CN111934508A - 径向磁场无铁心永磁同步电机 - Google Patents

径向磁场无铁心永磁同步电机 Download PDF

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Abstract

一种径向磁场无铁心永磁同步电机，属于电机技术领域。本发明针对现有径向磁场无铁心永磁同步电机线圈导体之间会产生环流增大绕组铜耗的问题。它的定子径向内侧为内转子，外侧为外转子，定子与内转子和外转子之间分别形成气隙；定子包括绕组基板和多相电枢绕组，绕组基板为圆筒形，构成电枢绕组的线圈为跑道形；每个线圈套接在绕组基板的侧壁上，使线圈的两个有效边位于绕组基板径向两侧；各相线圈沿圆周方向依次排列在绕组基板上；外转子包括外转子铁心和外转子永磁体；外转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；内转子包括内转子铁心。本发明电枢机械强度高、转矩密度高、转矩波动低、永磁体涡流损耗少。

Description

径向磁场无铁心永磁同步电机
技术领域
本发明涉及径向磁场无铁心永磁同步电机，属于电机技术领域。
背景技术
无铁心永磁同步电机作为一种现代高性能伺服电机和大力矩直接驱动电机，具有峰值转矩高、过载能力强、转矩波动小、动态性能好、调速范围宽、转矩线性度高、低速运行平稳、功率密度高、效率高、功率因数高、振动小、噪声低、结构紧凑、轴向尺寸短，形状和尺寸可以灵活多样，可以制成多气隙组合式结构，以进一步提高转矩等特点，在新能源发电系统、飞轮储能系统、高精度伺服系统、高速驱动系统、全电推进系统等系统中具有广阔的应用前景。
图22所示为径向磁场无铁心永磁同步电机的典型结构示意图，定子位于内、外两个转子中间，内、外转子形成一个闭合的磁回路。电枢绕组采用单层整距绕组，在整个定子区域内磁感应强度在径向方向向外逐渐减弱，同时，气隙磁密波形的谐波含量也逐渐减少。这也导致电枢绕组每股导线处于磁感应强度不同的定子区域，从而在单匝线圈多股导体之间形成较大环流，增大了绕组铜耗。另外，为了加强电枢绕组结构强度，采用环氧树脂封装整个电枢，散热性能差，特别是当电机处于高过载状态时，绕组损耗大、温度高，环氧树脂变软，定子结构强度降低。
发明内容
针对现有径向磁场无铁心永磁同步电机线圈导体之间会产生环流增大绕组铜耗的问题，本发明提供一种径向磁场无铁心永磁同步电机。
本发明提供的第一种技术方案：一种径向磁场无铁心永磁同步电机，包括定子100、内转子200和外转子300，定子100径向内侧为内转子200，外侧为外转子300，定子100与内转子200和外转子300之间分别形成气隙；两个转子的转子铁心在轴向一侧连接在一起；
所述定子100包括绕组基板和多相电枢绕组，绕组基板为圆筒形，构成电枢绕组的线圈为跑道形；每个线圈套接在绕组基板的侧壁上，使线圈的两个有效边位于绕组基板径向两侧；各相线圈沿圆周方向依次排列在绕组基板上；线圈节距等于极距τ，每极下每相电枢绕组中相邻两个线圈的两个线圈边处于绕组基板径向两侧对称位置；
外转子300包括外转子铁心和外转子永磁体，外转子铁心为圆筒形，外转子永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁；外转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；
内转子200包括内转子铁心，内转子铁心为圆筒形。
本发明提供的第二种技术方案：一种径向磁场无铁心永磁同步电机，包括定子100、内转子200和外转子300，定子100径向内侧为内转子200，外侧为外转子300，定子100与内转子200和外转子300之间分别形成气隙；两个转子的转子铁心在轴向一侧连接在一起；
定子100包括绕组基板和m相电枢绕组，绕组基板为圆筒形；所述电枢绕组包括2jm个线圈组，j为正整数；绕组基板径向两侧分别粘贴固定jm个线圈组；每个线圈组包括k个线圈，所述线圈为跑道形；绕组基板径向两侧的线圈对称布置，径向对称位置的线圈属于同一相，二者串联在一起；每个线圈组的k个线圈属于同一相，沿绕组基板圆周方向连续排列，k为正整数；每个线圈所占的电角度为(km+1)180°/km；相邻相线圈组之间的间隔为180°/m电角度；当k为偶数时，所有线圈组内各线圈的绕向依次为正绕、反绕、正绕、反绕……；当k为奇数时，奇数相线圈组内各线圈的绕向依次是正绕、反绕、正绕、反绕……，偶数相线圈组内各线圈的绕向依次是反绕、正绕、反绕、正绕……；
