双转子直冷电机技术最新研究进展

双转子直冷电机技术最新研究进展

李岳 洪兴鑫

（上海智御动力技术有限公司，201806）

摘要一种电机技术领域的双转子直冷电机，包括外部转子总成部分、内部转子总成部分和定子总成部分，外部转子总成部分包括外转子支架、外转子端板、外转子铁芯、外转子磁钢，内部转子总成部分包括电机轴、内转子垫板、内转子铁芯、内转子磁钢、丝杆锁紧螺母，定子总成部分包括定子绕组外罩、定子铁芯、定子绕组、固定端、排油孔、进油管、出油管、中间隔板。在本研究中，中间隔板把定子绕组右外罩、定子铁芯、定子外绕组、定子内绕组所围成的油腔分为上下两部分，上部分油腔与进油管相连通，下部分油腔与出油管相连通。本研究的定子采用直接油冷，绕组解决了传统散热瓶颈致使功率密度无法做大、电机成本过高的难题。

关键词双转子电机 直冷电机 电机

双转子无轭部径向磁通直冷电机技术最新研究进展

一、技术背景

传统的电动机一般只有一个定子和一个转子，无论是直流机、同步机还是异步机，都只有一个机械端口。近年来，有人提出了双转子电机的概念，这种电机具有两个机械轴，可以实现两个机械轴能量的独立传递。这种新型电机极大的减小了设备的体积和重量，提高了工作效率，能很好的满足节能和调速的要求，有着优越的运行性能，因此，在许多领域有着很好的应用前景。目前，许多科研院所所提的双转子电机种类很多，虽然都被称为“双转子电机”，但在结构和原理上各不相同。

在现有技术中，有的双转子电机也采用同一个机械轴，但是散热比较困难，功率密度无法做大。

二、研究内容

本研究针对现有技术的不足，提出一种双转子直冷电机，可以有效解决双转子电机的散热问题。

本研究是通过以下技术方案来实现的，本研究包括外部转子总成部分、内部转子总成部分和定子总成部分；外转子总成部分和内部转子总成部分均包括铁芯和磁钢，磁钢布置在铁芯内；内部转子总成部分还包括电机轴，外转子总成部分与电机轴连接在一起；定子总成部分包括定子绕组左外罩、定子绕组右外罩、定子铁芯、定子外绕组、定子内绕组、中间隔板，定子铁芯为圆环状结构，定子内绕组、定子外绕组分别布置在定子铁芯的内外侧，多个排油孔均匀布置在定子外绕组、定子内绕组之间的定子铁芯上，两个中间隔板均布置在定子绕组右外罩的内部中间部位；定子绕组左外罩、定子铁芯、定子外绕组、定子内绕组围成左侧油腔，定子绕组右外罩、定子铁芯、定子外绕组、定子内绕组围成右侧油腔，两个中间隔板把右侧油腔分为上下两部分；定子总成部分布置在所述外转子总成部分和所述内部转子总成部分之间。

第一，外转子总成部分还包括外转子支架、外转子左端板、外转子右端板，外转子左端板、外转子右端板、外转子铁芯均为圆环状结构，外转子左端板、外转子铁芯、外转子右端板依次紧靠在一起后布置在外转子支架内。

第二，外转子总成部分的外转子磁钢均匀布置在外转子铁芯的内壁面，外转子磁钢为圆弧状；外转子左端板与外转子右端板结构相同。

第三，内部转子总成部分还包括内转子左垫板、内转子右垫板、丝杆锁紧螺母，电机轴为阶梯轴结构，内转子左垫板、内转子右垫板、内转子铁芯、丝杆锁紧螺母均为圆环状结构，内转子左垫板、内转子铁芯、内转子右垫板依次紧靠在一起后通过丝杆锁紧螺母与电机轴连接在一起。

第四，内部转子总成部分还包括挡圈、挡圈槽、销键、销键槽，挡圈槽、销键槽依次布置在电机轴的左端，外转子支架通过分别布置在挡圈槽、销键槽内的挡圈、销键与电机轴连接在一起；电机轴右端带有转矩输出齿轮。

