CN111478470A - 一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机 - Google Patents
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Abstract
一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机，属于电机技术领域。电机包括转子、设于转子外侧的外电枢、设于转子内侧的内电枢；所述外电枢和所述内电枢均与所述转子同心布置，且所述外电枢与所述转子之间和所述内电枢与所述转子之间设有间隙；所述转子的转子铁芯内部嵌入沿圆周布置的若干对磁钢；每块磁钢的磁场方向为径向，且同一圆周上的磁钢按照N、S极交替的方式布置；在转子磁极的同一径向位置，转子外圆周的磁场极性和内圆周的磁场极性相反。本发明采用内嵌永磁体式磁路结构，实现两套电枢绕组的内部连接，进一步提高了电机轴向尺寸利用率，同时实现良好的可控制特性。
Description
技术领域
本发明属于电机技术领域，尤其涉及一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机。
背景技术
扁平式大扭矩电机作为一种直驱电机在大功率伺服、工程机械、轮毂驱动使用越来越广泛。内嵌式径向磁路结构的电机转子具备良好的调试性能和工作效率是该类电机的理想选择。但由于市场对电机的成本以及空间布置越来越高，目前已经有双定子轴向磁路结构电机和双电枢径向磁路结构，但轴向磁路结构的调速性能和效率达不到理想效果，市场上径向磁路双电枢结构基本采用表贴磁钢结构，且存在内外电枢需要外部接线或需双控制器控制的问题。
发明专利申请CN201610306643.8公开了一种内嵌双径向合成磁场永磁钢轮毂驱动电机，并具体公开了电机包括前端盖2、后端盖8、轮毂式机壳5、转子、定子6、定子支架9、轴1；轮毂驱动电机转子为双径向合成磁场的内嵌永磁转子；内嵌永磁转子由第一矩形永磁钢3、第二矩形永磁钢10、转子铁芯4、轮毂式机壳5、隔磁气隙7组成，转子铁芯4上均布有偶数个贯穿转子铁芯4厚度且由两个第一矩形槽形成的正“八”字形槽，由两个第一矩形槽形成的正“八”字形槽的外端中间设有贯穿转子铁芯厚度4且由两个第二矩形槽形成的倒“八”字形槽，形成倒“八”字形槽的两个第二矩形槽的内端不连通，第一矩形槽的内端与转子铁芯4的内圆之间不连通，相邻的两个形成正“八”字形槽的第一矩形槽内端不连通，在每个第一矩形槽的外端和相邻第二矩形槽的外端共同设有贯穿转子铁芯4厚度的隔磁气隙7，隔磁气隙7的内端与第一矩形槽的外端和第二矩形槽的外端均连通，隔磁气隙7的外端与转子铁芯4的外圆不连通，相邻的隔磁气隙7不连通。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机，采用内嵌式永磁同步电机转子结构，实现了两套电枢绕组的内部连接，进一步提高了电机轴向尺寸利用率，同时实现良好的可控制特性。
本发明是通过以下技术方案得以实现的：
本发明一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机，包括转子、设于转子外侧的外电枢、设于转子内侧的内电枢；所述外电枢和所述内电枢均与所述转子同心布置，且所述外电枢与所述转子之间和所述内电枢与所述转子之间设有间隙；所述转子的转子铁芯内部嵌入沿圆周布置的若干对磁钢；每块磁钢的磁场方向为径向，且同一圆周上的磁钢按照N、S极交替的方式布置；在转子磁极的同一径向位置，转子外圆周的磁场极性和内圆周的磁场极性相反。
本发明电机转子采用内嵌永磁体式磁路结构，实现两套电枢绕组的内部连接，解决了现有表贴磁钢结构，内外电枢需要外部接线或双控制器控制的问题。
作为优选，所述内电枢沿圆周设有若干内定子齿；所述外电枢沿圆周设有若干外定子齿；内定子齿的数量与外定子齿的数量相等。
作为优选，每个内定子齿与一个外定子齿相互对准；或者，每个内定齿与一个外定子齿相互错开且错开半个齿宽度。
作为优选，内定子齿外缠绕的线圈，及与该内定子齿相对应的外定子齿外缠绕的线圈，两者之间通过内外电枢线圈过渡线串联。
作为优选，电机三相绕组的末端中心点连接在内电枢上的母线排，电机三相绕组的引出线自所述外电枢侧引出。
作为优选，所述内电枢与所述外电枢均采用集中绕组。
作为优选，所述内电枢上由漆包线绕制的绕组截面积和所述外电枢上由漆包线绕制的绕组截面积相等。
作为优选，所述外电枢上的外定子齿的尺寸比所述内电枢上的内定子齿的尺寸宽，所述外电枢上绕组的线圈匝数比所述内电枢上绕组的线圈匝数多。
作为优选，所述内电枢上的相邻内定子齿之间设有内槽口，所述内槽口用于容置套装在所述内定子齿上的线圈；所述外电枢上的相邻外定子齿之间设有外槽口，所述外槽口用于容置套装在所述外定子齿上的线圈。
作为优选，相邻对磁钢中的一对磁钢能同时与外电枢上的两个外定子齿部分重叠，且能同时与内电枢上的两个内定子齿部分重叠；相邻对磁钢中的另一对磁钢能同时与外电枢上的一个外定子齿两侧的外槽口部分重叠，且能同时与内电枢上的一个内定子齿两侧的内槽口部分重叠。
