CN116760252A - 一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机 - Google Patents

一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机 Download PDF

Info

Publication number
CN116760252A
CN116760252A CN202311027902.XA CN202311027902A CN116760252A CN 116760252 A CN116760252 A CN 116760252A CN 202311027902 A CN202311027902 A CN 202311027902A CN 116760252 A CN116760252 A CN 116760252A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stator
rotor
double
permanent magnet
excitation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202311027902.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN116760252B (zh
Inventor
瞿广宇
刘伟
荆海莲
黄洪全
邓康强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Univeristy of Technology
Original Assignee
Chengdu Univeristy of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Univeristy of Technology filed Critical Chengdu Univeristy of Technology
Priority to CN202311027902.XA priority Critical patent/CN116760252B/zh
Publication of CN116760252A publication Critical patent/CN116760252A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116760252B publication Critical patent/CN116760252B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H02K1/185—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to outer stators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/16—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/05—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for damping motor oscillations, e.g. for reducing hunting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/10—Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

本发明的目的在于提供一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机，包括：轴向双定子结构，具有同轴相连的定子Ⅰ和定子Ⅱ，定子齿由数量相等且一对一交错排布的分隔齿和绕组齿组成，定子齿数Z st 为10的正整数倍，定子Ⅰ和定子Ⅱ中的各定子中的定子绕组形成三激励式联合绕组；轴向双转子结构，具有同轴相连的转子Ⅰ和转子Ⅱ，转子极对数p r 与定子齿数Z st 之间的关系满足Z st =2(p r ±3v)，v为正整数，转子Ⅰ中的永磁极与转子Ⅱ中的永磁极的极性相反；三激励式联合绕组中各相定子绕组同时与一多相交流电源和一直流电源相连，该多相交流电源的相数为5的正整数倍，工作时该多相交流电源和该直流电源同时向各定子绕组注入交流激励和直流激励。

