CN212627366U - 单定子双转子轴向磁通混合永磁对转电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种单定子双转子轴向磁通混合永磁对转电机，涉及电机技术领域。所述对转电机包括：盘式定子、第一盘式转子和第二盘式转子；第一盘式转子和第二盘式转子分别位于盘式定子的两侧，盘式定子上绕制有定子绕组，第一盘式转子内侧设置有高矫顽力永磁体组，第二盘式转子内侧设置有混合永磁体组，混合永磁体组包括：第二高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体。本实用新型采用高矫顽力永磁转子与混合永磁转子相匹配的结构，实现定子两侧气隙磁场的不对称可调，定子绕组内施加幅值大小和方向可控的直流电流矢量脉冲，改变低矫顽力永磁体的磁化强度，从而调节第二盘式转子的单侧气隙磁场，适应不对称负载运行。

Description

单定子双转子轴向磁通混合永磁对转电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，具体涉及一种单定子双转子轴向磁通混合永磁对转电机。

背景技术

对转电机具有单输入的电端口和两个独立输出的机械端口，可应用于对转螺旋桨推进系统中，而对转螺旋桨是保证水下航行器平稳推进、飞机稳定飞行的关键部件，在海洋勘探和航空航天领域应用广泛。对转电机驱动系统具有结构紧凑、体积小、重量轻等优点，更具发展潜力，近年来国内外研究者们也给予了对转电机越来越多的关注。

目前开发的对转电机主要有两种类型：定、转子对转电机和单定子双转子对转电机。定、转子对转电机将定子通过轴承固定在机壳上，定子和转子都可以相对机壳转动，旋转方向相反。其定子电源需由电刷和滑环引入，机械结构复杂性增加，系统可靠性降低，严重制约了该类电机的应用和推广；且在负载不对称时难以确保定、转子的转速相同，如用在对转螺旋桨系统中将会严重影响推进效率。单定子双转子对转电机通常采用交流永磁形式，由一个定子和两个转子构成，两个转子在机械上独立，定子绕组经过特殊设计能够产生两个异向旋转的磁场，由一台逆变器控制，实现双转子的异向旋转。这类电机无需电刷、换向器等装置，维护方便、运行更可靠。相较于定、转子对转电机，无刷化的单定子双转子永磁对转电机具备更好的应用和推广价值。

但是，单定子双转子对转电机采用一台逆变器同时驱动两个永磁转子，由于永磁电机气隙磁场的不可调控，当负载不对称或负载发生突变时，对其中一个转子转矩调节引起的电流变化必然导致另一个转子转矩的改变，两个异向转矩之间存在相互关联和耦合，当负载不对称或者某一个转子负载突变时，传统控制技术难以实现两个转子转矩的“兼顾”控制。

例如，实用新型专利CN201278487公布了一种水下航行器推进用内、外双转子对转永磁同步电机，采用径向磁通结构，其中间定子安装单馈电环型交叉电枢绕组，两个径向永磁转子分别位于定子的内侧和外侧同心位置，该实用新型实现了无刷化，功率密度高，但内外转子大小不一致，转矩难以平衡，且无法避免两个异向转矩之间存在相互关联和耦合。

又如，专利CN111162706A公布了一种盘式对转永磁同步电机的控制方法，研究了主-从矢量控制策略，通过实时比较两个转子的功角，对负载大的转子进行控制，负载小的转子跟随运行，采用基于线性自抗扰控制器的防失步控制策略，改善了抗干扰性能，提高了调节速度，但该方法下电机的转矩和转速脉动大、动态性能不理想。以上方案技术均未能妥善解决单定子双转子永磁对转电机的不对称负载运行问题，且目前国内已有相关专利和文献在单定子双转子对转电机适应不对称负载运行方面尚未提出有效的实施案例。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种单定子双转子轴向磁通混合永磁对转电机，解决了单定子双转子对转电机难以适应不对称负载的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种单定子双转子轴向磁通混合永磁对转电机，所述对转电机包括：盘式定子、第一盘式转子和第二盘式转子；所述第一盘式转子和第二盘式转子分别位于盘式定子的两侧，所述盘式定子上绕制有定子绕组，所述第一盘式转子靠近盘式定子的一侧设置有高矫顽力永磁体组，所述第二盘式转子靠近盘式定子的一侧设置有混合永磁体组，所述混合永磁体组包括：第二高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体。

