无重叠绕组分块式双转子电励磁磁通切换电机的制作方法

本实用新型涉及的是无重叠绕组分块式双转子电励磁磁通切换电机，属于电机制造技术领域。

背景技术：

随着工业技术及新能源的发展，电机在风力发电、新能源汽车等高功率的场合得到了广泛的应用。传统的直流电机的电枢电流与励磁电流均可独立调节，调速方便，作为电动机和发电机均非常理想。然而，但直流电机结构上存在弊端，它需要配置电刷和换向器使用，这增加了结构的复杂性，维护不方便，可靠性较差。交流电机无需电刷，可靠性高，但是其调速性能差，控制也比较复杂。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，不适合用于大功率场合。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，但是永磁体容易受到高温影响而退磁，这严重影响了电机的使用寿命。此外，采用永磁铁来励磁，电机的励磁不方便调节，不利于弱磁控制，进而限制了永磁无刷电机在高速领域的应用。

近年来，一种新型磁通切换电机得到了相关学者的广泛关注，该电机的转子结构简单，仅由导磁材料组成，可靠性高，电枢绕组和励磁绕组均置于定子，转子结构简单。然而，现有的电机在绕组分布方式上存在着一些弊端，如绕组重叠、绕组端部长，导致铜耗较大，功率因数低等，严重影响了它在高功率场合的使用。

技术实现要素：

针对现有技术上存在的不足，本实用新型目的在于提供一种采用无重叠绕组的分块式双转子电励磁磁通切换电机，该绕组方式改进了绕组分布，进而可增大电机反电势、减小损耗，进而提高电机的性能。

本实用新型提供的无重叠绕组分块式双转子电励磁磁通切换电机，包括定子11、分别设置于定子11内、外侧的内转子12和外转子10，所述定子11和内外转子间存在气隙；所述定子11中设有导磁齿110，所述导磁齿110沿定子径向分布，在定子11的周向等间距排列；相邻两个导磁齿110之间为两端向定子内部凹陷的齿槽111；

所述定子11中还包括电枢绕组112和励磁绕组113，所述电枢绕组112和励磁绕组113 分布于所述导磁齿110的两侧，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；

所述电枢模块和励磁模块的总数量根据电机的相数、电机单元的个数以及每个电机单元中任意一相电枢绕组串联的电枢绕组112的个数确定。

进一步的，所述导磁齿110及其两侧的半个齿槽111所组成的部分称为定子模块114，设置励磁绕组113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112的称为电枢模块，绕组位于齿槽111中并套在定子的轭部。

进一步的，所述外转子10和内转子12由分段导磁块组成；

相邻两导磁齿中线之间的距离为定子极距τs，相邻两转子导磁块的中心线距离为转子极距τr，所述电枢绕组112的分布方式根据τr/τs来确定，同一励磁模块包含的2个励磁绕组113产生的磁场方向相反，相邻励磁模块间邻近的励磁绕组113产生的磁场方向相同。

更进一步的，所述电枢绕组112的分布方式分为以下两类：

第一类，当τr/τs满足时，同一定子模块114内的2个电枢绕组112属于同一相，且绕线方向相反，任意相邻的两个电枢绕组112绕向相反；

第二类，当τr/τs满足时，从某一齿槽111开始，沿顺时针方向，槽中电枢绕组112按相序依次循环排列，相邻电枢绕组112为同相时绕向相同，为不同相时绕向相反；

其中，m为电机的相数，n为电机单元数，k为每个电机单元中任意一相电枢绕组串联的电枢绕组112个数，i为自然数。

进一步的，每个电机单元中的励磁绕组113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个电枢绕组112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112串联或并联连接。

