CN101662192A - 无刷馈电双转子电机 - Google Patents

Abstract

无刷馈电双转子电机，它涉及永磁电机技术领域，它解决了传统电机只能实现单一速度的单轴输出，而目前采用的双速双轴输出电机需要电刷滑环对绕组进行馈电，导致运行效率下降、可靠性降低以及经常需要对电刷等部件进行维护等问题。本发明的定子固定在壳体内，永磁转子固定在永磁转子输出轴上，爪极转子位于定子与永磁转子之间，并且固定在爪极转子输出轴上，所述永磁转子输出轴和爪极转子输出轴分别通过轴承与壳体连接。本发明能够提供两个转轴之间的转矩差值和转速差值，适用于需要在不同转速的两个机械转轴同时工作的工业技术中。

Description

无刷馈电双转子电机

技术领域

本发明涉及的是永磁电机的技术领域。

背景技术

传统的电机一般是由一个定子，一个转子构成。由于电机只有一个转子，只能实现单一速度的单轴输出。在鱼雷推进、电动汽车、风力发电等应用场合，需要电机具有提供两个独立转速的双轴输出能力，传统电机无法实现这一功能。

目前实现双轴输出普遍采用的方法是使传统电机的定子也旋转，由于定子上有需要馈电的绕组，因此需要采用电刷滑环等机构对定子绕组进行馈电，这样会导致运行效率下降、可靠性降低以及经常需要对电刷等部件进行维护等问题。

发明内容

为了解决传统电机只能实现单一速度的单轴输出，而目前采用的双速双轴输出电机需要电刷滑环对绕组进行馈电，导致运行效率下降、可靠性降低以及经常需要对电刷等部件进行维护等问题，本发明提供了一种无刷馈电双转子电机。

本发明的无刷馈电双转子电机由端盖、壳体、定子、爪极转子、永磁转子、爪极转子输出轴和永磁转子输出轴组成；

定子固定在壳体的内侧壁上，永磁转子固定在永磁转子输出轴上，爪极转子位于定子与永磁转子之间，所述爪极转子固定在爪极转子输出轴上，并且所述爪极转子通过轴承与永磁转子输出轴连接；爪极转子和定子之间有气隙L1；所述爪极转子与永磁转子之间有气隙L2；

定子由m个结构相同的相单元沿轴向紧密排列组成；每个相单元均由铁心和绕组构成；每个铁心的截面为“凹”字形，“凹”字形的开口面向爪极转子，绕组嵌在所述“凹”字形的开口中；

爪极转子由支撑部分和m个爪极单元组成，每个爪极单元由2n个爪极齿沿圆周均匀分布排列组成圆环状，相邻两个爪极齿之间的爪极距离为d，圆周方向上相间分布的爪极齿的顶端凸出部分连接成一体，所述顶端凸出部分的顶面形成一个圆环面，每个爪极单元的2n个爪极齿的顶面共形成两个圆环面，且这两个圆环面分别与对应第一定子铁心的“凹”字形开口的两侧凸出部分对齐；每个爪极齿的底面朝向永磁转子，所有爪极齿固定在支撑部分上，在圆周方向上顶端凸出部分连接在一起的两个爪极齿的底面在圆周方向上不相邻，在每个爪极单元内圆周方向上底面相邻的两个爪极齿组成一个爪极对，m个爪极单元沿轴向均匀排列，并且相邻爪极单元沿圆周方向错开2/m倍的爪极距离d所占的空间角度；

永磁转子外圆周表面有m个永磁体单元，每个永磁体单元是由2n个永磁体沿圆周均匀分布排列组成，所述永磁体沿径向充磁，并且相邻两块永磁体的充磁方向相反，永磁体嵌入转子铁心的外表面中或固定在转子铁心的外表面上，m个永磁体单元沿轴向均匀分布；

所述m和n均为大于0的整数。

本发明中的爪极齿的底面和纵截面可以是多边形。

本发明中的爪极齿的底面和顶面可以是轴对称多边形。

定子上的绕组以星形接法或角形接法连接后，直接与外部驱动交流电源或者负载相连接。

本发明所述的无刷馈电双转子电机是无刷结构，定子的电枢绕组不需要旋转，克服了采用电刷结构所导致的运行效率下降、可靠性降低以及经常需要对电刷等部件进行维护等问题。

本发明通过不同频率的电源对定子供电；整个定子形成m对极性交替变化的环形磁极，环形磁极磁场通过爪极转子进行调制，在爪极转子内表面形成多个圆周方向分布的极性交替变化的磁极，根据同极相斥、异极相吸的原理爪极转子和永磁转子之间产生相对旋转，这样就形成了爪极转子和永磁转子之间的转速差。

