CN208924074U - 一种永磁无刷双转子电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种永磁无刷双转子电机，包括机壳、轴、轴承、外凸极转子、内凸极转子、定子、电枢绕组和永磁体；所述轴穿过机壳；所述外壳和轴之间设置有轴承；在机壳内部，轴的径向方向上由内向外依次设置有内凸极转子、定子、外凸极转子；定子由若干个双“H”型的铁芯；相邻的双“H”型的铁芯之间设置有永磁体；定子外侧为定子外齿；定子内侧为定子内齿；定子外齿之间设置有外电枢绕组；定子内齿之间设置有内电枢绕组。本实用新型连续好，稳定性高，容错性能较好，适用于高速场合，有利于对永磁体进行直接冷却；采用分数槽集中绕组降低了电机铜耗，改善电动势波形；辅助槽提高电机齿槽转矩的最低次谐波的次数，达到抑制齿槽转矩的目的。

Description

一种永磁无刷双转子电机

技术领域

本实用新型涉及一种电机，尤其是一种无刷双转子电机。

背景技术

目前，主流的永磁式双转子电机分为两种类型：一种是利用作用力和反作用力原理，将传统电机的定子作为外转子，原有的转子作为内转子的对转永磁双转子电机；另外一种是具有内外转子，且定子夹在两个转子之间的永磁无刷双转子电机。对转永磁双转子电机可以替换固定速比的机械齿轮箱，配合内燃机使用，可以达到节能减排的效果。然而该电机为有刷电机，不可避免的带来了换向损耗和噪声等问题。永磁无刷双转子电机的内外转子均贴装永磁体，会带来散热困难以及机械强度减弱的弊端。

实用新型内容

本实用新型目的是：提供了一种永磁无刷双转子电机，是一种适用于高速运转，性能稳定，散热性好，有更高的功率密度和转矩密度的永磁无刷双转子电机。

本实用新型的技术方案是：一种永磁无刷双转子电机，包括机壳、轴、轴承、外凸极转子、内凸极转子、定子、电枢绕组和永磁体；所述轴穿过机壳；所述外壳和轴之间设置有轴承；在机壳内部，轴的径向方向上由内向外依次设置有内凸极转子、定子、外凸极转子；所述定子由若干个双“H”型的铁芯；所述相邻的双“H”型的铁芯之间设置有永磁体；所述且相邻两块永磁体的充磁方向相反；所述定子朝向外凸极转子一侧的为定子外齿；所述定子朝向内凸极转子一侧的为定子内齿；所述定子外齿和定子内齿之间的连接部位为定子轭；所述电枢绕组包括外电枢绕组和内电枢绕组；所述定子外齿之间设置有外电枢绕组；所述定子内齿之间设置有内电枢绕组；所述外电枢绕组和内电枢绕组的连接方式均采用分数槽集中绕组。

