CN113890295A - 一种永磁双转子电机的磁钢阵列 - Google Patents

一种永磁双转子电机的磁钢阵列 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁双转子电机的磁钢阵列，包括：外磁钢阵列，包括N(N>=2)个外转子磁钢组，任意相邻的两个外磁钢的极性相异，任意相邻的两个外磁钢沿周向长度不同，任意相邻的两个外磁钢的有间隙且间隙相同；内磁钢阵列，包括N(N>=2)个内转子磁钢组，沿圆筒型内转子轭周向设置为均匀的分布，其中内转子磁钢组设置为M(M>=2)个沿周向排列的且极性相异的内磁钢，任意相邻的两个内磁钢的极性相异，任意相邻的两个内磁钢沿周向长度不同；转子连接盘，用于固定外转子轭和内转子轭，使得外转子轭和内转子轭有共同的轴心，使得外转子轭和内转子轭的转速相同。本发明的技术方案使得减小了齿槽转距，在保证较高转距密度的同时，降低了转距脉动。

Description

一种永磁双转子电机的磁钢阵列
技术领域
本发明涉及电机领域，尤其涉及一种永磁双转子电机的磁钢阵列。
背景技术
已公发的双转子径向磁场永磁电机是由一台外转子永磁电机和一台内转子永磁电机套在一起并共用一个定子的新型电机，该电机内外转子磁体采用常规磁体结构，即电机内外转子磁体的块数都与电机的极数相等，每块磁体形成电机的一个磁极，因此该电机低气隙磁密的本质没有变化，限制了该种电机性能的进一步提高；同时，该电机采用常规磁体结构，所产生的气隙磁密波形为梯形波，因此相电势波形也是梯形波，并不适应于正弦交流电源供电。
齿槽转矩是绕组不通电时永磁磁场与开槽铁心之间相互作用产生的转矩，会对电机的稳定运行产生不利的影响，并可能产生振动和噪声，是影响电机速度控制和位置控制系统性能，是永磁电机设计中需要重点考虑的问题之一。对于表面式及普通内置式等的永磁电机，其齿槽转矩的削弱措施可以分为四类：改变电枢齿数与电机极数的配合，改变电枢参数，改变永磁转子参数，通过电机控制方法抵消齿槽转矩的影响。
现有双转子电机尽管利用切削永磁体、斜极斜槽、优化齿部形状或采用复杂的驱动算法，可以一定程度上减少齿槽转矩和转矩脉动，但也不可避免造成输出转矩的下降并且增加制造难度，因此，现有双转子电机存在转矩密度提升和转矩脉动抑制两者不协调问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种双转子电机的磁钢阵列，用于降低双转子电机的齿槽转距和转距脉动，同时保持较高的转距密度。
为实现上述目的，本发明提供了一种永磁双转子电机的磁钢阵列，包括：
外磁钢阵列，包括N(N>=2)个外转子磁钢组，沿圆筒型外转子轭周向设置为均匀分布，其中外转子磁钢组设置为M(M>=2)个沿周向排列的且极性相异的外磁钢，任意相邻的两个外磁钢的极性相异，任意相邻的两个外磁钢沿周向长度不同，任意相邻的两个外磁钢的有间隙且间隙相同；
内磁钢阵列，包括N(N>=2)个内转子磁钢组，沿圆筒型内转子轭周向设置为均匀的分布，其中内转子磁钢组设置为M(M>=2)个沿周向排列的且极性相异的内磁钢，任意相邻的两个内磁钢的极性相异，任意相邻的两个内磁钢沿周向长度不同；任意相邻的两个内磁钢的有间隙且间隙相同；
转子连接盘，用于固定外转子轭和内转子轭，使得外转子轭和内转子轭有共同的轴心，使得外转子轭和内转子轭的转速相同。
进一步地，所述磁钢为径向充磁，所述磁钢为扇形、矩形或梯形为底面的柱型结构。
进一步地，所述外磁钢为沿周向的弧形磁钢。
进一步地，所述外磁钢与内磁钢一一相对且极性相同。
进一步地，所述外转子轭上的磁钢厚度要小于内转子轭上的磁钢厚度。
进一步地，所述M，优选的数值为2。
进一步地，所述内磁钢沿周向的内边长大于外边长。
进一步地，所述外磁钢沿周向的内边长小于外边长。
进一步地，所述外磁钢表贴式固定外转子轭的内侧。
进一步地，所述内磁钢表贴式固定内转子轭的外侧。