Description

一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机
技术领域
本发明涉及一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机。
背景技术
本发明的申请人在公开号为CN116207892A的专利文献中提供了一种混合励磁电机。该混合励磁电机采用了一种全新的混合励磁拓扑结构来实现对气隙磁场的调节。由于需要在定子上设置“励磁绕组+电枢绕组”，导致该混合励磁电机的定子侧绕组结构复杂，增加电机嵌线难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机，以解决在简化定子侧绕组结构的前提下提升对气隙磁场的调节能力，并提高电机容错能力的技术问题。
本发明的一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机，包括：轴向双定子结构，具有同轴相连的定子Ⅰ和定子Ⅱ，定子Ⅰ和定子Ⅱ中的各定子中，定子齿由数量相等且一对一交错排布的分隔齿和绕组齿组成，一个绕组齿上绕制有对应一相定子绕组，分隔齿上无定子绕组，绕组齿的长度和宽度大于分隔齿的长度和宽度，定子齿数Z st 为10的正整数倍，定子Ⅰ与定子Ⅱ在轴向初始位置上保持一致，定子Ⅰ和定子Ⅱ中的各定子中的定子绕组形成三激励式联合绕组；轴向双转子结构，具有同轴相连的转子Ⅰ和转子Ⅱ，转子Ⅰ配合于定子Ⅰ中，转子Ⅱ配合于定子Ⅱ中，转子Ⅰ和转子Ⅱ中的各转子中，永磁结构包含沿转子一周均布且同极性的共p r 个永磁极和位于各相邻两个永磁极之间的一个铁心极，转子极对数p r 与定子齿数Z st 之间的关系满足Z st =2(p r ±3v)，v为正整数，转子Ⅰ中的永磁极与转子Ⅱ中的永磁极的极性相反，转子Ⅰ与转子Ⅱ在轴向初始位置上不一致；所述三激励式联合绕组中各相定子绕组同时与一多相交流电源和一直流电源相连，该多相交流电源的相数为5的正整数倍（通常取1），工作时该多相交流电源和该直流电源同时向各定子绕组注入交流激励和直流激励，所述交流激励分为交流交轴激励和交流直轴激励两类，交流交轴激励的极对数p 1等于交流直轴激励的极对数=|Z st /2±p r |，直流激励的极对数p 2=Z st /2，且转子Ⅰ与转子Ⅱ在轴向初始位置之间的偏移角α r =π/|Z st /2±p 1|。
根据本发明的实施例子，作为对上述基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机的进一步优化和/或具体化，轴向双定子结构的外侧设有定子铝壳，定子Ⅰ和定子Ⅱ分别通过燕尾形凹凸适配结构固定在定子铝壳内。
根据本发明的实施例子，作为对上述基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机的进一步优化和/或具体化，轴向双转子结构还包含设置在转子Ⅰ与转子Ⅱ之间的隔磁盘。
根据本发明的实施例子，作为对上述基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机的进一步优化和/或具体化，所述隔磁盘采用纯铝制成。
根据本发明的实施例子，作为对上述基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机的进一步优化和/或具体化，转子Ⅰ和转子Ⅱ的表面均设有不均匀气隙结构。
根据本发明的实施例子，作为对上述基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机的进一步优化和/或具体化，永磁极由一块弧形永磁体构成，设弧形永磁体的弧心到弧形永磁体的弧线中点的矢量方向为第一弧形方向，永磁极所在转子的圆心到弧形永磁体的弧线中点的矢量方向为第二弧形方向，第一弧形方向与第二弧形方向相反。
根据本发明的实施例子，作为对上述基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机的进一步优化和/或具体化，永磁极的定子侧弧线长度大于转子侧弧线长度从而使该永磁极的中心厚度大于两侧的厚度。
根据本发明的实施例子，作为对上述基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机的进一步优化和/或具体化，永磁极的左右两侧具有直线形侧壁从而使永磁极的左右两侧的铁芯槽内形成尖角形隔磁槽结构。
根据本发明的实施例子，作为对上述基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机的进一步优化和/或具体化，轴向双转子结构中设有轴向贯穿轴向双转子结构的通孔，所述通孔内穿设有轴向固定拉杆。
根据本发明的实施例子，作为对上述基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机的进一步优化和/或具体化，定子Ⅰ、定子Ⅱ、转子Ⅰ和转子Ⅱ分别采用叠压结构并通过激光热导焊的方式进行固定；其中，转子Ⅰ和转子Ⅱ上激光热导焊的焊接处位于转子表面最小外径处。
