CN205829429U - 转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机 - Google Patents
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Abstract
转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机，属于永磁式直驱电机领域。解决了传统永磁式直驱电机转矩不高、体积较大的问题。它包括内定子、外定子、转子输出轴、三相绕组、机壳，转子、左端盖、右端盖、左端环和右端环，本实用所采用的齿形外定子结构，与内定子调磁齿个数相等且严格对齐，充分利用了转子的永磁体，通过内定子上的磁通调制单元对内定子绕组上的高速磁场进行调制，产生与转子上永磁磁极相同极数的磁场，进而完成能量的传递而实现低速大转矩输出。它主要用于低速、大转矩输出。
Description
技术领域
本实用新型属于永磁式直驱电机领域，特别涉及一种转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机。
背景技术
近年来，随着我国工业水平的不断提高，在低速领域内繁杂的工业驱动系统越来越不受人们的青睐。在传统情况下，若想获得终端的低速大转矩输出，往往需要复杂的齿轮传动系统。在这种复杂的传动系统下，不仅传递的效率不高而且其还有诸如传动中的机械损耗大、振动噪声大以及可靠性低等不良情况。为解决这一困境，免除齿轮传动的直驱式电机成为了当下研究的热点。但对于传统的永磁直驱式电机来说，为减少齿轮传动的缺点同时兼有大转矩输出效果，其体积一般较大且转矩不高，在控制电路元件的成本上也有所增加。
基于磁通调制原理的永磁游标电机以其较高的转矩密度、结构简单运行可靠等优点得到了各国电机科研人员的关注。永磁游标电机通过磁通调制的作用在电机内部完成了“转速”的变化，在输出端可以完美实现低速大转矩输出，尤其适用于轮船推进、电动汽车等直接驱动场合。
实用新型内容
本实用新型是为了解决传统永磁式直驱电机转矩不高、体积较大的问题，本实用新型提供了一种基转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机。
转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机，它包括内定子、外定子、转子输出轴、三相绕组和机壳，还包括转子、左端盖、右端盖、左端环、右端环，
所述的内定子、外定子、转子、转子输出轴、左端盖、右端盖、左端环、右端环和机壳同轴；
在转子输出轴的径向方向上，由内至外依次套有内定子、转子、外定子和机壳，内定子和转子之间存在气隙，外定子和转子之间存在气隙；
在转子输出轴的轴向方向上，由左至右依次套有左端盖、左端环、右端环和右端盖；
左端环和右端环分别固定在转子的左、右端面上，
机壳为圆筒形结构，外定子固定在机壳的内侧壁，
左端盖和右端盖分别固定在机壳的左、右端面上，
左端盖和右端盖均通过轴承与转子输出轴转动连接，转子的左端通过左端环与转子输出轴固定连接，
内定子固定在右端盖延伸出的基座上，且该基座位于内定子与转子输出轴之间，
内定子的周向均匀设置有N个磁通调制单元，每个磁通调制单元包括一个调制杆和M个调制齿，且M个调制齿对称固定在调制杆的一端的两侧，调制杆的另一端固定在内定子的外侧壁上，N为正整数，M为大于或等于2的整数，
三相绕组缠绕在调制杆杆上，
内定子的磁极对数为P1，外定子的磁极对数为P2，且P1+P2＝N×M，P1和P2均为正整数，
外定子的内侧壁沿周向均匀设置有Q个外定子齿，且Q＝N×M，外定子齿与调制齿一一对应，Q为整数，
转子是由笼条和永磁体围成的圆筒形结构，且笼条和永磁体相间排列，永磁体的个数为2P2，笼条的个数为2P2，且笼条的轴向长度大于永磁体的轴向长度，
永磁体的充磁方向为径向充磁，且相邻的两个永磁体的充磁方向相反，
笼条采用具有机械强度的非导磁材料实现。
所述的内定子和外定子的轴向长度相同。
所述的左端环的内径小于右端环的内径。
所述的转子的轴向长度大于内定子的轴向长度。
所述的笼条采用铝或铜实现。
所述的P2的最佳取值为22，P1的最佳取值为2，N的最佳取值为12，M的最佳取值为2。
原理分析：本实用新型提出的转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机通过内定子上的磁通调制单元对内定子绕组上的高速磁场进行调制，产生与转子上永磁磁极相同极数的磁场，进而完成能量的传递而实现低速大转矩输出。
本实用新型在双定子结构下仅在内定子处绕有电枢绕组，且内定子上相邻的调制杆之间形成的槽口、槽深较大，大大降低了电机嵌线的难度且无需对冷却系统进行特殊设计，使用常规电机的冷却方式即可达到理想效果，使该电机的制造、装配成本大大降低。
本实用新型带来的有益效果是，本实用新型所采用的齿形外定子结构，与内定子调磁齿个数相等且严格对齐，充分利用了转子的永磁体，通过内外侧磁通调制单元实现了双重磁通调制的磁路结构，在较低成本增加情况下使输出转矩大幅度增强，在电动汽车等直接驱动领域有着极高的实用价值。
本实用新型提出的转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机使转子永磁体直接面向内、外侧气隙，取消了常规双定子永磁游标电机的磁钢表贴式结构。不仅使转子可靠性得到增强，而且减少了相应的损耗；在减小电机体积的同时提高转矩且转矩波动及齿槽转矩极小，电机反电势波形正弦度高，谐波含量少，功率因数高。
