CN105871140A - 转子双边永磁型单绕组双定子游标电机 - Google Patents

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黑亮声
张岩
蔡翔
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Abstract

转子双边永磁型单绕组双定子游标电机，涉及游标电机领域。目的是为了解决传统游标电机输出转矩小、永磁体利用率低的问题。本发明的转子为杯形转子，杯底与转子输出轴固定连接，杯身位于内定子和外定子之间，内定子上设有N对磁通调制单元。每对磁通调制单元中，调制杆底部固定在内定子外圆面上，调制杆上缠绕有三相电枢绕组，两个调制齿对称固定在调制杆顶部两侧，每相邻的两对磁通调制单元间隔与两个调制齿间隔相同；转子由硅钢片叠压而成，转子上表面和下表面均开有嵌有永磁体的槽位，上部永磁体与下部永磁体依次交错；外定子内表面的2N个定子齿与调制齿在空间排布上相差一个齿距。本发明输出转矩大、永磁体利用率高，适用于电动汽车等领域。

Description

转子双边永磁型单绕组双定子游标电机
技术领域
本发明涉及游标电机领域。
背景技术
近年来，可以省去机械齿轮传动系统的直接驱动成为了业内研究的热点。传统直接驱动电机虽然可以减少机械损耗、噪声、提高效率以及可靠性，但是为了获得较大转矩，体积一般较大，在控制电路元器件的成本上也有所增加。
基于磁通调制原理的游标电机以其结构简单、运行可靠及高转矩密度等优点，为越来越多的科学研究人员所重视。游标电机可以实现低速大转矩输出，尤其适用于风力发电、轮船推进及电动汽车等需直接驱动的应用场合。传统游标电机虽然可以作为直接驱动电机，但其仍存在永磁体利用率低、输出转矩不大的缺点。
发明内容
本发明为了解决传统游标电机输出转矩小、永磁体利用率低的问题，提出了一种转子双边永磁型单绕组双定子游标电机。
转子双边永磁型单绕组双定子游标电机包括内定子、外定子、转子、转子输出轴、左端盖和右端盖，所述内定子的内端与右端盖固定连接，右端盖的中心孔内安置有转子输出轴，转子输出轴的一端通过轴承支撑于左端盖的内孔内，转子输出轴的另一端通过轴承支撑于右端盖的内孔内，所述转子为杯形转子，转子的杯底与转子输出轴固定连接，转子的杯身位于内定子和外定子之间，外定子固定在电机机壳的内圆表面上，
所述内定子上设有均匀分布的N对磁通调制单元，所述每对磁通调制单元包括一个调制杆和两个调制齿，所述调制杆的底部固定在内定子的外圆表面上，调制杆上缠绕有三相电枢绕组，两个调制齿对称固定在调制杆顶部的两侧，且所述每相邻的两对磁通调制单元的间隔与两个调制齿之间的间隔相同；
所述转子由硅钢片叠压而成，在转子的上表面和下表面均开有等间距分布的槽位，所述槽位中嵌有永磁体，且所述上表面的永磁体与下表面的永磁体依次交错；
所述外定子的内表面设有均匀分布的2N个定子齿，所述2N个定子齿与2N个调制齿在空间排布上相差一个齿距。
有益效果：本发明提出的转子双边永磁型单绕组双定子游标电机通过内定子磁通调制单元对定子绕组产生的高速磁场进行调制，与转子上的钕铁硼永磁磁极相配合进而完成低速大转矩输出。
内定子上所缠绕的绕组为单层整距绕组，结构简单，绕线方便且没有层间绝缘，定子槽利用率高。
外定子的定子齿与内定子的调制齿数量相同，空间相差一个齿距严格对齐且不绕有绕组，大大降低了双定子电机绕组下线的难度，并且简化了电机的整体结构，不仅利于装配而且降低了加工工艺上的难度。
本发明所提出的齿形外定子结构，在内层气隙磁场基本不变的情况下，在外层气隙中产生了较高的与转子极对数相同的气隙磁场，相较于传统永磁游标电机永磁体利用率大大提高，转矩输出能力增加近一倍。本发明所提出的转子结构在内外定子双调制下单边永磁体用量相对于表贴式减少一半，不仅大大降低了电机制造成本且转矩输出基本不受影响，充分发挥了该电机的转矩输出能力，在电动汽车等直接驱动应用场合中有极高的实际应用价值。
附图说明
图1为本发明所述的转子双边永磁型单绕组双定子游标电机的结构示意图；
图2为图1的A-A向剖视图，其中不包含电机机壳以及转子输出轴；
图3为转子的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图3说明本具体实施方式，本具体实施方式所述的转子双边永磁型单绕组双定子游标电机包括内定子4、外定子5、转子6、转子输出轴3、左端盖2和右端盖1，所述内定子4的内端与右端盖1固定连接，右端盖1的中心孔内安置有转子输出轴3，转子输出轴3的一端通过轴承支撑于左端盖2的内孔内，转子输出轴3的另一端通过轴承支撑于右端盖1的内孔内，所述转子6为杯形转子，转子6的杯底与转子输出轴3固定连接，转子6的杯身位于内定子4和外定子5之间，外定子5固定在电机机壳的内圆表面上，
所述内定子4上设有均匀分布的N对磁通调制单元，所述每对磁通调制单元包括一个调制杆7和两个调制齿8，所述调制杆7的底部固定在内定子4的外圆表面上，调制杆7上缠绕有三相电枢绕组，两个调制齿8对称固定在调制杆7顶部的两侧，且所述每相邻的两对磁通调制单元的间隔与两个调制齿8之间的间隔相同；
所述转子6由硅钢片叠压而成，在转子6的外表面和内表面均开有等间距分布的槽位，所述槽位中嵌有永磁体9，且所述外表面的永磁体9与内表面的永磁体9依次交错；
所述外定子5的内表面设有均匀分布的2N个定子齿10，所述2N个定子齿10与2N个调制齿8在空间排布上相差一个齿距。
本实施方式中，在内定子4的调制杆7上缠绕三相电枢绕组，三相绕组通三相对称电流，在内侧气隙中产生经调制齿8调制过后产生的多极旋转磁场，与转子上的永磁体9相互作用进而产生电磁转矩，实现低速大转矩输出。内定子7上所缠绕的绕组为单层整距绕组，结构简单，绕线方便且没有层间绝缘，定子槽利用率高。
本实施方式所采用的转子结构相对于表贴式转子双边永磁型游标电机将永磁体的用量减少一半，不仅大大降低了电机制造成本且转矩输出不受影响。
外定子的定子齿与内定子的调制齿数量相同，空间相差一个齿距严格对齐且不绕有绕组，大大降低了双定子电机绕组下线的难度，并且简化了电机的整体结构，不仅利于装配而且降低了加工工艺上的难度。
本实施方式所采用的齿形外定子结构，在内层气隙磁场不变的情况下，在外层气隙中产生了较高的与转子极对数相同的气隙磁场，相较于传统永磁游标电机永磁体利用率大大提高，转矩输出能力增加近一倍，充分发挥了该电机的转矩输出能力，在电动汽车等直接驱动应用场合中有极高的实际应用价值。
具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的转子双边永磁型单绕组双定子游标电机的区别在于，所述N为12。
具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一所述的转子双边永磁型单绕组双定子游标电机的区别在于，所述转子6中嵌入的永磁体9为烧结钕铁硼磁体。

