CN112510953B - 基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机 - Google Patents

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Abstract

基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机，属于无人潜航器推进电机领域，本发明为解决已有无人潜航器推进用对转双转子电机存在旋转绕组需要电刷滑环馈电、绕组发热严重且散热困难、旋转绕组动平衡难以保证等问题。本发明方案：环形绕组定子、永磁转子和横向错位调制转子沿径向由外至内同轴设置，环形绕组定子的环形绕组通有m相交流电流时，会产生ps极对数的轴向电枢磁场；永磁转子的极对数为n×pPM；横向错位调制转子由n×(pm×pPM)个突起部分和横向错位调制转子铁心构成；横向错位调制转子铁心上设置pm圈、每圈n×pPM个突起部分，pm圈突起结构周向依次错位2π/npm；满足条件ps＝|ipPM±kpm|。

Description

基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机
技术领域
本发明涉及一种电机本体结构，属于无人潜航器推进电机领域。
背景技术
无人潜航器不仅有着广泛而重要的军事用途，还是人类和平开发海洋不可或缺的重要工具，可用于情报收集、水下及水上侦查监视、作战打击和后勤支援等。近年来，无人潜航器备受各国青睐，现已成为各发达国家军事海洋技术研究的前沿。
常见的无人潜航器系统包括单螺旋桨和对转螺旋桨两种推进方式。其中与单螺旋桨相比，对转螺旋桨可以消除单螺旋桨旋转产生的横滚力矩，提高螺旋桨的推进效率。而对转螺旋桨推进系统有三种常见实现方式：1)反向安装两台相同的普通电机分别独立驱动，该方法简单易实现，但体积过大，成本较高；2)只安装一台高速电机，经过复杂的机械变速装置实现异向旋转，但该方法使得对转螺旋桨系统过于复杂、机械磨损大且鲁棒性与效率低；3)采用异向旋转双转子结构电机直接驱动对转螺旋桨，该结构不再需要复杂的对转和传动机构，减小了推进系统体积，是今后无人潜航器推进系统发展的主要方向。
而常见的异向旋转双转子电机多为有刷对转双转子电机，其电机具有电刷滑环机构，存在绕组发热严重、旋转绕组动平衡难以保证等问题，导致电机运行效率下降、可靠性降低。因此，无人潜航器推进用对转双转子电机的无刷化是该领域的研究热点和重要研究方向，同时开发出具有更高转矩密度、更易于控制的新型结构无刷对转双转子电机也成为了领域内的新挑战。
发明内容
本发明目的是为了解决已有无人潜航器推进用对转双转子电机存在旋转绕组需要电刷滑环馈电、绕组发热严重且散热困难、旋转绕组动平衡难以保证等问题，提供了一种基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机。
本发明所述基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机，包括环形绕组定子5、永磁转子6和横向错位调制转子7，环形绕组定子5、永磁转子6和横向错位调制转子7沿径向由外至内同轴设置，
环形绕组定子5由定子铁心5-2和环形绕组5-1构成；环形绕组5-1是一个m相定子绕组，当环形绕组5-1通有m相交流电流时，会产生ps极对数的轴向电枢磁场，m、ps为正整数；
永磁转子6和横向错位调制转子7沿电机圆周方向采用单元电机转子的形式，单元电机数为n，n为正整数；
永磁转子6的极对数为n×pPM，pPM为正整数；
横向错位调制转子7由n×(pm×pPM)个突起部分7-1和横向错位调制转子铁心7-2构成；横向错位调制转子铁心7-2上设置pm圈、每圈n×pPM个突起部分7-1，pm为正整数，pm圈突起结构周向依次错位2π/npm；
同时满足条件ps＝|ipPM±kpm|，其中i、k是正整数。
优选地，横向错位调制转子7的n×(pm×pPM)个突起部分7-1分成pPM个调制组7-4，相邻两个调制组7-4周向间距为2π/npPM；每个调制组7-4包括n个调制单元7-3，一个调制组中的两个相邻调制单元7-3之间的周向间距为2π/n；一个调制单元7-3由斜向排布的pm个突起部分7-1构成，其中在圆周方向上相邻两个突起部分7-1的中心距为2π/npm，在轴向方向上相邻两个突起部分7-1的中心距为l/pm，其中l为电机轴向有效长度；每个突起部分7-1的周向所占空间角度为α1(2π/npm)，每个突起部分7-1的轴向长度为α2(l/pm)，其中α1、α2为系数。
