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CN111817459A - 单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机 - Google Patents

单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机 Download PDF

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CN111817459A CN202010741185.7A CN202010741185A CN111817459A CN 111817459 A CN111817459 A CN 111817459A CN 202010741185 A CN202010741185 A CN 202010741185A CN 111817459 A CN111817459 A CN 111817459A
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夏晨曦
饶志蒙
黄守道
罗德荣
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Abstract

本发明提供了一种单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机，涉及电机技术领域。所述对转电机包括：盘式定子和两个盘式转子；盘式转子靠近盘式定子的一侧设置转子凸极；盘式定子上绕制有定子绕组，定子绕组在盘式定子的两侧电流相序相反；盘式定子的第一侧设置有混合永磁体组，第二侧设置有高矫顽力永磁体组，混合永磁体组包括：第一高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体，低矫顽力永磁体绕设有调磁绕组。本发明中，调磁绕组内施加幅值大小和方向可控的直流电流矢量脉冲，改变低矫顽力永磁体的磁化强度，从而调节盘式定子第一侧的气隙磁场，实现盘式定子两侧的盘式转子同转速下不同转矩输出，适应不对称负载工况的需求。

Description

单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机。
背景技术
对转电机具有单输入的电端口和两个独立输出的机械端口，可应用于对转螺旋桨推进系统中，而对转螺旋桨是保证水下航行器平稳推进、飞机稳定飞行的关键部件，在海洋勘探和航空航天领域应用广泛。对转电机驱动系统具有结构紧凑、体积小、重量轻等优点，更具发展潜力，近年来国内外研究者们也给予了对转电机越来越多的关注。
目前开发的对转电机主要有两种类型：定、转子对转电机和单定子双转子对转电机。定、转子对转电机将定子通过轴承固定在机壳上，定子和转子都可以相对机壳转动，旋转方向相反。其定子电源需由电刷和滑环引入，机械结构复杂性增加，系统可靠性降低，严重制约了该类电机的应用和推广；且在负载不对称时难以确保定、转子的转速相同，如用在对转螺旋桨系统中将会严重影响推进效率。单定子双转子对转电机通常采用交流永磁形式，由一个定子和两个转子构成，两个转子在机械上独立，定子绕组经过特殊设计能够产生两个异向旋转的磁场，由一台逆变器控制，实现双转子的异向旋转。这类电机无需电刷、换向器等装置，维护方便、运行更可靠。相较于定、转子对转电机，无刷化的单定子双转子永磁对转电机具备更好的应用和推广价值。
但是，单定子双转子对转电机采用一台逆变器同时驱动两个永磁转子，由于永磁电机气隙磁场的不可调控，当负载不对称或负载发生突变时，对其中一个转子转矩调节引起的电流变化必然导致另一个转子转矩的改变，两个异向转矩之间存在相互关联和耦合，当负载不对称或者某一个转子负载突变时，传统控制技术难以实现两个转子转矩的“兼顾”控制。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机，解决了单定子双转子对转电机难以适应不对称负载的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机，所述对转电机包括：盘式定子和两个盘式转子；
两个盘式转子分别位于盘式定子的两侧，所述盘式转子靠近盘式定子的一侧设置有转子凸极；
所述盘式定子上绕制有定子绕组，所述定子绕组在盘式定子的两侧电流相序相反；所述盘式定子的两侧设置有永磁体，其中，盘式定子的第一侧设置有混合永磁体组，第二侧设置有高矫顽力永磁体组，所述混合永磁体组包括：第一高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体，所述低矫顽力永磁体绕设有调磁绕组。
