一种定子永磁型双转子磁场调制电机及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种定子永磁型双转子磁场调制电机及其设计方法，包括一个定子，内转子和外转子，定子介于两个转子之间，永磁体以辐射状嵌于定子轭部，充磁方向为圆周切向且N极和S极交替排列；内外两个转子在位置上相差半个转子极距，且旋转方向和转速相同。电枢绕组采用集中绕组方式。本发明专利技术将两个双凸极结构的电机合并而成，同一相线圈磁链是互补的，单线圈磁链是单极性的，合成绕组磁链是双极性的；还有该电机结构具有磁场调制效应，因此该电机较常规的凸极结构电机具有更高的反电势和转矩性能；电枢加载后，产生的电枢磁场不会经过永磁体，保证了永磁体不会因为电流过大而退磁。此电机转子仅由凸极结构的硅钢片叠压而成，具有较好的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种定子永磁型双转子磁场调制电机及其设计方法
本专利技术涉及双转子电机，磁场调制电机和定子永磁型电机。适用于对电机体积和转矩能力要求较高的应用场合，如：电动汽车，航空航天等。
技术介绍
随着科学技术的发展，现阶段很多场合需要应用到一些体积小但转矩高的电机来驱动，现阶段的永磁电机所用的稀土永磁体具有高磁能积，能在气隙中产生高磁密，因此其与电励磁电机相比，结构更加紧凑，转矩密度更高。在永磁电机中，根据永磁体排布位置的不同可以分为转子永磁型电机，定子永磁型电机和定转子型永磁电机。中国专利技术专利申请号201610967790.X公开了一种转子永磁型磁通切换轮毂电机，与传统的磁通切换电机相比，该专利技术将永磁体从定子侧转移到转子侧，避免了永磁体占用绕组空间；但是永磁体在转子上不利于永磁体散热，而且作为轮毂电机，其转子鲁棒性较差。中国专利技术专利申请号201220732260.4公开了一种定子永磁型电机，其结构就是磁通切换电机，定子采用E型结构的硅钢片材料，能将相绕组之间相互隔离；另外转子是简单的凸极结构，具有良好的鲁棒性。定子上的永磁体材料进行了分块处理，块与块之间还加入了直流励磁绕组，这就增加了电机的加工难度，而且增大了电机的铜耗；与常规的磁通切换电机相同，公开的电机也需要工作在铁芯磁场饱和的情况下，这就导致电机的过载性能比较差。中国专利技术专利申请号201310615118.0公开了一种定转子永磁型电机结构，该种电机结构定转子上都排布有永磁体材料，定子虚槽内排布有Halbach阵列的永磁体，其具有聚磁效应，能减少电机的漏磁；转子上的槽内都排布着单励磁方向的永磁体，这能有效地增加电机气隙中的磁场强度，提升电机性能；但是，其永磁体用量较大，增加了电机的制造成本，转子上排布永磁体材料，不利于转子永磁体的散热；另外该电机属于游标电机结构，其功率因数偏低。中国专利技术专利申请号201410594571.2公开了一种绕组互补型多相半齿绕磁通切换电机，该电机具有单相绕组的线圈互相补充，永磁体在单个线圈上形成的磁链的是单极性的，各相绕组中圆心角相隔180°的两个线圈内的永磁磁链极性和相位都相同，但是相差90°的两个线圈内的永磁磁链极性相反且相位相差180°，因此电机的绕组线圈具备互补型。但是这种电机与传统的磁通切换电机一样，永磁体用量较大，制造成本较高。另外该电机中用到的E型定子减少槽面积，降低绕组匝数。现阶段，高磁能积的稀土永磁体高温易退磁，由于转子永磁型电机的散热条件较差，更容易造成高温条件，因此在磁场高速变化情况下更倾向于选择定子永磁型电机；关于减少稀土永磁体用量，并且保持电机性能在较高水平，即提升单位永磁体的利用效率的研究专利还比较少。