本发明至少具有以下有益效果：
首先，创新地提出三激励式联合绕组，使用时注入三激励式联合绕组中各相定子绕组的交流直轴激励和直流激励共同负责调控气隙磁场，保证电机的增磁/弱磁能力，交流交轴激励则负责产生转矩输出。由此，实现了一套绕组融合了交流交轴激励、交流直轴激励以及直流激励三种不同的激励。这样就可以明显简化定子侧绕组结构，且无需滑环和电刷便能实现永磁磁场和电励磁磁场之间的耦合，使得电机整体更加可靠、稳定。
其次，采用了“轴向双定子/双转子结构”，有效降低永磁结构产生的偶数阶谐波磁场。“轴向双定子/双转子结构”中转子Ⅰ与转子Ⅱ在轴向初始位置之间的偏移角α r =π/|Z st /2±p 1|，能够消除气隙磁场中的干扰谐波分量，并在理论上消除所有5及5的奇数倍频的转矩脉动，从而优化电机的转矩输出品质。
此外，电机在径向结构和轴向结构上均具有较强的容错能力。具体而言，首先，定子Ⅰ和定子Ⅱ中的各定子中，定子齿由数量相等且一对一交错排布的分隔齿和绕组齿组成，一个绕组齿上绕制有对应一相定子绕组，分隔齿上无定子绕组，从而实现了相邻两相定子绕组通过中间的分隔齿磁隔离和热隔离，使各相定子绕组之间的耦合程度降低（互感极大程度地降低）。其次，基于轴向双定子/双转子结构下，永磁同步电机可视作两个能独立工作的永磁同步电机，同时，定子Ⅰ和定子Ⅱ中的各定子中，一个绕组齿上绕制有对应一相定子绕组，故每相定子绕组有且只有一个线圈，便于更换和维修，并且，当某一侧定子出现故障时或任意定子绕组出现问题后，电机完全有能力实现缺相或缺定子运行。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明提供的附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过实践了解到。
附图说明
构成本说明书的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本说明书中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的一种永磁同步电机的结构示意图。
图2为图1所示电机的轴向双定子结构的示意图。
图3为图1所示电机的三激励式联合绕组连接示意图。
图4为图1所示电机中转子Ⅰ与转子Ⅱ轴向初始位置偏移对比示意图。
图5为图1所示电机中永磁极的结构示意图。
图6为图1所示电机增磁/弱磁状态转矩输出能力对比示意图。
图7为图1所示电机转矩波形组成成分示意图。
图8为图1所示电机转子Ⅰ气隙磁动势波形示意图。
图9为图1所示电机转子Ⅱ气隙磁动势波形示意图。
图中标记为：定子铝壳1，绕组齿2、分隔齿3、转子Ⅰ4、转子Ⅱ5、永磁极6，隔磁盘7、定子绕组8，通孔9，定位槽10，燕尾形凹凸适配结构11，定子Ⅰ12，定子Ⅱ13。
图3中A1-A5分别表示绕组齿的齿号，B1-B5分别表示分隔齿的齿号，字母正负号表示各相定子绕组电流流向，如A+和A-表示A相电流流向，其中A+表示A相电流流入，A-表示A相电流流出，以此类推。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：
在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案、技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案、技术特征可以相互组合。此外，在可能的情况下，这些技术方案、技术特征及有关的组合均可以被赋予特定的技术主题而被相关专利所保护。
下述说明中涉及到的本发明通常仅是一部分实施例而不是全部实施例，基于这些实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于专利保护的范围。
本说明书及相应权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。其他相关术语和单位，均可基于本说明书提供相关内容得到合理的解释。
图1为本发明实施例的一种永磁同步电机的结构示意图。图2为图1所示电机的轴向双定子结构的示意图。图3为图1所示电机的三激励式联合绕组连接示意图。图4为图1所示电机中转子Ⅰ与转子Ⅱ轴向初始位置偏移对比示意图。图5为图1所示电机中永磁极的结构示意图。