作为一种优选，所述电枢绕组112和励磁绕组113为铜或超导材料。

作为上述电机的一种变换形式，将所述定子和转子的位置互换，构造成双定子电励磁磁通切换电机。

进一步的，所述分块式双转子电励磁磁通切换电机是电动机或发电机。

本实用新型电机主要存在如下优点：

本实用新型提供的分块式双转子电励磁磁通切换电机，作为电动机使用时，电枢绕组与励磁绕组均置于定子上，双转子的结构简单，维护方便；新型的绕组分布方式增大了反电势，避免了绕组重叠的现象，减少了绕组端部长度，降低了铜耗，从而有利于提高电机功率密度和效率；而作为发电机使用时，新的绕组分布方式可以改善电压输出波形，提高功率因数。另外，双转子结构大大提高了电机的输出功率，能满足当前一些大功率的场合对电动机或发电机的输出要求，且电机所受法向拉力较小，运行更加稳定。因此，这种新型绕组结构的旋转电机在风力发电和新能源汽车等领域将会有很大的发展前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

图1本实用新型实施例1电机结构示意图；

图2本实用新型实施例1槽电动势星形图；

图3本实用新型实施例2电机结构示意图；

图4本实用新型实施例2槽电动势星形图；

图5本实用新型实施例3电机结构示意图；

图6本实用新型实施例4电机结构示意图；

图7本实用新型实施例4槽电动势星形图；

图8本实用新型实施例5电机结构示意图；

图9本实用新型实施例5槽电动势星形图。

其中，10-外转子，11-定子，12-内转子，110-导磁齿，111-齿槽，112-电枢绕组，113-励磁绕组，114-定子模块。

具体实施方式

本实用新型提供分块式双转子电励磁磁通切换电机，为使本实用新型的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供的无重叠绕组分块式双转子电励磁磁通切换电机，包括定子11、分别设置于定子11内、外侧的内转子10和外转子12，所述定子11和内外转子间存在气隙；所述定子11中设有导磁齿110，所述导磁齿110沿定子径向分布，在定子11的周向等间距排列；相邻两个导磁齿110之间为两端向定子内部凹陷的齿槽111；

所述定子11中还包括电枢绕组112和励磁绕组113，所述电枢绕组112和励磁绕组113 分布于所述导磁齿110的两侧，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；

所述电枢模块和励磁模块的总数量根据电机的相数、电机单元的个数以及每个电机单元中任意一相电枢绕组串联的电枢绕组112的个数确定。

进一步的，所述导磁齿110及其两侧的半个齿槽111所组成的部分称为定子模块114，设置励磁绕组113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112的称为电枢模块，绕组位于齿槽111中并套在定子的轭部。

进一步的，所述外转子10和内转子12由分段导磁块组成；

相邻两导磁齿中线之间的距离为定子极距τs，相邻两转子导磁块的中心线距离为转子极距τr，所述电枢绕组112的分布方式根据τr/τs来确定，同一励磁模块包含的2个励磁绕组113产生的磁场方向相反，相邻励磁模块间邻近的励磁绕组113产生的磁场方向相同。

更进一步的，所述电枢绕组112的分布方式分为以下两类：

第一类，当τr/τs满足时，同一定子模块114内的2个电枢绕组112属于同一相，且绕线方向相反，任意相邻的两个电枢绕组112绕向相反；

第二类，当τr/τs满足时，从某一齿槽111开始，沿顺时针方向，槽中电枢绕组112按相序依次循环排列，相邻电枢绕组112为同相时绕向相同，为不同相时绕向相反；

其中，m为电机的相数，n为电机单元数，k为每个电机单元中任意一相电枢绕组串联的电枢绕组112个数，i为自然数。

进一步的，每个电机单元中的励磁绕组113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个电枢绕组112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112串联或并联连接。