技术实现思路
本专利技术根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种定子永磁型双转子磁场调制电机及其设计方法，目的在于提高定子永磁型电机的永磁体利用率，提升电机的转矩密度；满足1+1>2的性能放大效果。为解决上述的问题，本专利技术的电机的技术方案如下：一种定子永磁型双转子磁场调制电机，该电机由内向外依次包括内转子(1)，定子(2)和外转子(4)，内转子(1)与定子(2)之间、定子(2)和外转子(4)均留有气隙；所述定子(2)的轭部嵌有辐射状永磁体(3)，采用切向励磁，辐射状永磁体(3)的N极和S极沿着圆周交替排列；定子上的定子外侧齿(8)和定子内侧齿(9)为直齿结构，定子(2)的槽内排布内侧绕组(5)和外侧绕组(6)，内转子(1)和外转子(4)都为硅钢片叠压而成的凸极齿结构，内转子(1)上带有外转子齿(7)，外转子(4)上带有内转子齿(10)。进一步，内转子(1)和外转子(4)齿数相等，内转子(1)和外转子(4)旋转速度和旋转方向相同，且两者之间的位置错开半个转子极距角。进一步，永磁体(3)的长度和定子(2)的轭部高度相等。进一步，永磁体(3)产生的磁力线是经过内转子(1)和外转子(4)，形成串联磁路。本专利技术的方法的技术方案为：步骤1：根据电机双边内转子(1)和外转子(4)的结构，将定子(2)设计成双边齿结构，形成开口槽，双边齿结构通过定子轭部连接，内转子转子(1)和外转子(4)设计为齿数相等，转速和转向相同；步骤2：将内转子(1)的内转子齿(10)正对于外转子(4)的槽部，在电角度上相差180°；步骤3：将永磁体(3)均匀的排布在定子轭部，且永磁体长度与轭部宽度相等；另外永磁体采用切向交替励磁；步骤4：根据内转子(1)和外转子(4)的齿数Pr和永磁体极对数Ps确定绕组极对数Pw，满足Pw＝|Pr-Ps|＝|10-6|＝4，槽数Zs＝2Ps＝12；根据上述数量关系确定电机的槽距角根据槽距角来确定定子(2)的槽内内侧绕组(5)和外侧绕组(6)排布方式，假定一个槽的编号为1，其余槽按照逆时针方向依次编号为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12，由于槽距角为120°，每个槽距离与之相邻槽的电角度为120°，可以将电机绕组分成三相双层集中绕组，每个定子齿部都绕有线圈；步骤5：将定子(2)内外侧槽内排布上绕组，同一个轭部对应的两个定子槽内排布的绕组相同；步骤6：将同相线圈正负串联，定子(2)两侧槽内线圈也正负串联，最终引出3个相线端子。进一步，永磁体材料为钕铁硼。进一步，永磁体(3)极对数为Ps，内侧绕组(5)和外侧绕组(6)的极对数均为Pw，内转子(1)和外转子(4)的极数均为Pr，满足以下关系式：Pw＝|Pr-Ps|。进一步，定子(2)的槽内排布集中绕组。进一步，定子(2)的同一个轭部对应的槽内排放的绕组所属的相序相同。进一步，内侧绕组(5)和外侧绕组(6)为单套线圈，如内侧绕组(5)的线圈a(511)内感应的永磁磁链具有单极性的特征，而在内侧绕组(5)和外侧绕组(6)内产生的是双极性的磁链。在电机的两个转子是正对着的情况下来看，电机的磁路是完全并联的，磁路都只经过一个转子形成回路，这就导致永磁体的利用率不高，而且永磁体产生的磁力线是内外转子均分的，所以在这种情况下是两个电机性能的单纯叠加而并没有放大效果。而当内外转子初始位置相差半个转子极距角时，这样可以使得永磁体产生的一部分磁力线形成的回路不仅经过内转子还经过外转子。