如图1-图5所示，一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机，包括：轴向双定子结构，具有同轴相连的定子Ⅰ12和定子Ⅱ13，定子Ⅰ12和定子Ⅱ13中的各定子中，定子齿由数量相等且一对一交错排布的分隔齿3和绕组齿2组成，一个绕组齿2上绕制有对应一相定子绕组8，分隔齿3上无定子绕组，绕组齿2的长度和宽度大于分隔齿3的长度和宽度，定子齿数Z st 为10的正整数倍，定子Ⅰ12与定子Ⅱ13在轴向初始位置上保持一致，定子Ⅰ12和定子Ⅱ13中的各定子中的定子绕组8形成三激励式联合绕组；轴向双转子结构，具有同轴相连的转子Ⅰ4和转子Ⅱ5，转子Ⅰ4配合于定子Ⅰ12中，转子Ⅱ5配合于定子Ⅱ13中，转子Ⅰ4和转子Ⅱ5中的各转子中，永磁结构包含沿转子一周均布且同极性的共p r 个永磁极6和位于各相邻两个永磁极6之间的一个铁心极，转子极对数p r 与定子齿数Z st 之间的关系满足Z st =2(p r ±3v)，v为正整数，转子Ⅰ4中的永磁极6与转子Ⅱ5中的永磁极6的极性相反，转子Ⅰ4与转子Ⅱ5在轴向初始位置上不一致；所述三激励式联合绕组中各相定子绕组8同时与一多相交流电源和一直流电源相连，该多相交流电源的相数为5的正整数倍，工作时该多相交流电源和该直流电源同时向各定子绕组8注入交流激励和直流激励，所述交流激励分为交流交轴激励和交流直轴激励两类，交流交轴激励的极对数p 1等于交流直轴激励的极对数=|Z st /2±p r |，直流激励的极对数p 2=Z st /2，且转子Ⅰ与转子Ⅱ在轴向初始位置之间的偏移角α r =π/|Z st /2±p 1|。
其中，三激励式联合绕组的具体工作方式为在一套绕组中同时注入三种不同类型的电流激励，即一种创新型复合激励I thr 。从类型上分析，激励可分为直流激励I dc 和交流激励I ac ，其具体表达式为：。
需要说明的式，交流激励为在定子绕组8中注入交流电流，直流激励为在定子绕组8中注入直流电流。直流激励注入的电流不随时间变化而改变，而交流激励则会随时间变化而发生变化，以A相为例，其表达式为：，其中，ω为电流频率，t为时间。
在此基础上，以转子旋转坐标系为分析基准，可将交流电流分为两类，一类为交流直轴电流I d ，另一类为交流交轴电流I q ，其具体表达式为：
其中，P 5/2 是指的是将五相定子坐标系转换为两相转子坐标系的PARK变换矩阵。I ac-A 指A相交流电流，I ac-B 指B相交流电流，I ac-C 指C相交流电流，I ac-D 指D相交流电流，I ac-E 指E相交流电流。
因此，三激励式联合绕组中的电流分别为：I ac-d ，I ac-q 以及I dc 。
需要说明的是，交流直轴电流负责直接调控旋转气隙磁场，交流交轴电流负责直接产生电磁转矩，直流电流则负责产生静态磁场，通过本发明电机结构将其与旋转磁场进行耦合，从而达到混合励磁的效果。
上述电机至少具有以下有益效果：
首先，创新地提出三激励式联合绕组，使用时注入三激励式联合绕组中各相定子绕组8的交流直轴激励和直流激励共同负责调控气隙磁场，保证电机的增磁/弱磁能力，交流交轴激励则负责产生转矩输出。由此，实现了一套绕组融合了交流交轴激励、交流直轴激励以及直流激励三种不同的激励。这样就可以明显简化定子侧绕组结构，且无需滑环和电刷便能实现永磁磁场和电励磁磁场之间的耦合，使得电机整体更加可靠、稳定。
其次，采用了“轴向双定子/双转子结构”，有效降低永磁结构产生的偶数阶谐波磁场。“轴向双定子/双转子结构”中转子Ⅰ4与转子Ⅱ5在轴向初始位置之间的偏移角α r =π/|Z st /2±p 1|，能够消除气隙磁场中的干扰谐波分量，并在理论上消除所有5及5的奇数倍频的转矩脉动，从而优化电机的转矩输出品质。
此外，电机在径向结构和轴向结构上均具有较强的容错能力。具体而言，首先，定子Ⅰ12和定子Ⅱ13中的各定子中，定子齿由数量相等且一对一交错排布的分隔齿3和绕组齿2组成，一个绕组齿2上绕制有对应一相定子绕组8，分隔齿3上无定子绕组，从而实现了相邻两相定子绕组通过中间的分隔齿磁隔离和热隔离，使各相定子绕组之间的耦合程度降低（互感极大程度地降低）。其次，基于轴向双定子/双转子结构下，永磁同步电机可视作两个能独立工作的永磁同步电机，同时，定子Ⅰ12和定子Ⅱ13中的各定子中，一个绕组齿2上绕制有对应一相定子绕组8，故每相定子绕组有且只有一个线圈，便于更换和维修，并且，当某一侧定子出现故障时或任意定子绕组出现问题后，电机完全有能力实现缺相或缺定子运行。
其中，使绕组齿2的长度和宽度大于分隔齿3的长度和宽度，这样，就可通过合理的结构设计和磁路设计，为直流激励提供合适的路径，将其所产生的静止磁场“调制”为旋转磁场，因而能够被绕组有效感应。
其中，轴向双定子结构的外侧还可以设置定子铝壳1，定子Ⅰ12和定子Ⅱ13分别通过燕尾形凹凸适配结构11固定在定子铝壳1内，以便实现定子Ⅰ12和定子Ⅱ13的同轴相连。
其中，轴向双转子结构还可以包含设置在转子Ⅰ4与转子Ⅱ5之间的隔磁盘7。隔磁盘7可以由纯铝制成。隔磁盘7具备轴向隔磁能力，能够明显抑制电机的轴向漏磁以及在转子Ⅰ4与转子Ⅱ5之间的电磁干扰的现象。
此外，转子Ⅰ4和转子Ⅱ5表面均设计了不均匀气隙结构，用于调节其不同圆周位置下的气隙磁阻大小，进而优化气隙磁场波形的正弦度，并降低电机绕组的空载感应电动势THD（Total Harmonic Distortion）值。
永磁极6可以由一块弧形永磁体构成，设弧形永磁体的弧心到弧形永磁体的弧线中点的矢量方向为第一弧形方向，永磁极所在转子的圆心到弧形永磁体的弧线中点的矢量方向为第二弧形方向，第一弧形方向与第二弧形方向相反。
