CN116345829A - 一种双转子双定子永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双转子双定子永磁电机，涉及永磁电机技术领域，包括外壳和设置在外壳两端的端盖，在外壳的内部同轴设置有定子和转子，转子的两端贯通端盖，定子包括内定子和外定子，外定子固定设置在外壳的内壁上，外定子的内部同轴设置有内定子，外定子与内定子之间通过连接桥进行连接，转子包括贯通内定子轴心的转轴，转轴的两端通过轴承与端盖连接，轴承上设置有内转子，在轴承靠近端盖的两端分别设置有转盘，在两个转盘的相对侧设置有外转子，外转子的内侧和外侧均设置有永磁体，内转子的外侧设置有永磁铁，内定子和外定子分别单独进行供电，本电机具有输出的扭矩大于传统电机的特点，同时也提高了感应电动势，提升了发电电流。
Description
技术领域
本发明涉及永磁电机技术领域，具体涉及一种双转子双定子永磁电机。
背景技术
传统永磁电机转子，永磁铁镶嵌在转子硅钢片上，硅钢片作为导磁介质，增强两磁极之间的磁通密度，同时作为转子磁场的磁路和转子的机械骨架。电机工作时，转子外层磁场与定子绕组磁场相互作用，产生扭矩力，转子靠近转轴处的部分离磁极相对较远，在空间上进行了很大的浪费，由于磁极包括N极和S极，转子外层将其中的一极对外，一极对内，对外磁极参与了电机工作，对内磁极产生的磁场离定子绕组过远，虽然硅钢增加了磁通密度，但是还是存在部分磁通没有被利用上，导致永磁磁场利用效率低。
传统永磁电机要想产生扭矩，就必须给三相定子绕组供电，使其产生旋转磁场与转子磁场相互作用。想要增加输出扭矩就要增大磁感应强度，根据B＝(μiw)/L只有增加电流，磁感应强度才会得到增强，从而达到增加输出扭矩的目的。但是当增加输出电流，电机的铜耗增加，会加速电机老化，如果增加定子绕组漆包线的导线截面，则在同一个定子槽内，匝数又会减少，使产生的磁场强度偏低，正常输出扭矩下降。为了避免这个问题，传统永磁电机定子绕组一般采用相对较深的定子槽，并采用叠绕的方式进行安装，在增加导线截面的同时不会减少定子绕组匝数。但是随着定子槽的深度的增加，部分导线放置位置会更加远离转子磁场，虽然定子绕组产生的磁场属于各匝线圈产生的叠加磁场，但是由于部分导线离的越远，叠加磁场强度就会越小，最终与转子磁场相互作用时，定子绕组参与工作的磁场强度小于定子绕组产生的磁场，这点可以认为间接的增加了定子与转子的气隙，导致定子绕组产生磁场强度不足。
三相永磁同步电机最大的技术特点就是，一：只需要定子绕组供电，产生旋转磁场就可以与转子永磁磁场相互作用并产生旋转力矩，所以不需要电刷；二：当定子绕组不供电时，转子由外部提供动力就可以逆变成为发电机，由定子绕组输出感应电流。
综上所述，由于磁场利用率低及磁场强度不足，导致了电机转子扭矩输出较低的结果，同时根据E＝BLV由于转子磁场利用率低的问题，导致电机逆变时可切割磁场强度不足，导致产生的感应电动势较低，发电电流偏低。
发明内容
本发明实施例提供了一种双转子双定子永磁电机，用于解决上述问题。
鉴于上述问题，本发明提出的技术方案是：
一种双转子双定子永磁电机，包括外壳和设置在所述外壳两端的端盖，在所述外壳的内部同轴设置有定子和转子，所述定子与所述转子之间设置有气隙，所述转子的两端贯通所述端盖，其与所述端盖之间设置有轴承，所述定子包括内定子和外定子，所述外定子固定设置在外壳的内壁上，所述外定子的内部同轴设置有内定子，所述外定子与所述内定子之间通过连接桥进行连接，所述转子包括贯通所述内定子轴心的转轴，所述转轴的两端通过轴承与所述端盖连接，所述轴承上设置有内转子，在所述轴承靠近所述端盖的两端分别设置有转盘，在两个所述转盘的相对侧设置有外转子，所述外转子的内侧和外侧均设置有永磁体，所述内转子的外侧设置有永磁铁，所述内定子和所述外定子分别单独进行供电。
为了更好的实现本发明技术方案，还采用了如下技术措施。
进一步的，所述外转子与所述外定子、所述内定子和所述连接桥之间设置有气隙，所述内转子与所述内定子之间设置有气隙。
