[發明專利]內外雙轉子雙凸極無刷直流電機

有效

• 申請號: 200910263111.0
• 申請日: 2009-12-16
• 公開（公告）號: CN101710769A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 陳志輝;周楠;嚴仰光;孟小利
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02K16/02
• 分類號: H02K16/02;H02K29/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

發明涉及一種內外雙轉子雙凸極無刷直流電機，屬于雙凸極無刷直流電機的技術領 域。

背景技術

永磁雙凸極電機是上世紀90年代美國學者提出的一種新型無刷電機，以高性能永磁 體作為電機磁勢源，隨著該新型電機的不斷發展，磁勢源可以變化和組合，又出現電勵 磁雙凸極電機(“雙凸極無刷直流發電機”，中國發明專利：ZL99114250.0)和混合勵磁 雙凸極電機(發明專利申請號：200510038147.0)。

不論何種雙凸極電機，轉子上都無繞組，無電刷，采用硅鋼片沖制疊壓而成即可， 定子電樞繞組為集中式繞組，端部短，可以成型繞制好再嵌入定子槽內，安裝方便，故 電機具有結構簡單、運行可靠的突出優點，適合于高速運行。另外，雙凸極電機結構與 開關磁阻電機同屬于變磁阻電機，但發電工作時無需要位置傳感器和有源功率變換器參 與，控制更為簡便。因而，雙凸極電機是電工學科近年來繼開關磁阻電機之后出現的又 一全新電機，已經引起人們的很大關注，在航空航天、艦船、綠色能源等領域的動力系 統及電源系統有廣泛的應用前景。

然而，雙凸極電機也存在固有不足：由于凸極齒槽效應的影響，作電動機運行時， 轉矩脈動較大；作發電機工作時，也存在輸出直流電壓脈動大的缺陷，這極大限制了雙 凸極電機在寬轉速運行狀態尤其是低速運行、大功率場合的應用。圍繞這個問題，國內 外學者作出了許多努力：如采用傳統電機斜槽的措施減小轉矩或電壓脈動，這樣會導致 電機的功率重量比下降明顯；提出一個電機內包含兩個結構完全相同、左右放置的雙凸 極電機(發明專利申請號：200510038148.5)，它們共用殼體和轉軸，兩個轉子或定子錯 開一定電角度，使得兩部分轉矩或電勢互相疊加，從而有效減小整個電機輸出轉矩脈動 或電壓脈動，這種電機軸向長度明顯增加，大功率應用場合，軸向冷卻通道長，不利于 電機散熱。

發明內容

本發明旨在雙凸極電機基本原理和結構特點的基礎上，提出一種結構牢固、運行可 靠、制造成本低、能夠有效減小轉矩脈動或電壓脈動且勵磁功率小、功率密度高的內外 雙轉子雙凸極無刷直流電機。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：

本發明內外雙轉子雙凸極無刷直流電機，包括外轉子、內轉子、定子和轉軸，外轉 子、內轉子和定子共轉軸均為凸極結構，其特征在于外轉子向內側的凸極齒與內轉子向 外側的凸極齒對應設置，各有4n個凸極齒；定子外側及內側各有6n個凸極齒，n為正整 數，定子內側和外側相鄰的兩個凸極齒錯開60°/4n機械角；定子外側每個凸極齒上套裝 有集中電樞繞組，同相位的凸極齒上的電樞繞組串聯構成一相，定子內側每個凸極齒上 也套裝有集中電樞繞組，同相位的凸極齒上的電樞繞組串聯構成一相。

所述的內外雙轉子雙凸極無刷直流電機，其特征在于：所述定子的扼上分別對應嵌 繞勵磁繞組和勵磁繞組。

所述的內外雙轉子雙凸極無刷直流電機，其特征在于：所述定子內側的扼上分別安 置永磁體。

所述的內外雙轉子雙凸極無刷直流電機，其特征在于：當所述內外雙轉子雙凸極無 刷直流電機作為無刷直流發電機運行時，外轉子、內轉子各自的電樞繞組輸出分別經過 三相半波共陰極整流電路或三相半波共陽極整流電路或全橋整流電路整流后串聯連接； 當所述內外雙轉子雙凸極無刷直流電機作為無刷直流電動機運行時，定子內側和外側各 自電樞繞組由兩個輸入并聯的逆變器分別供電。

本發明的內外雙轉子雙凸極無刷直流電機具有下列有益的特點：

①具有獨特的內外雙轉子、中間定子的雙凸極結構形式，轉子上無任何繞組及永磁 體，繼承了傳統雙凸極電機結構堅固、運行可靠的優點；

②既能用作發電機，也能作為電動機。發電運行，輸出直流電壓脈動小，轉矩脈動 小，電動運行，輸出轉矩脈動低；

③兩套電樞繞組分別采用相同的整流方式，可以靈活采用三種不同的整流電路拓撲， 三相半波共陰極整流電路、三相半波共陽極整流電路以及全橋整流電路；

④兩套電樞繞組均采用三相半波共陰極整流電路時，電樞反應磁場具有特別的增磁 作用，負載越大，增磁效果越明顯，能有效減小勵磁功率，降低勵磁損耗；

⑤內、外轉子與中間定子均為凸極結構，通風性能優良，作風力發電機使用時，風 速越高，散熱效果越好，使電機輸出功率得以進一步提高。

附圖說明