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CN111181339A - 一种定子模块化双转子双凸永磁电机 - Google Patents

一种定子模块化双转子双凸永磁电机 Download PDF

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CN111181339A
CN111181339A CN202010095911.2A CN202010095911A CN111181339A CN 111181339 A CN111181339 A CN 111181339A CN 202010095911 A CN202010095911 A CN 202010095911A CN 111181339 A CN111181339 A CN 111181339A
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CN
China
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stator
teeth
rotor
salient pole
permanent magnet
Prior art date
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Pending
Application number
CN202010095911.2A
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English (en)
Inventor
王凯
孙海阳
李烽
张国豪
孔金旺
张旭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

本发明公开了一种定子模块化双转子双凸永磁电机，包括内凸极转子、外凸极转子以及位于二者之间的定子，内凸极转子和外凸极转子分别与定子之间形成独立的气隙；定子包括若干定子模块，每个定子模块包括定子轭部以及分别与定子轭部中间位置外侧和内侧连接的外定子齿和内定子齿，各定子模块的定子轭部之间通过永磁体连接形成完整的定子；每个定子模块的外定子齿和内定子齿上均绕有电枢绕组；随着内外转子的同步旋转与定子相对位置的变化在电机内外定子电枢绕组中感应出正负交变的反电势。本发明解决了传统单转子双凸永磁电机定子侧漏磁严重的问题，提高了永磁体利用率和电机转矩密度。

