CN117134565A - 一种低速磁阻永磁内外双转子电机 - Google Patents
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Abstract
本发明一种低速磁阻永磁内外双转子电机，涉及一种永磁电机，该电机采用外转子永磁同步电机，并且定子内部空间采用磁阻转子替代，隔磁环将定子分为内外两部分，内外定子开槽数均为36，采用不同梨型槽口。外转子(7)采用表贴式永磁转子，铷铁硼和铁氧体混合磁钢贴于外转子内壁，内转子(3)采用双曲线形磁障结构，设置四层磁障，减少高成本稀土永磁材料使用的同时，最大限度地提高输出转矩，并通过参数扫描优化了磁钢厚度和定子开槽宽度，采用多目标优化方法确定双曲线型磁障的关键尺寸，本发明可充分利用电机内部空间，有效提高该电机的转矩密度，提升功率因数及效率和磁阻转矩，降低永磁外转子的齿槽转矩。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁电机，特别是涉及一种低速磁阻永磁内外双转子电机。
背景技术
随着稀土材料广泛应用，永磁同步电机凭借着高功率密度、低维护成本、高效率和高功率因数等优点被广泛应用于各种场合。但是稀土材料的使用直接增加了电机的制造成本，永磁转矩和磁阻转矩相结合是电机发展的一个趋势，这种技术在永磁辅助式磁阻电机中得到了很好的应用。
虽然同步磁阻电机结构简单、制造成本较低，但是转矩密度和功率因数也相对较低。
在同步磁阻电机的磁障中插入永磁体，可以在一定程度上提高同步磁阻电机的性能，这便是永磁辅助式同步磁阻电机，另外铁氧体价格的低廉也促进了永磁辅助式同步磁阻电机的发展。
尽管永磁辅助式同步磁阻电机优点众多，但磁阻转矩和永磁转矩存在角度差值，无法充分利用磁阻和永磁转矩合成总转矩也是永磁辅助式同步磁阻电机的缺点之一。
发明内容
本发明目的在于提供一种低速磁阻永磁内外双转子电机， 本发明设计了一种永磁磁阻转矩结合的电机，利用电机内部空间，设置内外双转子，调整永磁体置于外转子内壁，内转子构建双曲线型磁通屏障，内外定子间配备隔磁环，优化永磁部分的齿槽转矩和磁阻部分的输出转矩，提高了电机的转矩输出与功率因数，减小了转矩波动。本发明在降低生产成本的同时，能够充分利用定子内部空间，提升输出转矩和功率因数，抑制转矩波动。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种低速磁阻永磁内外双转子电机，所述电机由内向外包括：内转子、内定子、隔磁环、外定子、外转子。内外定子上均匀开槽，且位于内外转子中间，由隔磁环分开内外定子。内定子内侧与内转子同轴连接，外定子外侧与外转子同轴连接，内定子包括内定子铁芯和嵌套在内定子铁芯槽中的内定子绕组，外定子包括外定子铁芯和嵌套在外定子铁芯槽中的外定子绕组，外转子装备表贴式混合永磁体，内转子采用四层双曲线磁通屏障。
所述的一种低速磁阻永磁内外双转子电机，所述内外定子铁芯槽数相等，均为梨型，并且均匀分布，定子绕组包括内定子绕组和外定子绕组缠绕在定子轭上，内外定子绕组均为整距绕组。
所述的一种低速磁阻永磁内外双转子电机，外转子中钕铁硼和铁氧体混合永磁体位于转子铁芯内表面。
所述的一种低速磁阻永磁内外双转子电机，内转子中四层磁通屏障双曲线形且宽度逐渐减小。
所述的一种低速磁阻永磁内外双转子电机，内定子与内转子之间有一层内气隙，外定子与外转子之间有一层外气隙。
所述的一种低速磁阻永磁内外双转子电机，内转子和外转子共同安装在转轴上进行输出，定转子铁芯均采用硅钢片，沿转轴方向叠压而成。
所述的一种低速磁阻永磁内外双转子电机，隔磁环将电机分为内电机和外电机。
本发明的优点与效果是：
1.本发明提出的一种低速磁阻永磁内外双转子电机，充分利用电机内部空间，采用双转子双定子结构，隔磁环将定子分为内外定子，内外定子均匀开槽，位于内外转子中间。通过在外转子中加入稀土永磁材料和非稀土永磁材料，使得外转子电机可以提供与传统电机相当的转矩性能，并且具有稀土永磁材料消耗少、永磁成本低的独特优势，内转子采用磁阻结构，在不增加永磁体的体积的情况下，增加了电机的输出转矩，另外通过调整外转子永磁体跨越角度，在保证有效磁钢长度的情况下，适当减小磁钢跨越弧度削弱齿槽转矩，提升了永磁转矩的输出质量，降低转矩脉动。
2.本发明内磁阻电机和外永磁电机的定子均采用6极36槽结构，内外定子分别用大小不同的梨型槽，保证了足够的槽内空间，且槽口宽度小，其中外定子采用斜槽结构，进一步降低表贴式外转子的齿槽转矩，内外电机均采用6极可以平衡了磁阻电机低磁极数和永磁电机高磁极数的矛盾。
3.本发明内转子选用双曲线型磁障，随着磁障层数增加，磁阻转矩增加明显，使得输出转矩得以快速提升。对于内转子同步磁阻电机，转矩脉动随着磁通屏障数量的增加而减小磁障设置为4层，可以在满足工艺的前提下尽可能的减小转矩脉动，通过优化磁障的关键系数，进而提高磁阻转子的输出转矩。
4. 本发明将铷铁硼与铁氧体混合形成新型永磁体，贴在采用外转子内壁，电机极弧系数接近0.6，保证了永磁体提供的磁通量，进一步降低了齿槽转矩。