上述弧形永磁体可称为一体反弧式永磁体。传统永磁同步电机是在永磁极中采用多块永磁体，以达到汇聚磁力线的目的，但会导致永磁体用量较多，加工工序增加。采用一体反弧式永磁体之后，便可以通过一块一体反弧式永磁体实现多块组合永磁体的功能，从而极大地简化了永磁极的加工步骤。所述一体反弧式永磁体可通过铸造工艺和粘结工艺进行制作。
可选的，永磁极6的定子侧弧线长度大于转子侧弧线长度从而使该永磁极6的中心厚度大于两侧的厚度。这样，永磁极6的励磁磁动势将随着所在转子位置的变化而发生改变，从而从磁动势层面优化气隙磁场波形的正弦度。
可选的，永磁极6的左右两侧具有直线形侧壁从而使永磁极的左右两侧的铁芯槽内形成尖角形隔磁槽结构。这样，有助于抑制漏磁现象。
其中，轴向双转子结构中设有轴向贯穿轴向双转子结构的通孔9，所述通孔9内穿设有轴向固定拉杆，从而将轴向双转子结构轴向固定在一起。
此外，轴向双转子结构内还可以套装转子轴，转子轴与轴向双转子结构之间可以通过开设在轴向双转子结构内孔上的定位槽10和与该定位槽10配合的连接键实现扭矩传递。
其中，定子Ⅰ12、定子Ⅱ13、转子Ⅰ4和转子Ⅱ5可分别采用叠压结构并通过激光热导焊的方式进行固定；其中，转子Ⅰ4和转子Ⅱ5上激光热导焊的焊接处可位于转子表面最小外径处。
针对上述实施例的永磁同步电机，根据电机学理论可知，该电机永磁励磁磁路和直流励磁磁路之间存在耦合性，因而可实现气隙磁场的有效控制。
除此之外，相较于传统“励磁绕组+电枢绕组”组合，三激励式联合绕组的结构更加简单，容错能力（径向+轴向）更强，产生的转矩脉动更低，调磁能力更优。
具体而言，首先，电机增磁和弱磁状态下的转矩输出能力如图6所示。不难发现，该电机在直流励磁未参与工作，且交流绕组电流全部为交流交轴绕组时，平均永磁转矩为3.5N.m，且转矩脉动仅为0.9%。进一步地，在增磁和弱磁状态下的转矩输出能力分别为4.8N.m和2N.m，转矩脉动分别为0.6%和1%。因而可知，所述电机在多种工作模式下都保持着较低的转矩脉动（不大于1%），且调磁能力宽（能力达到80%）。
其次，电机的轴向双定子/双转子结构对于转矩脉动的抑制也有着非常明显的效果，如图7所示。对于定子Ⅰ12-转子Ⅰ4、定子Ⅱ13-转子Ⅱ5两个组合而言，在不输入直流激励的条件下，其转矩脉动经计算可知均为11%，但是在合成之后其转矩脉动仅为0.9%，转矩脉动降幅达到92%。这说明，该电机对于基于交替极永磁结电机转矩脉动的抑制能力非常显著，因而证明了轴向双定子/双转子结构的优越性和创新性。
下面对上述实施例的永磁同步电机的轴向双定子/双转子结构对转矩脉动进行抑制的工作原理进行阐述：
首先，对于同极性交替极结构而言，其在气隙中所产生的磁动势将同时存在奇、偶阶谐波分量，如图8所示。对于转子Ⅰ4而言，其在气隙中所产生的气隙磁动势F r1(θ)为：
其中，F ir1是定子Ⅰ12/转子Ⅰ4铁心极气隙磁动势，F pm1是定子Ⅰ12/转子Ⅰ4永磁极气隙磁动势,θ pm1为转子Ⅰ4的永磁极极弧长度，n为定子Ⅰ12/转子Ⅰ4气隙磁动势谐波阶数，A(n)为以n为自变量的函数，转子极对数为p r ，θ表示圆周位置，圆周率为𝜋。随后，定子Ⅰ12/转子Ⅰ4所对应的气隙磁导Λ r1(θ)为：
其中，Λ r1-0定子Ⅰ12/转子Ⅰ4气隙磁导直流分量，Λ r1-i 为定子Ⅰ12/转子Ⅰ4气隙磁导i阶谐波分量，i为定子Ⅰ12/转子Ⅰ4气隙磁导谐波阶数，Z st 为定子齿数。进一步地，如图9所示，对于转子Ⅱ13而言，其在气隙中所产生的气隙磁动势F r2(θ)为：
其中，F ir2是定子Ⅱ13/转子Ⅱ5铁心极气隙磁动势，F pm2是定子Ⅱ13/转子Ⅱ5永磁极气隙磁动势,θ pm2为转子2永磁极极弧长度，m表示定子Ⅱ13/转子Ⅱ5气隙磁动势谐波阶数，B(m)为以m为自变量的函数。随后，定子Ⅱ13/转子Ⅱ5所对应的气隙磁导Λ r2(θ)为：
其中，Λ r2-0定子Ⅱ13/转子Ⅱ5气隙磁导直流分量，Λ r2-j 为定子Ⅱ13/转子Ⅱ5气隙磁导j阶谐波分量，j为定子Ⅱ13/转子Ⅱ5气隙磁导谐波阶数。基于气隙磁场的求解公式，可分别获取定子Ⅰ12/转子Ⅰ4和定子Ⅱ13/转子Ⅱ5所对应气隙中磁场的表达式B f1(θ)、B f2(θ)：
需要强调的是，定子Ⅰ12/转子Ⅰ4铁心极气隙磁动势F ir1，定子Ⅰ12/转子Ⅰ4永磁极气隙磁动势F pm1, 定子Ⅱ13/转子Ⅱ5铁心极气隙磁动势F ir2，定子Ⅱ13/转子Ⅱ5永磁极气隙磁动势F pm2，满足以下条件：
通过上式可知，当m=n=2k（k为正整数）时，定子Ⅰ12/转子Ⅰ4和定子Ⅱ13/转子Ⅱ5所对应气隙中的磁场相互抵消。所以，所述新型电机气隙中的磁场干扰谐波分量得到了有效抑制。
以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本申请。基于本说明书的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请的范围。