进一步的，所述内定子包括若干个叠合起来的内定子硅钢片，在所述内定子硅钢片的表面分别开设有若干个定子槽a、定子槽b和通孔a，在若干个所述内定子硅钢片上的所述定子槽a和所述定子槽b上分别绕设有线圈a和线圈b，若干个所述内定子硅钢片上的所述通孔a相互连通形成冷却通道a，若干个所述冷却通道a通过连接管a相互首尾连通形成一个整体。
进一步的，所述外定子包括若干个叠合起来的外定子硅钢片，在所述外定子硅钢片的表面分别开设有定子槽c和通孔b，在若干个所述内定子硅钢片上的所述定子槽c上绕设有线圈c，若干个所述外定子硅钢片上的通孔b相互连通形成冷却通道b，若干个所述冷却通道b通过连接管b相互首尾连通形成一个整体。
进一步的，所述冷却通道b分别通过贯通所述连接桥的连接管c和连接管d与所述冷却通道a连通。
进一步的，还包括驱动器，所述驱动器包括设置在外壳上的壳体，在壳体的内部分别设置有散热器、齿轮泵和控制器，油管a的一端与所述散热器的输出端连通，另一端贯通连接所述齿轮泵与所述连接管c连通，油管b的一端与所述连接管d连通，另一端贯通所述外壳的内壁与所述散热器的输入端连通，在所述油管a靠近所述齿轮泵的一端设置有温度传感器，所述控制器的信号输入端与所述温度传感器的信号输出端通信连接，所述控制器的信号输出端分别与所述散热器和所述齿轮泵的信号输入端通信连接。
进一步的，在所述壳体上开设有通风槽。
进一步的，所述冷却通道a、所述冷却通道b、所述连接管a、所述连接管b、所述连接管c、所述连接管d、所述油管a和所述油管b的内部填充有二甲基硅油。
进一步的，所述外壳的表面设置有凹槽。
进一步的，相邻的所述内定子硅钢片的所述通孔a以及相邻的所述外定子硅钢片的所述通孔b处还设置有凹槽，相邻的凹槽之间填充有密封圈。
相对于现有技术而言，本发明的有益效果是：本电机采用双转子双定子结构，内外转子联动，内定子的内外侧均设有线圈，外转子的内外侧均安装永磁体，在定子通电后，在双层定子中产生的旋转磁场会带动内外转子进行旋转，根据
，本电机结构因为采用双转子结构提高了转子总体面积，增加了永磁磁场的利用率，同时也增加了转子永磁磁场强度及磁场面积，使电机转子磁场磁通量得到了提高；在定子方面，增加了定子绕组的覆盖面积，即增加了定子绕组总体匝数，当通入电流根据F＝IN，同等电流下会产生更大的磁动势，在定子和转子磁场同时加强的情况下，本电机具有输出的扭矩大于传统电机的特点，同时也提高了感应电动势，提升了发电电流。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
图1为本发明实施例公开的双转子双定子永磁电机的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的双转子双定子永磁电机去掉端盖和转子后的结构示意图；
图3为图2中A处放大结构示意图；
图4为本发明实施例公开的双转子双定子永磁电机的剖视结构示意图；
图5为图4中A处放大结构示意图；
图6为图4中B处放大结构示意图；
图7为本发明实施例公开的内定子硅钢片的结构示意图；
图8为本发明实施例公开的外定子硅钢片的结构示意图；
图9为本发明实施例公开的外定子的结构示意图；
图10为本发明实施例公开的内定子的结构示意图；
图11为本发明实施例公开的驱动器的通信框图。
附图标记：1、外壳；2、端盖；3、定子；31、内定子；311、内定子硅钢片；3111、定子槽a；3112、定子槽b；3113、通孔a；3114、冷却通道a；312、线圈a；313、线圈b；32、外定子；321、外定子硅钢片；3211、定子槽c；3212、通孔b；3213、冷却通道b；322、线圈c；33、连接桥；34、连接管a；35、连接管b；36、连接管c；37、连接管d；4、转子；41、转轴；42、内转子；43、转盘；44、外转子；5、轴承；6、驱动器；61、壳体；611、通风槽；62、散热器；63、齿轮泵；64、控制器；65、温度传感器；7、油管a；8、油管b。
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。
参照附图1-11所示，一种双转子双定子永磁电机，其包括外壳1和设置在外壳1两端的端盖2，在外壳1的内部同轴设置有定子3和转子4，定子3与转子4之间设置有气隙，转子4的两端贯通端盖2，其与端盖2之间设置有轴承5，定子3包括内定子31和外定子32，外定子32固定设置在外壳1的内壁上，外定子32的内部同轴设置有内定子31，外定子32与内定子31之间通过连接桥33进行连接，连接桥33为一环状的支撑件，起到连接外定子32与内定子31的作用，转子4包括贯通内定子31轴心的转轴41，转轴41的两端通过轴承5与端盖2连接，轴承5上设置有内转子42，在轴承5靠近端盖2的两端分别设置有转盘43，在两个转盘43的相对侧设置有外转子44。
具体的，外转子44的内侧和外侧均设置有永磁体，内转子42的外侧设置有永磁铁，由于外转子44的内外侧的磁极相反，为了保证电机稳定运行，内定子31和外定子32分别单独进行供电，使内、外定子32产生的磁极与内外转子44上设置的永磁铁的磁极相反。
需要说明的是，外转子44与外定子32、内定子31和连接桥33之间设置有气隙，内转子42与内定子31之间设置有气隙，以保证本电机的正常运行。
在一种可实现的实施例中，外壳1的表面设置有凹槽用于增大外壳1与空气的接触面积，利于散热。
参照附图2-8和10所示，内定子31包括若干个叠合起来的内定子硅钢片311，在内定子硅钢片311的表面分别开设有若干个定子槽a3111、定子槽b3112和通孔a3113，在若干个内定子硅钢片311上的定子槽a3111和定子槽b3112上分别绕设有线圈a312和线圈b313，若干个内定子硅钢片311上的通孔a3113相互连通形成冷却通道a3114，若干个冷却通道a3114通过连接管a34相互首尾连通形成一个整体。
需要说明的是，冷却通道a3114通过连接管a34相互连接后在内定子31的内部形成往复折返式的通道，在该通道内注入冷却液，如冷却油，通过驱动器6驱动在其内部往复循环，将内定子31工作过程中产生的热量带走，对内定子31进行降温，延长本电机的使用寿命。
参照附图2-9所示，外定子32包括若干个叠合起来的外定子硅钢片321，在外定子硅钢片321的表面分别开设有定子槽c3211和通孔b3212，在若干个内定子硅钢片311上的定子槽c3211上绕设有线圈c322，若干个外定子硅钢片321上的通孔b3212相互连通形成冷却通道b3213，若干个冷却通道b3213通过连接管b35相互首尾连通形成一个整体。
需要说明的是，冷却通道b3213通过连接管b35相互连接后在外定子32的内部形成往复折返式的通道，在该通道内注入冷却液，如冷却油，通过驱动器6驱动在其内部往复循环，将外定子32工作过程中产生的热量带走，对内定子31进行降温，延长本电机的使用寿命。
作为一种优选的实施例，相邻的内定子硅钢片311的通孔a3113以及相邻的外定子硅钢片321的通孔b3212处还设置有凹槽(在图中未示出)，相邻的凹槽之间填充有密封圈，将硅钢片叠合起来后，相邻的凹槽相互扣合，将密封圈扣在其内部，防止冷却通道内部的冷却油泄漏。
参照附图4-6所示，冷却通道b3213分别通过贯通连接桥33的连接管c36和连接管d37与冷却通道a3114连通。
具体的，冷却通道a3114与冷却通道b3213连通后，可通过驱动器6驱动冷却油在冷却通道a3114与冷却通道b3213的内部往复循环，对外定子32和内定子31进行降温。
参照附图1、2、4、5、11所示，驱动器6包括设置在外壳1上的壳体61，在壳体61的内部分别设置有散热器62、齿轮泵63和控制器64，油管a7的一端与散热器62的输出端连通，另一端贯通连接齿轮泵63与连接管c36连通，油管b8的一端与连接管d37连通，另一端贯通外壳1的内壁与散热器62的输入端连通，在油管a7靠近齿轮泵63的一端设置有温度传感器65，控制器64的信号输入端与温度传感器65的信号输出端通信连接，控制器64的信号输出端分别与散热器62和齿轮泵63的信号输入端通信连接。
具体的，冷却通道a3114、冷却通道b3213、连接管a34、连接管b35、连接管c36、连接管d37、油管a7和油管b8的内部填充有二甲基硅油，在壳体61上开设有通风槽611，齿轮泵63驱动二甲基硅油在冷却通道a3114、冷却通道b3213、连接管a34、连接管b35、连接管c36、连接管d37、油管a7、油管b8和散热器62中循环运行，在温度传感器65检测到油温过高时，控制器64可通过提高散热器62风扇转速的方式，提升散热器62对二甲基硅油散热效果以达到降低油温的效果。
在一种实施例中，温度传感器65检测的油温为60度，此时，控制器64控制散热器62风扇的转速为800rpm，在温度传感器65检测的油温为度，此时，控制器64控制散热器62风扇的转速为1500rpm，在温度传感器65检测的油温为85度，此时，控制器64控制散热器62风扇的转速为2500rpm，在温度传感器65检测的油温为100度，此时，控制器64控制散热器62风扇的转速为3500rpm，直至达到散热器62风扇转速的峰值。
作为另一种优选的实施例，在内定子31和外定子32的线圈a312、线圈b313和线圈c322处还设置有贴片式温度传感器65(在图中未示出)，用于检测线圈a312、线圈b313和线圈c322处的温度，贴片式温度传感器65与控制器64通信连接，将采集的温度发送到控制器64，控制器64根据对所有贴片式温度传感器65检测数据进行分析，在出现异常时，通过设置在壳体61内部的蜂鸣器(在图中未示出)进行提示。
具体的，贴片式温度传感器65对内定子31和外定子32的所有的线圈a312、线圈b313和线圈c322处的温度进行采集，在其中有温度发生异常时，控制器64通过设置在壳体61内部的蜂鸣器进行提示，同时，控制器64提高齿轮泵63的输出功率，加快冷却油的循环速度，对异常升温处进行保护，同时还可在壳体61上设置显示屏幕(在图中未示出)，在出现异常后，在显示屏幕上显示温度异常的位置以便于维修人员进行维修。
具体的，本电机采用双转子4双定子3结构，内外转子44联动，内定子31的内外侧均设有线圈，外转子44的内外侧均安装永磁体，在定子3通电后，在双层定子3中产生的旋转磁场会带动内外转子44进行旋转，根据
，本电机结构因为采用双转子4结构提高了转子4总体面积，增加了永磁磁场的利用率，同时也增加了转子4永磁磁场强度及磁场面积，使电机转子4磁场磁通量得到了提高；在定子3方面，增加了定子3绕组的覆盖面积，即增加了定子3绕组总体匝数，当通入电流根据F＝IN，同等电流下会产生更大的磁动势，在定子3和转子4磁场同时加强的情况下，本电机具有输出的扭矩大于传统电机的特点，同时也提高了感应电动势，提升了发电电流，同时，在电机上设置的驱动器6能驱动冷却油在定子3中进行循环，对定子3进行降温，不仅可保持提升本电机的使用寿命，同时还可避免因过热发生故障。
需要说明的是，散热器62、齿轮泵63、控制器64和温度传感器65具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。
散热器62、齿轮泵63、控制器64和温度传感器65的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种双转子双定子永磁电机，包括外壳(1)和设置在所述外壳(1)两端的端盖(2)，在所述外壳(1)的内部同轴设置有定子(3)和转子(4)，所述定子(3)与所述转子(4)之间设置有气隙，所述转子(4)的两端贯通所述端盖(2)，其与所述端盖(2)之间设置有轴承(5)，其特征在于，所述定子(3)包括内定子(31)和外定子(32)，所述外定子(32)固定设置在外壳(1)的内壁上，所述外定子(32)的内部同轴设置有内定子(31)，所述外定子(32)与所述内定子(31)之间通过连接桥(33)进行连接，所述转子(4)包括贯通所述内定子(31)轴心的转轴(41)，所述转轴(41)的两端通过轴承(5)与所述端盖(2)连接，所述轴承(5)上设置有内转子(42)，在所述轴承(5)靠近所述端盖(2)的两端分别设置有转盘(43)，在两个所述转盘(43)的相对侧设置有外转子(44)，所述外转子(44)的内侧和外侧均设置有永磁体，所述内转子(42)的外侧设置有永磁铁，所述内定子(31)和所述外定子(32)分别单独进行供电。
2.根据权利要求1所述的一种双转子双定子永磁电机，其特征在于：所述外转子(44)与所述外定子(32)、所述内定子(31)和所述连接桥(33)之间设置有气隙，所述内转子(42)与所述内定子(31)之间设置有气隙。
3.根据权利要求1所述的一种双转子双定子永磁电机，其特征在于：所述内定子(31)包括若干个叠合起来的内定子硅钢片(311)，在所述内定子硅钢片(311)的表面分别开设有若干个定子槽a(3111)、定子槽b(3112)和通孔a(3113)，在若干个所述内定子硅钢片(311)上的所述定子槽a(3111)和所述定子槽b(3112)上分别绕设有线圈a(312)和线圈b(313)，若干个所述内定子硅钢片(311)上的所述通孔a(3113)相互连通形成冷却通道a(3114)，若干个所述冷却通道a(3114)通过连接管a(34)相互首尾连通形成一个整体。
4.根据权利要求3所述的一种双转子双定子永磁电机，其特征在于：所述外定子(32)包括若干个叠合起来的外定子硅钢片(321)，在所述外定子硅钢片(321)的表面分别开设有定子槽c(3211)和通孔b(3212)，在若干个所述内定子硅钢片(311)上的所述定子槽c(3211)上绕设有线圈c(322)，若干个所述外定子硅钢片(321)上的通孔b(3212)相互连通形成冷却通道b(3213)，若干个所述冷却通道b(3213)通过连接管b(35)相互首尾连通形成一个整体。
5.根据权利要求4所述的一种双转子双定子永磁电机，其特征在于：所述冷却通道b(3213)分别通过贯通所述连接桥(33)的连接管c(36)和连接管d(37)与所述冷却通道a(3114)连通。
6.根据权利要求5所述的一种双转子双定子永磁电机，其特征在于：还包括驱动器(6)，所述驱动器(6)包括设置在外壳(1)上的壳体(61)，在壳体(61)的内部分别设置有散热器(62)、齿轮泵(63)和控制器(64)，油管a(7)的一端与所述散热器(62)的输出端连通，另一端贯通连接所述齿轮泵(63)与所述连接管c(36)连通，油管b(8)的一端与所述连接管d(37)连通，另一端贯通所述外壳(1)的内壁与所述散热器(62)的输入端连通，在所述油管a(7)靠近所述齿轮泵(63)的一端设置有温度传感器(65)，所述控制器(64)的信号输入端与所述温度传感器(65)的信号输出端通信连接，所述控制器(64)的信号输出端分别与所述散热器(62)和所述齿轮泵(63)的信号输入端通信连接。
7.根据权利要求6所述的一种双转子双定子永磁电机，其特征在于：在所述壳体(61)上开设有通风槽(611)。
8.根据权利要求7所述的一种双转子双定子永磁电机，其特征在于：所述冷却通道a(3114)、所述冷却通道b(3213)、所述连接管a(34)、所述连接管b(35)、所述连接管c(36)、所述连接管d(37)、所述油管a(7)和所述油管b(8)的内部填充有二甲基硅油。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种双转子双定子永磁电机，其特征在于：所述外壳(1)的表面设置有凹槽。
10.根据权利要求4所述的一种双转子双定子永磁电机，其特征在于：相邻的所述内定子硅钢片(311)的所述通孔a(3113)以及相邻的所述外定子硅钢片(321)的所述通孔b(3212)处还设置有凹槽，相邻的凹槽之间填充有密封圈。
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Cited By (1)
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2023
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Cited By (2)
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