优选的，所述转子凸极呈放射状间隔排列，所述盘式定子的两侧设置有定子凸极，所述定子凸极呈放射状间隔排列，所述定子凸极之间形成定子槽。
优选的，所述永磁体嵌于间隔的定子槽内，盘式定子第一侧的定子槽包括：内槽和外槽，所述内槽靠近盘式定子的轴线，外槽远离盘式定子的轴线。
优选的，高矫顽力永磁体组包括若干第二高矫顽力永磁体，所述内槽和外槽分别嵌有第一高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体；所述第二高矫顽力永磁体嵌于盘式定子第二侧间隔的定子槽内。
优选的，所述盘式定子中部设置有隔磁板，所述隔磁板与盘式定子的轴线垂直设置。
优选的，所述第一高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体之间设置有隔磁弧板，所述隔磁弧板位于内槽与外槽之间。
优选的，所述定子绕组为双侧反相序并联式扇形三相绕组；所述盘式定子两侧的定子绕组均采用双层集中式结构，所述定子绕组包括若干绕组线圈，每个集中的绕组线圈都嵌于间隔的定子槽内，嵌设绕组线圈的定子槽与嵌设永磁体的定子槽交错设置；绕组线圈呈扇形；三相绕组线圈依次排列，同一相的多个绕组线圈在端部串联；盘式定子两侧的定子绕组反相序布置，再以并联的方式连接构成一套绕组。
优选的，所述定子绕组为三相交叉的环形绕组，所述定子绕组包括：A相绕组、B相绕组和C相绕组；所述A相绕组、B相绕组和C相绕组均绕设在盘式定子的定子槽内，绕设定子绕组的定子槽与嵌设永磁体的定子槽交错设置；在盘式定子的环内壁和环外壁处，所述B相绕组与A相绕组交叉，所述C相绕组同时与A相绕组和B相绕组交叉。
优选的，所述第一高矫顽力永磁体、低矫顽力永磁体和第二高矫顽力永磁体的数量均为十二个。
优选的，所述盘式定子固定在机壳内，所述盘式转子通过轴承与机壳转动连接，位于盘式定子两侧的盘式转子分别与嵌套机械轴的外轴和内轴固定连接，内轴和外轴的另一端则分别连接两个对转螺旋桨。
(三)有益效果
本发明提供了一种单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机。与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明中，所述对转电机包括：盘式定子和两个盘式转子；两个盘式转子分别位于盘式定子的两侧，盘式转子靠近盘式定子的一侧设置转子凸极；盘式定子上绕制有定子绕组，定子绕组在盘式定子的两侧电流相序相反；盘式定子的两侧设置有永磁体，其中，盘式定子的第一侧设置有混合永磁体组，第二侧设置有高矫顽力永磁体组，混合永磁体组包括：第一高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体，低矫顽力永磁体绕设有调磁绕组；调磁绕组内施加幅值大小和方向可控的直流电流矢量脉冲，改变低矫顽力永磁体的磁化强度，从而调节盘式定子第一侧的气隙磁场，实现盘式定子两侧的盘式转子同转速下不同转矩输出，适应不对称负载工况的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中对转电机的应用环境结构示意图；
图2为本发明实施例1中对转电机的左视装配轴测图；
图3为本发明实施例1中对转电机的右视装配轴测图；
图4为本发明实施例2中对转电机的左视装配轴测图；
图5为本发明实施例2中对转电机的右视装配轴测图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例通过提供一种单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机，解决了单定子双转子对转电机难以适应不对称负载的问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明实施例中，所述对转电机包括：盘式定子和两个盘式转子；两个盘式转子分别位于盘式定子的两侧，盘式转子靠近盘式定子的一侧设置转子凸极；盘式定子上绕制有定子绕组，定子绕组在盘式定子的两侧电流相序相反；盘式定子的两侧设置有永磁体，其中，盘式定子的第一侧设置有混合永磁体组，第二侧设置有高矫顽力永磁体组，混合永磁体组包括：第一高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体，低矫顽力永磁体绕设有调磁绕组；调磁绕组内施加幅值大小和方向可控的直流电流矢量脉冲，改变低矫顽力永磁体的磁化强度，从而调节盘式定子第一侧的气隙磁场，实现盘式定子两侧的盘式转子同转速下不同转矩输出，适应不对称负载工况的需求。
另一方面，盘式转子上既无绕组也没有永磁体，运行可靠性高，相较于永磁体安装在转子上的对转电机，本申请永磁体不用随转子振动，大大降低了永磁体的失磁风险。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例1：