优选的，所述双“H”型的铁芯的数量为6k,其中k为正整数。

优选的，所述外凸极转子包括外转子齿和外转子轭；所述外转子齿通过外转子轭连接；所述内凸极转子包括内转子齿和内转子轭；所述内转子齿通过内转子轭连接。

优选的，所述外电枢绕组和内电枢绕组可独立控制时，所述外凸极转子和内凸极转子没有相对位置要求。

优选的，所述外电枢绕组和内电枢绕组串联或并联共同控制时，所述外凸极转子的外转子齿的轴线位置相对内凸极转子的内转子齿的轴线位置滞后。

优选的，所述外转子齿和内转子齿的数目可相同可不同。

优选的，外凸极转子和定子之间形成外气隙，内凸极转子和定子之间形成电机的内气隙。

优选的，所述定子外齿和定子内齿上均开有辅助槽。

本实用新型的优点是：

1、两个转子均为凸极铁芯结构，无其他任何材料，因而连续好，稳定性高，适用于高速场合；

2、采用分数槽集中绕组，一方面绕组端部较短，降低了电机铜耗，另一方面可有效的削弱齿谐波电势的幅值，改善电动势波形；

3、永磁体和电枢绕组均安装在定子上，与转子永磁型电机相比，可方便的对永磁体进行直接冷却，从而控制其温升；

4、双转子结构的采用，使得该电机能够获得比相同设计方式下的单转子永磁电机更高的功率密度和转矩密度；

5、双“H”型的定子铁芯，使得该电机容错性能较好；

6、定子齿通过开辅助槽，提高电机齿槽转矩的最低次谐波的次数，从而降低齿槽转矩的幅值，达到抑制齿槽转矩的目的。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1涉及本实用新型实施例1中所述的一种永磁无刷双转子电机的轴向截面结构示意图；

图2涉及本实用新型的实施例1中所述的一种永磁无刷双转子电机的径向截面结构示意图；

图3涉及本实用新型的实施例1中所述的一种永磁无刷双转子电机的四分之一模型及绕组分布示意图；

图4涉及本实用新型的实施例1中所述的一种永磁无刷双转子电机的双“H”型铁芯示意图；

图5涉及本实用新型的实施例1中所述的一种永磁无刷双转子电机的磁通示意图；

图6涉及本实用新型的实施例2中所述的一种永磁无刷双转子电机的双“H”型铁芯示意图；

图7涉及本实用新型的实施例3中所述的一种永磁无刷双转子电机的径向截面结构示意图；

图8涉及本实用新型的实施例3中所述的一种永磁无刷双转子电机的内转子齿和外转子齿相对位置示意图；

其中：1、机壳；2、轴；3、轴承；4、外凸极转子；5、内凸极转子；6、定子；7、电枢绕组；8、永磁体；9、辅助槽；41、外转子齿；42、外转子轭；51、内转子齿；52、内转子轭；61、双“H”型的铁芯；62、定子外齿；63、定子内齿；64、定子轭；71、外电枢绕组；72、内电枢绕组；。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，附图等中表示的各结构的位置、大小、形状、范围等，有时并不表示实际的位置、大小、形状、范围等。因此，本实用新型不限于附图等公开的位置、大小、形状、范围等。

实施例1：

如附图1所示，一种永磁无刷双转子电机，包括机壳1、轴2、轴承3、外凸极转子4、内凸极转子5、定子6、电枢绕组7和永磁体8；所述轴2穿过机壳1；所述外壳1的后端和轴2之间设置有轴承3；在机壳1内部，轴2的径向方向上由内向外依次设置有内凸极转子5、定子6、外凸极转子4；如附图2、3和4所示，所述定子6由若干个双“H”型的铁芯61；所述相邻的双“H”型的铁芯61之间设置有永磁体8；所述且相邻两块永磁体8的充磁方向相反，图中，箭头方向表示永磁体的充磁方向；所述定子6朝向外凸极转子4一侧的为定子外齿62；所述定子6朝向内凸极转子5一侧的为定子内齿63；所述定子外齿62和定子内齿63之间的连接部位为定子轭64；所述电枢绕组7包括外电枢绕组71和内电枢绕组72；所述定子外齿62之间设置有外电枢绕组71；所述定子内齿63之间设置有内电枢绕组72；所述外电枢绕组71和内电枢绕组72的连接方式均采用分数槽集中绕组。所述双“H”型的铁芯61的数量为6k,其中k为正整数。所述外凸极转子4包括外转子轭42以及n个外转子齿41（这里的n为正整数）；所述外转子齿41通过外转子轭42连接；所述内凸极转子5包括内转子轭51以及m个内转子齿52（这里的m为正整数）；所述内转子齿51通过内转子轭52连接。所述外电枢绕组71和内电枢绕组72可独立控制时，所述外凸极转子4和内凸极转子5没有相对位置要求。所述外转子齿41和内转子齿51的数目可相同可不同。

所述外凸极转子4和定子6之间形成外气隙，内凸极转子5和定子6之间形成电机的内气隙；外凸极转子4安装在机壳1上，内凸极转子5直接安装在轴2上，并通过外壳1的前端连接在一起；外凸极转子4和内凸极转子5的结构，使得双转子无其他任何材料，因而其稳定性和连续性能较好，适用于高速场合。