外转子300包括外转子铁心和外转子永磁体，外转子铁心为圆筒形，外转子永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁；外转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；
内转子200包括内转子铁心，内转子铁心为圆筒形。
本发明提供的第三种技术方案：一种径向磁场无铁心永磁同步电机，包括定子100、内转子200和外转子300，定子100径向内侧为内转子200，外侧为外转子300，定子100与内转子200和外转子300之间分别形成气隙；两个转子的转子铁心在轴向一侧连接在一起；
定子100包括绕组基板和m相电枢绕组，绕组基板为圆筒形；所述电枢绕组包括2jm个线圈组，j为正整数；绕组基板径向两侧分别粘贴固定jm个线圈组；每个线圈组包括k个线圈，所述线圈为跑道形；绕组基板径向两侧的线圈对称布置，径向对称位置的线圈属于同一相，二者串联在一起；每个线圈组的k个线圈属于同一相，沿绕组基板圆周方向连续排列，k为正整数；每个线圈所占的电角度为180°；当k为偶数时，所有线圈组内各线圈的绕向依次为正绕、反绕、正绕、反绕……；相邻相线圈组之间的间隔为360°/m电角度；当k为奇数时，奇数相线圈组内各线圈的绕向依次是正绕、反绕、正绕、反绕……，偶数相线圈组内各线圈的绕向依次是反绕、正绕、反绕、正绕……；相邻相线圈组之间的间隔为180°(1-2/m)电角度；
外转子300包括外转子铁心和外转子永磁体，外转子铁心为圆筒形，外转子永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁；外转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；
内转子200包括内转子铁心，内转子铁心为圆筒形。
本发明提供的第四种技术方案：一种径向磁场无铁心永磁同步电机，包括定子100、内转子200和外转子300，定子100径向内侧为内转子200，外侧为外转子300，定子100与内转子200和外转子300之间分别形成气隙；两个转子的转子铁心在轴向一侧连接在一起；
定子100包括绕组基板和m相电枢绕组，m为大于或者等于3的自然数，绕组基板为圆筒形；所述电枢绕组包括2jm个线圈组，j为正整数；绕组基板径向两侧分别粘贴固定jm个线圈组；构成电枢绕组的线圈为跑道形，绕组基板每一侧相邻的m个线圈属于不同相；绕组基板径向两侧的线圈对称布置，径向对称位置的线圈属于同一相，二者串联在一起；当m为奇数时，设定i为正整数，当i为奇数时，每个线圈所占的电角度为180°(im+1)/im；当i为偶数时，每个线圈所占的电角度为180°(im+2)/im；当m为偶数时，每个线圈所占的电角度为180°(im+2)/im；
外转子300包括外转子铁心和外转子永磁体，外转子铁心为圆筒形，外转子永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁；外转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；
内转子200包括内转子铁心，内转子铁心为圆筒形。
本发明提供的第五种技术方案：一种径向磁场无铁心永磁同步电机，包括定子100、内转子200和外转子300，定子100径向内侧为内转子200，外侧为外转子300，定子100与内转子200和外转子300之间分别形成气隙；两个转子的转子铁心在轴向一侧连接在一起；
定子100包括绕组基板和两套三相电枢绕组，绕组基板为圆筒形；两套三相电枢绕组分别粘贴固定在绕组基板的径向两侧，每套三相电枢绕组的线圈之间非重叠，所述线圈为跑道形；每个线圈所占的电角度为120°，两套三相电枢绕组的对应相线圈沿圆周方向位置相差180°电角度，并串联在一起，两套三相电枢绕组的对应相线圈内所流电流方向相反；
外转子300包括外转子铁心和外转子永磁体，外转子铁心为圆筒形，外转子永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁；外转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；
内转子200包括内转子铁心，内转子铁心为圆筒形。