作为一种优选，所述电枢绕组112和励磁绕组113为铜或超导材料。

作为上述电机的一种变换形式，将所述定子和转子的位置互换，构造成双定子电励磁磁通切换电机。

进一步的，所述分块式双转子电励磁磁通切换电机是电动机或发电机。

实施例1

参见图1，本实用新型提供的无重叠绕组分块式双转子电励磁磁通切换电机，包括外转子 10、定子11和内转子12，上述三者均为导磁材料；定子11和外转子10、内转子12之间存在气隙。定子11两侧设有导磁齿和齿槽，相对的一对导磁齿110及其两侧的半个齿槽111所组成的部分称为一个定子模块114，其个数为Ns＝m*k*n，包括励磁模块和电枢模块两类，二者交替排布，绕组位于齿槽中并套在定子的轭部。外转子10和内转子12由分段导磁块组成，转子导磁块的长边与定子11的导磁齿110相对设置。相邻两定子导磁齿110的中心线距离为定子极距τs，相邻两转子导磁块的中心线距离为转子极距τr。

本实施例中，m＝3，k＝2，n＝2，其中，m为相数，k为每个电机单元中任意一相电枢绕组串联的电枢绕组112的个数，n为电机单元数。即，本实施例中电机为三相电机，包含A、B、 C三相，共包含n＝2个电机单元，每个电机单元中每相由k＝2个电枢绕组112串联组成。定子 11由Ns＝m*k*n＝12个定子模块114组成，其中，同一励磁模块包含的2个励磁绕组113产生的磁场方向相反，相邻励磁模块间邻近的励磁绕组113产生的磁场方向相同；同一电枢模块包含的2个电枢绕组112属于同一相，且绕线方向相反，任意相邻的两个电枢绕组112绕向相反。该实施例属于上文提到的第一类情况，

当m＝3，k＝2，i＝0，正负号取负时，τr/τs＝12/7；当m＝3，k＝2，i＝0，正负号取正时，τr/τs＝12/11，本实施例取τr/τs＝12/7。

图2为实施例1的槽电动势星形图，对本实例中安放了电枢绕组的槽进行编号，记为 s1～s12，各槽的槽矢量已标出，相邻上述槽之间电矢量相位相差120°。本实施例中，以A相绕组为例，共有两对电枢绕组，其中A1和A1’电枢绕组电流方向相反，合成电矢量为c1＝s1-s2，得到c1，合成矢量大小为定子槽内一个电枢绕组112矢量幅值的同理，A2和A2’电枢绕组电流方向也相反，合成电矢量为c2＝s7-s8，与c1大小相同，方向相同，因此A相的磁链与反电势幅值为定子槽内一个电枢绕组112幅值的倍。

实施例2

图3也为一台无重叠绕组分块式双转子电励磁磁通切换电机。本实施例和实施例1的不同之处在于，本实施例中，从某一齿槽111开始，沿顺时针方向，电枢绕组112按一定的相序依次循环排列于槽中，此时相邻的电枢绕组112属于不同相，绕向相反。该实施例属于上文提到的第二类情况，

当m＝3，k＝2，i＝0，正负号取正时，τr/τs＝12/5；当m＝3，k＝2，i＝1，正负号取负时，τr/τs＝12/13，本实施例取τr/τs＝12/5。

图4为实施例2电机的槽电动势星形图。对本实例中安放了电枢绕组的槽进行编号，记为 s1～s12，各槽的槽矢量已标出，相邻上述槽之间电矢量相位相差60°。本实施例中，以A相绕组为例，共有两对电枢绕组，其中A1和A1’电枢绕组电流方向相反，合成电矢量为c1＝s1-s4，得到c1，合成矢量大小为定子槽内一个电枢绕组112矢量幅值的2倍。同理，A2和A2’电枢绕组电流方向也相反，合成电矢量为c2＝s7-s10，与c1大小相同，方向相同，因此A相的磁链与反电势幅值为定子槽内一个电枢绕组112幅值的4倍。

实施例3

图5也为一台无重叠绕组分块式双转子电励磁磁通切换电机。本实施例中，m＝3，k＝2， n＝4，即该电机为三相电机，包含有4个电机单元，每个电机单元中任意一相电枢绕组由k＝2 个电枢绕组串联组成。定子11由Ns＝m*k*n＝24个定子模块114组成，其中，同一励磁模块包含的2个励磁绕组113产生的磁场方向相反，相邻励磁模块间邻近的励磁绕组113产生的磁场方向相同；同一电枢模块包含的2个电枢绕组112属于同一相，且绕线方向相反。