优选地，还包括机壳4、永磁转子输出法兰轴9-1、永磁转子非输出法兰轴9-2和横向错位调制转子输出轴1；永磁转子输出法兰轴9-1、永磁转子非输出法兰轴9-2和横向错位调制转子输出轴1的轴线重合；永磁转子输出法兰轴9-1与正转螺旋桨相连，横向错位调制转子输出轴1与反转螺旋桨相连；
环形绕组定子5固定在机壳4的内圆表面上，横向错位调制转子7固定在横向错位调制转子输出轴1上，永磁转子6左右两端分别固定永磁转子输出法兰轴9-1和永磁转子非输出法兰轴9-2，永磁转子输出法兰轴9-1为空心轴，永磁转子输出法兰轴9-1套设在横向错位调制转子输出轴1上并与其转动连接，永磁转子输出法兰轴9-1从机壳4的侧端盖伸出，并与机壳4的侧端盖转动连接；
横向错位调制转子输出轴1的另一端与永磁转子非输出法兰轴9-2的内端转动连接，永磁转子非输出法兰轴9-2的外端与机壳4另一侧端盖转动连接。
优选地，环形绕组定子5的槽采取开口槽的方式沿轴向等齿宽排列，其中两个端部齿宽是中间齿宽的1/2，定子铁心5-2的开口槽的开口面向永磁转子6，环形绕组5-1嵌在所述开口槽中。
优选地，永磁转子6由永磁体6-1和永磁转子支架6-2构成，其中永磁体极对数为n×pPM；n×2pPM个永磁体6-1沿圆周方向均匀分布排列。
优选地，永磁体6-1的充磁方向为径向充磁，相邻两块永磁体6-1的充磁方向相反。
优选地，任意相邻两个永磁体6-1之间还设置一个铁心单元6-3，永磁体6-1的充磁方向为切向充磁，相邻两块永磁体6-1的充磁方向相反。
优选地，任意相邻两个永磁体6-1之间还设置一个铁心凸起部分6-4，永磁体6-1的充磁方向为径向充磁，相邻两块永磁体6-1的充磁方向相同。
优选地，铁心凸起部分6-4为硅钢片或实心铁。
优选地，永磁转子支架6-2使用不导电材料。
本发明的有益效果：本发明的基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机是将横向磁通结构形式和单边调磁原理相结合的新型无刷双转子结构电机，方案中没有电刷滑环机构，两个转轴转速相互独立，转速差可调，因此，本发明特别适合应用在需要双转轴对转的无人潜航器推进领域。
本发明电机以单边调磁原理为基础进行工作，与中国专利CN102497073B中提及的横向磁通式无刷馈电双转子电机相比，电机结构和工作原理均不相同，且本发明电机定子侧m相绕组之间无需隔板，可节省m-1个隔板的空间；
本发明电机定子绕组采用环形绕组的形式，该绕组形式无端部，与径向或轴向磁场调制型电机方案相比，可节省大量空间，更适合采用极对数较少甚至为1的绕组排布方案，以增加磁场调制型电机的转矩密度。此外，与径向或轴向磁场调制型电机不同的是，本发明电机的两个转子受到的电磁转矩大小相等，方向相反，特别适合应用在需要双转轴对转的无人潜航器推进领域。
本发明电机可实现电负荷和磁负荷的解耦，使电机具有较高的设计自由度，并且可以获得更高的转矩密度。
附图说明
图1是实施方式一所述基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是实施方式二所述基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机的结构示意图；
图4是图3的B-B剖视图；
图5是实施方式三所述基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机的结构示意图；
图6是图5的C-C剖视图；
图7是单元电机数n＝1时横向错位调制转子的结构示意图，其中图7(a)为展开图，图7(b)为周向排布图。
图8是单元电机数n＝2时横向错位调制转子的结构示意图，其中图8(a)为展开图，图8(b)为周向排布图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1、图2、图7和图8说明本实施方式，本实施方式所述基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机，它包括机壳4、环形绕组定子5、横向错位调制转子6、横向错位调制转子输出轴1、永磁转子7、永磁转子输出法兰轴9-1和永磁转子非输出法兰轴9-2；永磁转子输出法兰轴9-1与正转螺旋桨相连，横向错位调制转子输出轴1与反转螺旋桨相连；
