CN214154305U - 一种阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机，其包括转轴、第一定子、第二定子和转子。第一定子和第二定子均包括均匀开设有多个定子槽的定子铁芯。定子铁芯转动套设在转轴上，定子槽内放置有励磁绕组。转子包括固定安装盘、第一聚磁环和第二聚磁环。固定安装盘固定套设在转轴上，第一聚磁环和第二聚磁环分别与固定安装盘的两个面一一对应连接，第一聚磁环和第二聚磁环以固定安装盘对称。第一定子的定子铁芯套设在第一聚磁环内，第二定子的定子铁芯套设在第二聚磁环内。第一定子和第一聚磁环和第二定子与第二聚磁环分别构成了两套磁路独立的外转子永磁电机，两套外转子永磁电机并联运行在同一输出轴上，输出扭矩大，运行效率高。

Description

一种阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，尤其涉及一种阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机。

背景技术

常规永磁同步电机其气隙磁场方向大体有如下两种：径向气隙磁场和轴向气隙磁场，永磁转子结构通常有表贴式永磁转子、表面嵌入式永磁转子和内置嵌入式永磁转子，永磁转子上所用永磁体采用径向充磁或者平行充磁，导致永磁转子必须使用转子铁芯。Halbach阵列是一种新的充磁方式阵列。基于Halbach阵列聚磁环，其磁力线相对于径向和平行充磁永磁阵列更集中。基于Halbach阵列永磁转子的电机基波磁动势大，转矩脉动分量小，定位精度高，更适合于开发高效、高功率密度的永磁同步电机。然而现有的采用Halbach阵列的电机依然存在输出扭矩不够的情况，并且由于散热效果不佳造成电机受损的情况发生。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点和不足，本实用新型提供一种阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机，其解决了电机的输出扭矩小和散热效果差的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机包括：

转轴、第一定子、第二定子以及转子；

所述第一定子和所述第二定子均包括定子铁芯；所述定子铁芯转动套设在所述转轴上，所述定子铁芯上均匀开设有多个定子槽，所述定子槽内放置有励磁绕组；

所述转子包括固定安装盘、第一聚磁环和第二聚磁环；所述固定安装盘固定套设在所述转轴上，所述固定安装盘位于所述第一定子和第二定子之间，所述第一聚磁环和所述第二聚磁环分别与所述固定安装盘的两个相反的面一一对应连接，所述第一聚磁环和所述第二聚磁环以所述固定安装盘对称；

所述第一定子的定子铁芯套设在所述第一聚磁环内，所述第二定子的定铁芯套设在所述第二聚磁环内。

可选地，所述第一聚磁环和所述第二聚磁环均为Halbach阵列式永磁结构的聚磁环；

所述第一聚磁环和所述第二聚磁环均包括多个聚磁段，所述多个聚磁段依次首尾相接成所述第一聚磁环或所述第二聚磁环。

可选地，所述聚磁段包括依次排列的第一永磁块、第二永磁块、第三永磁块、以及第四永磁块；

所述第一永磁块沿径向充磁，所述第二永磁块沿对角线方向充磁，所述第三永磁块沿周向充磁，所述第四永磁块沿对角线方向充磁。

可选地，所述第一永磁块、所述第二永磁块、所述第三永磁块以及所述第四永磁块的长度、厚度以及磁通密度均相同。

可选地，任意两个相邻的所述聚磁段中的所述第一永磁块的充磁方向相反；任意两个相邻的所述聚磁段中的所述第二永磁块的充磁方向相反；任意两个相邻的所述聚磁段中的所述第三永磁块的充磁方向相反；任意两个相邻的所述聚磁段中的所述第四永磁块的充磁方向相反。

