一种解耦型双转子交替极永磁电机的制作方法

本发明属于电机领域，特别涉及了一种解耦型永磁电机。

背景技术：

由于永磁电机具备高转矩密度、高功率密度、良好的弱磁性能和高效率等优点，特别适合全速范围内运行，因此永磁电机在混合动力电动汽车等应用领域具有广泛的应用前景。目前混合动力汽车由于复合结构(双转子)电机的纯电气方案日趋成熟而受到了广泛的研究。发表在ieeetransactionsonindustrialelectronics的文献“multileveldesignoptimizationandoperationofabrushlessdoublemechanicalportsflux-switchingpermanentmagnetmotor”提出了一种双转子双机械端口磁通切换电机结构，该电机具有高转矩密度、低转矩脉动、凸极转子鲁棒性强等优点。然而，该电机内外定子绕组存在较大的电磁耦合，严重影响了电机的输出转矩质量。

技术实现要素：

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种解耦型双转子交替极永磁电机。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种解耦型双转子交替极永磁电机，包括内转子、外转子以及若干模块化定子，所有模块化定子依次拼接构成一个完整的定子，该定子位于内转子与外转子之间且分别与内转子和外转子形成独立的气隙，每个模块化定子包括定子轭部以及分别位于定子轭部两侧的内定子齿和外定子齿，内定子齿靠近内转子，外定子齿靠近外转子，所有内定子齿上均绕有电枢绕组，全部或部分外定子齿上绕有电枢绕组，各外定子齿上属于同相的电枢绕组依次首尾相连组成一相，各内定子齿上属于同相的电枢绕组依次首尾相连组成一相；对于所述内转子和外转子，其中一个为面贴式转子，另一个为凸极转子，面贴式转子的表面完全被永磁体覆盖，凸极转子的相邻凸极铁芯之间设置永磁体而形成交替极永磁转子。

进一步地，每个模块化定子包括n个内定子齿和m个外定子齿，n≥1，m≥1。

进一步地，每个模块化定子包括a个内定子齿、b个完整的外定子齿以及位于b个完整外定子齿两侧的两个半外定子齿，相邻模块化定子上的半外定子齿拼接构成一个完整的外定子齿，所有由半外定子齿拼接构成的外定子齿上不绕设电枢绕组，a≥1，b≥1。

进一步地，内、外转子的永磁极对数不同，且内、外定子上电枢绕组含有的电枢磁动势谐波不同。

进一步地，面贴式转子表面相邻永磁体的极性相反，交替极永磁转子上所有永磁体的极性相同。

进一步地，各模块化定子先单独冲压成形，然后绕制电枢绕组，最后拼接组装所有模块化定子。

进一步地，所述电枢绕组采用集中单齿绕制方式。

进一步地，内转子和外转子能够做同步运行或者异步运行。

进一步地，内转子和外转子能够做同轴输出或者双机械端口输出。

进一步地，内、外电机均能够做电动运行和发电运行。

进一步地，根据电机应用场景，适应性调换内电机与外电机的位置。

采用上述技术方案带来的有益效果：

(1)本发明解决了双转子双机械端口永磁电机内外定子绕组之间的电磁耦合问题，电机做电动运行时提高了电机的输出转矩质量，电机做发电运行时改善了输出电能质量；

(2)本发明在转子中采用交替极结构，减少了永磁体的使用量，提高了永磁体利用率；

(3)本发明定子采用模块化，便于加工批量生产，加工好的模块化定子可直接绕线然后拼装完成装配，简化了生产过程和装配过程；

(4)本发明的内外转子可以同步也可以异步，不会影响电机输出电磁性能；电机内外定子电枢绕组在电机同步和异步运行时均不会存在反电势电磁耦合。

附图说明

图1是本发明实施例1的示意图；标号说明：1、外转子；2、外转子上永磁体；3、模块化定子；4、外定子上电枢绕组；5、内定子上电枢绕组；6、内转子上永磁体；7、内转子；8、内气隙；9、外气隙；

图2是本发明实施例1的模块化定子标号示意图；标号说明：3、10-20、模块化定子；

图3是本发明实施例1中模块化定子结构示意图；

图4是本发明实施例2的示意图；标号说明：21-44、外定子齿标号；

图5是本发明实施例2中模块化定子结构示意图；

图6是本发明实施例3的示意图；

图7是本发明实施例3中模块化定子结构示意图；

图8是实施例1电机结构内转子静止、外转子分别以400转/分钟旋转且电机空载时电机内外定子反电势波形图；

图9是实施例1内外转子分别以400转/分钟和300转/分钟旋转且电机空载时电机内外定子反电势波形图；

图10是实施例1内外转子分别以400转/分钟和300转/分钟旋转且电机外定子电机加载、内定子电机空载时电机内定子反电势波形图和外定子端电压波形图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种解耦型双转子交替极永磁电机，包括内转子7、外转子1以及若干模块化定子3，所有模块化定子3依次拼接构成一个完整的定子，该定子位于内转子7与外转子1之间且分别与内转子7和外转子1形成气隙8和9。每个模块化定子3包括定子轭部以及分别位于定子轭部两侧的内定子齿和外定子齿，内定子齿靠近内转子7，外定子齿靠近外转子1，内定子齿和外定子齿上均绕有电枢绕组5和4。对于所述内转子7和外转子1，其中一个为面贴式转子，另一个为凸极转子，面贴式转子的表面完全被永磁体6覆盖，凸极转子的相邻凸极铁芯之间设置永磁体2而形成交替极永磁转子。

根据定子槽数和内外转子极数可知图1中的内转子电机是一个12槽8极的永磁同步电机，外转子电机是一个12槽14极的永磁同步电机。以三相绕组为例，结合图2对内外定子齿上的电枢绕组连接方式进行说明。图2中包含12个模块化定子，每个模块化定子的结构如图3所示。因为内转子电机是一个12槽8极的永磁同步电机，即4个3槽2极的永磁同步电机，根据该电机的槽电势星形图可知该电机以3个槽为一个电机单元，模块化定子3、10、11上的内定子齿上分别绕有a相正线圈、b相正线圈和c相正线圈，模块化定子12-20上的内定子齿上的线圈以模块化定子3、10、11上内定子齿上的线圈为重复单元重复3次。内定子齿上属于同相的线圈依次首尾相连组成一相。外转子电机外定子齿上的线圈以12槽14极永磁同步电机的槽电势星形图进行连接。模块化定子3和14上的外定子齿上绕制a相负线圈，模块化定子15、20上的外定子齿上绕制a相正线圈，模块化定子10、17上的外定子齿上绕制c相负线圈，模块化定子11、16上的外定子齿上绕制c相正线圈，模块化定子13、18上的外定子齿上绕制b相负线圈，模块化12、19上的外定子齿上绕制b相正线圈。外定子齿上属于同相的线圈依次首尾相连组成一相。

结合内外转子电机的极槽配合对内外两个电机的解耦原理进行解释：内转子电机的三相电枢反应谐波为pi＝4*k(k为大于0，且不等于3和3的倍数的正整数)，外转子电机的三相电枢反应谐波为po＝2k-1。通过内外转子电机的电枢反应可知内转子电机的三相电枢反应谐波为偶数，而外转子电机的三相电枢反应谐波为奇数，二者之间不存在交叉。因为反电势感应原理与电枢反应具有一致性，故内外转子电机的感应反电势之间不存在耦合现象，二者之间不影响。

实施例2

图4所示的结构为本发明的一种优选方案，该电机除了模块化定子的结构外，其余结构与实施例1相同，本实施例中模块化定子的结构如图5所示。本实施例中外定子采用24槽结构，外转子采用26极结构，该电机结构的反电势解耦原理与实施例1中类似，均采用内外定子电枢反应谐波不交叉的思想来实现内外定子反电势的解耦。

本实施例中电机内定子上的绕组连接方式与实施例1中完全相同。主要区别在于24槽外定子上的绕组连接。外定子齿21、23、34和36上绕a相负线圈，外定子齿子22、24、33和35上绕a相正线圈，外定子齿25、27、38和40上绕c相正线圈，外定子齿26、28、37和39上绕c相负线圈，外定子齿30、32、41和43上绕b相负线圈，外定子齿29、31、42和44上绕b相负线圈，24个外定子齿上属于同相的线圈依次首尾相连组成一相。

图6所示的结构为本发明的另一种优选方案，该电机除了模块化定子的结构外，其余结构与实施例1相同，本实施例中模块化定子的结构如图7所示。每个模块化定子包括一个内定子齿、一个完整的外定子齿以及位于该完整外定子齿两侧的两个半外定子齿，相邻模块化定子上的半外定子齿拼接构成一个完整的外定子齿。该模块化方法可以使外定子齿上先机械绕好线，然后在运输，最终对电机定子进行拼装成型，该模块方法可以减小定子模块在运输途中对外定子上电枢绕组的摩擦损坏，提高了电机加工生产的可靠性。在本实施例中，由半外定子齿拼接构成的外定子齿上不绕设电枢绕组，采用隔齿绕线提高了电机相间物理隔离能力，可以提高电机运行可靠性。

本实施例中内定子电机的绕组连接方式与实施例2中内定子电机完全相同，外定子上采用隔齿绕的方法，且每个外定子齿上线圈匝数加倍。该实施例中内外定子上反电势解耦原理与实施例1类似。

图8是实施例1内转子静止、外转子分别以400转/分钟旋转且电机空载时电机内外定子反电势波形图(图中a、b、c是外定子反电势波形，x、y、z是内定子反电势波形)。图9是实施例1内外转子分别以400转/分钟和300转/分钟旋转且电机空载时电机内外定子反电势波形图(图中a、b、c是外定子反电势波形，x、y、z是内定子反电势波形)。图10是实施例1内外转子分别以400转/分钟和300转/分钟旋转且电机外定子电机加载、内定子电机空载时电机内定子反电势波形图和外定子端电压波形图(图中a、b、c是外定子端电压波形，x、y、z是内定子反电势波形)。从图中可以看出，内转子的运动状态不会对外转子电机的空载反电势造成影响，此外，外转子电机的加载与否不会对内转子电机的反电势造成影响，以上有限元结果验证了本发明的主题思想，从而也证实了本发明的正确性。

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，例如传统内永磁转子和外交替极转子可以有多种结构，如v形转子结构，spoke转子结构，halbach排列转子结构等等，本发明以三相为例进行了说明，本发明专利可以拓展到m相极槽配合的解耦型双转子双机械端口永磁电机，此外也可扩展到轴向磁通，直线电机等多种电机，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。