CN216751485U - 一种永磁双转子电机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种永磁双转子电机，其特征在于，包括：外转子，定子，内转子，转子连接盘；相邻的两个外转子磁钢沿周向长度不同，相邻的两个外转子磁钢的有间隙且间隙相同；所述定子包括：外定子、内定子、散热部分、定子固定座，轴承；所述外定子和内定子固定在所述定子固定座上；所述轴承连接所述定子固定座和所述转子连接盘。本实用新型的技术方案使得双转子电机中的外转子的磁钢弧度不同，内转子的磁钢弧度不同，外转子较长的弧形磁钢与内转子的较短的弧形磁钢相对；外转子的较短的弧形磁钢与内转子的较长的弧形磁钢相对；进一步减小了齿槽转距，在保证较高转距密度的同时，降低了转距脉动，进一步提高了电机的功率密度。

Description

一种永磁双转子电机
技术领域
本实用新型涉及电机领域，尤其涉及一种永磁双转子电机。
背景技术
国外已公发的双转子径向磁场永磁电机是由一台外转子永磁电机和一台内转子永磁电机套在一起并共用一个定子的新型电机，该电机内外转子磁体采用常规磁体结构，即电机内外转子磁体的块数都与电机的极数相等，每块磁体形成电机的一个磁极，因此该电机低气隙磁密的本质没有变化，限制了该种电机性能的进一步提高；同时，该电机采用常规磁体结构，所产生的气隙磁密波形为梯形波，因此相电势波形也是梯形波，并不适应于正弦交流电源供电。
永磁电机的齿槽转矩是绕组不通电时永磁磁场与开槽铁心之间相互作用产生的转矩，会对电机的稳定运行产生不利的影响，并可能产生振动和噪声，是影响电机速度控制和位置控制系统性能，是永磁电机设计中需要重点考虑的问题之一。对于表面式及普通内置式等的永磁电机，其齿槽转矩的削弱措施可以分为四类：改变电枢齿数与电机极数的配合，改变电枢参数，改变永磁转子参数，通过电机控制方法抵消齿槽转矩的影响。
现有双转子电机尽管利用切削永磁体、斜极斜槽、优化齿部形状或采用复杂的驱动算法，可以一定程度上减少齿槽转矩和转矩脉动，但也不可避免造成输出转矩的下降并且增加制造难度，因此，现有双转子电机存在转矩密度提升和转矩脉动抑制两者不协调问题。
实用新型内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是在保持双转子电机转距密度的同时降低转距脉动。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种永磁双转子电机，包括：
外转子，定子，内转子，转子连接盘；其中定子在外转子和内转子之间；外转子
与定子之间有外气隙；内转子与定子之间有内气隙；
所述外转子，包括：
外转子轭，用于固定外转子磁钢；
N(N>=2)个外转子磁钢组，沿圆筒型外转子轭周向设置为均匀分布，其中外转子磁钢组设置为2个沿周向排列的且极性相异的外转子磁钢，任意相邻的两个外转子磁钢的极性相异，任意相邻的两个外转子磁钢沿周向长度不同，任意相邻的两个外转子磁钢有间隙且间隙相同；
所述内转子，包括：
内转子轭，用于固定内转子磁钢；
N(N>=2)个内转子磁钢组，沿圆筒型内转子轭周向设置为均匀的分布，其中内转子磁钢组设置为2个沿周向排列的且极性相异的内转子磁钢，任意相邻的两个内转子磁钢的极性相异，任意相邻的两个内转子磁钢沿周向长度不同；任意相邻的两个内转子磁钢有间隙且间隙相同；
所述转子连接盘，用于固定外转子轭和内转子轭，使得外转子轭和内转子轭有共同的轴心，使得外转子轭和内转子轭的转速相同；
所述外转子磁钢与所述内转子磁钢一一对应；外转子轭上较长的磁钢的中垂面与内转子轭上的较短的磁钢的中垂面共面；外转子轭上较短的磁钢的中垂面与内转子轭上较长的磁钢的中垂面共面；
所述定子包括：外定子、内定子、散热部分、定子固定座，轴承；所述散热部分包括在所述定子上的通孔，部分所述通孔用于固定所述定子在所述定子固定座上；
所述外定子和内定子固定在所述定子固定座上；所述轴承连接所述定子固定座和所述转子连接盘。
进一步地，所述磁钢为径向充磁，所述磁钢为扇形、矩形或梯形为底面的柱型结构。
进一步地，所述外转子磁钢为沿周向的弧形磁钢。
进一步地，所述外转子磁钢与内转子磁钢一一相对且极性相同。
进一步地，所述外转子轭上的磁钢厚度要小于内转子轭上的磁钢厚度。
进一步地，所述轴承的外轴固定在所述定子固定座上，所述轴承的内轴与所述转子连接盘连接。