进一步地，所述外磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5~1.3:1。
进一步地，所述内转子磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5~1.1:1。
进一步地，外转子轭和内转子轭的角度使得外转子磁钢组与内转子磁钢组一一对应。
进一步地，外转子轭上较长的磁钢与内转子轭上的较短的磁钢一一相对；外转子轭上较短的磁钢与内转子轭上较长的磁钢一一相对。
进一步地，外转子轭上磁钢的对称轴与内转子相对应的磁钢的对称轴在同一平面。
本发明的技术方案使得双转子电机中的外转子的磁钢由弧度不同的磁钢组组成，内转子的磁钢由弧度不同的磁钢组组成，外转子较长的弧形磁钢与内转子的较短的弧形磁钢相对；外转子的较短的弧形磁钢与内转子的较长的弧形磁钢相对；进一步减小了齿槽转距，在保证较高转距密度的同时，降低了转距脉动。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的双转子电机的磁钢排列立体图；
图2是本发明的一个较佳实施例的双转子电机的磁钢排列对应的平面图；
图3是本发明的一个较佳实施例的双转子电机的磁钢排列对应的平面图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1所示，本发明的一个优选实施例是一种永磁双转子电机的磁钢阵列，包括：
N(N>=2)个外转子磁钢组沿圆筒型外转子轭周向设置为均匀分布，其中外转子磁钢组设置为M(M>=2)个沿周向排列的且极性相异的外磁钢，任意相邻的两个外磁钢的极性相异，任意相邻的两个外磁钢沿周向长度不同，任意相邻的两个外磁钢的有间隙且间隙相同；
N(N>=2)个内转子磁钢组沿圆筒型内转子轭周向设置为均匀的分布，其中外转子磁钢组，设置为M(M>=2)个沿周向排列的且极性相异的内磁钢，任意相邻的两个内磁钢的极性相异，任意相邻的两个内磁钢沿周向长度不同；任意相邻的两个内磁钢的有间隙且间隙相同；
转子连接盘，用于固定外转子轭和内转子轭，固定部位在外转子轭和内转子轭的端部，使得外转子轭和内转子轭有共同的轴心，使得外转子轭和内转子轭的转速相同；
磁钢为径向充磁，磁钢为扇形、矩形或梯形为底面的柱型瓦状结构。
外磁钢为沿周向的弧形磁钢。外磁钢与内磁钢一一相对的极性相同。外转子轭上的磁钢厚度要小于内转子轭上的磁钢厚度。M，优选的数值为2。内磁钢沿周向的内边长大于外边长。外磁钢沿周向的内边长小于外边长。外磁钢表贴式固定外转子轭的内侧。内磁钢表贴式固定内转子轭的外侧。外磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5~1.3:1。内转子磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5~1.1:1。还包括步骤：S40，调整外转子轭和内转子轭的角度使得外转子磁钢组与内转子磁钢组一一对应。S50，外转子轭上较长的磁钢与内转子轭上的较短的磁钢一一相对；外转子轭上较短的磁钢与内转子轭上较长的磁钢一一相对。S60，外转子轭上磁钢的对称轴与内转子相对应的磁钢的对称轴在同一平面。
如图1所示，本发明的一个优选实施例是另一种永磁双转子电机的磁钢阵列，包括：
12个外转子磁钢组沿圆筒型外转子轭周向设置为均匀分布，其中外转子磁钢组设置为2个沿周向排列的且极性相异的外磁钢，任意相邻的两个外磁钢的极性相异，任意相邻的两个外磁钢沿周向长度不同，任意相邻的两个外磁钢的有间隙且间隙相同；
12个内转子磁钢组沿圆筒型内转子轭周向设置为均匀的分布，其中外转子磁钢组，设置为2个沿周向排列的且极性相异的内磁钢，任意相邻的两个内磁钢的极性相异，任意相邻的两个内磁钢沿周向长度不同；任意相邻的两个内磁钢的有间隙且间隙相同；
