CN217240428U - 双转子盘式电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电机领域，具体涉及双转子盘式电机，包括定子、转子、转轴和机壳，所述的转子共设置两个，两个转子平行分布在定子的两侧，所述的转子包括转子背板、导磁板和磁钢，所述的磁钢设置有多个且沿着周向依次拼接呈圆环状，两个转子上位置对应的一组磁钢在轴向上的投影相互错开，且这两个磁钢之间的夹角为磁钢夹角θ，θ＝a*360°/LCM(Z1，2p)其中：a＝0.3‑0.8，LCM是最小公倍数，Z1定子槽数、p电机极对数。经过有限元仿真和实验验证可以得出，磁钢夹角θ的设置可以削弱齿谐波电势，齿槽转矩和转矩脉动得到了显著的减小，降低电机产生振动和噪声，提高电机运行平稳性，电机性能得到了良好的提升。
Description
技术领域
本实用新型涉及电机领域，具体涉及双转子盘式电机。
背景技术
永磁同步电机用高性能永磁材料替代了励磁绕组的使用，电机结构更为简单，电机运行无转子绕组的铜耗。永磁同步电机高效率、高功率密度、宽调速范围、高控制精度、低噪声、高可靠性等显著优点，因此在电动汽车驱动方面具有较高的应用价值，已经受到国内外电动汽车界的高度重视。但是永磁同步电机之间的齿槽效应和磁场非正弦性的影响，永磁同步电机往往伴随着有较大的齿谐波电势、齿槽转矩以及转矩脉动，大大影响电机的控制精度，限制了它在高质量系统中的应用。为了提高电机的控制精度，国内外专家和学者提出了各种解决方案，定子斜槽和转子斜极为主要采用的方法。这两种方法在削弱齿谐波的同时也会削弱主磁场，从而造成输出转矩的减小。这是一对不可调和的矛盾。在追求转矩的平滑性，比然要牺牲一定的转矩密度，反之亦然。随着广大用户日益增长的舒适性需求，如何平衡两者是急需解决的问题，尤其是盘式电机如何解决这一问题目前更是没有任何办法。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种齿槽转矩小，转速平稳的双转子盘式电机。
为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种双转子盘式电机，包括定子、转子、转轴和机壳，所述的转子共设置两个，两个转子平行分布在定子的两侧，所述的转子包括转子背板、导磁板和磁钢，所述的磁钢设置有多个且沿着周向依次拼接呈圆环状，两个转子上位置对应的一组磁钢在轴向上的投影相互错开，且这两个磁钢之间的夹角为磁钢夹角θ，θ＝a*360°/LCM (Z1，2p)
其中：a＝0.3-0.8，LCM是最小公倍数，Z1定子槽数、p电机极对数。
由于采用以上技术方案，经过有限元仿真和实验验证可以得出，磁钢夹角θ的设置可以削弱齿谐波电势，齿槽转矩和转矩脉动得到了显著的减小，降低电机产生振动和噪声，提高电机运行平稳性，电机性能得到了良好的提升。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是两个转子轴向投影原理图；
图3是转子剖视图；
图4是电机空载状态下的转矩波形；
图5是电机在二分之一额定负载状态下的转矩波形；
图6是电机在额定负载状态下的转矩波形；
图7是磁钢的结构图；
图8是图7中磁钢的仿真模型图；
图9是图8中模型在不同极弧系数和磁极偏移距离下转矩波形图；
图10-13分为四种不同结构的磁钢截面图；
图14是图10的仿真模型图；
图15是图11的仿真模型图；
图16-19是图10-13等效为长方体磁钢后磁钢截面图。
具体实施方式