根据本发明的五种技术方案，所述的径向磁场无铁心永磁同步电机，所述定子100采用模块化结构；定子100包括多个定子模块，所有定子模块沿圆周方向固定在定子框架上；每个定子模块包括薄瓦片形绕组基板及对应的线圈，所有的薄瓦片形绕组基板构成圆筒形绕组基板，所有的线圈构成电枢绕组。
根据本发明的第二种技术方案，所述的径向磁场无铁心永磁同步电机，所述绕组基板径向两侧电枢绕组的对应相线圈沿圆周方向位置相差(180°/m)电角度。
根据本发明的第一或第五种技术方案，所述的径向磁场无铁心永磁同步电机，所述线圈有效边的圆周方向横截面的形状为平行四边形。
根据本发明的五种技术方案，所述的径向磁场无铁心永磁同步电机，所述定子100还包括液体冷却管道，液体冷却管道为圆环形；绕组基板的轴向两端固定在定子框架连接端上，液体冷却管道固定在定子框架连接端的轴向外侧或内侧，并与所有线圈相应端部紧密接触。
根据本发明的五种技术方案，所述的径向磁场无铁心永磁同步电机，所述绕组基板为由非磁性高强度材料构成的圆筒结构；所述绕组基板的径向两侧沿轴向开有线圈槽，用于嵌放线圈有效边；
所述内转子200还包括内转子永磁体，内转子永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁，内转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在内转子铁心的径向外侧。
本发明的有益效果：本发明的径向磁场无铁心永磁同步电机的电枢机械强度高、转矩密度高、转矩波动低、永磁体涡流损耗少。
本发明采用特殊的线圈排列方式以及电枢结构，构成一种径向磁场无铁心永磁同步电机。通过采用双层绕组、内外线圈串联结构，可实现多股并联导体换位，有效抑制了导体之间的环流，减小了绕组铜耗；线圈采用绕组基板支撑固定，提高了线圈排列精度与电枢结构强度；采用同相线圈连续排列，各相线圈组之间间隔增大，可提高驱动电压等级，绕组绝缘容易，制造工艺简单；通过将双层电枢绕组线圈沿圆周方向移相排列，可使两层绕组产生的磁动势谐波相互抵消，实现对磁动势谐波的抑制，降低电机高速运行时永磁体的涡流损耗，减小电机的转矩波动，提高电机的效率。
附图说明
图1是本发明具体实施方式一所述径向磁场无铁心永磁同步电机的定子结构示意图；其定子电枢绕组采用整数槽绕组；
图2是具体实施方式一所述径向磁场无铁心永磁同步电机的三维结构示意图；其中内转子上设置内转子永磁体；
图3是是具体实施方式一所述径向磁场无铁心永磁同步电机的三维结构示意图；其中内转子只包括内转子铁心；其定子电枢绕组采用整数槽绕组；
图4是本发明具体实施方式二的具体实施例一所述径向磁场无铁心永磁同步电机的展开结构示意图；其中m＝3，k＝3，j＝6；其中每个线圈组包括三个线圈；
图5是对应于图4的定子结构示意图；
图6是对应于图4的外转子结构示意图；
图7是对应于图4的内转子结构示意图；
图8是对应于图4的电机三维结构示意图；
图9是图8的侧视图；
图10是所述具体实施例一中，当内转子只包括内转子铁心，不设置内转子永磁体时的侧视图；
图11是对应于图10的电机三维结构示意图；
图12是本发明具体实施方式二的具体实施例二所述径向磁场无铁心永磁同步电机的展开结构示意图；其中m＝3，k＝2，j＝4；其中每个线圈组包括两个线圈；
图13是对应于图12的定子结构示意图；
图14是对应于图12的外转子结构示意图；
图15是对应于图12的内转子结构示意图；
图16是对应于图12的电机三维结构示意图；
图17是图16的侧视图；
图18是所述具体实施例二中，当内转子只包括内转子铁心，不设置内转子永磁体时的侧视图；
图19是对应于图18的电机三维结构示意图；
图20是具体实施方式一所述径向磁场无铁心永磁同步电机设置液体冷却管道时的定子结构示意图；其定子电枢绕组采用整数槽绕组；
图21是对应于图20的电机三维结构示意图；
图22是径向磁场无铁心永磁同步电机的典型结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一、结合图1至图3所示，本发明的第一方面提供了一种径向磁场无铁心永磁同步电机，包括定子100、内转子200和外转子300，定子100径向内侧为内转子200，外侧为外转子300，定子100与内转子200和外转子300之间分别形成气隙；两个转子的转子铁心在轴向一侧连接在一起；
所述定子100包括绕组基板和多相电枢绕组，绕组基板为圆筒形，构成电枢绕组的线圈为跑道形；每个线圈套接在绕组基板的侧壁上，使线圈的两个有效边位于绕组基板径向两侧；各相线圈沿圆周方向依次排列在绕组基板上；线圈节距等于极距τ，每极下每相电枢绕组中相邻两个线圈的两个线圈边处于绕组基板径向两侧对称位置；