在本实例中，所述外电枢绕组71和内电枢绕组72可实现独立控制，且所述外凸极转子4和内凸极转子5没有相对位置要求。外电枢绕组71和内电枢绕组72可分别施加频率、幅值、相位不同的三相交流电，分别对内、外两个电机独立控制。因此该电机可以理解为内、外两个电机在空间上的叠加。所述外电机包括外凸极转子4、定子轭64、定子外齿62以及绕在定子外齿62上的外电枢绕组71；内电机包括内凸极转子5、定子轭64、定子内齿63以及绕在定子内齿63上的内电枢绕组72。外电枢绕组71和内电枢绕组72的连接方式如图3所示。为了便于理解所述的内、外两个电机，如图5所示为本实用新型所述永磁无刷双转子电机空载时内、外两个电机的磁通示意图，外电机相当于一个外转子电机，磁通从定子6、外气隙、外转子4、外气隙，回到定子6，从而形成回路Φo；内电机相当于一个内转子电机，磁通从定子6、内气隙、内转子5、内气隙，回到定子6，从而形成回路Φi；所述内、外两个电机共用一个定子轭64，所以定子轭64的厚度不易过小，需考虑定子轭64饱和问题。所述内、外两个电机均各自形成回路，且不相互耦合，因而内、外两个电机均可实现单独控制。

本实用新型中所述电机的电枢绕组7的连接方式均为分数槽集中绕组，其端部较短，且电机谐波含量较小；所述电机双“H”型的铁芯61，具有定子外齿62和定子内齿63，使得该电机容错性能较好。

实施例2：

一种永磁无刷双转子电机的结构与实施例1中的结构相同，不同之处在于：所述定子外齿63和定子内齿63上均开有辅助槽9；图6是表示实施例2的双“H”型铁芯示意图。为了防止定子外齿62和定子内齿63开槽引进新的谐波，所开的辅助槽9将沿定子齿中心线严格对称。此外，每个定子齿上的辅助槽9数不仅仅如图所示的一个。经过分析，在保证电机性能的前提下，通过在定子外齿62和定子内齿63上可有辅助槽9，可提高电机齿槽转矩的最低次谐波的次数，从而有效的减小永磁无刷双转子电机的齿槽转矩，减小振动和噪声，提高电机在控制系统中的低速性能和在位置控制系统中的定位精度，适用于每极每相槽数较小的永磁电机。

实施例3：

一种永磁无刷双转子电机，包括机壳1、轴2、轴承3、外凸极转子4、内凸极转子5、定子6、电枢绕组7和永磁体8；所述轴2穿过机壳1；所述外壳1的后端和轴2之间设置有轴承3；在机壳1内部，轴2的径向方向上由内向外依次设置有内凸极转子5、定子6、外凸极转子4；所述定子6由若干个双“H”型的铁芯61；所述相邻的双“H”型的铁芯61之间设置有永磁体8；所述且相邻两块永磁体8的充磁方向相反，图中，箭头方向表示永磁体的充磁方向；所述定子6朝向外凸极转子4一侧的为定子外齿62；所述定子6朝向内凸极转子5一侧的为定子内齿63；所述定子外齿62和定子内齿63之间的连接部位为定子轭64；所述电枢绕组7包括外电枢绕组71和内电枢绕组72；所述定子外齿62之间设置有外电枢绕组71；所述定子内齿63之间设置有内电枢绕组72；所述外电枢绕组71和内电枢绕组72的连接方式均采用分数槽集中绕组。所述双“H”型的铁芯61的数量为6k,其中k为正整数。所述外凸极转子4包括外转子轭42以及n个外转子齿41（这里的n为正整数）；所述外转子齿41通过外转子轭42连接；所述内凸极转子5包括内转子轭51以及m个内转子齿52（这里的m为正整数）；所述内转子齿51通过内转子轭52连接。所述外电枢绕组71和内电枢绕组72串联或并联共同控制时，所述外凸极转子的外转子齿的轴线位置相对内凸极转子的内转子齿的轴线位置滞后120电角度。所述外转子齿41和内转子齿51的数目可相同可不同。

所述外凸极转子4和定子6之间形成外气隙，内凸极转子5和定子6之间形成电机的内气隙；外凸极转子4安装在机壳1上，内凸极转子5直接安装在轴2上，并通过外壳1的前端连接在一起；外凸极转子4和内凸极转子5的结构，使得双转子无其他任何材料，因而其稳定性和连续性能较好，适用于高速场合。

所述定子外齿63和定子内齿63上均开有辅助槽9；为了防止定子外齿62和定子内齿63开槽引进新的谐波，所开的辅助槽9将沿定子齿中心线严格对称。此外，每个定子齿上的辅助槽9数不仅仅如图所示的一个。经过分析，在保证电机性能的前提下，通过在定子外齿62和定子内齿63上可有辅助槽9，可提高电机齿槽转矩的最低次谐波的次数，从而有效的减小永磁无刷双转子电机的齿槽转矩，减小振动和噪声，提高电机在控制系统中的低速性能和在位置控制系统中的定位精度，适用于每极每相槽数较小的永磁电机。

内、外两个电机实现串、并联共同控制，即外电枢绕组71和内电枢绕组72串、并联共同控制，为了达到最优控制效果，所述外凸极转子4的外转子齿41的轴线位置相对内凸极转子5的内转子齿51的轴线位置滞后120电角度，即3.53机械角度（这里定义逆时针方向为正方向），具体如图7和图8所示。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型的所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种永磁无刷双转子电机，其特征在于：包括机壳、轴、轴承、外凸极转子、内凸极转子、定子、电枢绕组和永磁体；所述轴穿过机壳；所述外壳和轴之间设置有轴承；在机壳内部，轴的径向方向上由内向外依次设置有内凸极转子、定子、外凸极转子；所述定子由若干个双“H”型的铁芯；所述相邻的双“H”型的铁芯之间设置有永磁体；所述且相邻两块永磁体的充磁方向相反；所述定子朝向外凸极转子一侧的为定子外齿；所述定子朝向内凸极转子一侧的为定子内齿；所述定子外齿和定子内齿之间的连接部位为定子轭；所述电枢绕组包括外电枢绕组和内电枢绕组；所述定子外齿之间设置有外电枢绕组；所述定子内齿之间设置有内电枢绕组；所述外电枢绕组和内电枢绕组的连接方式均采用分数槽集中绕组。

2.根据权利要求1所述的一种永磁无刷双转子电机，其特征在于：所述双“H”型的铁芯为数量为6k,其中k为正整数。

3.根据权利要求1所述的一种永磁无刷双转子电机，其特征在于：所述外凸极转子包括外转子齿和外转子轭；所述外转子齿通过外转子轭连接；所述内凸极转子包括内转子齿和内转子轭；所述内转子齿通过内转子轭连接。

4.根据权利要求3所述的一种永磁无刷双转子电机，其特征在于：所述外电枢绕组和内电枢绕组可独立控制时，所述外凸极转子和内凸极转子没有相对位置要求。

5.根据权利要求3所述的一种永磁无刷双转子电机，其特征在于：所述外电枢绕组和内电枢绕组串联或并联共同控制时，所述外凸极转子的外转子齿的轴线位置相对内凸极转子的内转子齿的轴线位置滞后。

6.根据权利要求3所述的一种永磁无刷双转子电机，其特征在于：所述外转子齿和内转子齿的数目可相同可不同。

7.根据权利要求1所述的一种永磁无刷双转子电机，其特征在于：外凸极转子和定子之间形成外气隙，内凸极转子和定子之间形成电机的内气隙。

8.根据权利要求1所述的一种永磁无刷双转子电机，其特征在于：所述定子外齿和定子内齿上均开有辅助槽。