Claims (10)

1.一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机，其特征在于，包括：
轴向双定子结构，具有同轴相连的定子Ⅰ和定子Ⅱ，定子Ⅰ和定子Ⅱ中的各定子中，定子齿由数量相等且一对一交错排布的分隔齿和绕组齿组成，一个绕组齿上绕制有对应一相定子绕组，分隔齿上无定子绕组，绕组齿的长度和宽度大于分隔齿的长度和宽度，定子齿数Z st 为10的正整数倍，定子Ⅰ与定子Ⅱ在轴向初始位置上保持一致，定子Ⅰ和定子Ⅱ中的各定子中的定子绕组形成三激励式联合绕组；
轴向双转子结构，具有同轴相连的转子Ⅰ和转子Ⅱ，转子Ⅰ配合于定子Ⅰ中，转子Ⅱ配合于定子Ⅱ中，转子Ⅰ和转子Ⅱ中的各转子中，永磁结构包含沿转子一周均布且同极性的共p r 个永磁极和位于各相邻两个永磁极之间的一个铁心极，转子极对数p r 与定子齿数Z st 之间的关系满足Z st =2(p r ±3v)，v为正整数，转子Ⅰ中的永磁极与转子Ⅱ中的永磁极的极性相反，转子Ⅰ与转子Ⅱ在轴向初始位置上不一致；
所述三激励式联合绕组中各相定子绕组同时与一多相交流电源和一直流电源相连，该多相交流电源的相数为5的正整数倍，工作时该多相交流电源和该直流电源同时向各定子绕组注入交流激励和直流激励，所述交流激励分为交流交轴激励和交流直轴激励两类，交流交轴激励的极对数p 1等于交流直轴激励的极对数=|Z st /2±p r |，直流激励的极对数p 2=Z st /2，且转子Ⅰ与转子Ⅱ在轴向初始位置之间的偏移角α r =π/|Z st /2±p 1|。
2.如权利要求1所述的一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机，其特征在于：轴向双定子结构的外侧设有定子铝壳，定子Ⅰ和定子Ⅱ分别通过燕尾形凹凸适配结构固定在定子铝壳内。
3.如权利要求1所述的一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机，其特征在于：轴向双转子结构包含设置在转子Ⅰ与转子Ⅱ之间的隔磁盘。
4.如权利要求1所述的一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机，其特征在于：所述隔磁盘由纯铝制成。
5.如权利要求1所述的一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机，其特征在于：转子Ⅰ和转子Ⅱ的表面均设有不均匀气隙结构。
6.如权利要求1所述的一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机，其特征在于：永磁极由一块弧形永磁体构成，设弧形永磁体的弧心到弧形永磁体的弧线中点的矢量方向为第一弧形方向，永磁极所在转子的圆心到弧形永磁体的弧线中点的矢量方向为第二弧形方向，第一弧形方向与第二弧形方向相反。
7.如权利要求6所述的一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机，其特征在于：永磁极的定子侧弧线长度大于转子侧弧线长度从而使该永磁极的中心厚度大于两侧的厚度。
8.如权利要求6所述的一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机，其特征在于：永磁极的左右两侧具有直线形侧壁从而使永磁极的左右两侧的铁芯槽内形成尖角形隔磁槽结构。
9.如权利要求1所述的一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机，其特征在于：轴向双转子结构中设有轴向贯穿轴向双转子结构的通孔，所述通孔内穿设有轴向固定拉杆。
10.如权利要求1所述的一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机，其特征在于：定子Ⅰ、定子Ⅱ、转子Ⅰ和转子Ⅱ分别采用叠压结构并通过激光热导焊的方式进行固定；其中，转子Ⅰ和转子Ⅱ上激光热导焊的焊接处位于转子表面最小外径处。
CN202311027902.XA 2023-08-16 2023-08-16 一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机 Active CN116760252B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311027902.XA CN116760252B (zh) 2023-08-16 2023-08-16 一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311027902.XA CN116760252B (zh) 2023-08-16 2023-08-16 一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116760252A true CN116760252A (zh) 2023-09-15
CN116760252B CN116760252B (zh) 2023-10-24