环形绕组定子5固定在机壳4的内圆表面上，环形绕组定子5内部由外向内依次设置有永磁转子6和横向错位调制转子7；横向错位调制转子7固定在横向错位调制转子输出轴1上，永磁转子6左右两端分别固定永磁转子输出法兰轴9-1和永磁转子非输出法兰轴9-2，永磁转子输出法兰轴9-1为空心轴，永磁转子输出法兰轴9-1套设在横向错位调制转子输出轴1上并通过轴承8与其转动连接，永磁转子输出法兰轴9-1从机壳4的侧端盖伸出，并与机壳4的侧端盖通过轴承10转动连接；
横向错位调制转子输出轴1的另一端与永磁转子非输出法兰轴9-2的内端通过轴承3转动连接，永磁转子非输出法兰轴9-2为实心轴，从机壳4的另一侧伸出，永磁转子非输出法兰轴9-2的外端与机壳4另一侧端盖通过轴承2转动连接；
双转子电机的双气隙结构包括：环形绕组定子5与永磁转子6之间的气隙L1；永磁转子6与横向错位调制转子7之间的气隙L2；永磁转子输出法兰轴9-1、永磁转子非输出法兰轴9-2和横向错位调制转子输出轴1的轴线重合；
环形绕组定子5由定子铁心5-2和环形绕组5-1构成；环形绕组定子5的槽采取开口槽的方式沿轴向等齿宽排列，其中两个端部齿宽是中间齿宽的1/2，定子铁心5-2截面的开口面向永磁转子6，环形绕组5-1嵌在所述开口槽中；环形绕组5-1是一个m相定子绕组，当环形绕组5-1通有m相交流电流时，会产生ps极对数的轴向电枢磁场，m、ps为正整数；
永磁转子6和横向错位调制转子7沿电机圆周方向采用单元电机转子的形式，单元电机数为n，n为正整数。
永磁转子6由永磁体6-1和永磁转子支架6-2构成，其中永磁体6-1极对数为n×pPM，pPM为正整数；n×2pPM个永磁体6-1沿圆周方向均匀分布排列，n×2pPM个永磁体6-1交错设置在永磁转子支架6-2上，永磁体6-1的充磁方向为径向充磁，且相邻两块永磁体6-1的充磁方向相反；永磁转子支架6-2使用不导电材料；
横向错位调制转子7由n×(pm×pPM)个突起部分7-1和横向错位调制转子铁心7-2构成；n×(pm×pPM)个突起部分7-1可分成pPM个调制组7-4，每个调制组包括n个调制单元(图7中n＝1，此时一个调制组仅包括1个调制单元7-3；图8中n＝2，此时一个调制组包括2个调制单元7-3-1和7-3-2)，一个调制组7-4中的两个相邻调制单元之间的间距为2π/n，pm为正整数；一个调制单元7-3由斜向排布的pm个突起部分7-1构成，参见图7，两条虚线之间的pm个突起部分7-1构成一个调制单元7-3，参见图8，两个调制单元，其中调制单元7-3-1和调制单元7-3-2分别包括pm个突起部分7-1，两个调制单元构成一个调制组7-4。
在圆周方向上相邻两个突起部分7-1的中心距为2π/npm，在轴向方向上相邻两个突起部分7-1的中心距为l/pm，其中电机轴向长度为l；每个突起部分7-1的周向所占空间角度为α1(2π/npm)，每个突起部分7-1的轴向长度为α2(l/pm)，其中α1、α2为系数；一个调制组n×pm个突起部分7-1分别沿着圆周方向阵列，得到pPM个调制组7-4，图7中pPM个调制组7-4，每个调制组7-4中包括一个调制单元7-3，一个调制单元7-3中包括pm个突起部分7-1，由于图7(a)为展开图，且调制单元中pm个突起部分为斜向排布，因此部分调制单元的pm个突起部分在图中右上侧和右下侧分别显示，相邻两个调制组之间的周向间距为2π/npPM；图8中pPM个调制组7-4，每个调制组7-4中包括2个调制单元7-3-1和7-3-2，调制单元7-3-1中包括pm个突起部分7-1，另一个调制单元7-3-2中也包括pm个突起部分7-1，两个调制单元的周向间距为2π/n＝180度。
同时满足条件ps＝|ipPM±kpm|，其中i、k是正整数。
为了说明本发明的工作原理，以一个调制组为例，一个调制组包括n个调制单元。由于一个调制单元的突起部分呈斜向排布，那么参与该单元调制的永磁磁场也可看作沿斜向分布。因此，将一个调制组中n个调制单元的突起部分和参与该组调制的永磁磁场同时投影到圆周方向和轴向方向，此时圆周方向和轴向方向可分别看作1个磁场调制型旋转电机和n个磁场调制型直线电机，且圆周方向极对数是轴向方向极对数的n倍，并分别分析计算这两个方向的磁场调制效果。