本发明电机的两个转轴转速相互独立，转速差可调，可应用在需要不同转速的两个机械转轴同时工作的工业技术中，如鱼雷推进、电动汽车、风力发电等应用场合。本发明电机不但性能优良且结构简单、成本低廉，易于制造厂家利用现有制造设备进行产品更新，所以可广泛采用。由于电机是无刷结构，定子的电枢绕组不需要旋转，克服了采用电刷滑环馈电结构所导致的运行效率下降、可靠性降低以及经常需要对电刷等部件进行维护等问题。

本发明的无刷馈电双转子电机适用于需要在不同转速的两个机械转轴同时工作的工业技术中。

附图说明

图1是本发明所述的无刷馈电双转子电机的结构示意图，图2是图1的A-A剖面图，图3是图1中的爪极转子3的展开图，图4是图1中的永磁转子4的展开图。

具体实施方式

本实施方式所述的无刷馈电双转子电机由端盖7、壳体1、定子2、爪极转子3、永磁转子4、爪极转子输出轴6和永磁转子输出轴5组成；

定子2固定在壳体1的内侧壁上，永磁转子4固定在永磁转子输出轴5上，爪极转子3位于定子2与永磁转子4之间，所述爪极转子3固定在爪极转子输出轴6上，并且所述爪极转子3通过轴承与永磁转子输出轴5连接；爪极转子3和定子2之间有气隙L1；所述爪极转子3与永磁转子4之间有气隙L2；

定子2由m个结构相同的相单元沿轴向紧密排列组成；每个相单元均由铁心2-1和绕组2-2构成；每个铁心2-1的截面为“凹”字形，“凹”字形的开口面向爪极转子3，绕组2-2嵌在所述“凹”字形的开口中；

爪极转子3由支撑部分3-1和m个爪极单元3-2组成，每个爪极单元3-2由2n个爪极齿3-2-1沿圆周均匀分布排列组成圆环状，相邻两个爪极齿3-2-1之间的爪极距离为d，圆周方向上相间分布的爪极齿3-2-1的顶端凸出部分连接成一体，所述顶端凸出部分的顶面形成一个圆环面，每个爪极单元3-2的2n个爪极齿3-2-1的顶面共形成两个圆环面，且这两个圆环面分别与对应第一定子铁心的“凹 ”字形开口的两侧凸出部分对齐；每个爪极齿3-2-1的底面朝向永磁转子4，所有爪极齿3-2-1固定在支撑部分3-1上，在圆周方向上顶端凸出部分连接在一起的两个爪极齿3-2-1的底面在圆周方向上不相邻，在每个爪极单元3-2内圆周方向上底面相邻的两个爪极齿3-2-1组成一个爪极对，m个爪极单元3-2沿轴向均匀排列，并且相邻爪极单元3-2沿圆周方向错开2/m倍的爪极距离d所占的空间角度；

永磁转子4外圆周表面有m个永磁体单元4-1，每个永磁体单元4-1是由2n个永磁体4-1-1沿圆周均匀分布排列组成，所述永磁体4-1-1沿径向充磁，并且相邻两块永磁体4-1-1的充磁方向相反，永磁体4-1-1嵌入转子铁心4-2的外表面中或固定在转子铁心4-2的外表面上，m个永磁体单元4-1沿轴向均匀分布；

所述m和n均为大于0的整数。

本发明中的爪极齿3-2-1的底面和纵截面可以是多边形。

本发明中的爪极齿3-2-1的底面和顶面可以是轴对称多边形。

定子上的绕组2-2可采用星形接法或角形接法，在实际工作时，连接外部驱动交流电源或者负载。

工作原理：

本实施方式中所述的每个爪极对通入磁力线后形成一对磁极，该爪极对有四个端面，分别为每个爪极齿3-2-1的顶面和底面，其中两个爪极齿3-2-1的两个顶面与定子2相对，所述两个爪极齿3-2-1的两个底面与永磁转子4相对，在电机工作时，磁力线的路径为：所述磁力线从永磁转子4中的一个永磁体4-1-1输出经过爪极转子3与永磁转子4之间的气隙L2进入对应的爪极对中的一个爪极齿3-2-1的底面，并从该爪极齿3-2-1的顶面输出经过爪极转子3和定子2之间的气隙L1、并途经对应的第一定子相单元中的铁心后，再经过爪极转子3和定子2之间的气隙L1回到所述爪极对中的另一个爪极齿3-2-1的顶面，然后从该爪极齿3-2-1的底面输出再次经过爪极转子3与永磁转子4之间的气隙L2进入与该爪极齿3-2-1对应的永磁转子4中的另一个永磁体，并从该永磁体回到输出该磁力线的永磁体中形成闭合的磁力线。