Family

ID=87953542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311027902.XA Active CN116760252B (zh) 2023-08-16 2023-08-16 一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116760252B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118264062A (zh) * 2024-03-12 2024-06-28 超昇速科技(无锡)有限公司 一种多转子电机

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2392300Y (zh) * 1999-07-21 2000-08-16 孙学政 无刷绕线转子三相异步电动机
CN109274240A (zh) * 2018-09-30 2019-01-25 沈阳工业大学 复合型非晶合金轴向磁通电机
CN110138163A (zh) * 2019-05-22 2019-08-16 湖北研道特磁科技有限公司 一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统
CN111030329A (zh) * 2019-11-29 2020-04-17 北京自动化控制设备研究所 多相永磁容错伺服电机
CN113474973A (zh) * 2020-10-23 2021-10-01 华为技术有限公司 电机、电机控制器、热交换系统和控制方法
CN113489271A (zh) * 2021-06-21 2021-10-08 南京航空航天大学 一种交直流复合励磁型电机发电系统
CN115411852A (zh) * 2022-09-28 2022-11-29 南京理工大学 一种三相永磁容错电机及其容错控制系统
CN116207892A (zh) * 2023-05-04 2023-06-02 成都理工大学 一种混合励磁电机
CN116436254A (zh) * 2023-06-13 2023-07-14 成都理工大学 一种基于复合激励结构下的多级扭矩放大自减速电机

