一种定子模块化环形绕组双转子永磁电机制造技术

本发明专利技术公开了一种定子模块化环形绕组双转子永磁电机，包括内转子、外转子和若干个模块化定子，所有模块化定子依次拼接构成一个完整的定子，该定子位于内转子与外转子之间，且内转子和外转子分别与该定子形成独立的气隙；每个模块化定子沿径向开有内定子槽和外定子槽，定子槽的两侧为定子齿，内定子槽与外定子槽之间为定子轭部，每个模块化定子的定子轭部均有以环形方式绕制的电枢绕组，内定子槽和外定子槽的槽口处均设有永磁体，永磁体与相邻定子齿形成一对定子磁极。本发明专利技术克服了传统定子永磁型永磁电机端部绕组长，铜耗大，端部空间利用率低，电机转矩和功率密度低等缺点，有利于提高电机的效率。

A stator modular ring winding double rotor permanent magnet motor

【技术实现步骤摘要】
一种定子模块化环形绕组双转子永磁电机
本专利技术属于电机领域，特别涉及了一种永磁电机。
技术介绍
永磁电机由于稀土永磁材料的使用具备了高转矩密度、高功率密度和高效率等优点，特别适合航空航天、风力发电、电动车等领域。近年来，磁场调制永磁电机由于高转矩密度、高效率等优点受到了广泛的研究，非常适合低速直驱应用场合。定子永磁型磁场调制电机的定子静止磁场经过旋转的凸极转子调制后与电枢磁场相互作用可实现机电能量转换，然而定子磁场与旋转的凸极转子调制出的磁场极对数相对较小，如图1所示的传统磁场调制电机，该电机12对极的定子磁场经11个凸极转子齿调制出1对极的旋转磁场，为了实现机电能量转换定子电枢绕组需要采用1对极的绕组连接方式。如图1所示，传统的1对极绕组连接方式需要绕组线圈具有非常长的端部跨距，电机端部空间不能有效利用，增加了铜导线的用量，电机的铜耗相对增加，导致电机效率下降。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术提出了一种定子模块化环形绕组双转子永磁电机。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：一种定子模块化环形绕组双转子永磁电机，包括内转子、外转子和若干个模块化定子，所有模块化定子依次拼接构成一个完整的定子，该定子位于内转子与外转子之间，且内转子和外转子分别与该定子形成独立的气隙；每个模块化定子沿径向开有内定子槽和外定子槽，内定子槽靠近内转子，外定子槽靠近外转子，内定子槽和外定子槽的两侧为定子齿，内定子槽与外定子槽之间为定子轭部，每个模块化定子的定子轭部均有以环形方式绕制的电枢绕组，内定子槽和外定子槽的槽口处均设有永磁体，永磁体与相邻定子齿形成一对定子磁极。进一步地，内定子槽和外定子槽的槽口处分别放置若干块彼此紧贴且以Halbach方式充磁的永磁体，且位于中间位置的各永磁体的充磁方向同时指向或同时背离定子轭部。进一步地，电枢绕组以环形方式绕制在定子轭部且放置在相对的内、外定子槽里；首先绕制每个模块化定子上的环形绕组，然后安装槽口处的永磁体，最后把所有模块化定子进行拼接；或者首先绕制每个模块化定子上的环形绕组，然后把所有模块化定子进行拼接，最后安装槽口处的永磁体。进一步地，内转子和外转子均为凸极转子，内转子的外缘为带齿结构，外转子的内缘为带齿结构。进一步地，内转子齿与外转子齿的数目相等，且每个内转子齿均与一个外转子齿相对设置。进一步地，内转子与外转子的旋转角速度和旋转方向相同。进一步地，相邻模块化定子的拼接处开有燕尾形槽。采用上述技术方案带来的有益效果：(1)本专利技术将电枢绕组以环形方式绕制在定子轭部，可以看作是集中绕组，大大节约了电机的端部绕组，减小了电机端部绕组空间，该环形绕组具有传统分布绕组的绕组系数，可以实现低铜耗和高转矩密度；(2)本专利技术采用模块化定子，可以先把环形绕组绕制在定子内外槽内，后在槽口安装永磁体，简化了电机的加工和转配过程，有利于批量化生产，降低了电机的加工成本；(3)本专利技术将定子永磁体放置于槽口，有利于永磁体的散热，采用Halbach等具有聚磁效果的排列方式，有利于提高电机的转矩密度和电磁性能；(4)本专利技术在模块化定子连接处开有燕尾槽，用于固定相邻的定子模块，增加整个电机系统的可靠性；(5)本专利技术的内外转子采用凸极铁芯结构，转子机械强度大，特别适合复杂工况运行；(6)本专利技术内外凸极转子采用齿齿相对的结构且电机定子和内外转子的磁路遵循最小磁阻原理；随着定转子相对位置的变化，永磁体发出的磁通不断切换其路径，内外转子每转过一个极时，电枢绕组匝链磁链会发生两次周期变化。附图说明图1是传统槽口放永磁体分布式绕组定子永磁型电机结构图；标号说明：1、定子轭部；2、电枢绕组；3、定子齿；4、永磁体；5、气隙；6、凸极铁芯转子；图2是本专利技术实施例1的电机结构图；标号说明：10、外转子；11、永磁体；12、模块化定子；13、环形电枢绕组；14内转子；15-16、气隙；图3是本专利技术实施例1中内定子槽口永磁体截面图；标号说明：7-9、3块Halbach充磁的永磁体；图4是本专利技术实施例1中外定子槽口永磁体截面图；标号说明：17-19、3块Halbach充磁的永磁体；图5是本专利技术中内外转子空间放置位置示意图；图6是本专利技术中环形绕组连接图；标号说明：12、20-30、模块化定子；图7是本专利技术电机内外定子三相绕组采用传统分布绕组的空载反电势图；图8是本专利技术电机采用环形集中绕组的三相空载反电势图；图9是本专利技术实施例2的电机结构图；标号说明：31、燕尾槽。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1如图2所示，本专利技术实施例1的结构为，包括内转子14、外转子10和若干个模块化定子12，所有模块化定子按照圆周方向依次拼接构成一个完整的定子，该定子位于内转子14与外转子10之间，且内转子14和外转子10分别与该定子形成独立的气隙16和15。每个模块化定子沿径向开有内定子槽和外定子槽，内定子槽靠近内转子，外定子槽靠近外转子，定子槽的两侧为定子齿，内定子槽与外定子槽之间为定子轭部，每个模块化定子的定子轭部均有以环形方式绕制的电枢绕组13，内定子槽和外定子槽的槽口处均设有永磁体11，永磁体与相邻定子齿形成一对定子磁极。在本实施例中，如图3和图4所示，内定子槽的槽口处放置3块彼此紧贴且以Halbach方式充磁的永磁体7、8、9，外定子槽的槽口处放置3块彼此紧贴且以Halbach方式充磁的永磁体17、18、19。两槽口处中间位置的永磁体的充磁方向同时指向或同时背离定子轭部。通过调整内外槽口永磁体的极弧θ1，θ2，θ3和θ4和电机机构参数来调整电机的电磁性能。内转子和外转子均为凸极转子，内转子的外缘为带齿结构，外转子的内缘为带齿结构。内转子齿与外转子齿的数目相等，且每个内转子齿均与一个外转子齿相对设置，如图5所示。内转子和外转子的两端各设有两个轴承，两个转子通过连接机构连接为一体。电机工作时，内转子与外转子的旋转角速度和旋转方向相同。该电机遵循最小磁阻原理工作，内转子和外转子每转过一个极时，电枢绕组匝链的磁链大小会发生两个从最大到最小的周期变化，内外定子槽口的永磁体发出的磁通经两个气隙和与绕组匝链。电机定子电枢绕组由传统的分布式绕组改用了环在定子轭部的环形绕组，既兼具了传统定子永磁游标电机的优点，又节约了电机端部绕组，可以节约端部铜线，降低电机的铜耗，提高电机的效率；此外端部空间的节约可以使电机的有效长度增加，进而增加电机的转矩密度。该电机增加了外转子为机械加工带来了一定难度，但是由于该结构减小了定子端部导线的体积和质量，因此电机的输出转矩和功率密度可以显著提高。该电机是典型的定子永磁型磁场调制电机，其工作原理符合传统的磁齿轮磁场调制原理，其定子转子极对数满足Pr＝Ps±Pa，Pr为转子极对数即凸极转子齿数，Ps为定子永磁极对数(本专利技术指定子齿数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定子模块化环形绕组双转子永磁电机，其特征在于：包括内转子、外转子和若干个模块化定子，所有模块化定子依次拼接构成一个完整的定子，该定子位于内转子与外转子之间，且内转子和外转子分别与该定子形成独立的气隙；每个模块化定子沿径向开有内定子槽和外定子槽，内定子槽靠近内转子，外定子槽靠近外转子，内定子槽和外定子槽的两侧为定子齿，内定子槽与外定子槽之间为定子轭部，每个模块化定子的定子轭部均有以环形方式绕制的电枢绕组，内定子槽和外定子槽的槽口处均设有永磁体，永磁体与相邻定子齿形成一对定子磁极。/n

【技术特征摘要】
1.一种定子模块化环形绕组双转子永磁电机，其特征在于：包括内转子、外转子和若干个模块化定子，所有模块化定子依次拼接构成一个完整的定子，该定子位于内转子与外转子之间，且内转子和外转子分别与该定子形成独立的气隙；每个模块化定子沿径向开有内定子槽和外定子槽，内定子槽靠近内转子，外定子槽靠近外转子，内定子槽和外定子槽的两侧为定子齿，内定子槽与外定子槽之间为定子轭部，每个模块化定子的定子轭部均有以环形方式绕制的电枢绕组，内定子槽和外定子槽的槽口处均设有永磁体，永磁体与相邻定子齿形成一对定子磁极。


2.根据权利要求1所述定子模块化环形绕组双转子永磁电机，其特征在于：内定子槽和外定子槽的槽口处分别放置若干块彼此紧贴且以Halbach方式充磁的永磁体，且位于中间位置的各永磁体的充磁方向同时指向或同时背离定子轭部。


3.根据权利要求1所述定子模块化环形绕组双转子永磁电机，其特征在于：电枢绕组...

【专利技术属性】
技术研发人员：李烽，王凯，孙海阳，孔金旺，张琳，张建亚，
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