外转子300包括外转子铁心和外转子永磁体，外转子铁心为圆筒形，外转子永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁；外转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；
内转子200包括内转子铁心，内转子铁心为圆筒形。
本实施方式中，绕组基板穿过每个线圈。
本实施方式的具体实施例：
具体实施例一：结合图1和图2所示，本实施例中，定子主要由三相电枢绕组和绕组基板构成，绕组基板为圆筒形，构成绕组的线圈为跑道形，圆筒形绕组基板穿过每个线圈，每个线圈的两个有效边位于绕组基板径向两侧，三相绕组的36个线圈沿圆周方向依次排列在绕组基板上，线圈节距等于极距τ，每极下每相绕组相邻两个线圈的两个线圈边处于基板径向两侧对称位置。
外转子主要由外转子铁心和永磁体组成，外转子铁心为圆筒形，永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁。沿圆周方向，12个磁极的永磁体N、S依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；内转子主要由内转子铁心和永磁体组成，内转子铁心为圆筒形，永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁。沿圆周方向，12个磁极的永磁体N、S依次交替排列固定在内转子铁心的径向外侧。
具体实施例二：结合图3所示，本实施例与具体实施例一的主要区别在于内转子主要由内转子铁心组成，内转子铁心为圆筒形。
具体实施方式二、结合图4至图19所示，本发明的第二方面提供了一种径向磁场无铁心永磁同步电机，包括定子100、内转子200和外转子300，定子100径向内侧为内转子200，外侧为外转子300，定子100与内转子200和外转子300之间分别形成气隙；两个转子的转子铁心在轴向一侧连接在一起；
定子100包括绕组基板和m相电枢绕组，绕组基板为圆筒形；所述电枢绕组包括2jm个线圈组，j为正整数；绕组基板径向两侧分别粘贴固定jm个线圈组；每个线圈组包括k个线圈，所述线圈为跑道形；绕组基板径向两侧的线圈对称布置，径向对称位置的线圈属于同一相，二者串联在一起；每个线圈组的k个线圈属于同一相，沿绕组基板圆周方向连续排列，k为正整数；每个线圈所占的电角度为(km+1)180°/km；相邻相线圈组之间的间隔为180°/m电角度；当k为偶数时，所有线圈组内各线圈的绕向依次为正绕、反绕、正绕、反绕……；当k为奇数时，奇数相(第一相、第三相、第五相……)线圈组内各线圈在绕组基板上的绕向依次是正绕、反绕、正绕、反绕……，偶数相(第二相、第四相、第六相……)线圈组内各线圈在绕组基板上的绕向依次是反绕、正绕、反绕、正绕……；
外转子300包括外转子铁心和外转子永磁体，外转子铁心为圆筒形，外转子永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁；外转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；
内转子200包括内转子铁心，内转子铁心为圆筒形。
本实施方式的具体实施例包括：
具体实施例一：结合图4至图9所示，本实施例中，定子主要由三相电枢绕组和绕组基板构成。绕组基板为圆筒形，36个线圈组分别粘贴固定在圆筒形绕组基板的径向两侧，绕组基板径向两侧的线圈对称布置，径向对称位置的线圈属于同一相，二者串联在一起。图4为该电机绕组的展开图，图中τ为电机的极距，每个极距对应180°电角度。绕组基板每侧的电枢绕组由6个线圈组构成，每个线圈组的3个线圈属于同一相，每个线圈组的3个跑道形线圈沿圆周方向连续排列，每个线圈所占的电角度为200°，相邻相线圈组之间的间隔为60电角度；奇数相(A相、C相)线圈组的3个线圈的绕向依次是正绕、反绕、正绕，偶数相(B相)线圈组的3个线圈的绕向依次是反绕、正绕、反绕。
外转子主要由外转子铁心和永磁体组成，外转子铁心为圆筒形，永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁。沿圆周方向，22个极的永磁体N、S依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；内转子主要由内转子铁心和永磁体组成，内转子铁心为圆筒形，永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁。沿圆周方向，22个极的永磁体N、S依次交替排列固定在内转子铁心的径向外侧。