进一步地，所述内转子磁钢沿周向的内边长大于外边长。
进一步地，所述外转子磁钢沿周向的内边长小于外边长。
进一步地，所述外转子磁钢表贴式固定外转子轭的内侧。
进一步地，所述内转子磁钢表贴式固定内转子轭的外侧。
进一步地，所述外转子磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5~1.3:1。
进一步地，所述内转子磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5~1.1:1。
进一步地，所述外定子包括：外定子槽用于设置电磁线圈，外定子齿用于固定电磁线圈，定子轭用于连接所述外定子槽和所述外定子齿；
所述内定子包括：内定子槽用于设置电磁线圈，内定子齿用于固定电磁线圈，定子轭用于连接所述内定子槽和所述内定子齿；
所述外定子槽与所述内定子槽一一相对且槽数相等；所述外定子齿与所述内定子齿一一相对；且齿数相等；
所述散热部分包括：若干冷却液通道在若干内定子与外定子之间，冷却液通道之间有热敏流体通过，用于将定子产生的热量带走。
进一步地，内外定子槽的数量是内外转子磁钢数量的三倍。
进一步地，外定子槽内设置有三相星型外绕组，内定子槽内设置有三相星型内绕组。
进一步地，内外绕组可以独立控制、串联或者并联。
进一步地，所述外定子的铁心和内定子的铁心是一体结构。
进一步地，所述外定子的铁心和内定子的铁心是分体结构。
本实用新型的技术方案使得双转子电机中的外转子的磁钢由弧度不同的磁钢组组成，内转子的磁钢由弧度不同的磁钢组组成，外转子较长的弧形磁钢与内转子的较短的弧形磁钢相对；外转子的较短的弧形磁钢与内转子的较长的弧形磁钢相对；进一步减小了齿槽转距，在保证较高转距密度的同时，降低了转距脉动，同时定子内的散热装置有利于带走电机运行时定子产生的热量，进一步提高了电机的功率密度。
以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本实用新型的一个较佳实施例的双转子电机爆炸图；
图2是本实用新型的一个较佳实施例的双转子电机的双转子立体图；
图3是本实用新型的一个较佳实施例的双转子电机的定子装配图；
图4是本实用新型的一个较佳实施例的双转子电机的定子铁心平面图；
图5是本实用新型的一个较佳实施例的双转子电机的冷却管和冷却液通道立体图;
图6是本实用新型的一个较佳实施例的双转子电机的外转子磁钢和内转子磁钢的位置图；
图7是本实用新型的一个较佳实施例的双转子电机的外转子转距和内转子转距的叠加转距波动图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本实用新型的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本实用新型可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本实用新型的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本实用新型并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如1图所示，本实用新型的一个较佳实施例是一种永磁双转子电机，包括：
如1图所示，其中定子4在外转子和内转子之间；外转子与定子4之间有外气隙；内转子与定子4之间有内气隙；外转子磁钢6设置在外转子轭1上，内转子磁钢7设置在内转子轭2上，转子连接盘3固定外转子轭1和内转子轭2，使得外转子轭1和内转子轭2有共同的轴心，使得外转子轭1和内转子轭2的转速相同；定子铁芯8固定在定子固定座5上，循环冷却液的冷却液通道位于定子固定座5的内部，并通过连接管17连接到外部压缩机。热敏流体通过冷却管9用于冷却液的循环，将定子4产生的热量带走。定子4包括：外定子、内定子、散热部分；外转子轭1和内转子轭2外定子和内定子固定在定子固定座5上；轴承15连接定子固定座5和转子连接盘3。轴承的外轴11固定在定子固定座上，轴承的内轴12与转子连接盘连接。散热部分包括若干在定子上的通孔，部分通孔用于固定定子在定子固定座上。
如图2所示，外转子，包括：
外转子轭，用于固定外转子磁钢6为N(N>=2)个外转子磁钢组，沿圆筒型外转子轭周向设置为均匀分布，其中外转子磁钢组设置为2个沿周向排列的且极性相异的外转子磁钢，任意相邻的两个外转子磁钢的极性相异，任意相邻的两个外转子磁钢沿周向长度不同，任意相邻的两个外转子磁钢的有间隙且间隙相同；