可选地，所述固定安装盘采用非导磁材料制成。

可选地，所述第一定子的励磁绕组和所述第二定子的励磁绕组均为三相对称绕组；

所述第一定子的励磁绕组与所述第二定子的励磁绕组中对应相的相绕组正向串联成为一相绕组，三相绕组连接成星型绕组。

可选地，所述第一定子的励磁绕组和所述第二定子的励磁绕组均为三相对称绕组；

所述第一定子的励磁绕组连接成第一星形绕组，所述第二定子的励磁绕组连接成第二星形绕组，所述第一星形绕组与所述第二星形绕组并联。

可选地，所述阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机还包括：外壳、第一端盖以及第二端盖；

所述外壳为两端开口的圆筒；所述第一端盖设置于所述外壳的第一端，所述第二端盖设置于所述外壳的第二端；

所述第一定子、所述第二定子以及所述转子均位于所述外壳内，且所述第一定子固定设置于所述第一端盖的内侧面上，所述第二定子固定设置于所述第二端盖的内侧面上；

所述转轴的两端分别与第一端盖和第二端盖一一对应转动连接。

可选地，所述阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机还包括：编码器，所述编码器套设于所述转轴上用于检测所述转轴的旋转位移量。

(三)有益效果

第一定子和第二定子分设于转子的两侧，提高了电机的散热效率。固定安装盘与转轴紧固硬连接成一体化Halbach阵列型外转子结构。阵列式向内聚磁环外向漏磁甚弱，一体化转子无需转子铁芯，无转子铁耗，电机工作效率高，功率密度大，正弦气隙磁密降低了转矩谐波分量，提高了电机的运行性能。第一定子和第一聚磁环，以及第二定子与第二聚磁环，分别构成了两套磁路独立的外转子永磁电机，两套外转子永磁电机并联运行在同一输出轴上，输出扭矩大，运行效率高。

附图说明

图1为本实用新型的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机的内部结构示意图；

图2为本实用新型的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机的转子的结构示意图；

图3为本实用新型的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机的第一聚磁环的结构示意图；

图4为本实用新型的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机的第一定子的安装结构示意图；

图5为本实用新型的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机的分解示意图。

【附图标记说明】

09：外壳；10：第一端盖；11：定子铁芯；12：编码器；13：第一轴承；14：励磁绕组；18：第二轴承；19：转轴；20：第一聚磁环；21：固定安装盘；22：第二聚磁环；25：第二端盖；26：磁力线；

31：第一永磁块；32：第二永磁块；33：第三永磁块；34：第四永磁块。

具体实施方式

为了更好地解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”......等方位名词以图1的定向为参照。

为了更好地理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本实用新型提供了一种阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机，如图1所示，图1为本实用新型的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机的内部结构示意图，阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机为内定子外转子的结构，其包括转轴19、第一定子、第二定子以及转子。第一定子和第二定子均包括均匀开设有多个定子槽的定子铁芯11，定子铁芯11用硅钢片叠压成型制作，铁芯和绕组结构参数设计与常规的永磁同步电机相同。定子铁芯11上开设有通孔，定子铁芯11转动套设在转轴19上，多个定子槽均匀间隔分布于定子铁芯11上，每一个定子槽内均放置有励磁绕组14。如图2所示，图2为本实用新型的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机的转子的结构示意图，转子包括固定安装盘21、第一聚磁环20和第二聚磁环22。固定安装盘21固定套设在转轴19上，并且固定安装盘21位于第一定子和第二定子之间，提高了电机的散热效率。固定安装盘21包括固定支架、第一托盘和第二托盘，第一托盘和第二托盘分别与固定支架的两个相反的面一一对安装，第一聚磁环20安装在第一托盘上，第二聚磁环22安装在第二托盘上，第一聚磁环20和第二聚磁环22通过螺栓背对背地紧固在固定支架上，且第一聚磁环20和第二聚磁环22以固定安装盘21对称。第一定子的定子铁芯11套设在第一聚磁环20内，第二定子的定子铁芯11套设在第二聚磁环22内。固定支架与转轴19紧固硬连接成一体化Halbach阵列型外转子结构。阵列式向内聚磁环外向漏磁甚弱且转子聚磁环支架用非导磁材料制成，一体化转子无需转子铁芯，无转子铁耗，电机工作效率高，功率密度大，正弦气隙磁密降低了转矩谐波分量，提高了电机的运行性能。第一定子和第一聚磁环20，以及第二定子与第二聚磁环22，分别构成了两套磁路独立的外转子永磁电机，两套外转子永磁电机并联运行在同一输出轴上，输出扭矩大，运行效率高。