用转子连接盘固定外转子轭和内转子轭，使得外转子轭和内转子轭有共同的轴心，使得外转子轭和内转子轭的转速相同；
磁钢为径向充磁，磁钢为扇形、矩形或梯形为底面的柱型结构。
如图2所示外磁钢为沿周向的弧形磁钢。外磁钢与内磁钢一一相对的极性相同。外转子轭上的磁钢厚度要小于内转子轭上的磁钢厚度。M，优选的数值为2。内磁钢沿周向的内边长大于外边长。外磁钢沿周向的内边长小于外边长。外磁钢固定外转子轭的内侧。内磁钢表贴式固定内转子轭的外侧。外磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5~1.3:1。内转子磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5~1.1:1。如图3所示，外转子轭和内转子轭的角度使得外转子磁钢组与内转子磁钢组一一对应。外转子轭上较长的磁钢与内转子轭上的较短的磁钢一一相对；外转子轭上较短的磁钢与内转子轭上较长的磁钢一一相对。外转子轭上磁钢的对称轴与内转子相对应的磁钢的对称轴在同一平面。
本发明的一个优选实施例是另一种永磁双转子电机的磁钢阵列，包括：
6个外转子磁钢组沿圆筒型外转子轭周向设置为均匀分布，其中外转子磁钢组设置为2个沿周向排列的且极性相异的外磁钢，任意相邻的两个外磁钢的极性相异，任意相邻的两个外磁钢沿周向长度不同，任意相邻的两个外磁钢的有间隙且间隙相同；
6个内转子磁钢组沿圆筒型内转子轭周向设置为均匀的分布，其中外转子磁钢组，设置为2个沿周向排列的且极性相异的内磁钢，任意相邻的两个内磁钢的极性相异，任意相邻的两个内磁钢沿周向长度不同；任意相邻的两个内磁钢的有间隙且间隙相同；
转子连接盘固定外转子轭和内转子轭，使得外转子轭和内转子轭有共同的轴心，使得外转子轭和内转子轭的转速相同；
磁钢为径向充磁，磁钢为扇形、矩形或梯形为底面的柱型结构。
外磁钢为沿周向的弧形磁钢。外磁钢与内磁钢一一相对的极性相同。外转子轭上的磁钢厚度要小于内转子轭上的磁钢厚度。内磁钢沿周向的内边长大于外边长。外磁钢沿周向的内边长小于外边长。外磁钢固定外转子轭的内部。内磁钢固定内转子轭的内部。外磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5~1.3:1。内转子磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5~1.1:1。外转子轭和内转子轭的角度使得外转子磁钢组与内转子磁钢组一一对应。外转子轭上较长的磁钢与内转子轭上的较短的磁钢一一相对；外转子轭上较短的磁钢与内转子轭上较长的磁钢一一相对。通过调整外转子轭上磁钢的对称轴与内转子相对应的磁钢的对称轴的角度，使得电机输出的齿槽转距波动最小，使得电机输出的转距脉动最小。
本发明的一个优选实施例是另一种永磁双转子电机的磁钢阵列，包括：
24个外转子磁钢组沿圆筒型外转子轭周向设置为均匀分布，其中外转子磁钢组设置为2个沿周向排列的且极性相异的外磁钢，任意相邻的两个外磁钢的极性相异，任意相邻的两个外磁钢沿周向长度不同，任意相邻的两个外磁钢的有间隙且间隙相同；
24个内转子磁钢组沿圆筒型内转子轭周向设置为均匀的分布，其中外转子磁钢组，设置为2个沿周向排列的且极性相异的内磁钢，任意相邻的两个内磁钢的极性相异，任意相邻的两个内磁钢沿周向长度不同；任意相邻的两个内磁钢的有间隙且间隙相同；
转子连接盘固定外转子轭的端部和内转子轭端部，使得外转子轭和内转子轭有共同的轴心，使得外转子轭和内转子轭的转速相同；
磁钢为径向充磁或者平行充磁，磁钢为扇形、矩形或梯形为底面的柱型瓦状结构。