优选的，所述盘式定子包括定子铁心，所述定子铁心为无槽的环形铁心。

优选的，所述定子绕组为三相交叉的环形绕组，所述定子绕组包括：A相绕组、B相绕组和C相绕组；所述A相绕组、B相绕组和C相绕组均绕设在定子铁心的环形条上，在定子铁心的环内壁和环外壁处，所述B相绕组与A相绕组交叉，所述C相绕组同时与A相绕组和B相绕组交叉。

优选的，位于盘式定子的单侧，所述B相绕组与C相绕组由首端至末端的绕设方向一致，所述A相绕组与B相绕组由首端至末端的绕设方向相反。

优选的，所述高矫顽力永磁体组包括多个第一高矫顽力永磁体，所述第一高矫顽力永磁体呈环形排列设置在第一盘式转子内侧，相邻第一高矫顽力永磁体同侧的磁极相反。

优选的，所述混合永磁体组包括：多个第二高矫顽力永磁体和多个低矫顽力永磁体，所述第二高矫顽力永磁体呈环形排列，所述低矫顽力永磁体呈环形排列，相邻的第二高矫顽力永磁体同侧的磁极相反。

优选的，所述第一盘式转子和第二盘式转子的整体结构尺寸和重量通过永磁材料的合理匹配保持对称，第一盘式转子和第二盘式转子具有相同的转动惯量。

优选的，呈环形排列的所述第一高矫顽力永磁体数量为十六个，呈环形排列的所述第二高矫顽力永磁体数量为十六个，呈环形排列的所述低矫顽力永磁体数量为十六个。

优选的，所述盘式定子固定在机壳内，所述第一盘式转子和第二盘式转子分别通过轴承与机壳转动连接，所述第一盘式转子和第二盘式转子分别与嵌套机械轴的外轴和内轴固定连接，内轴和外轴的另一端则分别连接两个对转螺旋桨。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种单定子双转子轴向磁通混合永磁对转电机。与现有技术相比，具备以下有益效果：

本实用新型中，对转电机包括：盘式定子、第一盘式转子和第二盘式转子；第一盘式转子和第二盘式转子分别位于盘式定子的两侧，盘式定子上绕制有定子绕组，第一盘式转子内侧设置有高矫顽力永磁体组，第二盘式转子内侧设置有混合永磁体组，混合永磁体组包括：第二高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体；采用高矫顽力永磁转子与混合永磁转子相匹配的结构，实现定子两侧气隙磁场的不对称可调，定子绕组内施加幅值大小和方向可控的直流电流矢量脉冲，改变低矫顽力永磁体的磁化强度，从而调节第二盘式转子的单侧气隙磁场，适应不对称负载运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中对转电机的应用环境结构示意图；

图2为本实用新型实施例中盘式定子的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中对转电机的装配右视轴测图；

图4为本实用新型实施例中对转电机的装配左视轴测图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本申请实施例通过提供一种单定子双转子轴向磁通混合永磁对转电机，解决了单定子双转子对转电机难以适应不对称负载的问题。

本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本实用新型实施例中，对转电机包括：盘式定子、第一盘式转子和第二盘式转子；第一盘式转子和第二盘式转子分别位于盘式定子的两侧，盘式定子上绕制有定子绕组，第一盘式转子内侧设置有高矫顽力永磁体组，第二盘式转子内侧设置有混合永磁体组，混合永磁体组包括：第二高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体；采用高矫顽力永磁转子与混合永磁转子相匹配的结构，实现定子两侧气隙磁场的不对称可调，定子绕组内施加幅值大小和方向可控的直流电流矢量脉冲，改变低矫顽力永磁体的磁化强度，从而调节第二盘式转子的单侧气隙磁场，适应不对称负载运行。

