一种非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机制造技术

本发明专利技术公开了一种非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机，包括定子、内转子与外转子，定子与内、外转子间存在气隙。定子的内外两侧均设有导磁齿和齿槽，相对的一对齿槽以及其两侧各半个导磁齿所组成的H形部分称为一个定子模块，分为励磁模块和电枢模块两类，两者交替排布。励磁绕组和电枢绕组位于齿槽中并套在定子的轭部，每个齿槽中有一个励磁绕组或两个电枢绕组。内外转子均为齿槽结构。本电机具有转子结构简单、绕组端部长度短、效率高、功率密度高等特点，可用于电动汽车、风力发电等需要宽调速、高效率、高功率的场合。

【技术实现步骤摘要】
一种非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机
本专利技术涉及的是齿槽型双转子电励磁同步电机，属于电机制造

技术介绍
随着工业的发展，电机在各种大功率、高转速的场合应用越来越广泛。传统的直流电机的电枢电流与励磁电流均可独立调节，有着良好的调速特性，在各种中低速场合应用广泛，但是传统直流电机需要配置电刷和换向器，增加了结构的复杂性，在例如航空航天领域，高转速情况下电刷和换向器会带来一定的风险。旋转感应电机有着结构简单无需电刷与换向器、带载能力强、可靠性高的优点，在各个领域应用十分广泛，但是感应电机的控制较为复杂，同时效率与功率因数偏低，在大功率场合使用会浪费大量电能、增加系统成本。传统的永磁无刷电机兼顾了无刷、高效率、高功率因数的优势，但是永磁体作为昂贵的稀土资源，对温度、振动等因素较为敏感，在大功率背景下，永磁体存在退磁的风险，这对系统的散热提出了较高的要求，增加了系统的复杂度，降低了系统的容错率，另一方面，永磁电机的励磁难以调节，这给弱磁控制带来了一定的难度，进而限制了传统永磁无刷电机在高速领域的应用，提高了系统的复杂度与成本。电励磁磁通切换电机的转子仅由导磁材料构成，结构简单，可靠性高，便于维护；同时，作为电励磁电机，电励磁磁通切换电机便于调磁，调速范围广，应用前景广泛。但由于该电机的励磁绕组和电枢绕组存在重叠，因此增加了端部绕组长度，槽满率低，降低了电机的功率密度。现有研究结果表明，针对该类电机，某特定极距比时，采用分布绕组可以提高电机的输出功率，但分布绕组进一步增加了端部长度。因此，解决该类电机励磁绕组和电枢绕组存在重叠的问题以及提出高性能的绕组布置方式具有重要意义。该类电机在新能源汽车、风力发电或航空航天领域都有着广泛的应用前景。
技术实现思路
针对现有技术上存在的不足，本专利技术目的在于提供一种采用非重叠绕组的双转子齿槽型电励磁同步电机，大大减小了传统电励磁磁通切换电机的端部绕组长度，提高了分布因数，增大了反电势幅值，进而提高了输出功率和功率密度。同时，本专利技术中的非重叠绕组减小了了端部绕组长度、降低了铜耗、提高了电机的效率。本专利技术提出的非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机，包括定子10，分别设置于定子10内、外两侧的内转子11和外转子12，所述定子10和内外转子间存在气隙；所述定子10中设有导磁齿100，所述导磁齿100沿定子径向分布，在定子10的周向等间距排列；相邻两个导磁齿(100)之间为两端向定子内部凹陷的齿槽101；所述定子10中还包括电枢绕组102和励磁绕组103，所述电枢绕组102和励磁绕组103分布于所述齿槽101中，形成电枢模块或励磁模块；所述电枢模块和励磁模块交替设置。进一步地，所述定子齿槽101以及其两侧各半个导磁齿100所组成的H形部分称为一个定子模块104，设置励磁绕组103在所述导磁齿两侧的定子模块称为励磁模块，设置电枢绕组102的称为电枢模块，绕组位于齿槽(101)中并套在定子的轭部。进一步地，所述外转子12和内转子11为齿槽结构；相邻两定子导磁齿中线之间的机械角度为定子极距θs，相邻两转子导磁齿的中心线距离为转子极距θr，所述电枢绕组102的分布方式根据θs/θr来确定，相邻励磁模块的励磁绕组103产生的磁场方向相反。更进一步地，所述定子10包括2*k*m*n个定子模块104，m为电机的相数，k为每个电机单元中同相电枢绕组102串联对数，n为电机单元数；所述电枢绕组102的缠绕方式根据以下θs/θr的不同分为三类：其中，t为非负整数。进一步地，当θs/θr属于a类情况时，同一所述定子槽101内的电枢绕组102绕制方向相反；此类情况下，同一所述定子励磁模块104两侧的两个电枢绕组102称为1对电枢绕组102；同一对电枢绕组102绕制方向相反，并且属于同一相；k对连续的所述电枢绕组102组成一相绕组；包含定子励磁、电枢模块在内，2*m*k个连续定子模块104构成一个电机单元，n个电机单元构成完整的定子10。进一步地，当θs/θr属于b类情况时，同一所述定子槽101内的电枢绕组102绕制方向相同，称为1对电枢绕组102；奇数相时，k/2个连续定子电枢模块104内的电枢绕组102组成一相绕组，偶数相时为k个连续定子电枢模块104内的电枢绕组102组成一相绕组；其中，某一定子电枢模块104内的电枢绕组(102)与其相邻一侧电枢模块的电枢绕组(102)的绕制方向相同，与相邻另一侧电枢模块的电枢绕组102的绕制方向相反；2*m*k个连续定子模块104构成一个电机单元；n个电机单元构成完整的定子10。进一步地，当θs/θr属于c类情况时，同一所述定子槽101内的电枢绕组102绕制方向相同，称为1对电枢绕组102；奇数相时，k/2个连续定子电枢模块104内的电枢绕组102组成一相绕组，偶数相时为k个连续定子电枢模块104内的电枢绕组102组成一相绕组，属于同一相绕组的绕制方向相同；其中，属于同一相的连续若干个电枢绕组102与相邻并属于其他相的电枢绕组102的绕制方向相反；2*m*k个连续定子模块104构成一个电机单元，n个电机单元构成完整的定子10。进一步地，每个电机单元中的励磁绕组103为串联连接，构成励磁绕组单元，n个电机单元之间的励磁绕组单元串联或并联联接；每个电机单元中任意一相电枢绕组由k对电枢绕组102串联组成，n个电机单元依次设置，不同电机单元中属于同相的电枢绕组102串联或并联连接。作为一种优选，所述电枢绕组102和励磁绕组103为铜或超导线圈。作为上述电机的一种变换形式，所述非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机是电动机或发电机。本专利技术电机主要存在如下优点：本专利技术提出的双转子齿槽型电励磁同步电机，电枢绕组与励磁绕组均置于定子上，转子结构简单，便于维护。克服了传统电励磁磁通切换电机励磁绕组和电枢绕组重叠、端部绕组长、分布系数低的缺点。本专利技术提出的非重叠式绕组减少了电机绕组长度、减少铜损，提高绕组的节距因数，进而提高电机功率密度。同时，本专利技术作为电动机运行时，特别适用于需要调速范围宽、高效运行区宽的场合，如电动汽车驱动电机。作为发电机运行时，励磁电流易于调节，可以通过调整绕组的分布方式，实现某一次谐波地消除或削弱，进而提高输出电压的正弦度，进一步提高功率因数，降低对系统的要求。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明：图1本专利技术非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机实施例1电机结构示意图；图2本专利技术非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机实施例1槽矢量示意图；图3本专利技术非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机实施例2电机结构示意图；图4本专利技术非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机实施例2槽矢量示意图；图5本专利技术非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机实施例3电机结构示意图；图6本专利技术非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机实施例3槽矢量示意图；图7本专利技术非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机实施例4电机结构示意图；图8本专利技术非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机实施例4槽矢量示意图；其中，10-定子，11-内转子，12-外转子，100-导磁齿，101-齿槽，102-电枢绕组，103-励磁绕组，104-定子模块。具体实施方式本专利技术提供双转子齿槽型电励磁同步电机，为使本专利技术的目的，技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机，包括定子(10)，分别设置于定子(10)内、外两侧的内转子(11)和外转子(12)，所述定子(10)和内外转子间存在气隙；其特征在于，所述定子(10)中设有导磁齿(100)，所述导磁齿(100)沿定子径向分布，在定子(10)的周向等间距排列；相邻两个导磁齿(100)之间为两端向定子内部凹陷的齿槽(101)；所述定子(10)中还包括电枢绕组(102)和励磁绕组(103)，所述电枢绕组(102)和励磁绕组(103)分布于所述齿槽(101)中，形成电枢模块或励磁模块；所述电枢模块和励磁模块交替设置。