如图3所示，图3为本实用新型的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机的第一聚磁环的结构示意图，第一聚磁环20和第二聚磁环22均为Halbach阵列式永磁结构的聚磁环。第一聚磁环20和第二聚磁环22均包括多个聚磁段，多个聚磁段依次首尾相接成第一聚磁环20或第二聚磁环22。优选地，本实用新型以四个聚磁段为例进行具体说明。每一个聚磁段均包括依次排列的第一永磁块31、第二永磁块32、第三永磁块33、以及第四永磁块34。第一聚磁环20和第二聚磁环22的磁力线26均朝向定子铁芯11闭合。其中，第一永磁块31沿径向充磁，第二永磁块32沿对角线方向充磁，第三永磁块33沿周向充磁，第四永磁块34沿对角线方向充磁。第一聚磁环20和第二聚磁环22的磁力线26均朝向定子铁芯11闭合。一对转子永磁磁极所需永磁块的数量及工艺要求均以极下气隙磁场按正弦波分布进行设计，采用多方向充磁永磁块，设计计算聚磁环内永磁块的厚度，使用块数及磁性能参数，获取极下正弦波形的气隙磁场，基波磁动势大，转矩脉动分量小，能量转换效率高，功率密度大。

优选地，第一永磁块31、第二永磁块32、第三永磁块33以及第四永磁块34的长度、厚度以及磁通密度均相同。从而保证各个聚磁段中产生的磁场强度一致，提高电机运行时的稳定性。第一永磁块31、第二永磁块32、第三永磁块33以及第四永磁块34采用高性能磁性材料，优选为铁氧体硬磁材料。

如图4所示，图4为本实用新型的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机的第一定子的安装结构示意图，任意两个相邻的聚磁段中的第一永磁块31的充磁方向相反；任意两个相邻的聚磁段中的第二永磁块32的充磁方向相反；任意两个相邻的聚磁段中的第三永磁块33的充磁方向相反；任意两个相邻的聚磁段中的第四永磁块34的充磁方向相反。

第一定子的励磁绕组14和第二定子的励磁绕组14均为三相对称绕组。第一定子的励磁绕组14与第二定子的励磁绕组14中对应相的相绕组正向串联成为一相绕组，三相绕组连接成星型绕组。或者，第一定子的励磁绕组14和第二定子的励磁绕组14均为三相对称绕组。第一定子的励磁绕组14连接成第一星形绕组，第二定子的励磁绕组14连接成第二星形绕组，第一星形绕组与第二星形绕组并联。第一定子和第二定子的三相绕组通入三相对称电流后，产生与转速同方向的左右旋转磁场，两套外转子永磁电机并联运行在同一输出轴上，输出转矩大，功率密度高，高效节能。

如图5所示，图5为本实用新型的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机的分解示意图，阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机还包括外壳09、第一端盖10以及第二端盖25，外壳09为两端开口的圆筒。第一端盖10固定安装在外壳09的第一端，第二端盖25固定安装在外壳09的第二端，第一端盖10和第二端盖25上均开设有安装孔，转轴19的第一端通过第一轴承13转动套设在第一端盖10的安装孔内，转轴19的第二端通过第二轴承18转动套设在第二端盖25的安装孔内。第一定子、第二定子以及转子均位于外壳09内，第一定子固定设置于第一端盖10的内侧面上，第一定子通多第一端盖10散热，第二定子固定设置于第二端盖25的内侧面上，第二定子通过第二端盖25散热，有效地提高了定子的散热效率，提高了电机的性能。

如图所示，阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机还包括编码器12，编码器12设置于第一端盖10的外侧面上，转轴19的第二端插入编码器12中，通过编码器12来检测转轴19的旋转位移量。