在本申请中，在外侧多加了一层外定子即相当于多了一层调磁结构，在小成本增加的情况下对电机的输出转矩达到大幅增强的效果。
在本申请中，由于采用的是使用鼠笼型结构，将永磁体插入到笼条与笼条之间，可以使永磁体直接面对内外侧气隙，也即直接面对内外侧调磁齿。
本申请相对于双定子表贴式游标电机，提高了永磁体(磁钢)利用率，转矩输出波动变小，功率因数提高，极间漏磁减少，且结构上取消了双定子表贴式游标电机中间的导磁圆筒，减少了损耗，并且增加了转子的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型所述的转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机的轴向剖视图；
图2为定子、外定子、转子、左端环和右端环构成的三维结构示意图；
图3为图2的主视图；
图4为转子中笼条和永磁体的相对位置关系图；
图5为本实用新型所述的转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机的径向剖视图；
图6为内定子的结构示意图；
图7为外定子的结构示意图；
图8为转子的径向剖视图；
图9为磁钢的充磁方向示意图；
图10和图11均为转子的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述的转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机，它包括内定子1、外定子2、转子输出轴4、三相绕组9和机壳10，还包括转子3、左端盖5、右端盖6、左端环7、右端环8，
所述的内定子1、外定子2、转子3、转子输出轴4、左端盖5、右端盖6、左端环7、右端环8和机壳10同轴；
在转子输出轴4的径向方向上，由内至外依次套有内定子1、转子3、外定子2和机壳10，内定子1和转子3之间存在气隙，外定子2和转子3之间存在气隙；
在转子输出轴4的轴向方向上，由左至右依次套有左端盖5、左端环7、右端环8和右端盖6；
左端环7和右端环8分别固定在转子3的左、右端面上，
机壳10为圆筒形结构，外定子2固定在机壳10的内侧壁，
左端盖5和右端盖6分别固定在机壳10的左、右端面上，
左端盖5和右端盖6均通过轴承11与转子输出轴4转动连接，转子3的左端通过左端环7与转子输出轴4固定连接，
内定子1固定在右端盖6延伸出的基座6-1上，且该基座6-1位于内定子1与转子输出轴4之间，
内定子1的周向均匀设置有N个磁通调制单元，每个磁通调制单元包括一个调制杆1-1和M个调制齿1-2，且M个调制齿对称固定在调制杆1-1的一端的两侧，调制杆1-1的另一端固定在内定子1的外侧壁上，N为正整数，M为大于或等于2的整数，
三相绕组9缠绕在调制杆1-1杆上，
内定子1的磁极对数为P1，外定子2的磁极对数为P2，且P1+P2＝N×M，P1和P2均为正整数，
外定子2的内侧壁沿周向均匀设置有Q个外定子齿2-1，且Q＝N×M，外定子齿2-1与调制齿1-2一一对应，Q为整数，
转子3是由笼条3-1和永磁体3-2围成的圆筒形结构，且笼条3-1和永磁体3-2相间排列，永磁体3-2的个数为2P2，笼条3-1的个数为2P2，且笼条3-1的轴向长度大于永磁体3-2的轴向长度，
永磁体3-2的充磁方向为径向充磁，且相邻的两个永磁体3-2的充磁方向相反，笼条3-1采用具有机械强度的非导磁材料实现。
本实施方式中，在本申请中，在外侧多加了一层外定子即相当于多了一层调磁结构，在小成本增加的情况下对电机的输出转矩达到大幅增强的效果。
在本申请中，由于采用的是使用鼠笼型结构，将永磁体插入到笼条与笼条之间，可以使永磁体直接面对内外侧气隙，也即直接面对内外侧调磁齿。
本申请相对于双定子表贴式游标电机，提高了永磁体(磁钢)利用率，转矩输出波动变小，功率因数提高，极间漏磁减少，且结构上取消了双定子表贴式游标电机中间的导磁圆筒，减少了损耗，并且增加了转子的可靠性。
游标电机的调磁齿就是将磁齿轮调磁块整合到了内定子上而达到磁通调制作用，这样的特殊结合方式使该新型电机达到低速大转矩直接驱动。
对于游标电机来说，电机内定子的极对数P1与中间转子磁钢极对数P2之和为调制齿的个数Ns，通过对内定子电枢绕组产生的磁场进行调制，产生气隙谐波磁场。得到游标电机中内定子电枢绕组极对数P1、外定子极对数P2和总调磁齿个数Ns＝N×M之间的关系为：P1＝|mP2+kNs|，其中，m＝1，3，5，…，+∞；k＝0，±1，±2，…，±∞；
当m＝1，k＝-1时，由调磁齿调制后得到的谐波磁场最强，可获得此游标电机调速比及传动比Gr＝P1-Ns/P1，即Gr＝-P2/P1，这样选择内定子极对数和中间转子磁钢(永磁体)配比，可以满足转矩平稳的需求，否则将无法平稳的传递转矩。
选择内定子电枢绕组极对数P1＝2，总调磁齿数Ns＝24，这样就可以得到中间转子的极对数P2＝22，实现调速比为-22/2，即-11/1以实现游标电机的低速输出，负号表示转子转动方向与电枢磁场转向相反。
具体实施方式二：参见图1至图11说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机的区别在于，所述的内定子1和外定子2的轴向长度相同。
本实施方式，本实用新型所采用的齿形外定子结构，与内定子调磁齿个数相等且严格对齐，充分利用了转子的永磁体，通过内外侧磁通调制单元实现了双重磁通调制的磁路结构，在较低成本增加情况下使输出转矩大幅度增强，在电动汽车等直接驱动领域有着极高的实用价值。
