CN103762802A - 一种同轴双永磁式磁通切换电机 - Google Patents
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Abstract
一种同轴双永磁式磁通切换电机，同轴安装的两个永磁式磁通切换电机的两个定子和两个转子的安装角度分别相差角度θ1和θ2。所述电机的永磁体（2）插装在沿圆周均匀分布的两个U形定子铁芯（1）之间，切向充磁，相邻两永磁体充磁方向相反；集中绕组（3）缠绕在永磁体（2）和相邻的两U形定子铁芯（1）的单边齿组成的大齿上，同相绕组按照磁链相加的原则串联；沿圆周方向相差一定角度θ2的第一转子铁芯（4）和第二转子铁芯（5）安装在一个公共轴（6）上，构成同轴双转子。两电机磁路独立，电机定位力矩相互叠加，通过设计合理的角度差θ1和θ2即可以实现定位力矩相互抵消达到减小定位力矩的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机，具体涉及一种永磁式磁通切换电机。
背景技术
永磁式磁通切换电机是一种新型的定子永磁式无刷双凸极结构电机，具有结构简单、功率密度高、冷却方便和永磁不可逆退磁危险小等优点。由于永磁式磁通切换电机较高的磁通密度和特殊的双凸极结构，使得该电机的定位力矩大于常规永磁电机，这一特点使得永磁式磁通切换电机起动和控制特性变差，同时增大了输出转矩的脉动，产生较大震动和噪声，这是制约永磁式磁通切换电机广泛应用的主要因素之一。
中国专利200820068119.2公开的一种同轴双电枢直流发电机、中国专利200810137520.1的同轴双转子通用风力发电机、中国专利201220262259.X的一种同轴双无刷交流电机伺服系统、中国专利200910258399.2的一种双电机混合动力系统及变速装置等。以上专利均未考虑两台电机安装角度的配合，设计目标不包括减小电机的定位力矩。
发明内容
本发明的目的是克服现有永磁式磁通切换电机定位力矩大的缺点，提出一种同轴双永磁式磁通切换电机。本发明的两个定子和两个转子均分别沿圆周方向相差一定角度安装，具有低定位力矩、高功率密度、结构简单、冷却方便和不可逆退磁危险小的特点。
本发明为实现上述目的采用如下技术方案：
本发明的同轴双永磁式磁通切换电机由两个设计参数相同的永磁式磁通切换电机同轴安装形成，两个永磁式磁通切换电机的两个定子和两个转子分别沿圆周方向相差一定的角度安装，两个定子相差的角度和两个转子相差的角度之和为电机定位力矩半周期的奇数倍。
本发明的同轴双永磁式磁通切换电机包含：U形定子铁芯、永磁体、集中绕组、两个转子铁芯和公共轴。所述的永磁体插装在沿圆周均匀分布的U形定子铁芯之间。永磁体切向充磁，相邻的两个永磁体的充磁方向相反。所述的集中绕组缠绕在永磁体和相邻的两个U形定子铁芯的单边齿组成的大齿上，同相绕组按照磁链相加的原则串联，构成定子。两个定子沿圆周方向相差一定角度θ1串联安装，两个转子铁芯沿圆周方向相差一定角度θ2安装在一个公共轴上，构成同轴双转子。定子相差的角度是定子上同一相绕组沿圆周方向相差的角度，转子相差的角度是是转子同一级沿圆周方向相差的角度。两个电机磁路独立，电机定位力矩相互叠加抵消，可以大大减小定位力矩。同时本发明继承了永磁式磁通切换电机结构简单、功率密度高和方便冷却、不可逆退磁危险小的优点。
本发明的同轴双永磁式磁通切换电机的主要优点：
1.两个设计参数相同的永磁式磁通切换电机同轴安装，其中两定子和两转子分别沿圆周方向相差一定角度安装，通过合理的设计，使得两电机定位力矩相互叠加抵消，因而发明的电机具有较小的定位力矩、较好的起动和控制特性。
2.较低的定位力矩减小了输出转矩的脉动，相对于同功率的单台永磁式磁通切换电机，具有机械振动小和运行噪声小的优点。
3.该发明的电机本质是同轴安装的两个独立的永磁式磁通切换电机，磁路独立，因而继承了永磁式磁通切换电机功率密度高、结构简单、冷却方便的优点。
4.由于同轴安装的两台永磁式磁通切换电机的结构参数完全相同，驱动系统也一致，可共用一套传感器系统，因此，无论作为发电机或电动机，均具有系统设计和制造成本低的优势。