建立一个随横向错位调制转子同步旋转的坐标系，则永磁转子的圆周方向旋转角速度可以表示为：
Ω′PM＝ΩPM-Ωm (1)
式中Ω′PM——永磁转子圆周方向相对角速度；
ΩPM、Ωm——永磁转子和横向错位调制转子圆周方向实际角速度；
设电机永磁转子极对数为n×pPM，则圆周方向永磁极对数为n×pPM，轴向方向永磁极对数为pPM。当永磁转子与横向错位调制转子发生相对转动时，参与该组调制的永磁磁场既沿圆周方向转动，也沿轴向方向运动，且其圆周方向相对角速度和轴向方向相对运动速度之间的关系可以表示为：
Figure BDA0002798338330000061
式中v'PM——永磁转子轴向方向相对运动速度；
τPM、fPM——永磁磁场极距、永磁转子频率，且
Figure BDA0002798338330000062
设电机永磁转子圆周方向相对初始相位角为θPM，轴向方向相对初始位置为xPM，则永磁转子在圆周方向和轴向方向所形成的永磁磁动势FcPM(θ,t)和FaPM(x,t)可表示为：
Figure BDA0002798338330000063
式中下标c、a分别表示圆周方向和轴向方向；
Fci、Fai——圆周方向、轴向方向各次谐波磁动势幅值；
i——永磁磁动势谐波次数；
θ——圆周方向机械角；
x——轴向方向位移；
t——时间。
设一个调制组的突起部分数为n×pm，圆周方向和轴向方向均相对静止，且圆周方向初始相位角为θm、轴向方向初始位置为xm，则在一个调制组转子的作用下，圆周方向和轴向方向的空间比磁导λc(θ)和λa(x)可表示为
Figure BDA0002798338330000071
式中λc0、λa0——零次谐波比磁导幅值；
λck、λak——各次谐波比磁导幅值；
k——谐波比磁导次数，k＝1,2,3...。
永磁体磁动势在一个调制组突起部分的作用下产生的永磁磁场也可分别投影到圆周方向和轴向方向，且圆周方向永磁磁场BcPM(θ,t)和轴向方向永磁磁场BaPM(x,t)可分别表示为：
Figure BDA0002798338330000072
式中Bci、Bai——自然谐波磁场幅值，且Bci＝Fciλc0、Bai＝Faiλa0；
Bc(i,k)、Ba(i,k)——调制谐波磁场幅值，且
Figure BDA0002798338330000073
由式(5)可知，永磁转子和一个调制组转子的共同作用下将会产生两类磁场。第一类为自然谐波磁场，该类磁场的特点是它的磁场极对数与永磁转子磁动势的极对数相同，且它的圆周方向磁场转速、轴向方向磁场速度与永磁转子磁动势的圆周方向转速、轴向方向速度分别相同，该类磁场的幅值分别为Bci、Bai。第二类为调制谐波磁场，该类磁场的特点是它的磁场极对数与永磁转子极对数和一个调制组转子中突起部分数相关，它的圆周方向磁场转速与圆周方向永磁转子和调制转子二者的转速相关，它的轴向方向磁场速度与轴向方向永磁转子磁动势的运动速度相关，该类磁场的幅值分别为Bc(i,k)、Ba(i,k)，具体关系如下：
pi,k＝|ipPM+jpm| (6)
Figure BDA0002798338330000081
Figure BDA0002798338330000082
j＝0,±1,±2,... (9)
式中pi,k、Ωi,k、vi,k——调制谐波磁场的极对数、圆周方向旋转角速度、轴向方向运动速度。
根据机电能量转换原理可知，只有当两个磁场的极对数、转速或速度相同情况下，才能产生恒定的转矩，从而实现机电能量转换。因此，将定子环形绕组通过绕组排布设计成可产生与调制谐波磁场相同极对数、相同轴向方向速度的电枢磁场。那么，定子环形绕组、横向错位调制转子和永磁转子就构成了基于磁场调制原理的横向错位无刷双转子电机，其具体工作原理圆周方向与径向或轴向磁场调制型电机相似，轴向方向与磁场调制型直线电机相似，两个方向综合分析可得，本发明电机是在横向错位调制转子的作用下，将沿圆周分布的永磁体磁场调制成沿轴向分布的定子绕组磁场。所以由式(8)可以进一步推导出定子电枢磁场频率fis1的表达式如下：
Figure BDA0002798338330000083
式中τs——定子电枢磁场极距；且
Figure BDA0002798338330000084