结合图10至图11所示，所述具体实施例一中内转子主要由内转子铁心组成，内转子铁心为圆筒形；即内转子上可以不设置永磁体。
具体实施例二：结合图12至图17所示，本实施例中，定子主要由三相电枢绕组和绕组基板构成。绕组基板为圆筒形，24个线圈组分别粘贴固定在圆筒形绕组基板的径向两侧，绕组基板径向两侧的线圈对称布置，径向对称位置的线圈属于同一相，二者串联在一起。图12为该电机绕组的展开图，图中τ为电机的极距，每个极距对应180°电角度。绕组基板每侧的电枢绕组由6个线圈组构成，每个线圈组的2个线圈属于同一相，每个线圈组的2个跑道形线圈沿圆周方向连续排列，每个线圈所占的电角度为210°，相邻相线圈组之间的间隔为60电角度；奇数相(A相、C相)线圈组和偶数相(B相)线圈组的2个线圈的绕向依次是正绕、反绕。
外转子主要由外转子铁心和永磁体组成，外转子铁心为圆筒形，永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁。沿圆周方向，16个极的永磁体N、S依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；内转子主要由内转子铁心和永磁体组成，内转子铁心为圆筒形，永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁。沿圆周方向，16个极的永磁体N、S依次交替排列固定在内转子铁心的径向外侧。
结合图18和图19所示，所述具体实施例二中内转子主要由内转子铁心组成，内转子铁心为圆筒形；即内转子上可以不设置永磁体。
具体实施方式三、结合图1至图21所示，本发明的第三方面提供了一种径向磁场无铁心永磁同步电机，包括定子100、内转子200和外转子300，定子100径向内侧为内转子200，外侧为外转子300，定子100与内转子200和外转子300之间分别形成气隙；两个转子的转子铁心在轴向一侧连接在一起；
定子100包括绕组基板和m相电枢绕组，绕组基板为圆筒形；所述电枢绕组包括2jm个线圈组，j为正整数；绕组基板径向两侧分别粘贴固定jm个线圈组；每个线圈组包括k个线圈，所述线圈为跑道形；绕组基板径向两侧的线圈对称布置，径向对称位置的线圈属于同一相，二者串联在一起；每个线圈组的k个线圈属于同一相，沿绕组基板圆周方向连续排列，k为正整数；每个线圈所占的电角度为180°；当k为偶数时，所有线圈组内各线圈的绕向依次为正绕、反绕、正绕、反绕……；相邻相线圈组之间的间隔为360°/m电角度；当k为奇数时，奇数相线圈组内各线圈的绕向依次是正绕、反绕、正绕、反绕……，偶数相线圈组内各线圈的绕向依次是反绕、正绕、反绕、正绕……；相邻相线圈组之间的间隔为180°(1-2/m)电角度；
外转子300包括外转子铁心和外转子永磁体，外转子铁心为圆筒形，外转子永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁；外转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；
内转子200包括内转子铁心，内转子铁心为圆筒形。
具体实施方式四、结合图1至图21所示，本发明的第四方面提供了一种径向磁场无铁心永磁同步电机，包括定子100、内转子200和外转子300，定子100径向内侧为内转子200，外侧为外转子300，定子100与内转子200和外转子300之间分别形成气隙；两个转子的转子铁心在轴向一侧连接在一起；
定子100包括绕组基板和m相电枢绕组，m为大于或者等于3的自然数，绕组基板为圆筒形；所述电枢绕组包括2jm个线圈组，j为正整数；绕组基板径向两侧分别粘贴固定jm个线圈组；构成电枢绕组的线圈为跑道形，绕组基板每一侧相邻的m个线圈属于不同相；绕组基板径向两侧的线圈对称布置，径向对称位置的线圈属于同一相，二者串联在一起；当m为奇数时，设定i为正整数，当i为奇数时，每个线圈所占的电角度为180°(im+1)/im；当i为偶数时，每个线圈所占的电角度为180°(im+2)/im；当m为偶数时，每个线圈所占的电角度为180°(im+2)/im；