Claims (3)

1.转子双边永磁型单绕组双定子游标电机，其特征在于，它包括内定子(4)、外定子(5)、转子(6)、转子输出轴(3)、左端盖(2)和右端盖(1)，所述内定子(4)的内端与右端盖(1)固定连接，右端盖(1)的中心孔内安置有转子输出轴(3)，转子输出轴(3)的一端通过轴承支撑于左端盖(2)的内孔内，转子输出轴(3)的另一端通过轴承支撑于右端盖(1)的内孔内，所述转子(6)为杯形转子(6)，转子(6)的杯底与转子输出轴(3)固定连接，转子(6)的杯身位于内定子(4)和外定子(5)之间，外定子(5)固定在电机机壳的内圆表面上，
所述内定子(4)上设有均匀分布的N对磁通调制单元，所述每对磁通调制单元包括一个调制杆(7)和两个调制齿(8)，所述调制杆(7)的底部固定在内定子(4)的外圆表面上，调制杆(7)上缠绕有三相电枢绕组，两个调制齿(8)对称固定在调制杆(7)顶部的两侧，且所述每相邻的两对磁通调制单元的间隔与两个调制齿(8)之间的间隔相同；
所述转子(6)由硅钢片叠压而成，在转子(6)的上表面和下表面均开有等间距分布的槽位，所述槽位中嵌有永磁体(9)，且所述上表面的永磁体(9)与下表面的永磁体(9)依次交错；
所述外定子(5)的内表面设有均匀分布的2N个定子齿(10)，所述2N个定子齿(10)与2N个调制齿(8)在空间排布上相差一个齿距。
2.根据权利要求1所述的转子双边永磁型单绕组双定子游标电机，其特征在于，所述N为12。
3.根据权利要求1所述的转子双边永磁型单绕组双定子游标电机，其特征在于，所述转子(6)中嵌入的永磁体(9)为烧结钕铁硼磁体。
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