CN112332627A - 一种双转子对转轴向磁场永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双转子对转轴向磁场永磁电机，包括两个定子盘、两个转子盘，永磁体，电枢绕组。述定子盘包括定子背轭、定子齿、电枢绕组，两个定子盘分别在各自一侧开槽形成定子齿嵌绕电枢绕组，两个定子盘定子齿侧相背安装，定子轭侧背对背安装，两个定子盘之间使用非导磁材料连接；转子盘上的永磁体在圆周方向上以N‑S极依次均匀交替布置，转子盘上的永磁体使用非导磁材料的转子支架固定其位置，再使用结构胶将其与转子背轭固定；这个电机还可以看作由两个单定子单转子的轴向磁场永磁电机组合形成。本发明的技术效果：轴向尺寸小，电机结构紧凑；电枢绕组安装在定子上，无碳刷滑环结构，故障率低，稳定性强，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及轴向磁场电机技术领域，特别是一种双转子对转轴向磁场永磁电机。
背景技术
发展高性能水下航行器对强化我国海上军事力量有重要战略意义。水下推进电机是水下航行器的重要组成部分，推进电机的性能很大程度上决定了航行器的最大航速和最大航行时间。对转电机驱动螺旋桨具有驱动两个螺旋桨对转的特性，可保持被推进物体在水下或者水面上的平衡，被广泛用于船舶推进和鱼雷等水下航行器驱动，也可以用于风力发电领域。
专利CN202010489205.6提出一种组合式对转桨电力推进***，其采用多台小功率的发电机组构成对转推进***，虽然节约了成本，但整个推进***体积过大。文献“Astructurally integrated brushless PM motor for miniature propeller thrusters”采用径向内外双转子的结构，径向结构的对转电机两个转子直径不同，电机结构不对称，磁路也不对称，导致设计困难，且径向过长，体积较大，不利于水下航行。文献“盘式对转双转子永磁同步电机的设计和特性分析”提出一种盘式对转双转子永磁同步电机，采用轴向电机结构，体积小，但其定子无轭结构，电枢绕组绕制复杂，结构强度低。
综上所述，本发明的双转子对转轴向磁场永磁电机规避了上述电机的缺陷，采用两个单定子单转子的轴向磁场永磁电机结合形成对转结构，具有轴向尺寸小，电机结构紧凑，占用空间小，易于在对空间要求高的场合集成；电枢绕组安装在定子上，无碳刷滑环结构，故障率低，稳定性强，适合应用在可靠性要求高的水下推进、风力发电等场合。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构紧凑、故障率低、稳定性强的双转子对转轴向磁场永磁电机。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种双转子对转轴向磁场永磁电机，其特征在于，包括两个定子盘、两个转子盘，永磁体，电枢绕组。其中定子盘包括定子背轭、定子齿、电枢绕组，两个定子盘开槽侧同轴背对背安装，两个定子盘间使用非导磁材料连接固定；扇形永磁体在圆周方向均匀布置在转子背轭上，从而将永磁体在径向和轴向上保持固定，形成的两个转子盘并安装在不同转轴上，再通过转轴与各自对应定子盘连接，固定转子盘在轴向方向的位置，形成双定子双转子结构。
进一步地，所述两个定子盘分别在各自一侧开槽形成定子齿嵌绕电枢绕组，两个定子盘定子齿侧相背安装，定子轭侧背对背安装。
进一步地，所述两个定子盘之间使用非导磁材料连接。
进一步地，其两个定子盘对应的电枢绕组采用不同连接方式，使得两个定子盘产生同速反向的旋转磁场。
进一步地，所述转子盘上的永磁体在圆周方向上以N-S极依次均匀交替布置。
进一步地，所述转子盘上的永磁体使用非导磁材料的转子支架固定其位置，再使用结构胶将其与转子背轭固定。