外转子300包括外转子铁心和外转子永磁体，外转子铁心为圆筒形，外转子永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁；外转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；
内转子200包括内转子铁心，内转子铁心为圆筒形。
具体实施方式五、结合图1至图21所示，本发明的第五方面提供了一种径向磁场无铁心永磁同步电机，其特征在于，包括定子100、内转子200和外转子300，定子100径向内侧为内转子200，外侧为外转子300，定子100与内转子200和外转子300之间分别形成气隙；两个转子的转子铁心在轴向一侧连接在一起；
定子100包括绕组基板和两套三相电枢绕组，绕组基板为圆筒形；两套三相电枢绕组分别粘贴固定在绕组基板的径向两侧，每套三相电枢绕组的线圈之间非重叠，所述线圈为跑道形；每个线圈所占的电角度为120°，两套三相电枢绕组的对应相线圈沿圆周方向位置相差180°电角度，并串联在一起，两套三相电枢绕组的对应相线圈内所流电流方向相反；
外转子300包括外转子铁心和外转子永磁体，外转子铁心为圆筒形，外转子永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁；外转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；
内转子200包括内转子铁心，内转子铁心为圆筒形。
进一步，根据五个具体实施方式所述的径向磁场无铁心永磁同步电机，所述定子100采用模块化结构；定子100包括多个定子模块，所有定子模块沿圆周方向固定在定子框架上；每个定子模块包括薄瓦片形绕组基板及对应的线圈，所有的薄瓦片形绕组基板构成圆筒形绕组基板，所有的线圈构成电枢绕组。所有线圈之间非重叠，绕组基板径向两侧镜像位置的线圈绕向相同，属于同一相，两个线圈串联在一起。
进一步，根据具体实施方式二所述的径向磁场无铁心永磁同步电机，所述绕组基板径向两侧电枢绕组的对应相线圈沿圆周方向位置相差(180°/m)电角度。
进一步，根据具体实施方式一或五所述的径向磁场无铁心永磁同步电机，所述线圈有效边的圆周方向横截面的形状为平行四边形。
进一步，结合图20和图21所示，根据五个具体实施方式所述的径向磁场无铁心永磁同步电机，为定子液体冷却结构；所述定子100还包括液体冷却管道，液体冷却管道为圆环形；绕组基板的轴向两端固定在定子框架连接端上，液体冷却管道固定在定子框架连接端的轴向外侧或内侧，并与所有线圈相应端部紧密接触。
以本发明的具体实施方式一所述电机为例，具有定子液体冷却结构的径向磁场无铁心永磁同步电机主要由一个定子、一个外转子、一个内转子和两个气隙构成，一个外转子和一个内转子分别位于定子径向两侧，该两个转子的转子铁心在轴向一侧连接在一起，两个转子和定子之间为两个气隙。定子主要由三相电枢绕组和绕组基板构成，绕组基板为圆筒形，构成绕组的线圈为跑道形，圆筒形绕组基板穿过每个线圈，每个线圈的两个有效边位于绕组基板径向两侧，三相绕组的24个线圈沿圆周方向依次排列在绕组基板上，线圈节距等于极距τ，每极下每相绕组相邻两个线圈的两个线圈边处于基板径向两侧对称位置。
该电机为定子液体冷却结构，定子上还包括液体冷却管道，液体冷却管道为圆环形，液体冷却管道固定在绕组基板的轴向两端，并与各个线圈端部紧密接触。
外转子主要由外转子铁心和永磁体组成，外转子铁心为圆筒形，永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁。沿圆周方向，8个磁极的永磁体N、S依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；内转子主要由内转子铁心和永磁体组成，内转子铁心为圆筒形，永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁。沿圆周方向，8个磁极的永磁体N、S依次交替排列固定在内转子铁心的径向外侧。
进一步，根据五个具体实施方式所述的径向磁场无铁心永磁同步电机，所述绕组基板为由非磁性高强度材料构成的圆筒结构；所述绕组基板的径向两侧沿轴向开有线圈槽，用于嵌放线圈有效边；
所述内转子200还包括内转子永磁体，内转子永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁，内转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在内转子铁心的径向外侧。