一种双转子盘式电机，包括定子10、转子20、转轴30和机壳40，所述的转子20共设置两个，两个转子20平行分布在定子10的两侧，所述的转子20 包括转子背板21、导磁板22和磁钢23，所述的磁钢23设置有多个且沿着周向依次拼接呈圆环状，两个转子20上位置对应的一组磁钢23在轴向上的投影相互错开，且这两个磁钢23之间的夹角为磁钢夹角θ，
θ＝a*360°/LCM(Z1，2p)
其中：a＝0.3-0.8，LCM是最小公倍数，Z1定子槽数、p电机极对数。
本实用新型中的轴向是指电机的轴线方向，两个转子20上位置对应的一组磁钢23是指在轴向上投影中距离最近的两片磁钢。目前双转子盘式电机中，一组磁钢23在轴向方向上的投影是完全重合的。现在我们将本来相互重合的一组磁钢错开布置，也就是将这一组磁钢绕转子的圆心倾斜一定角度，该角度就是磁钢夹角θ，从而构成分段斜极结构。经过有限元仿真和多次实验验证可以得出，磁钢夹角θ的设置可以削弱齿谐波电势，齿槽转矩和转矩脉动得到了显著的减小，降低电机产生振动和噪声，提高电机运行平稳性，电机性能得到了良好的提升。
所述的磁钢23的径向厚度为逐渐变化的结构。
所述的磁钢23的外环面231的轴向投影为正弦曲线。
所述的磁钢23的内环面232的轴向投影为正弦曲线。
所述的磁钢23的外环面231的轴向投影为正弦曲线，所述的磁钢23的内环面232的轴向投影为正弦曲线，其中外环面231和内环面232弯曲方向相反。
所述的θ＝a*360°/LCM(Z1，2p)中的a＝0.5。
所述的磁钢23沿着导磁板22的周向均匀间隔布置，磁钢23的外环面231 抵靠在转子背板21的内侧壁211上，磁钢23的内环面232旁侧设置用于将磁钢23朝向转子背板21的内侧壁211一侧挤压的锁紧单元24。锁紧单元可以为抵靠在磁钢上的弹性夹，或者压块等。
所述的转子背板21为开口状壳体，导磁板22整体呈圆柱状，导磁板22 置于转子背板21的空腔内，磁钢23贴附在导磁板22靠近转子背板21开口处一侧的表面上。
磁钢23被挤压在转子背板21内侧壁和锁紧单元之间，磁钢被牢牢的锁紧在转子背板上，磁钢23的位置固定也就实现了对导磁板22的限位。转子背板 21、锁紧单元和磁钢23形成完整的力的传递路径，对导磁板和磁钢进行可靠的机械固定，紧固的可靠性更高，大幅度提升了转子的稳定性。
所述的磁钢23由多组磁钢单元233组成，磁钢单元233沿着径向方向依次并排，自磁钢23外环到内环的磁钢单元233周向宽度逐渐递增或是递减，多个磁钢单元233组合成的外环面231/内环面232呈大致的正弦曲线。
下面结合有限元仿真数据等进行具体的分析：
双转子电机中的两个转子上磁钢错开一定角度(磁钢夹角θ)，在极弧系数取为0.7的条件下分析，电机空载状态下的转矩波形如图4所示；机在二分之一额定负载状态下的转矩波形如图5所示；电机在额定负载状态下的转矩波形如图6所示；
由4-6可以看出，电机在不同的负载下，转矩脉动都有明显的减小，转矩更加平稳。
进一步的，对不同形状的磁钢进行仿真，磁钢23的径向厚度为逐渐变化的结构，通俗的讲就是磁钢23两边薄中间厚，如图7所示，将磁钢的外环面设计成圆弧形(轴向投影为圆弧形)，其仿真模型如图8所示。参数化仿真分析磁钢极弧系数和圆弧的最大偏移距离这两个参数，得到转矩波形如图9所示。
转子磁钢表面圆弧方案的转矩与原方案转矩的对比。
表1
由表1可见，合适的极弧系数配合合适的磁钢圆弧偏心距可以非常有效的减小转矩脉动。