进一步地，所述转子支架内外环之间设有辐条形成扇形槽，使扇形永磁体在圆周方向均匀布置安装在转子支架上。
进一步地，转子支架使用不锈钢或环氧树脂等不导磁材料。
进一步地，所述转子盘通过转轴与其对应定子盘连接固定，并与定子盘形成单侧轴向气隙。
进一步地，所述转子盘通过转轴与定子盘连接所形成的两个独立电机结构，将定子背轭相对使用非导磁材料连接固定，形成完整对转轴向磁场永磁电机结构。
进一步地，电机可以看作由两个单定子单转子的轴向磁场永磁电机组合形成。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)轴向尺寸小，电机结构紧凑，占用空间小，易于在对空间要求高的场合集成；(2)电枢绕组安装在定子上，无碳刷滑环结构，故障率低，稳定性强，适合应用在可靠性要求高的水下推进、风力发电等场合。
附图说明
图1是本发明一种双转子对转轴向磁场永磁电机的结构示意图。
图2是本发明一种双转子对转轴向磁场永磁电机的磁路示意图。
图3是本发明实施例中转子盘的结构***示意图。
图4是本发明实施例中转子盘的结构示意图。
图5是本发明实施例中定子盘的结构***示意图。
图6是本发明实施例中定子盘的结构示意图。
图7是本发明实施例中绕组设置示意图。
图8是本发明同速反向旋转磁场产生的原理示意图。
图中：1-1永磁体，1-2转子背轭，1第一转子盘，2-1电枢绕组，2-2定子铁心，2第一定子盘，3第二转子盘，4第二定子盘。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
结合图1，本文提出的双转子对转轴向磁场永磁电机，其特征在于，由第一转子盘1、第二转子盘4、第一定子盘2、第二定子盘3组成。其中定子盘包括定子背轭、定子齿、电枢绕组2-1，两个定子盘开槽侧同轴背对背安装，两个定子盘间使用非导磁材料连接固定；扇形永磁体1-1在圆周方向均匀布置在转子背轭1-2上，从而将永磁体1-1在径向和轴向上保持固定，形成的两个转子盘并安装在不同转轴上，再通过转轴与各自对应定子盘连接，固定转子盘在轴向方向的位置，形成双定子双转子结构。
进一步地，电机可以看作由两个独立的单定子单转子的轴向磁场永磁电机定子背轭通过非导磁材料组合形成。其磁路示意图如图2所示，由于两个独立的单定子单转子的轴向磁场永磁电机之间采用非导磁材料连接，各自的磁路不会交叉耦合，磁路首先由永磁体N极发出，穿过N极处气隙，进入定子齿，再到达定子背轭，穿过背轭后，再依次经过定子齿、S极处气隙、S极永磁体，再通过转子背轭回到永磁体S极形成磁通路。两侧独立电机磁路相互独立，且沿非导磁结构件对称。
进一步地，单定子单转子结构是轴向磁场电机中各类拓扑结构的一种，在众多结构中，这种结构形式最为简单，由一个定子盘及一个转子盘组成，定子盘与转子盘同轴安装，形成单定子单转子轴向磁场永磁电机。
进一步地，单定子单转子轴向磁场永磁电机会产生单边磁拉力，但由两个独立单定子单转子轴向磁场永磁电机形成的双转子对转轴向磁场永磁电机，其中采用非导磁材料连接两个电机的定子盘，左右两侧产生的单边轴向磁拉力抵消。
结合图3，所述转子盘由扇形永磁体1-1、转子背轭1-2组成，形成的两个转子盘分别安装在两个定子铁心2-2两侧同轴的轴向空间内，并与定子铁心2-2形成两个轴向气隙。永磁体1-1在圆周方向上以N-S极依次均匀交替布置，并使用非导磁材料的转子支架固定其位置，再使用结构胶将其与转子背轭1-2固定，形成图3所示单侧转子盘结构。
进一步地，所述转子盘分别与各自对应转轴连接，在两个独立的定子盘的内圆安装有轴承，两个转子盘分别安装在不同转轴上，两个转轴分别与对应的轴承连接，从而形成两个旋转体。
进一步地，两个定子上分别安装有两个独立的旋转变压器的定子，转轴上对应的位置安装有旋转变压器的转子，用于识别永磁同步电机的绝对转子位置信息。