通常情况下取i＝1。
在这种情况下，横向错位调制转子既受到轴向力的作用，也受到电磁转矩的作用。其中，轴向力与定子所受轴向力大小相等、方向相反，电磁转矩与永磁转子所受电磁转矩大小相等、方向相反，且横向错位调制转子所受轴向力和电磁转矩之间存在固定的比例关系。此外，定子环形绕组产生的电枢磁场的速度与调制谐波磁场的轴向方向速度相等，可参考式(10)进行调速。因此，在定子环形绕组、横向错位调制转子和永磁转子相互作用下，横向错位调制转子和永磁转子可以实现转速解耦，但他们之间的转矩仍然是耦合的。
为了增加永磁体的利用率，提高电机的功率密度，根据所设计的永磁体的极对数n×pPM，将一个调制组的突起部分沿圆周方向阵列为pPM个调制组。
图1、图2和图7中单元电机数n＝1，永磁转子的极对数n×pPM是8，调制转子中突起部分数n×(pm×pPM)是72，且1个调制组包括1个调制单元，1个调制单元的突起部分数pm是9。由式(5)可知，气隙中会产生一系列的调制谐波磁场，其中轴向方向调制谐波磁场起主要作用。这些轴向方向调制谐波磁场当中，通常是i＝1，j＝-1时对应的调制谐波磁场幅值最大，也就是说轴向调制谐波磁场中1对极磁场幅值最大。因此，将定子环形绕组通过绕组排布设计产生1对极轴向电枢磁场，并通过控制定子环形绕组的通电频率使得电枢磁场的运动速度与1对极轴向调制谐波磁场的运动速度相同，从而使定子环形绕组、横向错位调制转子和永磁转子实现机电能量转换。
图8中单元电机数n＝2，永磁转子的极对数n×pPM是16，调制转子中突起部分数n×(pm×pPM)是144，且1个调制组包括2个调制单元，每个调制单元的突起部分数pm是9。同样由式(5)可知，气隙中会产生一系列的调制谐波磁场，其中轴向方向调制谐波磁场起主要作用。这些轴向调制谐波磁场当中，通常是i＝1，j＝-1时对应的调制谐波磁场幅值最大，也就是说轴向调制谐波磁场中1对极磁场幅值最大。因此，将定子环形绕组通过绕组排布设计产生1对极轴向电枢磁场，并通过控制定子环形绕组的通电频率使得电枢磁场的运动速度与1对极轴向调制谐波磁场的运动速度相同，从而使定子环形绕组、横向错位调制转子和永磁转子实现机电能量转换。
具体实施方式二：下面结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一的不同之处在于，永磁转子6由永磁体6-1和永磁转子支架6-2构成，其中永磁体6-1极对数为n×pPM；n×2pPM个永磁体6-1沿圆周方向间隔设置在永磁转子支架6-2上，相邻两个永磁体6-1之间设置一个铁心单元6-3，永磁体6-1的充磁方向为切向充磁，且相邻两块永磁体6-1的充磁方向相反；
本实施方式中永磁转子属于聚磁结构，在永磁转子相邻永磁体的并联作用下，使得在每极磁场下有两块永磁体对气隙提供磁通，可提高气隙磁密，尤其在极数较多的情况下更为突出。
具体实施方式三：下面结合图5和图6说明本实施方式，本实施方式对实施方式一的不同之处在于，永磁转子6包括n×pPM个永磁体6-1、永磁转子支架6-2和n×pPM个铁心凸起部分6-4；n×pPM个永磁体6-1和n×pPM个铁心凸起部分6-4沿圆周方向均匀交错设置在永磁转子支架6-2上；n×pPM个永磁体6-1为径向充磁，且相邻永磁体6-1的充磁方向相同。
铁心凸起部分6-4为硅钢片或实心铁。
本实施方式的优点是在同样极对数的永磁磁场下，节省了一半的永磁体用量。

Claims (9)

1.基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机，其特征在于，包括环形绕组定子(5)、永磁转子(6)和横向错位调制转子(7)，环形绕组定子(5)、永磁转子(6)和横向错位调制转子(7)沿径向由外至内同轴设置，
环形绕组定子(5)由定子铁心(5-2)和环形绕组(5-1)构成；环形绕组(5-1)是一个m相定子绕组，当环形绕组(5-1)通有m相交流电流时，会产生ps极对数的轴向电枢磁场，m、ps为正整数；
永磁转子(6)和横向错位调制转子(7)沿电机圆周方向采用单元电机转子的形式，单元电机数为n，n为正整数；
永磁转子(6)的极对数为n×pPM，pPM为正整数；
横向错位调制转子(7)由n×(pm×pPM)个突起部分(7-1)和横向错位调制转子铁心(7-2)构成；横向错位调制转子铁心(7-2)上设置pm圈、每圈n×pPM个突起部分(7-1)，pm为正整数，pm圈突起结构周向依次错位2π/npm；