这样就能充分的利用永磁体产生的磁力线，提升电机性能；从单个线圈来看，由于一个转子齿正对另外转子槽，当其中一个转子的齿与该侧的定子齿正对的时候，该定子齿两侧的永磁体产生的磁力线出去漏磁都会从这个齿上穿过，即从该齿所绕的线圈穿过，这就相比于转子正对情况下性能的到了明显的提升。另外由于内外转子的错位原因，会形成内外两个转子的齿槽转矩在相位上相差180°，这就能有效的降低电机的齿槽转矩。从相绕组的来看，电机的相绕组是有内外侧一共8个线圈组成的，而每个线圈磁链都是单极性的，但是在合成之后形成的线圈磁链却是双极性的，这就是线圈之间的互补效应。内外侧线圈互补原理是相同。单从外侧的一相线圈来看，其由4个线圈组成，圆心角相隔180°的两个线圈内的永磁磁链相位都相同，但是相差90°的两个线圈内的永磁磁链极性是相反的。本专利技术采用上述的设计方案后可以具备如下有益效果：1)电机有两个转子，充分利用了电机的内部空间，提升了电机的性能。2)电机转子都是简单的凸极结构，具有较好的鲁棒性。3)永磁体放在定子的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定子永磁型双转子磁场调制电机，其特征在于：该电机由内向外依次包括内转子(1)，定子(2)和外转子(4)，内转子(1)与定子(2)之间、定子(2)和外转子(4)均留有气隙；所述定子(2)的轭部嵌有辐射状永磁体(3)，采用切向励磁，辐射状永磁体(3)的N极和S极沿着圆周交替排列；定子上的定子外侧齿(8)和定子内侧齿(9)为直齿结构，定子(2)的槽内排布内侧绕组(5)和外侧绕组(6)，内转子(1)和外转子(4)都为硅钢片叠压而成的凸极齿结构，内转子(1)上带有外转子齿(7)，外转子(4)上带有内转子齿(10)。

【技术特征摘要】
1.一种定子永磁型双转子磁场调制电机，其特征在于：该电机由内向外依次包括内转子(1)，定子(2)和外转子(4)，内转子(1)与定子(2)之间、定子(2)和外转子(4)均留有气隙；所述定子(2)的轭部嵌有辐射状永磁体(3)，采用切向励磁，辐射状永磁体(3)的N极和S极沿着圆周交替排列；定子上的定子外侧齿(8)和定子内侧齿(9)为直齿结构，定子(2)的槽内排布内侧绕组(5)和外侧绕组(6)，内转子(1)和外转子(4)都为硅钢片叠压而成的凸极齿结构，内转子(1)上带有外转子齿(7)，外转子(4)上带有内转子齿(10)。2.根据权利要求1所述的一种定子永磁型双转子磁场调制电机，其特征在于：内转子(1)和外转子(4)齿数相等，内转子(1)和外转子(4)旋转速度和旋转方向相同，且两者之间的位置错开半个转子极距角。3.根据权利要求1所述的一种定子永磁型双转子磁场调制电机，其特征在于：永磁体(3)的长度和定子(2)的轭部高度相等。4.根据权利要求1所述的一种定子永磁型双转子磁场调制电机，其特征在于：永磁体(3)产生的磁力线是经过内转子(1)和外转子(4)，形成串联磁路。5.根据权利要求1所述的定子永磁型双转子磁场调制电机的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据电机双边内转子(1)和外转子(4)的结构，将定子(2)设计成双边齿结构，形成开口槽，双边齿结构通过定子轭部连接，内转子转子(1)和外转子(4)设计为齿数相等，转速和转向相同；步骤2：将内转子(1)的内转子齿(10)正对于外转子(4)的槽部，在电角度上相差180°；步骤3：将永磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文祥，朱旭辉，吉敬华，朱剑，姚甜，赵美玲，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32