5.同轴安装两台永磁式磁通切换电机，控制方式多样，方便实现两电机功率分配及容错控制。
6.两电机磁路独立，因而继承了永磁式磁通切换电机结构简单、冷却方便和不可逆退磁危险小的特点。
本发明的同轴双永磁式磁通切换电机的上述各种优点，使得其在发电机及各种驱动系统中具有广阔的应用前景，特别适合应用在大功率直驱风力发电机和电动汽车领域。
附图说明
图1是以三相12/10结构为例的本发明同轴双永磁式磁通切换电机的结构示意图，图中：1定子铁芯、2永磁体、3定子集中绕组、4第一转子铁芯、5第二转子铁芯、6公共轴；两定子沿圆周方向相差角度θ1串联安装，两转子沿圆周方向相差角度θ2安装在公共轴上。
图2是以三相12/10结构为例的本发明同轴双永磁式磁通切换电机的定位力矩的有限元计算结果。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
本发明的同轴双永磁式磁通切换电机适用于各种不同结构的永磁式磁通切换电机，其工作原理和设计方法相同，不同结构对应不同的定位力矩机械周期角Tcog，不同的设计方案对应着不同的定位力矩的谐波含量，因此需要合理设计两定子串联安装时沿圆周方向相差的角度θ1和两转子安装在公共轴上沿圆周方向相差的角度θ2。θ1和θ2之和为电机定位力矩半周期的奇数倍，以使得两电机定位力矩叠加达到最小值。下面以三相12/10结构的同轴双永磁式磁通切换电机为例，结合附图进一步说明本发明。
三相12/10结构的同轴双永磁式磁通切换电机由设计参数相同的两个永磁式磁通切换电机同轴安装组成，所述同轴双永磁式磁通切换电机的两个定子和两个转子分别沿圆周方向相差一定角度安装，包含以下部件：
U形定子铁芯1、永磁体2、定子集中绕组3、第一转子铁芯4、第二转子铁芯5和公共轴6。所述的永磁体2插装在在沿圆周均匀分布的两个U形定子铁芯1之间。所述的永磁体2切向充磁，相邻的两个永磁体的充磁方向相反。所述的定子集中绕组3缠绕在永磁体2和相邻的两个U形定子铁芯1的单边齿组成的大齿上，同相绕组按照磁链相加的原则串联，如图1所示的同相绕组A1～A4串联组成为A相，构成定子。两个定子沿圆周方向相差一定角度θ1串联安装；沿圆周方向相差一定角度θ2的第一转子铁芯4和第二转子铁芯5安装在一个公共轴6上，构成同轴双转子。定子相差的角度是定子上同一相绕组沿圆周方向相差的角度θ1，转子相差的角度是是转子同一级沿圆周方向相差的角度θ2。
图2所示为设计θ1=0°、θ2=15°时的三相12/10结构的同轴双永磁式磁通切换电机定位力矩计算结果。三相12/10结构的同轴双永磁式磁通切换电机定位力矩半周期为3°，设计需要满足θ1+θ2=3×（2×n+1）。取n=2，θ1=0°，θ2=15°，由仿真结果可知定位力矩减小为单电机的20%左右，而同轴双永磁式磁通切换电机的功率是单电机功率的两倍，可见同轴双永磁磁通切换电机减小定位力矩的效果显著。
Claims (2)
1.一种同轴双永磁式磁通切换电机，其特征在于，所述的同轴双永磁式磁通切换电机为设计参数相同的两个永磁式磁通切换电机同轴安装组成，所述同轴双永磁式磁通切换电机的两个定子和两个转子分别相差一定角度安装，两个定子之间沿圆周方向的安装角度相差θ1；两个转子之间沿圆周方向的安装角度相差θ2，两个定子相差的角度θ1和两个转子相差的角度θ2之和为电机定位力矩半周期的奇数倍。
2.按照权利要求1所述的同轴双永磁式磁通切换电机，其特征在于，所述的同轴双永磁式磁通切换电机包含：U形定子铁芯（1）、永磁体（2）、集中绕组（3）、第一转子铁芯（4）、第二转子铁芯（5）和公共轴（6）；永磁体（2）插装在沿圆周均匀分布的两个U形定子铁芯（1）之间，切向充磁，相邻两永磁体充磁方向相反；集中绕组（3）缠绕在永磁体（2）和相邻的两个U形定子铁芯（1）的单边齿组成的大齿上，同相绕组按照磁链相加的原则串联，构成定子；两个定子沿圆周方向相差一定角度θ1串联安装；沿圆周方向相差一定角度θ2的第一转子铁芯（4）和第二转子铁芯（5）安装在一个公共轴（6）上，构成同轴双转子。
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