本发明所述的径向磁场无铁心永磁同步电机，其外转子和内转子为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构，或Halbach永磁体阵列结构。
本发明所述的径向磁场无铁心永磁同步电机，既可以为双转子、单定子结构，又可以为多转子、多定子结构；既可以为电动机，又可以为发电机。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。

Claims (10)

1.一种径向磁场无铁心永磁同步电机，其特征在于，包括定子(100)、内转子(200)和外转子(300)，定子(100)径向内侧为内转子(200)，外侧为外转子(300)，定子(100)与内转子(200)和外转子(300)之间分别形成气隙；两个转子的转子铁心在轴向一侧连接在一起；
所述定子(100)包括绕组基板和多相电枢绕组，绕组基板为圆筒形，构成电枢绕组的线圈为跑道形；每个线圈套接在绕组基板的侧壁上，使线圈的两个有效边位于绕组基板径向两侧；各相线圈沿圆周方向依次排列在绕组基板上；线圈节距等于极距τ，每极下每相电枢绕组中相邻两个线圈的两个线圈边处于绕组基板径向两侧对称位置；
外转子(300)包括外转子铁心和外转子永磁体，外转子铁心为圆筒形，外转子永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁；外转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；
内转子(200)包括内转子铁心，内转子铁心为圆筒形。
2.一种径向磁场无铁心永磁同步电机，其特征在于，包括定子(100)、内转子(200)和外转子(300)，定子(100)径向内侧为内转子(200)，外侧为外转子(300)，定子(100)与内转子(200)和外转子(300)之间分别形成气隙；两个转子的转子铁心在轴向一侧连接在一起；
定子(100)包括绕组基板和m相电枢绕组，绕组基板为圆筒形；所述电枢绕组包括2jm个线圈组，j为正整数；绕组基板径向两侧分别粘贴固定jm个线圈组；每个线圈组包括k个线圈，所述线圈为跑道形；绕组基板径向两侧的线圈对称布置，径向对称位置的线圈属于同一相，二者串联在一起；每个线圈组的k个线圈属于同一相，沿绕组基板圆周方向连续排列，k为正整数；每个线圈所占的电角度为(km+1)180°/km；相邻相线圈组之间的间隔为180°/m电角度；当k为偶数时，所有线圈组内各线圈的绕向依次为正绕、反绕、正绕、反绕……；当k为奇数时，奇数相线圈组内各线圈的绕向依次是正绕、反绕、正绕、反绕……，偶数相线圈组内各线圈的绕向依次是反绕、正绕、反绕、正绕……；
外转子(300)包括外转子铁心和外转子永磁体，外转子铁心为圆筒形，外转子永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁；外转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；
内转子(200)包括内转子铁心，内转子铁心为圆筒形。
3.一种径向磁场无铁心永磁同步电机，其特征在于，包括定子(100)、内转子(200)和外转子(300)，定子(100)径向内侧为内转子(200)，外侧为外转子(300)，定子(100)与内转子(200)和外转子(300)之间分别形成气隙；两个转子的转子铁心在轴向一侧连接在一起；
定子(100)包括绕组基板和m相电枢绕组，绕组基板为圆筒形；所述电枢绕组包括2jm个线圈组，j为正整数；绕组基板径向两侧分别粘贴固定jm个线圈组；每个线圈组包括k个线圈，所述线圈为跑道形；绕组基板径向两侧的线圈对称布置，径向对称位置的线圈属于同一相，二者串联在一起；每个线圈组的k个线圈属于同一相，沿绕组基板圆周方向连续排列，k为正整数；每个线圈所占的电角度为180°；当k为偶数时，所有线圈组内各线圈的绕向依次为正绕、反绕、正绕、反绕……；相邻相线圈组之间的间隔为360°/m电角度；当k为奇数时，奇数相线圈组内各线圈的绕向依次是正绕、反绕、正绕、反绕……，偶数相线圈组内各线圈的绕向依次是反绕、正绕、反绕、正绕……；相邻相线圈组之间的间隔为180°(1-2/m)电角度；
外转子(300)包括外转子铁心和外转子永磁体，外转子铁心为圆筒形，外转子永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁；外转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；