另外需要说明的是，本实用新型实施例采用三相交叉的环形绕组绕设在无槽的环形定子铁心上，有利于削弱齿槽效应，降低转矩波动；定子铁心两侧绕组的相序相反，在盘式定子的两侧产生一对等值反向的旋转磁场；有效提高转矩密度和功率密度。

并且，本实用新型实施例采用高性能永磁体励磁，功率因数高、高效运行范围大。为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例：

如图1～4所示，本实用新型提供了一种单定子双转子轴向磁通混合永磁对转电机，所述对转电机包括：盘式定子10、第一盘式转子20和第二盘式转子30；所述第一盘式转子20和第二盘式转子30分别位于盘式定子10的两侧，所述盘式定子10上绕制有定子绕组11，所述第一盘式转子20靠近盘式定子10的一侧设置有高矫顽力永磁体组，所述第二盘式转子30靠近盘式定子10的一侧设置有混合永磁体组，所述混合永磁体组包括：第二高矫顽力永磁体31和低矫顽力永磁体32。定子绕组11内施加幅值大小和方向可控的直流电流矢量脉冲，改变低矫顽力永磁体32的磁化强度，从而调节第二盘式转子30的单侧气隙磁场，适应不对称负载工况的需求。

如图2所示，所述盘式定子10包括定子铁心12，所述定子铁心12为无槽的环形铁心。所述定子铁心12采用无槽结构，有利于削弱齿槽效应，降低转矩波动。

如图2所示，所述定子绕组11为三相交叉的环形绕组，所述定子绕组11包括：A相绕组13、B相绕组14和C相绕组15；所述A相绕组13、B相绕组14和C相绕组15均绕设在定子铁心12的环形条上，在定子铁心12的环内壁和环外壁处，所述B相绕组14与A相绕组13交叉，所述C相绕组15同时与A相绕组13和B相绕组14交叉。

所述定子绕组11采用三相绕组两相交叉的方式绕设在定子铁心12上，使得定子铁心12两侧绕组的相序相反，从而在盘式定子10的两侧产生一对等值反向的旋转磁场。

如图2所示，位于盘式定子10的单侧，所述B相绕组14与C相绕组15由首端至末端的绕设方向一致，所述A相绕组13与B相绕组14由首端至末端的绕设方向相反。

所述定子绕组11通三相交流电。

如图3所示，所述高矫顽力永磁体组包括多个第一高矫顽力永磁体21，所述第一高矫顽力永磁体21呈环形排列设置在第一盘式转子20内侧，相邻第一高矫顽力永磁体21同侧的磁极相反。

如图4所示，所述混合永磁体组包括：多个第二高矫顽力永磁体31和多个低矫顽力永磁体32，所述第二高矫顽力永磁体31呈环形排列，所述低矫顽力永磁体32呈环形排列，相邻的第二高矫顽力永磁体31同侧的磁极相反。

所述第一盘式转子20和第二盘式转子30的整体结构尺寸和重量通过永磁材料的合理匹配保持对称，使第一盘式转子20和第二盘式转子30具有相同的转动惯量，便于转矩平衡。

如图3、图4所示，呈环形排列的所述第一高矫顽力永磁体21数量为十六个，呈环形排列的所述第二高矫顽力永磁体31数量为十六个，呈环形排列的所述低矫顽力永磁体32数量为十六个。

如图1所示，所述盘式定子10固定在机壳内，所述第一盘式转子20和第二盘式转子30分别通过轴承与机壳转动连接，所述第一盘式转子20和第二盘式转子30分别与嵌套机械轴的外轴和内轴固定连接，内轴和外轴的另一端则分别连接两个对转螺旋桨。

综上所述，与现有技术相比，本实用新型具备以下有益效果：

1、本实用新型实施例中，对转电机包括：盘式定子、第一盘式转子和第二盘式转子；第一盘式转子和第二盘式转子分别位于盘式定子的两侧，盘式定子上绕制有定子绕组，第一盘式转子内侧设置有高矫顽力永磁体组，第二盘式转子内侧设置有混合永磁体组，混合永磁体组包括：第二高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体；采用高矫顽力永磁转子与混合永磁转子相匹配的结构，实现定子两侧气隙磁场的不对称可调，定子绕组内施加幅值大小和方向可控的直流电流矢量脉冲，改变低矫顽力永磁体的磁化强度，从而调节第二盘式转子的单侧气隙磁场，适应不对称负载运行。