如图1～3所示，本发明提供了一种单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机，所述对转电机包括：盘式定子10和两个盘式转子20；
两个盘式转子20分别位于盘式定子10的两侧，所述盘式转子20靠近盘式定子10的一侧设置有转子凸极21；
所述盘式定子10上绕制有定子绕组11，所述定子绕组11在盘式定子10的两侧电流相序相反；所述盘式定子10的两侧设置有永磁体，其中，盘式定子10的第一侧设置有混合永磁体组，第二侧设置有高矫顽力永磁体组，所述混合永磁体组包括：第一高矫顽力永磁体30(如：钕铁硼)和低矫顽力永磁体40(如：铝镍钴)，所述低矫顽力永磁体40绕设有调磁绕组41，所述调磁绕组41相互串联。调磁绕组41内施加幅值大小和方向可控的直流电流矢量脉冲，改变低矫顽力永磁体40的磁化强度，从而调节盘式定子10第一侧的气隙磁场，实现盘式定子10两侧的盘式转子20同转速下不同转矩输出，适应不对称负载工况的需求。
另一方面，盘式转子20上既无绕组也没有永磁体，运行可靠性高，相较于永磁体安装在转子上的对转电机，本申请永磁体不用随转子振动，大大降低了永磁体的失磁风险。
如图2、图3所示，所述转子凸极21呈放射状间隔排列，所述转子凸极21为导磁材料(如：铁)。
如图2、图3所示，所述盘式定子10的两侧设置有定子凸极12，所述定子凸极12呈放射状间隔排列，所述定子凸极12之间形成定子槽。
如图2、图3所示，所述永磁体嵌于间隔的定子槽内，盘式定子10第一侧的定子槽包括：内槽和外槽，所述内槽靠近盘式定子10的轴线，外槽远离盘式定子10的轴线。
如图2、图3所示，高矫顽力永磁体组包括若干第二高矫顽力永磁体50，所述内槽和外槽分别嵌有第一高矫顽力永磁体30和低矫顽力永磁体40；所述第二高矫顽力永磁体50嵌于盘式定子10第二侧间隔的定子槽内。
如图2、图3所示，所述盘式定子10中部设置有隔磁板13，所述隔磁板13与盘式定子10的轴线垂直设置，防止盘式定子10两侧的磁场相互影响。
如图2、图3所示，所述第一高矫顽力永磁体30和低矫顽力永磁体40之间设置有隔磁弧板14，所述隔磁弧板14位于内槽与外槽之间，防止第一高矫顽力永磁体30和低矫顽力永磁体40之间的磁场相互影响。
如图2、图3所示，所述定子绕组11为双侧反相序并联式扇形三相绕组；所述盘式定子10两侧的定子绕组11均采用双层集中式结构，所述定子绕组11包括若干绕组线圈，每个集中的绕组线圈都嵌于间隔的定子槽内，嵌设绕组线圈的定子槽与嵌设永磁体的定子槽交错设置；绕组线圈呈扇形；三相绕组线圈依次排列，同一相的多个绕组线圈在端部串联；盘式定子10两侧的定子绕组11反相序布置，再以并联的方式连接构成一套绕组。
如图1所示，所述盘式定子10固定在机壳内，所述盘式转子20通过轴承与机壳转动连接，位于盘式定子10两侧的盘式转子20分别与嵌套机械轴的外轴和内轴固定连接，内轴和外轴的另一端则分别连接两个对转螺旋桨。
如图3、图4所示，所述第一高矫顽力永磁体30、低矫顽力永磁体40和第二高矫顽力永磁体50的数量均为十二个。
实施例2：
如图4、图5所示，所述定子绕组11为三相交叉的环形绕组，所述定子绕组11包括：A相绕组15、B相绕组16和C相绕组17；所述A相绕组15、B相绕组16和C相绕组17均绕设在盘式定子10的定子槽内，绕设定子绕组11的定子槽与嵌设永磁体的定子槽交错设置；在盘式定子10的环内壁和环外壁处，所述B相绕组16与A相绕组15交叉，所述C相绕组17同时与A相绕组15和B相绕组16交叉。
所述定子绕组11采用三相绕组两相交叉的方式绕设在盘式定子10上，使得盘式定子10两侧绕组的电流相序相反，从而在盘式定子10的两侧产生一对等值反向的旋转磁场。
综上所述，与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
1、本发明实施例中，所述对转电机包括：盘式定子和两个盘式转子；两个盘式转子分别位于盘式定子的两侧，盘式转子靠近盘式定子的一侧设置转子凸极；盘式定子上绕制有定子绕组，定子绕组在盘式定子的两侧电流相序相反；盘式定子的两侧设置有永磁体，其中，盘式定子的第一侧设置有混合永磁体组，第二侧设置有高矫顽力永磁体组，混合永磁体组包括：第一高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体，低矫顽力永磁体绕设有调磁绕组；调磁绕组内施加幅值大小和方向可控的直流电流矢量脉冲，改变低矫顽力永磁体的磁化强度，从而调节盘式定子第一侧的气隙磁场，实现盘式定子两侧的盘式转子同转速下不同转矩输出，适应不对称负载工况的需求。