内转子(200)包括内转子铁心，内转子铁心为圆筒形。
4.一种径向磁场无铁心永磁同步电机，其特征在于，包括定子(100)、内转子(200)和外转子(300)，定子(100)径向内侧为内转子(200)，外侧为外转子(300)，定子(100)与内转子(200)和外转子(300)之间分别形成气隙；两个转子的转子铁心在轴向一侧连接在一起；
定子(100)包括绕组基板和m相电枢绕组，m为大于或者等于3的自然数，绕组基板为圆筒形；所述电枢绕组包括2jm个线圈组，j为正整数；绕组基板径向两侧分别粘贴固定jm个线圈组；构成电枢绕组的线圈为跑道形，绕组基板每一侧相邻的m个线圈属于不同相；绕组基板径向两侧的线圈对称布置，径向对称位置的线圈属于同一相，二者串联在一起；当m为奇数时，设定i为正整数，当i为奇数时，每个线圈所占的电角度为180°(im+1)/im；当i为偶数时，每个线圈所占的电角度为180°(im+2)/im；当m为偶数时，每个线圈所占的电角度为180°(im+2)/im；
外转子(300)包括外转子铁心和外转子永磁体，外转子铁心为圆筒形，外转子永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁；外转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；
内转子(200)包括内转子铁心，内转子铁心为圆筒形。
5.一种径向磁场无铁心永磁同步电机，其特征在于，包括定子(100)、内转子(200)和外转子(300)，定子(100)径向内侧为内转子(200)，外侧为外转子(300)，定子(100)与内转子(200)和外转子(300)之间分别形成气隙；两个转子的转子铁心在轴向一侧连接在一起；
定子(100)包括绕组基板和两套三相电枢绕组，绕组基板为圆筒形；两套三相电枢绕组分别粘贴固定在绕组基板的径向两侧，每套三相电枢绕组的线圈之间非重叠，所述线圈为跑道形；每个线圈所占的电角度为120°，两套三相电枢绕组的对应相线圈沿圆周方向位置相差180°电角度，并串联在一起，两套三相电枢绕组的对应相线圈内所流电流方向相反；
外转子(300)包括外转子铁心和外转子永磁体，外转子铁心为圆筒形，外转子永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁；外转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在外转子铁心的径向内侧；
内转子(200)包括内转子铁心，内转子铁心为圆筒形。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的径向磁场无铁心永磁同步电机，其特征在于，所述定子(100)采用模块化结构；定子(100)包括多个定子模块，所有定子模块沿圆周方向固定在定子框架上；每个定子模块包括薄瓦片形绕组基板及对应的线圈，所有的薄瓦片形绕组基板构成圆筒形绕组基板，所有的线圈构成电枢绕组。
7.根据权利要求2所述的径向磁场无铁心永磁同步电机，其特征在于，
所述绕组基板径向两侧电枢绕组的对应相线圈沿圆周方向位置相差(180°/m)电角度。
8.根据权利要求1或5所述的径向磁场无铁心永磁同步电机，其特征在于，所述线圈有效边的圆周方向横截面的形状为平行四边形。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的径向磁场无铁心永磁同步电机，其特征在于，所述定子(100)还包括液体冷却管道，液体冷却管道为圆环形；绕组基板的轴向两端固定在定子框架连接端上，液体冷却管道固定在定子框架连接端的轴向外侧或内侧，并与所有线圈相应端部紧密接触。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的径向磁场无铁心永磁同步电机，其特征在于，所述绕组基板为由非磁性高强度材料构成的圆筒结构；所述绕组基板的径向两侧沿轴向开有线圈槽，用于嵌放线圈有效边；
所述内转子(200)还包括内转子永磁体，内转子永磁体为瓦片形，径向充磁或径向平行充磁，内转子永磁体沿圆周方向N、S极依次交替排列固定在内转子铁心的径向外侧。
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