同时满足条件ps＝|ipPM±kpm|，其中i、k是正整数；
横向错位调制转子(7)的n×(pm×pPM)个突起部分(7-1)分成pPM个调制组(7-4)，相邻两个调制组(7-4)周向间距为2π/npPM；每个调制组(7-4)包括n个调制单元(7-3)，一个调制组中的两个相邻调制单元(7-3)之间的周向间距为2π/n；一个调制单元(7-3)由斜向排布的pm个突起部分(7-1)构成，其中在圆周方向上相邻两个突起部分(7-1)的中心距为2π/npm，在轴向方向上相邻两个突起部分(7-1)的中心距为l/pm，其中l为电机轴向有效长度；每个突起部分(7-1)的周向所占空间角度为α1(2π/npm)，每个突起部分(7-1)的轴向长度为α2(l/pm)，其中α1、α2为系数。
2.根据权利要求1所述基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机，其特征在于，还包括机壳(4)、永磁转子输出法兰轴(9-1)、永磁转子非输出法兰轴(9-2)和横向错位调制转子输出轴(1)；永磁转子输出法兰轴(9-1)、永磁转子非输出法兰轴(9-2)和横向错位调制转子输出轴(1)的轴线重合；永磁转子输出法兰轴(9-1)与正转螺旋桨相连，横向错位调制转子输出轴(1)与反转螺旋桨相连；
环形绕组定子(5)固定在机壳(4)的内圆表面上，横向错位调制转子(7)固定在横向错位调制转子输出轴(1)上，永磁转子(6)左右两端分别固定永磁转子输出法兰轴(9-1)和永磁转子非输出法兰轴(9-2)，永磁转子输出法兰轴(9-1)为空心轴，永磁转子输出法兰轴(9-1)套设在横向错位调制转子输出轴(1)上并与其转动连接，永磁转子输出法兰轴(9-1)从机壳(4)的侧端盖伸出，并与机壳(4)的侧端盖转动连接；
横向错位调制转子输出轴(1)的另一端与永磁转子非输出法兰轴(9-2)的内端转动连接，永磁转子非输出法兰轴(9-2)的外端与机壳(4)另一侧端盖转动连接。
3.根据权利要求1所述基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机，其特征在于，环形绕组定子(5)的槽采取开口槽的方式沿轴向等齿宽排列，其中两个端部齿宽是中间齿宽的1/2，定子铁心(5-2)的开口槽的开口面向永磁转子(6)，环形绕组(5-1)嵌在所述开口槽中。
4.根据权利要求1所述基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机，其特征在于，永磁转子(6)由永磁体(6-1)和永磁转子支架(6-2)构成，其中永磁体极对数为n×pPM；n×2pPM个永磁体(6-1)沿圆周方向均匀分布排列。
5.根据权利要求4所述基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机，其特征在于，永磁体(6-1)的充磁方向为径向充磁，相邻两块永磁体(6-1)的充磁方向相反。
6.根据权利要求4所述基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机，其特征在于，任意相邻两个永磁体(6-1)之间还设置一个铁心单元(6-3)，永磁体(6-1)的充磁方向为切向充磁，相邻两块永磁体(6-1)的充磁方向相反。
7.根据权利要求4所述基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机，其特征在于，任意相邻两个永磁体(6-1)之间还设置一个铁心凸起部分(6-4)，永磁体(6-1)的充磁方向为径向充磁，相邻两块永磁体(6-1)的充磁方向相同。
8.根据权利要求7所述基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机，其特征在于，铁心凸起部分(6-4)为硅钢片或实心铁。
9.根据权利要求4-8任一权利要求所述基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机，其特征在于，永磁转子支架(6-2)使用不导电材料。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113890298B (zh) * 2021-09-22 2023-02-28 苏州永捷电机有限公司 一种双扭矩无刷电机