第五，内转子左垫板、内转子右垫板结构相同，内转子磁钢在内转子铁芯内呈V字型布置。

第六，，定子总成部分还包括进油管、出油管，进油管、出油管分别布置在定子绕组右外罩右侧壁的上下端，进油管与右侧油腔上部分相连通，出油管与右侧油腔下部分相连通。

第七，定子总成部分还包括固定端、圆柱支脚、螺纹孔，圆柱支脚、螺纹孔均布置在固定端，定子绕组右外罩右壁面上带有圆柱支脚贯穿孔，固定端上的圆柱支脚穿过定子绕组右外罩右壁面上的圆柱支脚贯穿孔后，与定子铁芯铆接在一起。

第八，定子总成部分通过固定端上的螺纹孔与电机外壳固定在一起。

第九，在定子绕组左外罩、定子绕组右外罩上均带有内外两层齿状密封条，密封条结构与定子铁芯结构相匹配。

与现有技术相比，本研究具有如下有益效果为：本研究设计合理，结构巧妙，可以有效解决双转子电机的散热问题，提高电机的功率

（一）附图说明

本图1为本发明的立体结构示意图；

其中：1、外转子支架，2、外转子左端板没，3、外转子右端板，4、外转子铁芯，5、外转子磁钢，6、电机轴，7、内转子左垫板，8、内转子铁芯，9、内转子磁钢，10、内转子右垫板，11、丝杆锁紧螺母，12、挡圈，13、挡圈槽，14、销键，15、销键槽，16、定子绕组左外罩，17、定子绕组右外罩，18、定子铁芯，19、定子外绕组，20、定子内绕组，21、固定端，22、排油孔，23、进油管，24、出油管，25、中间隔板，26、圆柱支脚，27、螺纹孔。

图1 双转子电机结构示意图

（二）应用场景

1.电动交通工具

双转子直冷电机在电动交通工具中的应用前景非常广泛。其精巧的设计减小了电机的体积和重量，有效提高了电动汽车、电动自行车等交通工具的能源利用效率。这不仅有助于延长电动车辆的续航里程，还减轻了整车的总重量，进一步提高了车辆的性能和加速能力。另外，这种电机还能够实现高效的能量转换，减少了电池充电时间，对于推动电动交通工具的普及和可持续性发展具有重要意义。

2.工业自动化

双转子直冷电机技术在工业自动化领域展现出巨大的潜力。其独特的双转子结构能够同时传递能量到多个运动轴，因此在机器人、数控机床和自动化生产线等应用中能够提供多功能性和更高的运动精度。这不仅提高了工业生产的效率，还降低了生产中的误差率，有助于推动工业自动化领域的发展。

3.可再生能源转换

在风能和太阳能领域，双转子直冷电机技术可以用于提高能源转换系统的效率。其高效率和优秀的散热性能有助于风力涡轮机和太阳能跟踪系统中更有效地捕获和转换风能和太阳能。这有助于提高可再生能源的利用率，减少对传统能源的依赖，推动清洁能源领域的发展。

4.航空航天

双转子直冷电机由于其轻量化和高功率密度的特点，在航空航天应用中具备重要潜力。这种电机可以用于飞机的电动推进系统，提高飞行效率和节能性。同时，它还适用于卫星的姿态控制和太空探测器的动力系统，为太空科学研究和空间探索提供了可靠的动力支持。这些应用有助于推动航空航天领域的技术进步和创新。

三、结论

本项目双转子电机驱动系统除了对于航天航空及汽车驱动电机应用之外，可基于本项目拓展出系列化产品，从而应用到雷达伺服系统、野战突击车、各两级战车、运输车、无人车等特种车辆平台。对于混合舰船的推进系统、风力发电系统、无人机等未来也可采用双转子电机驱动系统，因此应用空间广阔，应用市场广泛。

从未来发展趋势、航天航空要求，汽车、舰船及风力发电系统等驱动技术的特点来看，双转子电机系统将是未来产品驱动的发展形式，也是现阶段各行各业发展技术的热点和难点之一。同时，双转子电机系统响应智能化、速度快、低速扭矩大、轻量化、模块化、高功率密度等特征，都是符合无论是航天航空还是汽车等多领域应用。

参考文献：

[1]佟磊.双转子永磁电机设计及优化分析[J].防爆电机,2023,58(03):6-9.

[2]孔晓光,刘春浩,梁文星.永磁磁阻双转子电机结构参数的优化设计[J].大电机技术,2022(05):8-15.

[3]毛圣杰. 磁齿轮双转子电机的优化设计与热分析[D].南京理工大学,2021.