本实用新型基于Halbach阵列式永磁双外转子的电机，其气隙磁场为正弦波，基波磁动势大，转矩脉动分量小，适合于开发高效、高功率密度、高定位精度的永磁同步电机。适当增加各个永磁段中永磁块的数量，合理采用对角线方向充磁的永磁块，有效地改善了径向正弦气隙磁场的波形，提高了波形系数和聚磁环的磁力线26向内聚集度，降低脉动转矩，提高输出力矩。第一聚磁环20和第二聚磁环22向外漏磁甚弱，转子无需磁轭，因此无需转子铁芯。基于Halbach阵列式双外转子永磁电机，增加了转子直径，提高了电机的输出力矩，有效地减少了电机的齿槽转矩，提高了电机性能。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机，其特征在于，所述阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机包括：转轴、第一定子、第二定子以及转子；

所述第一定子和所述第二定子均包括定子铁芯；所述定子铁芯转动套设在所述转轴上，所述定子铁芯上均匀开设有多个定子槽，所述定子槽内放置有励磁绕组；

所述转子包括固定安装盘、第一聚磁环和第二聚磁环；所述固定安装盘固定套设在所述转轴上，所述固定安装盘位于所述第一定子和第二定子之间，所述第一聚磁环和所述第二聚磁环分别与所述固定安装盘的两个相反的面一一对应连接，所述第一聚磁环和所述第二聚磁环以所述固定安装盘对称；

所述第一定子的定子铁芯套设在所述第一聚磁环内，所述第二定子的定铁芯套设在所述第二聚磁环内。

2.如权利要求1所述的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机，其特征在于，所述第一聚磁环和所述第二聚磁环均为Halbach阵列式永磁结构的聚磁环；

所述第一聚磁环和所述第二聚磁环均包括多个聚磁段，所述多个聚磁段依次首尾相接成所述第一聚磁环或所述第二聚磁环。

3.如权利要求2所述的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机，其特征在于，所述聚磁段包括依次排列的第一永磁块、第二永磁块、第三永磁块、以及第四永磁块；

所述第一永磁块沿径向充磁，所述第二永磁块沿对角线方向充磁，所述第三永磁块沿周向充磁，所述第四永磁块沿对角线方向充磁。

4.如权利要求3所述的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机，其特征在于，所述第一永磁块、所述第二永磁块、所述第三永磁块以及所述第四永磁块的长度、厚度以及磁通密度均相同。

5.如权利要求3所述的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机，其特征在于，任意两个相邻的所述聚磁段中的所述第一永磁块的充磁方向相反；任意两个相邻的所述聚磁段中的所述第二永磁块的充磁方向相反；任意两个相邻的所述聚磁段中的所述第三永磁块的充磁方向相反；任意两个相邻的所述聚磁段中的所述第四永磁块的充磁方向相反。

6.如权利要求1-5任意一项所述的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机，其特征在于，所述固定安装盘采用非导磁材料制成。

7.如权利要求1-5任意一项所述的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机，其特征在于，所述第一定子的励磁绕组和所述第二定子的励磁绕组均为三相对称绕组；

所述第一定子的励磁绕组与所述第二定子的励磁绕组中对应相的相绕组正向串联成为一相绕组，三相绕组连接成星型绕组。

8.如权利要求1-5任意一项所述的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机，其特征在于，所述第一定子的励磁绕组和所述第二定子的励磁绕组均为三相对称绕组；

所述第一定子的励磁绕组连接成第一星形绕组，所述第二定子的励磁绕组连接成第二星形绕组，所述第一星形绕组与所述第二星形绕组并联。

9.如权利要求1-5任意一项所述的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机，其特征在于，所述阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机还包括：外壳、第一端盖以及第二端盖；

所述外壳为两端开口的圆筒；所述第一端盖设置于所述外壳的第一端，所述第二端盖设置于所述外壳的第二端；

所述第一定子、所述第二定子以及所述转子均位于所述外壳内，且所述第一定子固定设置于所述第一端盖的内侧面上，所述第二定子固定设置于所述第二端盖的内侧面上；

所述转轴的两端分别与第一端盖和第二端盖一一对应转动连接。

10.如权利要求1-5任意一项所述的阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机，其特征在于，所述阵列式双外转子正弦气隙磁场永磁电机还包括：编码器，所述编码器套设于所述转轴上用于检测所述转轴的旋转位移量。

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