2、本发明实施例中，盘式转子上既无绕组也没有永磁体，运行可靠性高，相较于永磁体安装在转子上的对转电机，本申请永磁体不用随转子振动，大大降低了永磁体的失磁风险。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机，其特征在于，所述对转电机包括：盘式定子(10)和两个盘式转子(20)；
两个盘式转子(20)分别位于盘式定子(10)的两侧，所述盘式转子(20)靠近盘式定子(10)的一侧设置有转子凸极(21)；
所述盘式定子(10)上绕制有定子绕组(11)，所述定子绕组(11)在盘式定子(10)的两侧电流相序相反；所述盘式定子(10)的两侧设置有永磁体，其中，盘式定子(10)的第一侧设置有混合永磁体组，第二侧设置有高矫顽力永磁体组，所述混合永磁体组包括：第一高矫顽力永磁体(30)和低矫顽力永磁体(40)，所述低矫顽力永磁体(40)绕设有调磁绕组(41)。
2.如权利要求1所述的单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机，其特征在于，所述转子凸极(21)呈放射状间隔排列，所述盘式定子(10)的两侧设置有定子凸极(12)，所述定子凸极(12)呈放射状间隔排列，所述定子凸极(12)之间形成定子槽。
3.如权利要求2所述的单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机，其特征在于，所述永磁体嵌于间隔的定子槽内，盘式定子(10)第一侧的定子槽包括：内槽和外槽，所述内槽靠近盘式定子(10)的轴线，外槽远离盘式定子(10)的轴线。
4.如权利要求3所述的单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机，其特征在于，高矫顽力永磁体组包括若干第二高矫顽力永磁体(50)，所述内槽和外槽分别嵌有第一高矫顽力永磁体(30)和低矫顽力永磁体(40)；所述第二高矫顽力永磁体(50)嵌于盘式定子(10)第二侧间隔的定子槽内。
5.如权利要求4所述的单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机，其特征在于，所述盘式定子(10)中部设置有隔磁板(13)，所述隔磁板(13)与盘式定子(10)的轴线垂直设置。
6.如权利要求4所述的单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机，其特征在于，所述第一高矫顽力永磁体(30)和低矫顽力永磁体(40)之间设置有隔磁弧板(14)，所述隔磁弧板(14)位于内槽与外槽之间。
7.如权利要求3所述的单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机，其特征在于，所述定子绕组(11)为双侧反相序并联式扇形三相绕组；所述盘式定子(10)两侧的定子绕组(11)均采用双层集中式结构，所述定子绕组(11)包括若干绕组线圈，每个集中的绕组线圈都嵌于间隔的定子槽内，嵌设绕组线圈的定子槽与嵌设永磁体的定子槽交错设置；绕组线圈呈扇形；三相绕组线圈依次排列，同一相的多个绕组线圈在端部串联；盘式定子(10)两侧的定子绕组(11)反相序布置，再以并联的方式连接构成一套绕组。
8.如权利要求3所述的单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机，其特征在于，所述定子绕组(11)为三相交叉的环形绕组，所述定子绕组(11)包括：A相绕组(15)、B相绕组(16)和C相绕组(17)；所述A相绕组(15)、B相绕组(16)和C相绕组(17)均绕设在盘式定子(10)的定子槽内，绕设定子绕组(11)的定子槽与嵌设永磁体的定子槽交错设置；在盘式定子(10)的环内壁和环外壁处，所述B相绕组(16)与A相绕组(15)交叉，所述C相绕组(17)同时与A相绕组(15)和B相绕组(16)交叉。
9.如权利要求4所述的单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机，其特征在于，所述第一高矫顽力永磁体(30)、低矫顽力永磁体(40)和第二高矫顽力永磁体(50)的数量均为十二个。
10.如权利要求1～9任一所述的单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机，其特征在于，所述盘式定子(10)固定在机壳内，所述盘式转子(20)通过轴承与机壳转动连接，位于盘式定子(10)两侧的盘式转子(20)分别与嵌套机械轴的外轴和内轴固定连接，内轴和外轴的另一端则分别连接两个对转螺旋桨。
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