Description

一种定子模块化双转子双凸永磁电机
技术领域
本发明属于永磁电机领域，特别涉及了一种双转子双凸永磁电机。
背景技术
双凸永磁电机的永磁体和电枢绕组均位于定子上，易于实现绕组和永磁体的冷却，容易实现电机的温升控制可以确保电机可靠运行。双凸永磁电机的转子采用凸极铁芯结构，既无电枢绕组也无永磁体，机械强度大适合做高速运行，非常适合航空航天和电动汽车等高速电驱动场合。然而，双凸永磁电机的内转子(外转子)存在严重的定子外侧(定子内侧)漏磁，导致永磁体利用率低，磁能不能得到有效的利用。
发明内容
为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种定子模块化双转子双凸永磁电机，解决传统单转子双凸永磁电机定子侧的漏磁问题，提高永磁体利用率。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种定子模块化双转子双凸永磁电机，包括内凸极转子、外凸极转子以及位于二者之间的定子，所述内凸极转子和外凸极转子分别与定子之间形成独立的气隙；所述定子包括若干定子模块，每个定子模块包括定子轭部以及分别与定子轭部中间位置外侧和内侧连接的外定子齿和内定子齿，各定子模块的定子轭部之间通过永磁体连接形成完整的定子；每个定子模块的外定子齿和内定子齿上均绕有电枢绕组，同一定子模块的外定子齿和内定子齿上电枢绕组的正负方向相同，各外定子齿上属于同相的电枢绕组反相串联构成单相绕组，各内定子齿上属于同相的电枢绕组反向串联构成单相绕组，内、外定子齿上属于同相的电枢绕组反相串联构成单相绕组；所述内凸极转子与外凸极转子的极对数相同，内凸极转子的凸极齿的中心线正对着外凸极转子的槽的中心线。
基于上述技术方案的优选方案，所述永磁体采用环形充磁方式，相邻永磁体的充磁方向相反。
基于上述技术方案的优选方案，所述内凸极转子与外凸极转子通过其端部机械固定为一体，实现同步旋转。
基于上述技术方案的优选方案，所述定子模块的定子轭部两端处的外侧和内侧分别连接有半个外定子齿和半个内定子齿，所述永磁体设置在每个定子模块的定子轭部中间位置与两端之间，相邻两个定子模块两端的半个外定子齿和半个内定子齿拼接形成完整的外定子齿和内定子齿，所述拼接形成的外定子齿和内定子齿上不绕设电枢绕组。
基于上述技术方案的优选方案，每个定子模块的定子轭部中间位置的外定子齿和内定子齿的尺寸大于相邻两个定子模块两端的半个外定子齿和半个内定子齿拼接形成的外定子齿和内定子齿的尺寸。
采用上述技术方案带来的有益效果：
(1)本发明将永磁体放置于模块化定子轭部的连接处，永磁体为内外电机所共用，避免了传统双凸永磁电机定子两侧的漏磁问题，提高了永磁体利用率和电机转矩密度；永磁体放置于定子也有利于永磁体的散热；
(2)本发明定子采用模块化设计，便于加工批量生产，加工好的模块化定子可直接绕线然后拼装完成装配，简化了生产过程和装配过程；
(3)本发明定子绕线采用隔齿绕的模块化方式，可以降低绕线难度，提高槽满率；此外电机的容错性能也可以得到了改善；
(4)本发明电机的内外转子均采用机械强度大的凸极铁芯结构，内外凸极铁芯转子同步旋转共轴输出机械功率，适合做高速运行。
附图说明
图1是本发明实施例1的电机截面示意图；
图2是本发明实施例1中一个定子模块的结构示意图；
图3是本发明中内、外凸极转子的结构示意图；
图4是本发明中绕组连接方式示意图；
图5是本发明实施例1的三相绕组空载反电势波形图；
图6是本发明实施例2中一个定子模块的结构示意图
图7是本发明实施例2的电机截面示意图；
标号说明：1、外凸极转子；2、外转子齿；3、定子模块；4、外定子齿上电枢绕组；5、内定子齿上电枢绕组；6、内凸极转子；7、外气隙；8、内气隙；9-19、定子模块。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
如图1所示，一种定子模块化双转子双凸永磁电机，包括内凸极转子6、外凸极转子1以及位于二者之间的定子，所述内凸极转子6和外凸极转子1分别与定子之间形成独立的气隙8和7。所述定子包括若干定子模块3，如图2所示，每个定子模块3包括定子轭部以及分别与定子轭部中间位置外侧和内侧连接的外定子齿和内定子齿，各定子模块的定子轭部之间通过永磁体连接形成完整的定子。每个定子模块的外定子齿和内定子齿上均绕有电枢绕组5和4。如图3所示，内凸极转子与外凸极转子的极对数相同(即两个转子具有相同的齿数)，内凸极转子的凸极齿的中心线正对着外凸极转子的槽的中心线。定子轭部的永磁体发出的磁通，经过定子轭部、内外定子齿、内外凸极铁芯转子和内外气隙分别形成串联回路。
在本实施例中，永磁体采用环形充磁方式，相邻永磁体的充磁方向相反。内凸极转子与外凸极转子通过其端部机械固定为一体，实现同步旋转。
结合图4对3号和9-19号定子模块上的电枢绕组连接方式进行说明。17号外定子齿上绕A+线圈，18号外定子齿上绕A-线圈；因每个定子齿跨150电角度，为了得到平衡的三相电枢绕组，19号外定子齿上绕B-线圈，3号外定子齿上绕B+线圈；9号外定子齿上绕C+线圈，10号外定子齿上绕C-线圈，11号外定子齿上绕A-线圈，12号外定子齿上绕A+线圈；13号外定子齿上绕B+线圈，14号外定子齿上绕B-线圈，15号外定子齿上绕C-线圈，16号外定子齿上绕C+线圈。各外定子齿上的属于同相的电枢绕组反向串联形成单相绕组。
内定子齿上的线圈正负方向与外定子齿上的线圈正负方向相同。内定子齿上逆时针方向三相绕组分布方式与外定子齿上线圈排列原理相同。各内定子齿上的属于同相的电枢绕组反向串联形成单相绕组。内定子齿与外定子齿上属于同相的电枢绕组反向连接组成单相绕组。定子上的三相绕组通入对称的三相电流后可实现内外转子的同步旋转，实现电能向机械能的转换。
图5给出了本实施例中双转子双凸永磁电机的三相反电势波形，从波形可以看出，该电机的反电势波形正弦度较好，可以实现无刷交流控制且具有良好的转矩性能。
实施例2
为了简化加工装配过程，提高电机的转矩密度和容错性能，本实施例中的定子模块采用图6所示结构，电机内外凸极转子的结构和内外齿槽对应方式与图3保持一致。电机内外定子的电枢绕组连接方式如图7所示，与图4的区别仅在于每个定子模块连接处的内外定子齿上不再绕有电枢绕组，其余内外定子齿上线圈绕制方向及顺序与图4无区别。该绕组连接方式可实现绕组相间物理隔离，提高电机运行的可靠性。此外绕有电枢绕组的定子齿也可采用大齿结构，以提高绕组因数和转矩密度。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，本发明专利可以拓展到M相极槽配合的双凸永磁电机，此外也可扩展到轴向磁通电机和直线电机等，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种定子模块化双转子双凸永磁电机，其特征在于：包括内凸极转子、外凸极转子以及位于二者之间的定子，所述内凸极转子和外凸极转子分别与定子之间形成独立的气隙；所述定子包括若干定子模块，每个定子模块包括定子轭部以及分别与定子轭部中间位置外侧和内侧连接的外定子齿和内定子齿，各定子模块的定子轭部之间通过永磁体连接形成完整的定子；每个定子模块的外定子齿和内定子齿上均绕有电枢绕组，同一定子模块的外定子齿和内定子齿上电枢绕组的正负方向相同，内、外定子齿上属于同相的电枢绕组反相串联构成单相绕组；所述内凸极转子与外凸极转子的极对数相同，内凸极转子的凸极齿的中心线正对着外凸极转子的槽的中心线。
2.根据权利要求1所述定子模块化双转子双凸永磁电机，其特征在于：所述永磁体采用环形充磁方式，相邻永磁体的充磁方向相反。
3.根据权利要求1所述定子模块化双转子双凸永磁电机，其特征在于：所述内凸极转子与外凸极转子通过其端部机械固定为一体，实现同步旋转。
4.根据权利要求1所述定子模块化双转子双凸永磁电机，其特征在于：所述定子模块的定子轭部两端处的外侧和内侧分别连接有半个外定子齿和半个内定子齿，所述永磁体设置在每个定子模块的定子轭部中间位置与两端之间，相邻两个定子模块两端的半个外定子齿和半个内定子齿拼接形成完整的外定子齿和内定子齿，所述拼接形成的外定子齿和内定子齿上不绕设电枢绕组。
5.根据权利要求4所述定子模块化双转子双凸永磁电机，其特征在于：每个定子模块的定子轭部中间位置的外定子齿和内定子齿的尺寸大于相邻两个定子模块两端的半个外定子齿和半个内定子齿拼接形成的外定子齿和内定子齿的尺寸。
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