该实施例的电机槽电动势星形图和实施例1相同。

实施例4

图6也为一台无重叠绕组分块式双转子电励磁磁通切换电机。本实施例中，m＝5，k＝2， n＝2，即该电机为五相电机，包含有2个电机单元，每个电机单元中任意一相电枢绕组由k＝2 个电枢绕组串联组成。定子11由Ns＝m*k*n＝20个定子模块114组成，其中，同一励磁模块包含的2个励磁绕组113产生的磁场方向相反，相邻励磁模块间邻近的励磁绕组113产生的磁场方向相同；同一电枢模块包含的2个电枢绕组112属于同一相，且绕线方向相反，任意相邻的两个电枢绕组112绕向相反。该实施例属于上文提到的第一类情况，

当m＝5，k＝2，i＝0，正负号取负时，τr/τs＝20/13；当m＝5，k＝2，i＝0，正负号取正时，τr/τs＝20/17，本实施例取τr/τs＝20/13。

图7为实施例4的槽电动势星形图，对本实例中安放了电枢绕组的槽进行编号，记为 s1～s12，各槽的槽矢量已标出，相邻上述槽之间电矢量相位相差144°。本实施例中，以A相绕组为例，共有两对电枢绕组，其中A1和A1’电枢绕组电流方向相反，合成电矢量为c1＝s1-s2，得到c1，合成矢量大小为定子槽内一个电枢绕组112矢量幅值的1.9倍。同理，A2和A2’电枢绕组电流方向也相反，合成电矢量为c2＝s11-s12，与c1大小相同，方向相同，因此A相的磁链与反电势幅值为定子槽内一个电枢绕组112幅值的3.8倍。

实施例5

图8也为一台无重叠绕组分块式双转子电励磁磁通切换电机。本实施例中，m＝5，k＝2， n＝2，即该电机为五相电机，包含有2个电机单元，每个电机单元中任意一相电枢绕组由k＝2 个电枢绕组串联组成。本实施例和实施例4的不同之处在于，本实施例中，从某一齿槽111开始，沿顺时针方向，电枢绕组112按一定的相序依次循环排列于槽中，此时相邻的电枢绕组 112属于不同相，其绕向相反。该实施例属于上文提到的第二类情况，

当m＝5，k＝2，i＝0，正负号取正时，τr/τs＝20/7；当m＝5，k＝2，i＝1，正负号取负时，τr/τs＝20/23，本实施例取τr/τs＝20/7。

图9为实施例5电机的槽电动势星形图。对本实例中安放了电枢绕组的槽进行编号，记为 s1～s12，各槽的槽矢量已标出，相邻上述槽之间电矢量相位相差36°。本实施例中，以A相绕组为例，共有两对电枢绕组，其中A1和A1’电枢绕组电流方向相反，合成电矢量为c1＝s1-s6，得到c1，合成矢量大小为定子槽内一个电枢绕组112矢量幅值的2倍。同理，A2和A2’电枢绕组电流方向也相反，合成电矢量为c2＝s11-s16，与c1大小相同，方向相同，因此A相的磁链与反电势幅值为定子槽内一个电枢绕组112幅值的4倍。

由上述实施例可以看出，本实用新型提出一种无重叠绕组双转子电励磁磁通切换电机，与现有电机相比，本实用新型电机采用双转子结构，改进了绕组分布方式，增大反电势。同时避免了绕组重叠的现象，可减小绕组端部长度。这一改进可减小电机铜耗，增大输出功率，提高电机效率，进而提升系统功率分配的能力，最终做到节约成本。采用此新型绕组结构，可以满足更多的高功率应用场合，尤其在风力发电和新能源汽车等领域将会有很大的发展前景。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。