进一步地，所述扇形永磁体1-1的充磁方向依次相反交替充磁，均沿着轴向方向充磁。
进一步地，所述转子支架内外环之间设有辐条形成扇形槽，使扇形永磁体在圆周方向均匀布置安装在转子支架上。
进一步地，转子支架使用不锈钢或环氧树脂等不导磁材料。
进一步地，转子背轭1-2采用SMC材料制成。
结合图5，所述定子盘由定子铁心2-2、电枢绕组2-1组成。本实施方式中定子铁心2-2由硅钢片卷绕制成或用导磁复合材料压制成形，在其一侧开12个槽形成定子齿以嵌绕电枢绕组2-1，并保留一定的轭厚。两个定子盘定子齿侧相背安装，定子轭侧背对背安装，分别连接各自转轴，形成图6定子结构。两个定子盘之间使用非导磁材料连接。
进一步地，若定子铁心2-2采用硅钢片制成，只可采用卷绕的方式，根据电机轴向磁通路特性可知，采用叠压方式制成的铁心，会产生附加轴向气隙，影响电机效率。
结合图7，两个定子盘对应的电枢绕组采用不同连接方式，其使用不同相序，具体连接示意图如图7所示，第一定子盘2和第二定子盘4对应电枢绕组相序相反，使得两个定子盘产生同速反向的旋转磁场。
进一步地，结合图8，设顺时针方向为正向，逆时针方向为反向，一侧定子盘的绕组相序为正，以A相、B相、C相的顺时针顺序绕制正向侧绕组，旋转磁场也按照A-B-C的顺序旋转，如图(a)所示；而反向旋转侧的定子以C相、B相、A相的顺序绕制，旋转磁场依旧按照A-B-C的顺序旋转，则会产生如图(b)所示与正向绕制时，同速反向的旋转磁场。
实施例1
结合图1，本文提出的双转子对转轴向磁场永磁电机，其特征在于，由第一转子盘1、第二转子盘4、第一定子盘2、第二定子盘3组成。其中定子盘包括定子背轭、定子齿、电枢绕组2-1，两个定子盘开槽侧同轴背对背安装，两个定子盘间使用非导磁材料连接固定；扇形永磁体1-1在圆周方向均匀布置在转子背轭1-2上，从而将永磁体1-1在径向和轴向上保持固定，形成的两个转子盘并安装在不同转轴上，再通过转轴与各自对应定子盘连接，固定转子盘在轴向方向的位置，形成双定子双转子结构。电机可以看作由两个独立的单定子单转子的轴向磁场永磁电机定子背轭通过非导磁材料组合形成。其磁路示意图如图2所示，由于两个独立的单定子单转子的轴向磁场永磁电机之间采用非导磁材料连接，各自的磁路不会交叉耦合，磁路首先由永磁体N极发出，穿过N极处气隙，进入定子齿，再到达定子背轭，穿过背轭后，再依次经过定子齿、S极处气隙、S极永磁体，再通过转子背轭回到永磁体S极形成磁通路。两侧独立电机磁路相互独立，且沿非导磁结构件对称。
所述单定子单转子结构是轴向磁场电机中各类拓扑结构的一种，在众多结构中，这种结构形式最为简单，由一个定子盘及一个转子盘组成，定子盘与转子盘同轴安装，形成单定子单转子轴向磁场永磁电机。单定子单转子轴向磁场永磁电机会产生单边磁拉力，但由两个独立单定子单转子轴向磁场永磁电机形成的双转子对转轴向磁场永磁电机，其中采用非导磁材料连接两个电机的定子盘，左右两侧产生的单边轴向磁拉力抵消。
所述转子盘由扇形永磁体1-1、转子背轭1-2组成，形成的两个转子盘分别安装在两个定子铁心2-2两侧同轴的轴向空间内，并与定子铁心2-2形成两个轴向气隙。永磁体1-1在圆周方向上以N-S极依次均匀交替布置，并使用非导磁材料的转子支架固定其位置，再使用结构胶将其与转子背轭1-2固定，形成图3所示单侧转子盘结构。
所述转子盘分别与各自对应转轴连接，在两个独立的定子盘的内圆安装有轴承，两个转子盘分别安装在不同转轴上，两个转轴分别与对应的轴承连接，从而形成两个旋转体。
所述两个定子上分别安装有两个独立的旋转变压器的定子，转轴上对应的位置安装有旋转变压器的转子，用于识别永磁同步电机的绝对转子位置信息。
所述扇形永磁体1-1的充磁方向依次相反交替充磁，均沿着轴向方向充磁。