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2392300Y (zh) * 1999-07-21 2000-08-16 孙学政 无刷绕线转子三相异步电动机
CN109274240A (zh) * 2018-09-30 2019-01-25 沈阳工业大学 复合型非晶合金轴向磁通电机
CN110138163A (zh) * 2019-05-22 2019-08-16 湖北研道特磁科技有限公司 一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统
CN111030329A (zh) * 2019-11-29 2020-04-17 北京自动化控制设备研究所 多相永磁容错伺服电机
CN113474973A (zh) * 2020-10-23 2021-10-01 华为技术有限公司 电机、电机控制器、热交换系统和控制方法
CN113489271A (zh) * 2021-06-21 2021-10-08 南京航空航天大学 一种交直流复合励磁型电机发电系统
CN115411852A (zh) * 2022-09-28 2022-11-29 南京理工大学 一种三相永磁容错电机及其容错控制系统
CN116207892A (zh) * 2023-05-04 2023-06-02 成都理工大学 一种混合励磁电机
CN116436254A (zh) * 2023-06-13 2023-07-14 成都理工大学 一种基于复合激励结构下的多级扭矩放大自减速电机

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
康东;蒋开明;米韶华;: "超声波电动机的应用领域拓展", 电气时代, no. 10, pages 59 - 60 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118264062A (zh) * 2024-03-12 2024-06-28 超昇速科技(无锡)有限公司 一种多转子电机

Also Published As

Publication number Publication date
CN116760252B (zh) 2023-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8294322B2 (en) Rotating electrical machine
CN111049288B (zh) 一种环绕式绕组磁通调制定子结构
CN111181262B (zh) 一种使用绕组内置磁通调制环的定子结构
JP4576873B2 (ja) 永久磁石電動機並びにその駆動方法及び製造方法、圧縮機、送風機及び空気調和機
CN116760252B (zh) 一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机
WO2021120397A1 (zh) 一种定转子双电枢绕组多重电磁转矩单气隙磁阻电机结构
JP2003032978A (ja) 回転電機
CN109149800B (zh) 一种9n/10n极分段转子开关磁阻电机
JP2017169280A (ja) 回転電機
CN104377922A (zh) 一种带调磁绕组的双转子开关磁阻电机
JP3117164B2 (ja) 永久磁石回転電機とその制御方法及び制御装置並びにそれを使用した電気自動車
CN109687671B (zh) 轴向并列型双定子多相永磁容错电机
CN109038871B (zh) 一种分段转子开关磁阻电机
JP2016119837A (ja) 少なくとも１つの一次磁気回路及び少なくとも２つの二次磁気回路を有する他励電気機械
CN115224903A (zh) 一种混合励磁式无轴承开关磁阻电机
US20240055920A1 (en) Rotating electric machine
CN211405627U (zh) 一种定转子双电枢绕组多重电磁转矩单气隙磁阻电机结构
CN110120732B (zh) 一种感应串联式无刷励磁电机
Dey et al. A novel magnetic geared switched reluctance motor with reduced number of air-gaps
CN108964391B (zh) 一种6n/5n极分段转子开关磁阻电机
Muteba et al. Dual-Stator Five-Phase Permanent Magnet Synchronous Machine with Hybrid Spoke-Vernier Type Rotor for Electric Vehicles
CN212033848U (zh) 定子永磁间隔辅助双电枢绕组多重电磁转矩磁阻电机结构
CN211790985U (zh) 一种定子永磁辅助双电枢绕组多重电磁转矩磁阻电机结构
Jia et al. A Dual Armature Winding Vernier Reluctance Machine with Stator Five-phase DC-biased Current
JP7461018B2 (ja) 永久磁石型モータ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant