果较好，但考虑到双定子电机结构的特殊性，内定子只有一端可与外界联通，轴向“Z”字型水流通道是更优选择。
进一步，所述内定子水冷机壳外圆与内定子铁心热套连接在一起，内圆通过轴承与转轴连接在一起，机壳厚壁内制作成轴向“Z”字型通道，水流按照Z”字型通道循环流动，外接水流入转接头和流出接头；所述外定子水冷机壳轴向“Z”字型水流通道可以保证电机两端无温度梯度；此外，所述外定子水冷机壳也可以制作成周向螺旋型水流通道，虽然周向结构冷却水与水套接触面积大，冷却效果较好，但考虑到双定子电机结构的特殊性，内定子只有一端可与外界联通，轴向“Z”字型水流通道是更优选择。
进一步，所述旋转编码器与转轴的一端同轴连接，方便采集电机的信号控制电机的运行。
进一步，所述底座通过螺钉与电机的前端盖和后端盖连接在一起，底座结构简单，方便安装于试验平台。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本混合动力电动汽车车载发电机采用双定子设计，内外定子铁心设计成斜槽结构,内外定子绕组采用了不同的极槽配合，内定子为3/2单元的分数槽集中绕组，外定子为9/4单元的分数槽分布绕组，内外定子对应相绕组串联后接整流电路。其过载能力强、体积重量小、输出转矩大、散热效果好、结构稳定性好，这样的设计在不增加轴向和径向尺寸的前提下显著增大了电磁转矩，提升了电机的功率密度，节省了车载发电系统的成本，方便混合动力电动汽车供电系统的车载化；
发电机转子设计为空心杯形,位于内外定子之间，采用永磁HALBACH排列设计，转子永磁体周向分段，转子每极由两块“一”字形磁钢组成，每块磁钢沿周向分5段，相互之间绝缘。其结构紧凑，气隙磁场幅值大，损耗低，能够显著提高电机的过载倍数，提升电机功率密度；
发电机内外定子采用水冷方式，内外均设置水路，由于双定子电机结构的特殊性，内定子只有一端可与外界联通，水流路径采用轴向“Z”字型。在轴向“Z”字型水路中，冷却水沿着电机轴线平行向上流动，入口和出口易于在电机的同一个端设计，保证电机温度沿圆周分布均匀，为电机运行过程中产生的热量提供了有效的传递途经。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
图1是本申请一个实施例提供的一种用于混合动力电动汽车的双定子永磁同步发电机的外形示意图；
图2是本申请一个实施例提供的内外定子结构的立体视图；
图3是本申请一个实施例提供的内外定子结构的正视图；
图4是本申请一个实施例提供的外定子铁心的立体图；
图5是本申请一个实施例提供的内定子铁心的立体图；
图6是本申请一个实施例提供的转子结构的外视图；
图7是本申请一个实施例提供的转子结构的内视图；
图8是本申请一个实施例提供的转子永磁体护套的立体图；
图9是本申请一个实施例提供的转子永磁体护套的正视图；
图10是本申请一个实施例提供的转子端盖的正面视图；
图11是本申请一个实施例提供的转子端盖的背面视图；
图12是本申请一个实施例提供的转子转轴的立体图；
图13是本申请一个实施例提供的转子永磁体排布结构示意图；
图14是本申请一个实施例提供的前端盖的内视图；
图15是本申请一个实施例提供的前端盖的外视图；
图16是本申请一个实施例提供的后端盖的内视图；
图17是本申请一个实施例提供的后端盖的外视图；
图18是本申请一个实施例提供的外定子水冷机壳的正立体图；
图19是本申请一个实施例提供的外定子水冷机壳的背立体图；
图20是本申请一个实施例提供的外定子水流通道的立体图；
