一种新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电机，特别是一种具有双定子的新型高功率密度永磁无刷双馈电动机。
【背景技术】
[0002]与传统电励磁电机相比，永磁电机具有结构简单，运行可靠；体积小，质量轻；损耗少，效率高；电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点，因而受到电动汽车行业的广泛关注。双定子永磁无刷电机与传统单定子永磁无刷电机相比，具有更高的转矩密度和功率密度。因此在大功率驱动系统中，为了提高电机的功率密度，降低成本，其电机可采用双定子结构。
[0003]专利CN203352396U给出了一种具有双定子结构的新型电机，其转子为杯状结构，设置在第一定子和第二定子之间，电机的外定子、转子和内定子同轴心且相互独立。该电机分别在第二定子和转子的杯壁上等间距均匀地嵌入永磁体，通过两个永磁体共同作用可以实现电机急停急转，精度控制高。由于定转子上都嵌入永磁体，且第一定子和第二定子上都有绕组，电机运行时存在散热问题。
[0004]专利CN104300755A给出了一种双层多相对称绕组的双定子无刷双馈电机，其转子采用双层多相对称绕组的结构，电机的外定子、转子和内定子同轴心且相互独立。该电机取消了电刷滑环，提高了所在系统的可靠性，降低了维护成本。该电机将内定子和转子等效为一个绕线转子，且只有当转子外层绕组建立的旋转磁场与外定子绕组建立的旋转磁场同步才能实现期望的双馈同步运行。但是该电机对电机的转速和绕组频率、极对数要求较尚O
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种降低制造成本，提高电机功率密度和效率的双定子的新型高功率密度永磁无刷双馈电动机。
[0006]为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机，该电机包括第一定子、第二定子、转子；第一定子、第二定子位于转子的两侧，第一定子与转子之间设有外气隙，转子与第二定子之间设有内气隙，第一定子、第二定子通过定子支撑架连接固定；转子的内外侧上设有永磁体，转子固定在转轴上；所述的第一定子和第二定子分别安装有电枢绕组。
[0007]在一较佳实施例中:所述的第一定子和第二定子的横截面为环状结构。
[0008]在一较佳实施例中:所述电枢绕组为同相位绕组。
[0009]在一较佳实施例中:所述电枢绕组相互独立使用或者串联使用。
[0010]在一较佳实施例中:所述的转子的横截面是环状结构，所述永磁体在该转子的两个端面上形成圆周方向交替变化的磁极。
[0011]在一较佳实施例中:所述第一定子的外部和第二定子的内部分别设有散热装置。
[0012]在一较佳实施例中:所述转子与永磁体为嵌入或内置的连接关系。
[0013]在一较佳实施例中:所述转轴的一端通过轴承支撑。
[0014]相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果:
[0015]由于本发明提供的一种新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机的两个定子的电枢绕组不旋转，因而避免了采用电刷和滑环进行供电的问题。
[0016]该新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机的第一定子外部和第二定子内部可增加散热装置，以便于电机散热，解决了发明专利CN203352396U中存在的散热问题。
[0017]该新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机的转子具有较低的转动惯量，且转子为导磁材料，电机采用双定子结构，其气隙磁通密度高于传统永磁无刷双馈电动机，具有较高的功率密度和转矩密度。
【附图说明】
[0018]图1为所述新型高功率密度永磁无刷双馈电动机结构示意图；
[0019]图2为所述新型高功率密度永磁无刷双馈电动机中转子结构示意图。；
[0020]图3为绕组磁动势Fal、Fa3与磁动势为F 3的合成关系图。
【具体实施方式】
[0021]下文结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0022]一种新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机的一种具体实现方式如图1-2所示，这是一种具有双定子的永磁电机，主要由三个部分构成，依次是第一定子1、转子2、第二定子3。在装配成型之后，两个定子1、3位于外侧，转子2位于两个定子1、3的里侧。两个定子通过定子支撑架12连接并固定住，转子2固定在转子轴23上，通过轴承24支撑。
[0023]本发明专利提出的新型高功率密度永磁无刷双馈电动机的转子2是环状结构，采用嵌入式结构将永磁体21、22嵌入转子内外侧，如图2所示。在高速系统中也可采用永磁体内置的结构。