CN113965037B (zh) * 2021-11-01 2023-08-18 哈尔滨工业大学 基于磁场调制原理的永磁体横向分段错位式双转子电机
CN113937970B (zh) * 2021-11-01 2023-08-18 哈尔滨工业大学 基于单边调磁原理的永磁体横向分段错位式双转子电机

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0595644A (ja) * 1991-06-17 1993-04-16 Honda Motor Co Ltd モータの電機子巻線構造
WO2014152624A2 (en) * 2013-03-14 2014-09-25 Baldor Electric Company Micro-channel heat exchanger for stator of electrical machine with supply header
CN108258866A (zh) * 2018-01-22 2018-07-06 王新 横向磁通磁阻式低速大转矩直接驱动同步电机

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7061152B2 (en) * 2004-10-25 2006-06-13 Novatorque, Inc. Rotor-stator structure for electrodynamic machines
CN101630873B (zh) * 2009-08-25 2011-01-05 哈尔滨工业大学 混合磁极结构的永磁开关磁链发电机
CN101662192B (zh) * 2009-10-01 2011-02-09 哈尔滨工业大学 无刷馈电双转子电机
CN102005896B (zh) * 2010-11-10 2012-06-27 哈尔滨工业大学 曲折环形绕组结构圆筒型横向磁通直线电机
CN102497037B (zh) * 2011-11-26 2013-10-16 东风汽车公司 一种定转子分段式分组串列的开关磁阻电机
CN102528096B (zh) * 2011-12-16 2015-05-27 西安交通大学 一种镗铣床的直驱式主轴传动装置
CN104009602B (zh) * 2014-05-09 2017-01-11 东南大学 磁齿轮功率分配器
FR3024607A1 (fr) * 2014-07-31 2016-02-05 Francecol Technology Machine homopolaire composee
CN106685182A (zh) * 2017-01-20 2017-05-17 哈尔滨工业大学 中间调磁型径向集成式电气无级变速器
CN106685183B (zh) * 2017-01-20 2019-02-22 哈尔滨工业大学 单侧调磁型径向集成式电气无级变速器
CN106849572B (zh) * 2017-03-30 2019-11-05 哈尔滨工业大学 基于单边调磁原理的双动子双绕组平板型直线发电机
CN106849595B (zh) * 2017-03-30 2020-04-17 哈尔滨工业大学 基于单边调磁原理的双动子双绕组圆筒型直线发电机

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0595644A (ja) * 1991-06-17 1993-04-16 Honda Motor Co Ltd モータの電機子巻線構造
WO2014152624A2 (en) * 2013-03-14 2014-09-25 Baldor Electric Company Micro-channel heat exchanger for stator of electrical machine with supply header
CN108258866A (zh) * 2018-01-22 2018-07-06 王新 横向磁通磁阻式低速大转矩直接驱动同步电机

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