所述转子支架内外环之间设有辐条形成扇形槽，使扇形永磁体在圆周方向均匀布置安装在转子支架上。
所述转子支架使用不锈钢或环氧树脂等不导磁材料。
所述转子背轭1-2采用SMC材料制成。
结合图5，所述定子盘由定子铁心2-2、电枢绕组2-1组成。本实施例中定子铁心2-2由硅钢片卷绕制成或用导磁复合材料压制成形，在其一侧开12个槽形成定子齿以嵌绕电枢绕组2-1，并保留一定的轭厚。两个定子盘定子齿侧相背安装，定子轭侧背对背安装，分别连接各自转轴，形成图6定子结构。两个定子盘之间使用非导磁材料连接。
所述定子铁心2-2若采用硅钢片制成，只可采用卷绕的方式，根据电机轴向磁通路特性可知，采用叠压方式制成的铁心，会产生附加轴向气隙，影响电机效率。
结合图7，两个定子盘对应的电枢绕组采用不同连接方式，其使用不同相序，具体连接示意图如图7所示，第一定子盘2和第二定子盘4对应电枢绕组相序相反，使得两个定子盘产生同速反向的旋转磁场。
结合图8，设顺时针方向为正向，逆时针方向为反向，一侧定子盘的绕组相序为正，以A相、B相、C相的顺时针顺序绕制正向侧绕组，旋转磁场也按照A-B-C的顺序旋转，如图(a)所示；而反向旋转侧的定子以C相、B相、A相的顺序绕制，旋转磁场依旧按照A-B-C的顺序旋转，则会产生如图(b)所示与正向绕制时，同速反向的旋转磁场。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想实施的技术方案以及在本申请公开技术方案基础上所做的任何改动均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种双转子对转轴向磁场永磁电机，包括两个定子盘、两个转子盘，永磁体，电枢绕组，其特征在于，扇形永磁体在圆周方向均匀布置在转子背轭上，从而将永磁体在径向和轴向上保持固定，形成的两个转子盘并安装在不同转轴上，再通过转轴与各自对应定子盘连接，固定转子盘在轴向方向的位置，形成双定子双转子结构。
2.根据权利要求1所述的双转子对转轴向磁场永磁电机，其特征在于，所述定子盘包括定子背轭、定子齿、电枢绕组，两个定子盘分别在各自一侧开槽形成定子齿嵌绕电枢绕组，两个定子盘定子齿侧相背安装，定子轭侧背对背安装，所述两个定子盘之间使用非导磁材料连接。
3.根据权利要求2所述的双转子对转轴向磁场永磁电机，其特征在于，其两个定子盘对应的电枢绕组采用不同连接方式，两个绕组相序相反，使得两个定子盘产生同速反向的旋转磁场。
4.根据权利要求1所述的双转子对转轴向磁场永磁电机，其特征在于，所述两个转子盘上的永磁体在圆周方向上以N-S极依次均匀交替布置，转子盘上的永磁体使用非导磁材料的转子支架固定其位置，再使用结构胶将其与转子背轭固定。
5.根据权利要求4所述的双转子对转轴向磁场永磁电机，其特征在于，所述转子支架内外环之间设有辐条形成扇形槽，使扇形永磁体在圆周方向均匀布置安装在转子支架上，转子支架使用不锈钢或环氧树脂等不导磁材料。
6.根据权利要求1或4所述的双转子对转轴向磁场永磁电机，其特征在于，所述转子盘通过转轴与其对应定子盘连接固定，并与定子盘形成单侧轴向气隙。
7.根据权利要求1或4或6所述的双转子对转轴向磁场永磁电机，其特征在于，所述转子盘通过转轴与对应定子盘连接所形成的两个独立电机结构，将定子背轭相对使用非导磁材料连接固定，形成完整对转轴向磁场永磁电机结构。
8.根据权利要求1-5任意一权利要求所述的双转子对转轴向磁场永磁电机，其特征在于，双转子对转轴向磁场永磁电机是由两个单定子单转子的轴向磁场永磁电机组合形成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210205 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |