一種基於雙轉子結構的多相容錯永磁電機的製作方法

2023-04-25 04:18:16 1

專利名稱：一種基於雙轉子結構的多相容錯永磁電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於雙轉子結構的多相容錯永磁電機，屬於永磁電機技術領域。
背景技術：
隨著科學技術與社會經濟的發展，電機的應用領域越來越廣泛，如飛彈、飛機、潛艇、太空飛行器等軍工領域以及電動汽車、工具機等民用領域對具有高功率密度、高可靠性的電機需求多來越多。研發體積小、重量輕、輸出功率大、可靠性高、容錯能力強的電機是電機領域的一個重要研究方向。為了解決電機的容錯能力，英國B. C. Mecrow教授提出容錯永磁 (fault tolerant permanent magnet, FTPM)電機的概念，FTPM電機是將開關磁阻電機的結構模式與永磁同步電機相結合，改傳統的永磁同步電機分布式繞組為集中式繞組，且每個定子槽中只有一套繞組。沒有繞組的電樞齒作為磁通迴路，同時也起著隔離作用。採用集中繞組的FTPM電機實現相與相之間電路、磁路以及溫度的相對獨立，將容錯的概念成功地引入到永磁電機中來。但是當前的容錯永磁電機多為單轉子結構的，雖然能夠提高電機運行的可靠性，然而電機的工作效率和轉矩密度和傳統永磁電機相比沒有變化多少，這種結構自身限制了電機功率密度的進一步提高。

發明內容
本發明的目的是為了進一步提高多相容錯電機的功率密度，提出一種基於雙轉子結構的多相容錯永磁電機。本發明的目的是通過以下技術方案實現的。本發明的一種基於雙轉子結構的多相容錯永磁電機，包括左端蓋1、右端蓋2、機殼3、定子鐵心4、定子繞組5、外轉子鐵心6、外轉子永磁體7、內轉子鐵心8、內轉子永磁體 9、軸承A10、軸承B11、主軸12和法蘭13 ；定子鐵心4與定子繞組5組成定子部件，固定連接在左端蓋1上；外轉子鐵心6和內轉子鐵心8呈圓筒形，外轉子鐵心6的一端和內轉子鐵心 8的一端通過法蘭13連成一個整體，該整體通過內轉子鐵心8固定在主軸12上；主軸12通過軸承AlO與左端蓋1轉動連接；主軸12通過軸承Bll與右端蓋2轉動連接；左端蓋1和右端蓋2通過機殼3固定連接在一起；定子鐵心4內表面和外表面均開槽，且所開的外側槽和內側槽數目相等；定子繞組5相數大於3相，定子繞組5採用集中繞組，環繞嵌放在定子鐵心4的外側槽和內側槽中，即線圈的一條邊放在外側槽中，另一條邊放在內側槽中；定子鐵心4的每個槽中只有一相定子繞組5，定子鐵心4外側槽或內側槽中屬於同一相的定子繞組5串聯在一起；外轉子永磁體7徑向充磁，並按N極和S極交替粘貼在外轉子鐵心6的內表面，外轉子永磁體7和外轉子鐵心6組成外轉子；內轉子永磁體9徑向充磁，並按N極和 S極交替粘貼在內轉子鐵心8的外表面，內轉子永磁體9和內轉子鐵心8組成內轉子；外轉子永磁體7和內轉子永磁體9的永磁體極對數相等，外轉子永磁體7和內轉子永磁體9相對位置的永磁體相對氣隙的極性相同。有益效果
本發明的外轉子與定子外側電樞繞組組成一個外轉子永磁容錯電機，內轉子與定子內側電樞繞組組成另一個普通的永磁容錯電機，兩轉子的轉矩相疊加作為電機的輸出轉矩，相當於兩個永磁容錯電機的高度集成，與同體積的單定子、單轉子永磁容錯電機相比， 本發明充分利用了電機空間，提高了電機的功率密度，充分實現了電機的高功率密度和高
可靠性。


圖1為本發明的基於雙轉子結構的多相容錯永磁電機的結構示意圖；圖2基於雙轉子結構的多相容錯永磁電機橫截面結構示意圖；圖3內轉子永磁體和外轉子永磁體都為徑向充磁時的充磁方向示意圖；圖4基於雙轉子結構的多相容錯永磁電機的定子內外繞組為獨立繞組示意圖；圖5內轉子永磁體和外轉子永磁體都為內置切向充磁時的充磁方向示意圖；圖6每極2塊永磁體的90°充磁且磁場減弱的一側朝內徑的Halbach永磁體陣列及磁場分布示意圖；圖7每極2塊永磁體的90°充磁且磁場減弱的一側朝外徑的Halbach永磁體陣列及磁場分布示意圖；圖8每極3塊永磁體的60°充磁且磁場減弱的一側朝內徑的Halbach永磁體陣列及磁場分布示意圖；圖9每極3塊永磁體的60°充磁且磁場減弱的一側朝外徑的Halbach永磁體陣列及磁場分布示意圖；圖10每極4塊永磁體的45°充磁且磁場減弱的一側朝內徑的Halbach永磁體陣列及磁場分布示意圖；圖11每極4塊永磁體的45°充磁且磁場減弱的一側朝外徑的Halbach永磁體陣列及磁場分布示意圖；圖12外轉子永磁體徑向充磁、內轉子永磁體切向充磁時的充磁方向示意圖；圖13外轉子永磁體為Halbach永磁體陣列、內轉子永磁體徑向充磁時的充磁方向示意圖；圖14外轉子永磁體為Halbach永磁體陣列、內轉子永磁體內置切向充磁時的充磁方向示意圖；其中，1-左端蓋；2-右端蓋；3-機殼；4-定子鐵心；5-繞組；6_外轉子鐵心；7_外轉子永磁體；8-內轉子鐵心；9-內轉子永磁體；10-軸承A ；11-軸承B ；12-主軸；13-法蘭。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明做進一步說明。實施方式1一種基於雙轉子結構的多相容錯永磁電機，結合圖1、圖2和圖3說明本實施方式， 包括左端蓋1、右端蓋2、機殼3、定子鐵心4、定子繞組5、外轉子鐵心6、外轉子永磁體7、內轉子鐵心8、內轉子永磁體9、軸承A10、軸承B11、主軸12和法蘭13 ；定子鐵心4與定子繞組5組成定子部件，固定連接在左端蓋1上；外轉子鐵心6和內轉子鐵心8呈圓筒形，外轉子鐵心6的一端和內轉子鐵心8的一端通過法蘭13連成一個整體，該整體通過內轉子鐵心 8固定在主軸12上；主軸12通過軸承AlO與左端蓋1轉動連接；主軸12通過軸承Bll與右端蓋2轉動連接；左端蓋1和右端蓋2通過機殼3固定連接在一起；定子鐵心4內表面和外表面均開槽，且所開的外側槽和內側槽數目相等；定子繞組5相數為5相，定子繞組5採用集中繞組，環繞嵌放在定子鐵心4的外側槽和內側槽中，即線圈的一條邊放在外側槽中， 另一條邊放在內側槽中；定子鐵心4的每個槽中只有一相定子繞組5，定子鐵心4外側槽或內側槽中屬於同一相的定子繞組5串聯在一起；外轉子永磁體7徑向充磁，並按N極和S極交替粘貼在外轉子鐵心6的內表面，外轉子永磁體7和外轉子鐵心6組成外轉子；內轉子永磁體9徑向充磁，並按N極和S極交替粘貼在內轉子鐵心8的外表面，內轉子永磁體9和內轉子鐵心8組成內轉子；外轉子永磁體7和內轉子永磁體9的永磁體極對數相等，外轉子永磁體7和內轉子永磁體9相對位置的永磁體相對氣隙的極性相同。實施方式2結合圖1、圖4說明本實施方式，與實施方式1不同點在於定子鐵心4的外側槽和內側槽為兩套不同繞組，各自獨立繞線，定子內外正對槽內仍屬同一相。實施方式3結合圖1、圖5說明本實施方式，與實施方式1不同點在於外轉子永磁體7和內轉子永磁體9採用內置式切向充磁，外轉子永磁體7和內轉子永磁體9在內外氣隙上形成的磁場正對，且相對氣隙的極性相同。實施方式4 結合圖1、圖6至圖11說明本實施方式，與實施方式1不同點在於外轉子永磁體7 和內轉子永磁體9，每極為二塊永磁體90°充磁的Halbach永磁體陣列或三塊60°充磁的 Halbach陣列或四塊45°充磁的Halbach永磁體陣列；外轉子永磁體7和內轉子永磁體9 上兩組Halbach永磁體陣列磁場減弱的一側表面分別固定在外轉子鐵心6內表面和內轉子鐵心8的外表面，外轉子永磁體7和內轉子永磁體9在內外氣隙上形成的磁場正對，且相對氣隙的極性相同。實施方式5結合圖1、圖12說明本實施方式，與實施方式1不同點在於外轉子永磁體7採用表面式徑向充磁，內轉子永磁體9採用內置式切向充磁，或者內層永磁體和外層永磁體形式互換，外轉子永磁體7和內轉子永磁體9在內外氣隙上形成的磁場正對。實施方式6結合圖1、圖7、圖9、圖11、圖13說明本實施方式，與實施例1不同點在於外轉子永磁體7採用Halbach永磁體陣列，內轉子永磁體9採用表面式徑向充磁，或者內層永磁體和外層永磁體形式互換，外轉子永磁體7和內轉子永磁體9在內外氣隙上形成的主磁場正對，外轉子永磁體7和內轉子永磁體9在內外氣隙上形成的磁場正對，且相對氣隙的極性相同。如圖7、圖9、圖11和圖13所示。實施方式7結合圖1、圖7、圖9、圖11、圖14說明本實施方式，與實施例1不同點在於外轉子永磁體7採用Halbach永磁體陣列，內轉子永磁體9採用內置式切向充磁，或者內層永磁體和外層永磁體形式互換，外轉子永磁體7和內轉子永磁體9在內外氣隙上形成的主磁場正對，外轉子永磁體7和內轉子永磁體9在內外氣隙上形成的磁場正對，且相對氣隙的極性相同。如圖7、圖9、圖11和圖14所示。
權利要求
1.一種基於雙轉子結構的多相容錯永磁電機，其特徵在於包括左端蓋(1)、右端蓋 (2)、機殼(3)、定子鐵心(4)、定子繞組(5)、外轉子鐵心(6)、外轉子永磁體(7)、內轉子鐵心 (8)、內轉子永磁體(9)、軸承A(IO)、軸承B(Il)、主軸(12)和法蘭(13)；定子鐵心(4)與定子繞組( 組成定子部件，固定連接在左端蓋(1)上；外轉子鐵心(6)和內轉子鐵心(8)呈圓筒形，外轉子鐵心(6)的一端和內轉子鐵心(8)的一端通過法蘭(1 連成一個整體，該整體通過內轉子鐵心(8)固定在主軸(1 上；主軸(1 通過軸承A(IO)與左端蓋(1)轉動連接；主軸(12)通過軸承B(Il)與右端蓋⑵轉動連接；左端蓋⑴和右端蓋⑵通過機殼C3)固定連接在一起；定子鐵心(4)內表面和外表面均開槽，且所開的外側槽和內側槽數目相等；定子繞組( 相數大於3相，定子繞組( 採用集中繞組，環繞嵌放在定子鐵心 (4)的外側槽和內側槽中，即線圈的一條邊放在外側槽中，另一條邊放在內側槽中；定子鐵心(4)的每個槽中只有一相定子繞組(5)，定子鐵心(4)外側槽或內側槽中屬於同一相的定子繞組( 串聯在一起；外轉子永磁體(7)徑向充磁，並按N極和S極交替粘貼在外轉子鐵心(6)的內表面，外轉子永磁體(7)和外轉子鐵心(6)組成外轉子；內轉子永磁體(9)徑向充磁，並按N極和S極交替粘貼在內轉子鐵心⑶的外表面，內轉子永磁體(9)和內轉子鐵心(8)組成內轉子；外轉子永磁體(7)和內轉子永磁體(9)的永磁體極對數相等，外轉子永磁體(7)和內轉子永磁體(9)相對位置的永磁體相對氣隙的極性相同。
2.根據權利要求1所述的一種基於雙轉子結構的多相容錯永磁電機，其特徵在於定子鐵心的外側槽和內側槽為兩套不同繞組，各自獨立繞線，定子內外正對槽內仍屬同一相。
3.根據權利要求1或2所述的一種基於雙轉子結構的多相容錯永磁電機，其特徵在於 外轉子永磁體(7)和內轉子永磁體(9)採用內置式切向充磁，外轉子永磁體(7)和內轉子永磁體(9)在內外氣隙上形成的磁場正對，且相對氣隙的極性相同。
4.根據權利要求1或2所述的一種基於雙轉子結構的多相容錯永磁電機，其特徵在於 外轉子永磁體(7)和內轉子永磁體(9)採用每極為二塊永磁體90°充磁的Halbach永磁體陣列或三塊60°充磁的Halbach永磁體陣列或四塊45°充磁的Halbach永磁體陣列；外轉子永磁體(7)和內轉子永磁體(9)上兩組Halbach永磁體陣列磁場減弱的一側表面分別固定在外轉子鐵心(6)內表面和內轉子鐵心(8)的外表面，外轉子永磁體(7)和內轉子永磁體(9)在內外氣隙上形成的磁場正對，且相對氣隙的極性相同。
5.根據權利要求1或2所述的一種基於雙轉子結構的多相容錯永磁電機，其特徵在於 外轉子永磁體(7)採用表面式徑向充磁，內轉子永磁體(9)採用內置式切向充磁，或者內層永磁體和外層永磁體形式互換，外轉子永磁體(7)和內轉子永磁體(9)在內外氣隙上形成的磁場正對。
6.根據權利要求1或2所述的一種基於雙轉子結構的多相容錯永磁電機，其特徵在於 外轉子永磁體(7)採用Halbach永磁體陣列，內轉子永磁體(9)採用表面式徑向充磁，或者內層永磁體和外層永磁體形式互換，外轉子永磁體(7)和內轉子永磁體(9)在內外氣隙上形成的主磁場正對，外轉子永磁體(7)和內轉子永磁體(9)在內外氣隙上形成的磁場正對， 且相對氣隙的極性相同。
7.根據權利要求1或2所述的一種基於雙轉子結構的多相容錯永磁電機，其特徵在於 外轉子永磁體(7)採用Halbach永磁體陣列，內轉子永磁體(9)採用內置式切向充磁，或者內層永磁體和外層永磁體形式互換，外轉子永磁體(7)和內轉子永磁體(9)在內外氣隙上形成的主磁場正對，外轉子永磁體(7)和內轉子永磁體(9)在內外氣隙上形成的磁場正對， 且相對氣隙的極性相同。
全文摘要
本發明涉及一種基於雙轉子結構的多相容錯永磁電機，屬於永磁電機技術領域。包括左端蓋、右端蓋、機殼、定子鐵心、定子繞組、外轉子鐵心、外轉子永磁體、內轉子鐵心、內轉子永磁體、軸承A、軸承B、主軸和法蘭。本發明的外轉子與定子外側電樞繞組組成一個外轉子永磁容錯電機，內轉子與定子內側電樞繞組組成另一個普通的永磁容錯電機，兩轉子的轉矩相疊加作為電機的輸出轉矩，相當於兩個永磁容錯電機的高度集成，與同體積的單定子、單轉子永磁容錯電機相比，本發明充分利用了電機空間，提高了電機的功率密度，充分實現了電機的高功率密度和高可靠性。
文檔編號H02K1/27GK102497074SQ20111044068
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者劉向東, 戶恆在, 李玉猛, 趙靜, 陳振 申請人:北京理工大學