【技术特征摘要】
1.非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机，包括定子(10)，分别设置于定子(10)内、外两侧的内转子(11)和外转子(12)，所述定子(10)和内外转子间存在气隙；其特征在于，所述定子(10)中设有导磁齿(100)，所述导磁齿(100)沿定子径向分布，在定子(10)的周向等间距排列；相邻两个导磁齿(100)之间为两端向定子内部凹陷的齿槽(101)；所述定子(10)中还包括电枢绕组(102)和励磁绕组(103)，所述电枢绕组(102)和励磁绕组(103)分布于所述齿槽(101)中，形成电枢模块或励磁模块；所述电枢模块和励磁模块交替设置。2.根据权利要求1所述的非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机，其特征在于，所述定子齿槽(101)以及其两侧各半个导磁齿(100)所组成的H形部分称为一个定子模块(104)，设置励磁绕组(103)在所述导磁齿两侧的定子模块称为励磁模块，设置电枢绕组(102)的称为电枢模块，绕组位于齿槽(101)中并套在定子的轭部。3.根据权利要求2所述的非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机，其特征在于，所述外转子(12)和内转子(11)为齿槽结构；相邻两定子导磁齿中线之间的机械角度为定子极距θs，相邻两转子导磁齿的中心线距离为转子极距θr，所述电枢绕组(102)的分布方式根据θs/θr来确定，相邻励磁模块的励磁绕组(103)产生的磁场方向相反。4.根据权利要求2所述的非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机，其特征在于，所述定子(10)包括2*k*m*n个定子模块(104)，m为电机的相数，k为每个电机单元中同相电枢绕组(102)串联对数，n为电机单元数；所述电枢绕组(102)的缠绕方式根据以下θs/θr的不同分为三类：其中，t为非负整数。5.根据权利要求4所述的非重叠绕组齿槽型双转子电励磁同步电机，其特征在于，当θs/θr属于a类情况时，同一所述定子槽(101)内的电枢绕组(102)绕制方向相反；此类情况下，同一所述定子励磁模块(104)两侧的两个电枢绕组(102)称为1对电枢绕组(102)；同一对电枢绕组(102)绕制方向相反，并且属于同一相；k对连续的所述电枢绕组(102)组成一相绕组；包含定子励磁、电枢模块在内...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹瑞武，陆鸣航，苏恩超，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32