[发明专利]内外双转子双凸极无刷直流电机

说明书

技术领域

发明涉及一种内外双转子双凸极无刷直流电机，属于双凸极无刷直流电机的技术领 域。

背景技术

永磁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，以高性能永磁 体作为电机磁势源，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 开关磁阻电机同属于变磁阻电机，但发电工作时无需要位置传感器和有源功率变换器参 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

本发明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、功率密度高的内外 双转子双凸极无刷直流电机。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明内外双转子双凸极无刷直流电机，包括外转子、内转子、定子和转轴，外转 子、内转子和定子共转轴均为凸极结构，其特征在于外转子向内侧的凸极齿与内转子向 外侧的凸极齿对应设置，各有4n个凸极齿；定子外侧及内侧各有6n个凸极齿，n为正整 数，定子内侧和外侧相邻的两个凸极齿错开60°/4n机械角；定子外侧每个凸极齿上套装 有集中电枢绕组，同相位的凸极齿上的电枢绕组串联构成一相，定子内侧每个凸极齿上 也套装有集中电枢绕组，同相位的凸极齿上的电枢绕组串联构成一相。

所述的内外双转子双凸极无刷直流电机，其特征在于：所述定子的扼上分别对应嵌 绕励磁绕组和励磁绕组。

所述的内外双转子双凸极无刷直流电机，其特征在于：所述定子内侧的扼上分别安 置永磁体。

所述的内外双转子双凸极无刷直流电机，其特征在于：当所述内外双转子双凸极无 刷直流电机作为无刷直流发电机运行时，外转子、内转子各自的电枢绕组输出分别经过 三相半波共阴极整流电路或三相半波共阳极整流电路或全桥整流电路整流后串联连接； 当所述内外双转子双凸极无刷直流电机作为无刷直流电动机运行时，定子内侧和外侧各 自电枢绕组由两个输入并联的逆变器分别供电。

本发明的内外双转子双凸极无刷直流电机具有下列有益的特点：

①具有独特的内外双转子、中间定子的双凸极结构形式，转子上无任何绕组及永磁 体，继承了传统双凸极电机结构坚固、运行可靠的优点；

②既能用作发电机，也能作为电动机。发电运行，输出直流电压脉动小，转矩脉动 小，电动运行，输出转矩脉动低；

③两套电枢绕组分别采用相同的整流方式，可以灵活采用三种不同的整流电路拓扑， 三相半波共阴极整流电路、三相半波共阳极整流电路以及全桥整流电路；

④两套电枢绕组均采用三相半波共阴极整流电路时，电枢反应磁场具有特别的增磁 作用，负载越大，增磁效果越明显，能有效减小励磁功率，降低励磁损耗；

⑤内、外转子与中间定子均为凸极结构，通风性能优良，作风力发电机使用时，风 速越高，散热效果越好，使电机输出功率得以进一步提高。

附图说明