[实用新型]内外双定子双凸极无刷直流电机

说明书

■技术领域

本实用新型涉及一种新结构的双凸极无刷直流电机，属于电机设计的技术领域。

■背景技术

双凸极电机是上世纪90年代美国学者提出的一种新型无刷电机，最先为永磁双凸极结构，以高性能永磁体作为电机的磁势源。随着该新型电机的不断发展，磁势源可以变化和组合，又出现电励磁双凸极电机(“双凸极无刷直流发电机”，中国发明专利：ZL99114250.0)和混合励磁双凸极电机(发明专利申请号：200510038147.0)。

不论何种双凸极电机，转子上都无绕组，无电刷，采用硅钢片冲制叠压而成即可，定子电枢绕组为集中式绕组，端部短，可以成型绕制好再嵌入定子槽内，安装方便，故电机具有结构简单、运行可靠的突出优点，适合于高速运行。另外，双凸极电机结构与开关磁阻电机类似，但发电状态不需要功率变换器参与，控制更为简便。因而，双凸极电机是电工学科近年来继开关磁阻电机之后出现的又一全新电机，已经引起人们的很大关注，在航空航天、舰船、绿色能源等领域的动力系统及电源系统有广泛的应用前景。

然而，双凸极电机也存在固有不足：由于凸极齿槽效应的影响，作电动机运行时，转矩脉动较大；作发电机工作时，也存在输出直流电压脉动大的缺陷，这极大限制了双凸极电机在宽转速运行状态尤其是低速运行、大功率场合的应用。围绕这个问题，国内外学者作出了许多努力：如采用传统电机斜槽的措施减小转矩或电压脉动，这样会导致电机的功率重量比下降明显；提出一个电机内包含两个结构完全相同、左右放置的双凸极电机(发明专利申请号：200510038148.5)，它们共用壳体和转轴，两个转子或定子错开一定电角度，使得两部分转矩或电势互相叠加，从而有效减小整个电机输出转矩脉动或电压脉动，这种电机轴向长度明显增加，大功率应用场合，轴向冷却通道长，不利于电机散热。

■发明内容

本实用新型旨在双凸极电机基本原理和结构特点的基础上，提出一种结构牢固、运行可靠、制造成本低、能够有效减小转矩脉动或电压脉动且励磁功率小、功率密度高的新结构内外双定子双凸极无刷直流电机。

本实用新型的内外双定子双凸极无刷直流电机具有内外两个定子、转子在中间的结构形式，内外两个定子以及转子均为凸极结构，外定子为向内的凸极结构，内定子为向外的凸极结构，中间转子向内侧及向外侧均为凸极结构，且中间转子内外侧的凸极相互错开一定机械角度。内外两个定子凸极齿数相同，每个凸极的齿上均分别套装有集中电枢绕组，内定子相对的两个凸极齿上电枢绕组串联连接，处于磁场中相同位置的齿上的绕组构成一相绕组，外定子上电枢绕组连接方式与内定子相同。内外两个定子上还同时设置或单独设置有磁势源。

中间转子向内的凸极与内定子向外的凸极构成一个双凸极无刷电机，而中间转子向外的凸极与外定子向内的凸极又构成一个双凸极无刷电机。由于中间转子内外侧的齿错开一定机械角，使所形成的内外两个双凸极电机电势波形或转矩波形错开相应合理的电角度，从而在电机发电工作状态下能有效减小输出直流电压的电压脉动值，在电动状态下能抑制输出转矩脉动值。三相双凸极电机的基本结构为6n/4n极结构，n为正整数，同样，本实用新型的内外双定子双凸极无刷直流电机基本结构为6n/4n/4n/6n极结构，即外定子齿数6n，中间转子外侧齿数4n，中间转子内侧齿数4n，内定子齿数6n，中间转子内外侧的齿错开60°电角，对应的机械角度为60°/4n。

本实用新型的内外双定子双凸极无刷直流电机内外两个定子上既可以同时嵌绕励磁绕组，也可以仅在外定子或内定子上设置有励磁绕组，通以直流电流即可为电机提供恒定极性的磁势源，从而构成电磁式内外双定子双凸极无刷直流电机。内外两个定子上都有励磁绕组时，励磁绕组可以在电机一端串联连接。

内外双定子双凸极无刷直流电机内外两个定子上还可以同时安置永磁体，或仅在一个定子上安置永磁体以提供电机内磁势源，从而构成永磁式内外双定子双凸极无刷直流电机。

内外双定子双凸极无刷直流电机，还可以在外定子上嵌绕励磁绕组，同时在内定子上安置永磁体，或外定子上安置永磁体而内定子上嵌绕励磁绕组，构成混合励磁结构内外双定子双凸极无刷直流电机。励磁绕组或永磁体在定子上的嵌绕或设置方式与普通双凸极电机类同。