内转子，包括：
内转子轭，用于固定内转子磁钢7为N(N>=2)个内转子磁钢组，沿圆筒型内转子轭周向设置为均匀的分布，其中内转子磁钢组设置为2个沿周向排列的且极性相异的内转子磁钢，任意相邻的两个内转子磁钢的极性相异，任意相邻的两个内转子磁钢沿周向长度不同；任意相邻的两个内转子磁钢的有间隙且间隙相同；
转子连接盘3，用于固定外转子轭和内转子轭，使得外转子轭和内转子轭有共同的轴心，使得外转子轭和内转子轭的转速相同。
如图3所示，定子包括：外定子、内定子、散热部分、定子固定座，轴承；
外定子和内定子固定在定子固定座上；轴承连接定子固定座和转子连接盘。
如图4所示，外定子的铁心和内定子的铁心是一体结构。外定子包括：外定子槽用于设置电磁线圈，外定子齿用于固定电磁线圈，定子轭用于连接外定子槽和外定子齿；内定子包括：内定子槽用于设置电磁线圈，内定子齿用于固定电磁线圈，定子轭用于连接内定子槽和内定子齿；外定子槽与内定子槽一一相对且槽数相等；外定子齿与内定子齿一一相对；且齿数相等；
内外定子槽的数量是内外转子磁钢数量的三倍。
外定子槽内设置有三相星型外绕组，内定子槽内设置有三相星型内绕组。
内外绕组可以独立控制、串联或者并联。
优选的，外定子的铁心和内定子的铁心是分体结构。
如图5所示，散热部分包括：若干冷却液通道10在若干内定子与外定子之间，冷却液通道10之间有热敏流体通过冷却管9用于冷却液的循环。
冷却管通过环氧树脂胶固定定子铁芯是定子固定座5的主要元件，用于将定子产生的热量带走。循环冷却液的冷却液通道10位于定子固定座的内部，并通过连接管连接到外部压缩机。
如图6所示，外转子磁钢6与内转子磁钢7一一对应；外转子轭上较长的磁钢的中垂面与内转子轭上的较短的磁钢的中垂面共面；外转子轭上较短的磁钢的中垂面与内转子轭上较长的磁钢的中垂面共面；磁钢为径向充磁，磁钢为扇形、矩形或梯形为底面的柱型结构。外转子磁钢为沿周向的弧形磁钢。外转子磁钢与内转子磁钢一一相对且极性相同。外转子轭上的磁钢厚度要小于内转子轭上的磁钢厚度。内转子磁钢沿周向的内边长大于外边长。外转子磁钢沿周向的内边长小于外边长。外转子磁钢表贴式固定外转子轭的内侧。内转子磁钢表贴式固定内转子轭的外侧。外转子磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5~1.3:1。内转子磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5~1.1:1。
本实用新型的另一个较佳实施例是一种永磁双转子电机包括：
12个外转子磁钢组沿圆筒型外转子轭周向设置为均匀分布，其中外转子磁钢组设置为2个沿周向排列的且极性相异的外磁钢，任意相邻的两个外磁钢的极性相异，任意相邻的两个外磁钢沿周向长度不同，任意相邻的两个外磁钢的有间隙且间隙相同；长度不同磁钢交替排列减少了齿槽转距；
12个内转子磁钢组沿圆筒型内转子轭周向设置为均匀的分布，其中外转子磁钢组，设置为2个沿周向排列的且极性相异的内磁钢，任意相邻的两个内磁钢的极性相异，任意相邻的两个内磁钢沿周向长度不同；任意相邻的两个内磁钢的有间隙且间隙相同；长度不同磁钢交替排列减少了齿槽转距；
转子连接盘，用于固定外转子轭和内转子轭，使得外转子轭和内转子轭有共同的 轴心，使得外转子轭和内转子轭的转速相同；外转子和内转子提供的转距叠加进一步减少 了齿槽转距；如图7所示，外转子提供的转距201，内转子提供的转距202，叠加的转距203，可 以明显看到转距波动减少。如图7所示：外转子提供的转距201，内转子提供的转距202，叠加 的转距203，可以明显看到转距波动减少。通过软件模拟获得的转距波动数值如下：
转距脉动 最大值 平均值 最小值
瞬间总转距 62.9267 62.0582 61.2032
外转子提供瞬间转距 27.1005 22.6052 17.9061
内转子提供瞬间转距 43.897 39.4529 34.2016