[0024]本发明专利提出的一种新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机的第一定子I和第二定子3上都分别安装有电枢绕组11、31。当第一定子和第二定子绕组11、31通电时均会产生旋转磁动势Fal、Fa3并建立电枢磁场Φ al、?a3，分别在两个定子绕组11、31内产生电枢反应电动势Eal、Ea31及E a3、Eal3。其中，两个定子间电枢反应的影响很小，因此，Ea31及Eal3可忽略不计。转子永磁体磁动势F2及建立的励磁磁场Φ 2也在两个定子绕组中产生相应的感应电动势E1' E3。由于双定子的永磁无刷双馈电动机两个定子绕组共同作用将产生叠加性能。如下图所示，双定子永磁无刷双馈电动机两个定子绕组中对应相绕组磁动势Fal和Fa3空间矢量相差Θ电角度，合成磁动势为F s。从图3中可看出，当Θ = O时，Fal和Fa3具有相同的相位，合成磁动势最大，电动机将输出最大的电磁转矩。即第一定子I和第二定子3中相应绕组为同相位时，得到的电磁转矩最大。
[0025]本实施例提出的一种新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机是将两个定子和一个转子嵌套在一起组成一个同心式结构的电机，该电机具有两层气隙，两层气隙中的磁通共用转子的轭部磁路，而且由于两层气隙磁场的切向分量在转子上方向相反，相互抵消，可以减小这一部分共用磁路的体积，提高磁场能的利用率，提高电机的功率密度和转矩也/又。
[0026]本发明专利提出的一种新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机的第一定子I和第二定子3上均绕有独立的电枢绕组，具有多种绕组连接方式。第一定子和第二定子的两套绕组11、31可以串联组成一套绕组，也可以单独作为两套绕组运行。两套绕组串联组成一套绕组可以产生较大的感应电动势，电机能够运行在转速较低的范围并输出较大的电磁转矩；当第一定子或第二定子绕组单独使用时，其每相绕组的有效串联匝数较少，从而产生的感应电动势较小，电机输出的电磁转矩减小，但是能够提高电机转速，拓宽电机转速范围。传统的单定子永磁无刷电机弱磁扩速能力较差，而本发明专利提出的双定子永磁无刷双馈电机可以通过改变绕组的连接方式来实现扩速的目的。
[0027]在电动汽车驱动系统中，由于采用了双定子绕组，在总功率不变的情况下，可以减小系统功率元件的电压或电流限值。且双定子永磁无刷双馈电机的多种绕组连接方式使其能够输出多种运行状态，满足电动汽车复杂运行工况的需求。
【主权项】
1.一种新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机，其特征在于:该电机包括第一定子(I)、第二定子(3)、转子(2);第一定子(I)、第二定子(3)位于转子(2)的两侧，第一定子(I)与转子(2)之间设有外气隙，转子(2)与第二定子(3)之间设有内气隙，第一定子(I)、第二定子(3)通过定子支撑架(12)连接固定；转子(2)的内外侧上设有永磁体(21、22)，转子(2)固定在转轴(23)上； 所述的第一定子(I)和第二定子(3)分别安装有电枢绕组(11、31)。
2.根据权利要求1所述的一种新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机，其特征在于:所述的第一定子(I)和第二定子(3)的横截面为环状结构。
3.根据权利要求1所述的一种新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机，其特征在于:所述电枢绕组(11、31)为同相位绕组。
4.根据权利要求1所述的一种新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机，其特征在于:所述电枢绕组(11、31)相互独立使用或者串联使用。
5.根据权利要求1所述的一种新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机，其特征在于:所述的转子(2)的横截面是环状结构，所述永磁体(21、22)在该转子(2)的两个端面上形成圆周方向交替变化的磁极。
6.根据权利要求1所述的一种新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机，其特征在于:所述第一定子(I)的外部和第二定子(3)的内部分别设有散热装置。
7.根据权利要求1所述的一种新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机，其特征在于:所述永磁体(21、22)与转子(2)为嵌入或内置的连接关系。
8.根据权利要求1所述的一种新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机，其特征在于:所述转轴(23)的一端通过轴承(24)支撑。
【专利摘要】本发明提供了一种新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机，该电机包括第一定子、第二定子、转子；第一定子、第二定子位于转子的两侧，第一定子与转子之间设有外气隙，转子与第二定子之间设有内气隙，第一定子、第二定子通过定子支撑架连接固定；转子的内外侧上设有永磁体，转子固定在转轴上；所述的第一定子和第二定子分别安装有电枢绕组。本发明提供了一种降低制造成本，提高电机功率密度和效率的双定子的新型高功率密度永磁无刷双馈电动机。
【IPC分类】H02K16-04, H02K9-00, H02K29-00
【公开号】CN104811002
【申请号】CN201510204363
【发明人】郭新华, 黄燕涛, 曾培煌, 武少哲, 薛娴
【申请人】华侨大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月27日