5. 本发明磁阻永磁内外双转子电机具有功率密度高、效率高、可靠性高、电机体积小、空间利用率高，磁链、反电动势正弦度高，并且内转子磁障层数多通风条件良好，有利于电机的通风与散热。
附图说明
图1为本发明一种低速磁阻永磁内外双转子电机的径向结构示意图；
图2为本发明一种低速磁阻永磁内外双转子电机的磁阻内转子结构冲片示意图；
图3为本发明一种低速磁阻永磁内外双转子电机的磁阻内转子六分之一冲片示意图；
图4为本发明一种低速磁阻永磁内外双转子电机的外转子永磁体安装示意图。
图中包括：外定子1，隔磁环2，内定子3，内转子4，绕组5，钕铁硼永磁体6，外转子7，磁阻转子磁障8。
实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
本发明一种低速磁阻永磁内外双转子电机，由内转子、内定子、外定子、外转子、隔磁环构成，隔磁环位于内定子和外定子中间。内转子采用四层双曲线结构磁障,外转子内壁贴有径向充磁的混合永磁体，内外定子均采用梨型槽，其中外定子采用分段斜槽。
实施例
如图1所示，为一种低速磁阻永磁内外双转子电机的结构示意图。该电机由外定子1，隔磁环2，内定子3，内转子4，绕组5，永磁体6，外转子7组成，外定子1和内定子3上分别均匀开有36个铁芯槽，内外定子采用大小不同的梨型槽，内定子3内侧连接着内转子4，外定子1外侧连接着外转子7，由隔磁环2连接内定子1和外定子3，隔磁环2为铝材质，以上部件均同轴心安装。钕铁硼永磁体6表贴在外转子1内侧。定子绕组5分别嵌放在内定子4和外定子1铁芯槽内，采用分布式绕组。内转子4与内定子3之间设置有内气隙，外转子7与外定子1之间设置有外气隙。
如图2所示，为一种低速磁阻永磁内外双转子电机的内转子冲片。传统同步磁阻电机的典型转子磁极数为四个，但这要求外部表贴式永磁转子也要同样保持为四磁极的拓扑结构，此种设计方法会导致外部永磁转子磁轭变厚，电机重量增加，性能也会因此下降。另外多磁极结构会导致同步磁阻转子的磁化电感极速降低，并且同步磁阻转子的性能在高磁极数条件下也会下降。因此，该型电机选择的转子磁极数为六个，内外转子磁极数相同，以此来平衡同步磁阻转子的低磁极数要求与表贴式永磁转子的高磁极数要求，并且磁障数量设定为四个，既满足工艺要求，又可输出较大的磁阻转矩。
如图3所示，为一种低速磁阻永磁内外双转子电机的内转子冲片的六分之一示意图，图中给出了双曲线型磁障磁阻转子的五个关键参数，由磁桥高度，磁障底部半径/>，底部磁障厚度/>，底部导磁层厚度/>，磁障倒角半径/>这五个参数的不同组合可得出多种结构，为使得磁阻转子的输出转矩最大，本发明先对五个参数进行灵敏度分析然后进行多目标优化最后利用遗传算法验证，得出在/>,/>,/>,,/>时，磁阻转子的转矩脉动最小，优化后转矩脉动降低了50%，输出转矩提升了10%。
如图4所示，为一种低速磁阻永磁内外双转子电机的外转子示意图。永磁体采用铷铁硼和铁氧体的混合材料，充磁方式采用径向充磁，相邻永磁体充磁方向相反，表贴式永磁电机的齿槽转矩严重影响输出转矩，本设计的永磁体跨越角度36°，此时的极弧系数约为0.6，节省了永磁体材料用量，配合外定子斜槽和优化后的梨型槽口宽度，可以大大减小外转子的齿槽转矩。
Claims (7)
1.一种低速磁阻永磁内外双转子电机，其特征在于：该电机包括有内转子(4)、外转子(7)、内定子(3)、外定子(1)，定子内外两侧均匀开槽，内外定子位于转子中间；其中，内定子(3)和外定子(1)中间设置有隔磁环(2)，内定子(3)内侧与内转子(4)同轴连接，外定子(1)外侧与外转子(7)同轴连接，内定子(3)包括内定子铁芯和嵌套在内定子铁芯槽中的内定子绕组，外定子(1)包括外定子铁芯和嵌套在外定子铁芯槽中的外定子绕组，外转子(7)内壁贴有永磁体，内转子(4)采用四层双曲线磁通屏障。
2.根据权利要求1所述的一种低速磁阻永磁内外双转子电机，其特征在于：内外定子铁芯和槽数均采用梨型槽口，定子绕组(5)包括内定子绕组和外定子绕组缠绕在定子轭上，内外定子绕组均为整距绕组。
3.根据权利要求1所述的一种低速磁阻永磁内外双转子电机，其特征在于：外转子(7)中钕铁硼和铁氧体混合永磁体(6)位于外转子(7)内表面。
4.根据权利要求1所述的一种低速磁阻永磁内外双转子电机，其特征在于：外转子(2)中四层磁通屏障均为双曲线磁通屏障。
5.根据权利要求1所述的一种低速磁阻永磁内外双转子电机存在双气隙，其特征在于：内定子(3)与内转子(4)之间有一层内气隙，外定子(1)与外转子(7)之间有一层外气隙。
6.根据权利要求1所述的一种低速磁阻永磁内外双转子电机，其特征在于：内转子(4)和外转子(7)共同安装在转轴上进行输出，定转子铁芯均采用硅钢片，沿转轴方向叠压而成。
7.根据权利要求1所述的一种低速磁阻永磁内外双转子电机，其特征在于：隔磁环(2)将电机分为内电机和外电机。
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