如1图所示，外转子磁钢6设置在外转子轭1上，内转子磁钢7设置在内转子轭2上，转子连接盘3固定外转子轭1和内转子轭2，使得外转子轭1和内转子轭2有共同的轴心，使得外转子轭1和内转子轭2的转速相同；其中定子4在外转子和内转子之间；外转子与定子4之间有外气隙；内转子与定子4之间有内气隙；定子铁芯8固定在定子固定座5上，循环冷却液的冷却液通道位于定子固定座5的内部，并通过连接管17连接到外部压缩机。热敏流体通过冷却管9用于冷却液的循环，将定子4产生的热量带走。定子4包括：外定子、内定子、散热部分；外转子轭1和内转子轭2外定子和内定子固定在定子固定座5上；轴承15连接定子固定座5和转子连接盘3。轴承的外轴11固定在定子固定座上，轴承的内轴12与转子连接盘连接。
如图2所示，外转子，包括：
外转子轭，用于固定外转子磁钢为12个外转子磁钢组，24个外转子磁钢沿圆筒型外转子轭周向设置为均匀分布，其中外转子磁钢组设置为2个沿周向排列的且极性相异的外转子磁钢，任意相邻的两个外转子磁钢的极性相异，任意相邻的两个外转子磁钢沿周向长度不同，任意相邻的两个外转子磁钢的有间隙且间隙相同；
内转子，包括：
内转子轭，用于固定内转子磁钢为12个内转子磁钢组，24个内转子磁钢沿圆筒型内转子轭周向设置为均匀的分布，其中内转子磁钢组设置为2个沿周向排列的且极性相异的内转子磁钢，任意相邻的两个内转子磁钢的极性相异，任意相邻的两个内转子磁钢沿周向长度不同；任意相邻的两个内转子磁钢的有间隙且间隙相同；
转子连接盘，用于固定外转子轭和内转子轭，使得外转子轭和内转子轭有共同的轴心，使得外转子轭和内转子轭的转速相同。外转子轭和内转子轭的端部用于与转子连接盘固定。
如图3所示，定子包括：外定子、内定子、散热部分；
外定子和内定子固定在定子固定座上；轴承连接定子固定座和转子连接盘。
如图4所示，外定子的铁心和内定子的铁心是一体结构。外定子包括：外定子槽用于设置电磁线圈，外定子齿用于固定电磁线圈，定子轭用于连接外定子槽和外定子齿；内定子包括：内定子槽用于设置电磁线圈，内定子齿用于固定电磁线圈，定子轭用于连接内定子槽和内定子齿；外定子槽与内定子槽一一相对且槽数相等；外定子齿与内定子齿一一相对；且齿数相等；
内外定子槽的数量是72个。
外定子槽内设置有三相星型外绕组，内定子槽内设置有三相星型内绕组。
内外绕组可以独立控制、串联或者并联。
优选的，外定子的铁心和内定子的铁心是分体结构。
如图5所示，散热部分包括：若干冷却液通道10在若干内定子与外定子之间，冷却液通道10之间有热敏流体通过冷却管9用于冷却液的循环。
冷却管通过环氧树脂胶固定定子铁芯是定子固定座的主要元件，用于将定子产生的热量带走。循环冷却液的冷却液通道位于定子固定座的内部，并通过连接管连接到外部压缩机。
如图6所示，外转子磁钢6与内转子磁钢7一一对应；外转子轭上较长的磁钢的中垂面与内转子轭上的较短的磁钢的中垂面共面；外转子轭上较短的磁钢的中垂面与内转子轭上较长的磁钢的中垂面共面；磁钢为径向充磁，磁钢为扇形、矩形或梯形为底面的柱型结构。外转子磁钢为沿周向的弧形磁钢。外转子磁钢与内转子磁钢一一相对且极性相同。外转子轭上的磁钢厚度要小于内转子轭上的磁钢厚度。内转子磁钢沿周向的内边长大于外边长。外转子磁钢沿周向的内边长小于外边长。外转子磁钢表贴式固定外转子轭的内侧。内转子磁钢表贴式固定内转子轭的外侧。外转子磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5~1.3:1。内转子磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5~1.1:1。
本实用新型的技术方案使得双转子电机中的外转子的磁钢由弧度不同的磁钢组组成，内转子的磁钢由弧度不同的磁钢组组成，外转子较长的弧形磁钢与内转子的较短的弧形磁钢相对；外转子的较短的弧形磁钢与内转子的较长的弧形磁钢相对；进一步减小了齿槽转距，在保证较高转距密度的同时，降低了转距脉动，同时定子内的散热装置有利于带走电机运行时定子产生的热量，进一步提高了电机的功率密度。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (18)

1.一种永磁双转子电机，其特征在于，包括：
外转子，定子，内转子，转子连接盘；其中定子在外转子和内转子之间；外转子与定子之间有外气隙；内转子与定子之间有内气隙；
所述外转子，包括：
外转子轭，用于固定外转子磁钢；
N>＝2个外转子磁钢组，沿圆筒型外转子轭周向设置为均匀分布，其中外转子磁钢组设置为2个沿周向排列的且极性相异的外转子磁钢，任意相邻的两个外转子磁钢的极性相异，任意相邻的两个外转子磁钢沿周向长度不同，任意相邻的两个外转子磁钢有间隙且间隙相同；
所述内转子，包括：
内转子轭，用于固定内转子磁钢；
N>＝2个内转子磁钢组，沿圆筒型内转子轭周向设置为均匀的分布，其中内转子磁钢组设置为2个沿周向排列的且极性相异的内转子磁钢，任意相邻的两个内转子磁钢的极性相异，任意相邻的两个内转子磁钢沿周向长度不同；任意相邻的两个内转子磁钢有间隙且间隙相同；
所述转子连接盘，用于固定外转子轭和内转子轭，使得外转子轭和内转子轭有共同的轴心，使得外转子轭和内转子轭的转速相同；
所述外转子磁钢与所述内转子磁钢一一对应；外转子轭上较长的磁钢的中垂面与内转子轭上的较短的磁钢的中垂面共面；外转子轭上较短的磁钢的中垂面与内转子轭上较长的磁钢的中垂面共面；
所述定子包括：外定子、内定子、散热部分、定子固定座，轴承；所述散热部分包括在所述定子上的通孔，部分所述通孔用于固定所述定子在所述定子固定座上；
所述外定子和内定子固定在所述定子固定座上；所述轴承连接所述定子固定座和所述转子连接盘。
2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述磁钢为径向充磁，所述磁钢为扇形、矩形或梯形为底面的柱型结构。
3.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述外转子磁钢为沿周向的弧形磁钢。
4.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述外转子磁钢与内转子磁钢一一相对且极性相同。
5.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述外转子轭上的磁钢厚度要小于内转子轭上的磁钢厚度。
6.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述轴承的外轴固定在所述定子固定座上，所述轴承的内轴与所述转子连接盘连接。
7.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述内转子磁钢沿周向的内边长大于外边长。
8.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述外转子磁钢沿周向的内边长小于外边长。
9.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述外转子磁钢表贴式固定外转子轭的内侧。
10.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述内转子磁钢表贴式固定内转子轭的外侧。
11.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述外转子磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5～1.3:1。
12.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述内转子磁钢组两个沿周向长度不同的磁钢的长度比值范围1.5～1.1:1。
13.如权利要求1所述的电机，其特征在于，
所述外定子包括：外定子槽用于设置电磁线圈，外定子齿用于固定电磁线圈，定子轭用于连接所述外定子槽和所述外定子齿；
所述内定子包括：内定子槽用于设置电磁线圈，内定子齿用于固定电磁线圈，定子轭用于连接所述内定子槽和所述内定子齿；
所述外定子槽与所述内定子槽一一相对且槽数相等；所述外定子齿与所述内定子齿一一相对且齿数相等；
所述散热部分包括：若干冷却液通道在若干内定子与外定子之间，冷却液通道之间有热敏流体通过，用于将定子产生的热量带走。
14.如权利要求13所述的电机，其特征在于，内外定子槽的数量是内外转子磁钢数量的三倍。
15.如权利要求13或14任意一条所述的电机，其特征在于，外定子槽内设置有三相星型外绕组，内定子槽内设置有三相星型内绕组。
16.如权利要求15所述的电机，其特征在于，内外绕组可以独立控制、串联或者并联。
17.如权利要求13所述的电机，其特征在于，所述外定子的铁心和内定子的铁心是一体结构。
18.如权利要求13所述的电机，其特征在于，所述外定子的铁心和内定子的铁心是分体结构。
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