更进一步的，图10-13为磁钢23的内环面231的轴向投影为三种曲率不同的正弦曲线，图13为磁钢23的外环面231和内环面232的轴向投影均为正弦曲线，图14、l5是对正弦曲线磁钢10和11分别建立仿真模型；为了便于说明将图10、11、12、13中磁钢依次定义为磁钢1、磁钢2、磁钢3、磁钢4。
经分析得到不同极弧系数下正弦曲线磁钢10-正弦曲线磁钢11的转矩波形部分结果统计在表2中。
表2
由表2可见，正弦曲线磁钢1、2、3和4配合合适的极弧系数，都能够大幅度减小电机的转矩脉动。
再进一步的，虽然正弦曲线磁钢在减小转矩脉动上具有较大的优势，但是正弦曲线表面在生产制造工艺上较为复杂。利用面积相同的等效原则，将正弦曲线磁钢等效为长方体磁钢，命名为磁钢1_2、2_2、3_2和4_2，如图16—图19所示，具体为图10正弦曲线磁钢等效为磁钢16，图11正弦曲线磁钢等效为磁钢17，图12正弦曲线磁钢等效为磁钢18，图13正弦曲线磁钢等效为磁钢19。将正弦磁钢和等效磁钢的转矩统计于表3中。由表3可见等效前后电机转矩和转矩脉动的差距都较小。可以认为正弦曲线磁钢的矩形磁钢等效是可行的。
表3正弦曲线磁钢和等效磁钢的转矩对比
Claims (9)
1.一种双转子盘式电机，其特征在于：包括定子(10)、转子(20)、转轴(30)和机壳(40)，所述的转子(20)共设置两个，两个转子(20)平行分布在定子(10)的两侧，所述的转子(20)包括转子背板(21)、导磁板(22)和磁钢(23)，所述的磁钢(23)设置有多个且沿着周向依次拼接呈圆环状，两个转子(20)上位置对应的一组磁钢(23)在轴向上的投影相互错开，且这两个磁钢(23)之间的夹角为磁钢夹角θ，
θ＝a*360°/LCM(Z1，2p)
其中：a＝0.3-0.8，LCM是最小公倍数，Z1定子槽数、p电机极对数。
2.根据权利要求1所述的双转子盘式电机，其特征在于：所述的磁钢(23)的径向厚度为从两边向中间逐渐增大。
3.根据权利要求2所述的双转子盘式电机，其特征在于：所述的磁钢(23)的外环面(231)的轴向投影为正弦曲线。
4.根据权利要求2所述的双转子盘式电机，其特征在于：所述的磁钢(23)的内环面(232)的轴向投影为正弦曲线。
5.根据权利要求2所述的双转子盘式电机，其特征在于：所述的磁钢(23)的外环面(231)的轴向投影为正弦曲线，所述的磁钢(23)的内环面(232)的轴向投影为正弦曲线，其中外环面(231)和内环面(232)弯曲方向相反。
6.根据权利要求3或4或5所述的双转子盘式电机，其特征在于：所述的θ＝a*360°/LCM(Z1，2p)中的a＝0.5。
7.根据权利要求6所述的双转子盘式电机，其特征在于：所述的磁钢(23)沿着导磁板(22)的周向均匀间隔布置，磁钢(23)的外环面(231)抵靠在转子背板(21)的内侧壁(211)上，磁钢(23)的内环面(232)旁侧设置用于将磁钢(23)朝向转子背板(21)的内侧壁(211)一侧挤压的锁紧单元(24)。
8.根据权利要求7所述的双转子盘式电机，其特征在于：所述的转子背板(21)为开口状壳体，导磁板(22)整体呈圆柱状，导磁板(22)置于转子背板(21)的空腔内，磁钢(23)贴附在导磁板(22)靠近转子背板(21)开口处一侧的表面上。
9.根据权利要求8所述的双转子盘式电机，其特征在于：所述的磁钢(23)由多组磁钢单元(233)组成，磁钢单元(233)沿着径向方向依次并排，自磁钢(23)外环到内环的磁钢单元(233)周向宽度逐渐递增或是递减，多个磁钢单元(233)组合成的外环面(231)/内环面(232)呈大致的正弦曲线。
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