具体实施方式三：参见图1至图11说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机的区别在于，所述的左端环7的内径小于右端环8的内径。
具体实施方式四：参见图1至图11说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二所述的转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机的区别在于，所述的转子3的轴向长度大于内定子1的轴向长度。
具体实施方式五：参见图1至图11说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一、二或三所述的转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机的区别在于，所述的笼条3-1采用铝或铜实现。
本实施方式，铝或铜具有一定的机械强度，并且不导磁。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一所述的转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机的区别在于，所述的P2的最佳取值为22，P1的最佳取值为2，N的最佳取值为12，M的最佳取值为2。
本实施方式，当所述的P2的最佳取值为22，P1的最佳取值为2，N的最佳取值为12，M的最佳取值为2时，具体参见图2、图4、图5和图6。
本实用新型所述转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机的结构不局限于上述各实施方式所记载的具体结构，还可以是上述各实施方式所记载的技术特征的合理组合。
Claims (6)
1.转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机，它包括内定子(1)、外定子(2)、转子输出轴(4)、三相绕组(9)和机壳(10)，其特征在于，还包括转子(3)、左端盖(5)、右端盖(6)、左端环(7)、右端环(8)，
所述的内定子(1)、外定子(2)、转子(3)、转子输出轴(4)、左端盖(5)、右端盖(6)、左端环(7)、右端环(8)和机壳(10)同轴；
在转子输出轴(4)的径向方向上，由内至外依次套有内定子(1)、转子(3)、外定子(2)和机壳(10)，内定子(1)和转子(3)之间存在气隙，外定子(2)和转子(3)之间存在气隙；
在转子输出轴(4)的轴向方向上，由左至右依次套有左端盖(5)、左端环(7)、右端环(8)和右端盖(6)；
左端环(7)和右端环(8)分别固定在转子(3)的左、右端面上，
机壳(10)为圆筒形结构，外定子(2)固定在机壳(10)的内侧壁，
左端盖(5)和右端盖(6)分别固定在机壳(10)的左、右端面上，
左端盖(5)和右端盖(6)均通过轴承(11)与转子输出轴(4)转动连接，转子(3)的左端通过左端环(7)与转子输出轴(4)固定连接，
内定子(1)固定在右端盖(6)延伸出的基座(6-1)上，且该基座(6-1)位于内定子(1)与转子输出轴(4)之间，
内定子(1)的周向均匀设置有N个磁通调制单元，每个磁通调制单元包括一个调制杆(1-1)和M个调制齿(1-2)，且M个调制齿对称固定在调制杆(1-1)的一端的两侧，调制杆(1-1)的另一端固定在内定子(1)的外侧壁上，N为正整数，M为大于或等于2的整数，
三相绕组(9)缠绕在调制杆(1-1)杆上，
内定子(1)的磁极对数为P1，外定子(2)的磁极对数为P2，且P1+P2＝N×M，P1和P2均为正整数，
外定子(2)的内侧壁沿周向均匀设置有Q个外定子齿(2-1)，且Q＝N×M，外定子齿(2-1)与调制齿(1-2)一一对应，Q为整数，
转子(3)是由笼条(3-1)和永磁体(3-2)围成的圆筒形结构，且笼条(3-1)和永磁体(3-2)相间排列，永磁体(3-2)的个数为2P2，笼条(3-1)的个数为2P2，且笼条(3-1)的轴向长度大于永磁体(3-2)的轴向长度，
永磁体(3-2)的充磁方向为径向充磁，且相邻的两个永磁体(3-2)的充磁方向相反，笼条(3-1)采用具有机械强度的非导磁材料实现。
2.根据权利要求1所述的转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机，其特征在于，所述的内定子(1)和外定子(2)的轴向长度相同。
3.根据权利要求1所述的转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机，其特征在于，所述的左端环(7)的内径小于右端环(8)的内径。
4.根据权利要求1或2所述的转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机，其特征在于，所述的转子(3)的轴向长度大于内定子(1)的轴向长度。
5.根据权利要求1、2或3所述的转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机，其特征在于，所述的笼条(3-1)采用铝或铜实现。
6.根据权利要求1所述的转子笼条磁钢复合型双定子单绕组游标电机，其特征在于，所述的P2的最佳取值为22，P1的最佳取值为2，N的最佳取值为12，M的最佳取值为2。
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Cited By (2)
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