2、本实用新型实施例采用三相交叉的环形绕组绕设在无槽的环形定子铁心上，有利于削弱齿槽效应，降低转矩波动；定子铁心两侧绕组的相序相反，在盘式定子的两侧产生一对等值反向的旋转磁场；有效提高转矩密度和功率密度。

3、本实用新型实施例采用高性能永磁体励磁，功率因数高、高效运行范围大。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种单定子双转子轴向磁通混合永磁对转电机，其特征在于，所述对转电机包括：盘式定子(10)、第一盘式转子(20)和第二盘式转子(30)；所述第一盘式转子(20)和第二盘式转子(30)分别位于盘式定子(10)的两侧，所述盘式定子(10)上绕制有定子绕组(11)，所述第一盘式转子(20)靠近盘式定子(10)的一侧设置有高矫顽力永磁体组，所述第二盘式转子(30)靠近盘式定子(10)的一侧设置有混合永磁体组，所述混合永磁体组包括：第二高矫顽力永磁体(31)和低矫顽力永磁体(32)。

2.如权利要求1所述的单定子双转子轴向磁通混合永磁对转电机，其特征在于，所述盘式定子(10)包括定子铁心(12)，所述定子铁心(12)为无槽的环形铁心。

3.如权利要求2所述的单定子双转子轴向磁通混合永磁对转电机，其特征在于，所述定子绕组(11)为三相交叉的环形绕组，所述定子绕组(11)包括：A相绕组(13)、B相绕组(14)和C相绕组(15)；所述A相绕组(13)、B相绕组(14)和C相绕组(15)均绕设在定子铁心(12)的环形条上，在定子铁心(12)的环内壁和环外壁处，所述B相绕组(14)与A相绕组(13)交叉，所述C相绕组(15)同时与A相绕组(13)和B相绕组(14)交叉。

4.如权利要求3所述的单定子双转子轴向磁通混合永磁对转电机，其特征在于，位于盘式定子(10)的单侧，所述B相绕组(14)与C相绕组(15)由首端至末端的绕设方向一致，所述A相绕组(13)与B相绕组(14)由首端至末端的绕设方向相反。

5.如权利要求1所述的单定子双转子轴向磁通混合永磁对转电机，其特征在于，所述高矫顽力永磁体组包括多个第一高矫顽力永磁体(21)，所述第一高矫顽力永磁体(21)呈环形排列设置在第一盘式转子(20)内侧，相邻第一高矫顽力永磁体(21)同侧的磁极相反。

6.如权利要求5所述的单定子双转子轴向磁通混合永磁对转电机，其特征在于，所述第二高矫顽力永磁体(31)呈环形排列，所述低矫顽力永磁体(32)呈环形排列，相邻的第二高矫顽力永磁体(31)同侧的磁极相反。

7.如权利要求6所述的单定子双转子轴向磁通混合永磁对转电机，其特征在于，所述第一盘式转子(20)和第二盘式转子(30)的整体结构尺寸和重量通过永磁材料的合理匹配保持对称，第一盘式转子(20)和第二盘式转子(30)具有相同的转动惯量。

8.如权利要求6所述的单定子双转子轴向磁通混合永磁对转电机，其特征在于，呈环形排列的所述第一高矫顽力永磁体(21)数量为十六个，呈环形排列的所述第二高矫顽力永磁体(31)数量为十六个，呈环形排列的所述低矫顽力永磁体(32)数量为十六个。

9.如权利要求1～8任一所述的单定子双转子轴向磁通混合永磁对转电机，其特征在于，所述盘式定子(10)固定在机壳内，所述第一盘式转子(20)和第二盘式转子(30)分别通过轴承与机壳转动连接，所述第一盘式转子(20)和第二盘式转子(30)分别与嵌套机械轴的外轴和内轴固定连接，内轴和外轴的另一端则分别连接两个对转螺旋桨。

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