图21是本申请一个实施例提供的内定子水冷机壳的正立体图；
图22是本申请一个实施例提供的内定子水冷机壳的背立体图；
图23是本申请一个实施例提供的内定子水水流通道的示意图；
图24是本申请一个实施例提供的双定子永磁同步发电机底座的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1-24所示，本实施例提供的一种混合动力电动汽车的双定子永磁同步发电机结构，可以解决现有方案中的问题。
一种用于混合动力电动汽车的双定子永磁同步发电机，所述双定子永磁同步发电机结构包括双定子结构、永磁转子结构2、前端盖3、后端盖4、外定子水冷机壳5、内定子水冷机壳6、底座1、旋转编码器。
双定子永磁同步发电机内定子7和外定子8沿径向同心，外定子8直接与电机外定子水冷机壳5通过热套形式固定连接，内定子7与端部内定子水冷机壳6通过热套形式固定相连，转子设计为空心杯形状，位于内、外定子之间，整套发电机安装于底座上。
双定子结构由外定子8和内定子7组成，内外定子径向同心式安装；所述外定子8由外定子铁心9和外定子绕组组成；所述外定子铁心9采用采用0.35mm硅钢片叠压而成，为进一步减少转子损耗，外定子铁心9采用斜槽结构；所述外定子绕组采用9/4单元的分数槽分布绕组结构，可以削弱外定子谐波磁势，同时保证外定子较高的绕组系数；所述内定子由内定子铁心10和内定子绕组组成；所述内定子铁心10采用采用0.35mm硅钢片叠压而成，为进一步减少转子损耗，内定子铁心采用斜槽结构；所述内定子绕组采用3/2单元的分数槽集中绕组结构，可以削弱内定子谐波磁势，同时保证内定子较高的绕组系数；所述内外定子绕组分别采用3/2单元的分数槽集中绕组和9/4单元的分数槽分布绕组可以降低转子损耗、减少转矩脉动、提高电机输出功率；所述内外定子绕组在对应相绕组串联后外接整流电路。
永磁转子结构由永磁体磁钢14、永磁体护套11、转子转轴12、转子端盖13等组成，采用空心杯状结构设计；所述永磁转子位于内外定子之间，通过轴承与转轴连接；所述永磁体每极由两块“一”字形磁钢组成，每块磁钢沿周向分5段，相互之间绝缘，此种设计可以大大减少转子永磁体的涡流损耗；所述永磁体护套采用硅钢片叠压而成，在每极磁钢之间的护套上开孔，通过不锈钢螺钉将转子与转轴相连接，螺钉需进行电绝缘处理；所述转子端盖外径通过螺钉与永磁体护套固定连接，内径与转轴采用热套形式固定在一起；所述磁钢涂抹粘接胶，放置于永磁体护套孔内，磁钢与护套孔具有一定的预紧力。
前端盖外径部分通过止口与外定子水冷机壳连接，采用螺钉固定，保证与内外定子同心。
后端盖外径部分通过止口与外定子水冷机壳连接定，中间圆孔凸台通过止口与内定子水冷机壳连接，保证与内外定子同心；所述后端盖内外凸台均采用螺钉与内外定子水冷机壳固定。
外定子水冷机壳内圆与外定子铁心热套连接在一起，机壳厚壁内设计成轴向“Z”字型通道15，水流按照Z”字型通道循环流动，外接水流入转接头和流出接头；所述外定子水冷机壳轴向“Z”字型水流通道可以保证电机两端无温度梯度；此外，所述外定子水冷机壳也可以制作成周向螺旋型水流通道，虽然周向结构冷却水与水套接触面积大，冷却效果较好，但考虑到双定子电机结构的特殊性，内定子只有一端可与外界联通，轴向“Z”字型水流通道是更优选择。