根据上述磁力线的路径可知：本实施方式中的每对爪极中的两个爪极的两个底面形成圆周方向的南北极；而该对爪极中的两个爪极的两个顶面沿轴向有距离，并且在圆周方向错开有角度，故其形成了接近轴向方向的南北极，每个爪极单元3-2中的n个爪极对形成一个爪极圆环，共形成m个爪极圆环，所述m个爪极圆环沿轴向排列；相邻的两个爪极圆环之间错开2/m倍的爪极距离d所占的空间角度。

定子2绕组中的电流产生的磁场通过爪极转子3进行调制，使定子2铁心表面的m对轴向排布的磁极在m个爪极单元的底面感应出多个圆周方向分布的磁极。

Claims (3)

1、无刷馈电双转子电机，它包括端盖(7)、壳体(1)、定子(2)、永磁转子(4)和永磁转子输出轴(5)，其特征在于它还包括爪极转子(3)和爪极转子输出轴(6)；

定子(2)固定在壳体(1)的内侧壁上，永磁转子(4)固定在永磁转子输出轴(5)上，爪极转子(3)位于定子(2)与永磁转子(4)之间，所述爪极转子(3)固定在爪极转子输出轴(6)上，并且所述爪极转子(3)通过轴承与永磁转子输出轴(5)连接；爪极转子(3)和定子(2)之间有气隙L1；所述爪极转子(3)与永磁转子(4)之间有气隙L2；

定子(2)由m个结构相同的相单元沿轴向紧密排列组成；每个相单元均由铁心(2-1)和绕组(2-2)构成；每个铁心(2-1)的截面为“凹”字形，“凹”字形的开口面向爪极转子(3)，绕组(2-2)嵌在所述“凹”字形的开口中；

爪极转子(3)由支撑部分(3-1)和m个爪极单元(3-2)组成，每个爪极单元(3-2)由2n个爪极齿(3-2-1)沿圆周均匀分布排列组成圆环状，相邻两个爪极齿(3-2-1)之间的爪极距离为d，圆周方向上相间分布的爪极齿(3-2-1)的顶端凸出部分连接成一体，所述顶端凸出部分的顶面形成一个圆环面，每个爪极单元(3-2)的2n个爪极齿(3-2-1)的顶面共形成两个圆环面，且这两个圆环面分别与对应第一定子铁心的“凹”字形开口的两侧凸出部分对齐；每个爪极齿(3-2-1)的底面朝向永磁转子(4)，所有爪极齿(3-2-1)固定在支撑部分(3-1)上，在圆周方向上顶端凸出部分连接在一起的两个爪极齿(3-2-1)的底面在圆周方向上不相邻，在每个爪极单元(3-2)内圆周方向上底面相邻的两个爪极齿(3-2-1)组成一个爪极对，m个爪极单元(3-2)沿轴向均匀排列，并且相邻爪极单元(3-2)沿圆周方向错开2/m倍的爪极距离d所占的空间角度；

永磁转子(4)外圆周表面有m个永磁体单元(4-1)，每个永磁体单元(4-1)是由2n个永磁体(4-1-1)沿圆周均匀分布排列组成，所述永磁体(4-1-1)沿径向充磁，并且相邻两块永磁体(4-1-1)的充磁方向相反，永磁体(4-1-1)嵌入转子铁心(4-2)的外表面中或固定在转子铁心(4-2)的外表面上，m个永磁体单元(4-1)沿轴向均匀分布；

所述m和n均为大于0的整数。

2、根据权利要求1所述的无刷馈电双转子电机，其特征在于所述爪极齿(3-2-1)的底面和纵截面是多边形。

3、根据权利要求1或2所述的无刷馈电双转子电机，其特征在于所述爪极齿(3-2-1)的底面和顶面是轴对称多边形。

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