外磁钢为沿周向的弧形磁钢。外磁钢与内磁钢一一相对的极性相同。外转子轭上的磁钢厚度要小于内转子轭上的磁钢厚度。内磁钢沿周向的内边长大于外边长。外磁钢沿周向的内边长小于外边长。外磁钢用碳纤维固定外转子轭的表面。内磁钢用固定内转子轭的表面。外磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5~1.3:1。内转子磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5~1.1:1。外转子轭和内转子轭的角度使得外转子磁钢组与内转子磁钢组一一对应。外转子轭上较长的磁钢与内转子轭上的较短的磁钢一一相对；外转子轭上较短的磁钢与内转子轭上较长的磁钢一一相对。S70，通过调整外转子轭上磁钢的对称轴与内转子相对应的磁钢的对称轴的角度，使得电机输出的齿槽转距波动最小，使得电机输出的转距脉动最小。
本发明的技术方案使得双转子电机中的外转子的磁钢由弧度不同的磁钢组组成，内转子的磁钢由弧度不同的磁钢组组成，外转子较长的弧形磁钢与内转子的较短的弧形磁钢相对；外转子的较短的弧形磁钢与内转子的较长的弧形磁钢相对；进一步减小了齿槽转距，在保证较高转距密度的同时，降低了转距脉动。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (15)

1.一种永磁双转子电机的磁钢阵列，其特征在于，包括：
外磁钢阵列，包括N(N>=2)个外转子磁钢组，沿圆筒型外转子轭周向设置为均匀分布，其中外转子磁钢组设置为M(M>=2)个沿周向排列的且极性相异的外磁钢，任意相邻的两个外磁钢的极性相异，任意相邻的两个外磁钢沿周向长度不同，任意相邻的两个外磁钢的有间隙且间隙相同；
内磁钢阵列，包括N(N>=2)个内转子磁钢组，沿圆筒型内转子轭周向设置为均匀的分布，其中内转子磁钢组设置为M(M>=2)个沿周向排列的且极性相异的内磁钢，任意相邻的两个内磁钢的极性相异，任意相邻的两个内磁钢沿周向长度不同；任意相邻的两个内磁钢的有间隙且间隙相同；
转子连接盘，用于固定外转子轭和内转子轭，使得外转子轭和内转子轭有共同的轴心，使得外转子轭和内转子轭的转速相同。
2.如权利要求1所述的磁钢阵列，其特征在于，所述磁钢为径向充磁，所述磁钢为扇形、矩形或梯形为底面的柱型结构。
3.如权利要求1所述的磁钢阵列，其特征在于，所述外磁钢为沿周向的弧形磁钢。
4.如权利要求1所述的磁钢阵列，其特征在于，所述外磁钢与内磁钢一一相对且极性相同。
5.如权利要求1所述的磁钢阵列，其特征在于，所述外转子轭上的磁钢厚度要小于内转子轭上的磁钢厚度。
6.如权利要求1所述的磁钢阵列，其特征在于，所述M，优选的数值为2。
7.如权利要求1所述的磁钢阵列，其特征在于，所述内磁钢沿周向的内边长大于外边长。
8.如权利要求1所述的磁钢阵列，其特征在于，所述外磁钢沿周向的内边长小于外边长。
9.如权利要求1所述的磁钢阵列，其特征在于，所述外磁钢表贴式固定外转子轭的内侧。
10.如权利要求1所述的磁钢阵列，其特征在于，所述内磁钢表贴式固定内转子轭的外侧。
11.如权利要求1所述的磁钢阵列，其特征在于，所述外磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5~1.3:1。
12.如权利要求1所述的磁钢阵列，其特征在于，所述内转子磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5~1.1:1。
13.如权利要求1或6任意一条所述的磁钢阵列，其特征在于，外转子轭和内转子轭的角度使得外转子磁钢组与内转子磁钢组一一对应。
14.如权利要求13所述的磁钢阵列，其特征在于，外转子轭上较长的磁钢与内转子轭上的较短的磁钢一一相对；外转子轭上较短的磁钢与内转子轭上较长的磁钢一一相对。
15.如权利要求14所述的磁钢阵列，其特征在于，外转子轭上磁钢的对称轴与内转子相对应的磁钢的对称轴在同一平面。
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