内定子水冷机壳外圆与内定子铁心热套连接在一起，内圆通过轴承与转轴连接在一起，机壳厚壁内制作成轴向“Z”字型通道16，水流按照Z”字型通道循环流动，外接水流入转接头和流出接头；所述外定子水冷机壳轴向“Z”字型水流通道可以保证电机两端无温度梯度；此外，所述外定子水冷机壳也可以制作成周向螺旋型水流通道，虽然周向结构冷却水与水套接触面积大，冷却效果较好，但考虑到双定子电机结构的特殊性，内定子只有一端可与外界联通，轴向“Z”字型水流通道是更优选择。
旋转编码器与转轴的一端同轴连接，方便采集电机的信号控制电机的运行。
底座通过螺钉与电机的前端盖和后端盖连接在一起，底座结构简单，方便安装于试验平台。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种用于混合动力电动汽车的双定子永磁同步发电机，所述双定子永磁同步发电机包括：双定子结构、永磁转子结构、前端盖、后端盖、外定子水冷机壳、内定子水冷机壳、底座以及旋转编码器；其特征在于，所述双定子结构的内定子和外定子沿径向同心，所述外定子直接与所述外定子水冷机壳通过热套形式固定连接，所述内定子与端部的所述内定子水冷机壳通过热套形式固定相连，所述永磁转子结构设计为空心杯形状，位于内、外定子之间，整套发电机安装于所述底座上。
2.如权利要求1所述的双定子永磁同步发电机，其特征在于：所述外定子由外定子铁心和外定子绕组组成；所述外定子铁心采用0.35mm硅钢片叠压而成，且外定子铁心采用斜槽结构；所述外定子绕组采用9/4单元的分数槽分布绕组结构；所述内定子由内定子铁心和内定子绕组组成；所述内定子铁心采用采用0.35mm硅钢片叠压而成，且内定子铁心采用斜槽结构；所述内定子绕组采用3/2单元的分数槽集中绕组结构。
3.如权利要求1所述的双定子永磁同步发电机，其特征在于：所述永磁转子结构由永磁体磁钢、永磁体护套、转子转轴、转子端盖组成，采用空心杯状结构设计；所述永磁转子结构位于内外定子之间，通过轴承与转轴连接；永磁体每极由两块“一”字形磁钢组成，每块磁钢沿周向分5段，相互之间绝缘，所述永磁体护套采用硅钢片叠压而成，在每极磁钢之间的护套上开孔，通过不锈钢螺钉将转子与转轴相连接，螺钉进行电绝缘处理；所述转子端盖外径通过螺钉与永磁体护套固定连接，内径与转子转轴采用热套形式固定在一起；所述永磁体磁钢涂抹粘接胶，放置于永磁体护套孔内，磁钢与护套孔具有一定的预紧力。
4.如权利要求1所述的双定子永磁同步发电机，其特征在于：所述前端盖的外径部分通过止口与所述外定子水冷机壳连接，采用螺钉固定，保证与内外定子同心；所述后端盖外径部分通过止口与所述外定子水冷机壳连接固定，中间圆孔凸台通过止口与内定子水冷机壳连接，保证与内外定子同心；所述后端盖内外凸台均采用螺钉与内外定子水冷机壳固定。
5.如权利要求1所述的双定子永磁同步发电机，其特征在于：所述外定子水冷机壳内圆与外定子铁心热套连接在一起，机壳厚壁内设计成轴向“Z”字型通道，水流按照Z”字型通道循环流动，外接水流入转接头和流出接头。
6.如权利要求1所述的双定子永磁同步发电机，其特征在于：所述内定子水冷机壳外圆与内定子铁心热套连接在一起，内圆通过轴承与转轴连接在一起，机壳厚壁内制作成轴向“Z”字型通道，水流按照Z”字型通道循环流动，外接水流入转接头和流出接头。
7.如权利要求1所述的双定子永磁同步发电机，其特征在于：所述旋转编码器与转轴的一端同轴连接，方便采集电机的信号控制电机的运行。
8.如权利要求1所述的双定子永磁同步发电机，其特征在于：所述底座通过螺钉与电机的前端盖和后端盖连接在一起。
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