本发明具有以下有益效果：
本发明一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机，采用内嵌式永磁同步电机转子结构，且实现了两套电枢绕组的内部连接，进一步提高了电机轴向尺寸利用率，同时实现良好的可控制特性。
附图说明
图1为本发明一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机的径向剖面图；
图2为本发明一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机中相邻三对磁钢的磁场极性示意图；
图3为本发明一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机的轴向剖面图；
图4为串联连接的电枢线圈的结构示意图；
图5为本发明一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机的电机磁路的仿真图（电机空载时）；
图6为本发明一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机的电机磁路的仿真图（电机负载大扭矩段时）；
图7为本发明一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机的电机磁路的仿真图（电机弱磁升速段时）。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1-3，一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机，包括转子2、设于转子外侧的外电枢1、设于转子内侧的内电枢3。所述外电枢1和所述内电枢3均与所述转子2同心布置，且所述外电枢1与所述转子2之间和所述内电枢3与所述转子1之间设有间隙。所述转子的转子铁芯21内部嵌入沿圆周布置的若干对磁钢4，例如在转子铁芯内开孔上容置磁钢。每对磁钢4由两个磁钢，一个磁钢靠近外电枢1设置，一个磁钢靠近内电枢3设置，成对的两个磁钢相互平行且相对设置。每块磁钢的磁场方向为径向（参照图5-7），且同一圆周上的磁钢按照N、S极交替的方式布置。在转子磁极的同一径向位置，即每对磁钢所在位置对应一个转子磁极，则转子外圆周的磁场极性和内圆周的磁场极性相反。
具体地，靠近外电枢1的若干磁钢沿圆周方向等间距排布，形成外磁钢圈；靠近内电枢3的若干磁钢沿圆周方向等间距排布，形成内磁钢圈。以图3所示的三对磁钢为例，当第一对磁钢中位于外磁钢圈的磁钢的磁场极性为N-S（N远离轴心方向，S靠近轴心方向），第一对磁钢中位于内磁钢圈的磁钢的磁场极性为N-S（N远离轴心方向，S靠近轴心方向）；相邻的第二对磁钢中位于外磁钢圈的磁钢的磁场极性为S-N（S远离轴心方向，N靠近轴心方向），相邻的第二对磁钢中位于内磁钢圈的磁钢的磁场极性为S-N（S远离轴心方向，N靠近轴心方向）；第三对磁钢中位于外磁钢圈的磁钢的磁场极性为N-S（N远离轴心方向，S靠近轴心方向），第三对磁钢中位于内磁钢圈的磁钢的磁场极性为N-S（N远离轴心方向，S靠近轴心方向）。上述每对磁钢于转子外圆面的磁场极性和转子内圆面的磁场极性相反。
其中，每个磁钢由一块或两块或多块方形子磁钢构成，同一磁极下的所有子磁钢的磁场方向相同。以图3中的第一对磁钢为例，第一对磁钢中位于内磁钢圈的磁钢由两块子磁钢构成，两块子磁钢的磁场极性均为N-S（N远离轴心方向，S靠近轴心方向）。相当于，将一整个磁钢切成好几块子磁钢并排设置。为此，在同一磁极下的所有子磁钢的磁场方向相同的前提下，每个磁钢可以由不同数量的子磁钢构成。
所述内电枢3沿圆周设有若干内定子齿31。所述外电枢1沿圆周设有若干外定子齿11。内定子齿31的数量与外定子齿11的数量相等。所述内定子齿31和所述外定子齿11上的线圈绕组方式相同，可均采用集中绕组。其中，所述内电枢上由漆包线绕制的绕组截面积和所述外电枢上由漆包线绕制的绕组截面积相等。所述截面积相等包括完全相等以及近似相等。所述外电枢1上的外定子齿11的尺寸比所述内电枢3上的内定子齿31的尺寸宽，所述外电枢上绕组的线圈匝数比所述内电枢上绕组的线圈匝数多。
为确保形成磁路均匀，每个内定子齿31与一个外定子齿11相互对准。如图3、4，内定子齿31外缠绕的线圈（内电枢线圈32），及与该内定子齿31相互对准的外定子齿11外缠绕的线圈（外电枢线圈12），两者之间通过内外电枢线圈过渡线10串联。或者，每个内定齿与一个外定子齿相互错开且错开半个齿宽度。内定子齿外缠绕的线圈，及与该内定子齿相对应的外定子齿外缠绕的线圈，两者之间通过内外电枢线圈过渡线串联。内外电枢线圈中心点引出线20设于所述内电枢线圈32末端，用于焊接在设于内电枢上的母线排5；内外电枢线圈外引出线30设于外电枢的顶端。所述内外电枢线圈中心点引出线作为电机三相绕组的末端中心点引出线，所述内外电枢线圈外引出线作为电机的三相绕组引出线。当通入三相交流电至电机三相绕组时，转子转动，转子与双电枢之间产生空间旋转磁场。
为便于安装线圈，内电枢3和外电枢1均涉及较大尺寸的槽口，即所述内电枢上的相邻内定子齿之间设有内槽口33，所述外电枢上的相邻外定子齿之间设有外槽口13，所述内槽口33用于容置套装在所述内定子齿31上的线圈；所述外槽口13用于容置套装在所述外定子齿11上的线圈。这样，线圈可以直接套装在各齿上。
图1所示示例中，相邻对磁钢中的一对磁钢4能同时与外电枢1上的两个外定子齿11部分重叠，且能同时与内电枢3上的两个内定子齿31部分重叠。相邻对磁钢4中的另一对磁钢4能同时与外电枢1上的一个外定子齿11两侧的外槽口13部分重叠，且能同时与内电枢3上的一个内定子齿31两侧的内槽口33部分重叠。
如图5，电机空载时，依靠转子内部的磁钢激磁，电机的磁力线从转子外圆面的N极穿过转子和外电枢的间隙，进入外电枢的不同齿和轭部后回到转子和外电枢的间隙并进入转子外圆面S极，后经过转子内部至转子内圆面的N极，后穿过转子和内电枢的间隙，进入内电枢的不同齿和轭部后回到转子和内电枢的间隙，后进入转子内圆S极，最后在转子内部穿过磁钢到达转子外表面N极形成闭合回路。转子旋转时，在内外电枢绕组中均感应到磁场变化而产生反电势。
电机负载大扭矩段时，由负载磁力线仿真图6可见：外电枢的磁力线大部分通过内定子组成了磁力线回路，相对空载磁路增加了部分磁通不通过内定子而通过内嵌转子的交轴磁路形成的磁力线。实现了集中绕组电机的有效增磁效果，为提高电机的扭矩密度创造了条件。
电机弱磁升速段时，由负载磁力线仿真图7可见：由于内外电枢的共同左右，弱磁磁势直接作用在单个磁极上，避免了单电枢电机不同相之间的漏抗，提高了电机高速弱磁的功率因数和恒功率弱磁特性，可见该电机具备优异的可控性能。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (10)
1.一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机，包括转子、设于转子外侧的外电枢、设于转子内侧的内电枢；所述外电枢和所述内电枢均与所述转子同心布置，且所述外电枢与所述转子之间和所述内电枢与所述转子之间设有间隙；其特征在于，所述转子的转子铁芯内部嵌入沿圆周布置的若干对磁钢；每块磁钢的磁场方向为径向，且同一圆周上的磁钢按照N、S极交替的方式布置；在转子磁极的同一径向位置，转子外圆周的磁场极性和内圆周的磁场极性相反。
2.根据权利要求1所述的一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机，其特征在于，每个磁钢由一块或两块或多块方形子磁钢构成，同一磁极下的所有子磁钢的磁场方向相同。
3.根据权利要求1所述的一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机，其特征在于，所述内电枢沿圆周设有若干内定子齿；所述外电枢沿圆周设有若干外定子齿；内定子齿的数量与外定子齿的数量相等。
4.根据权利要求3所述的一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机，其特征在于，每个内定子齿与一个外定子齿相互对准；或者，每个内定齿与一个外定子齿相互错开且错开半个齿宽度。
5.根据权利要求4所述的一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机，其特征在于，内定子齿外缠绕的线圈，及与该内定子齿相对应的外定子齿外缠绕的线圈，两者之间通过内外电枢线圈过渡线串联。
6.根据权利要求5所述的一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机，其特征在于，电机三相绕组的末端中心点连接在内电枢上的母线排，电机三相绕组的引出线自所述外电枢侧引出。
7.根据权利要求3所述的一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机，其特征在于，所述内电枢与所述外电枢均采用集中绕组。
8.根据权利要求3所述的一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机，其特征在于，所述内电枢上由漆包线绕制的绕组截面积和所述外电枢上由漆包线绕制的绕组截面积相等。
9.根据权利要求8所述的一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机，其特征在于，所述外电枢上的外定子齿的尺寸比所述内电枢上的内定子齿的尺寸宽，所述外电枢上绕组的线圈匝数比所述内电枢上绕组的线圈匝数多。
10.根据权利要求3所述的一种带双电枢径向磁路结构的永磁同步电机，其特征在于，所述内电枢上的相邻内定子齿之间设有内槽口，所述内槽口用于容置套装在所述内定子齿上的线圈；所述外电枢上的相邻外定子齿之间设有外槽口，所述外槽口用于容置套装在所述外定子齿上的线圈。
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