[发明专利]基于单边调磁原理的永磁体横向分段错位式双转子电机

说明书

基于单边调磁原理的永磁体横向分段错位式无刷双转子电机，属于水下无人航行器推进电机领域，本发明为解决已有水下无人航行器推进用对转电机存在绕组发热严重且散热困难问题。本发明包括环形绕组定子、永磁转子和调制转子，环形绕组定子、永磁转子和调制转子沿径向由外至内同轴设置；永磁转子设置为分段错位式，形成沿圆周均匀分布、沿轴向分段错位分布的永磁体磁场；调制转子将沿圆周均匀分布、沿轴向分段错位分布的永磁体磁场调制成沿轴向分布的定子绕组磁场，永磁转子和调制转子所受的电磁转矩实时大小相等、方向相反；永磁转子的输出轴与对转螺旋桨的正转螺旋桨相连，调制转子的输出轴与对转螺旋桨的反转螺旋桨相连。

技术领域

本发明涉及一种电机本体结构，属于水下无人航行器推进电机领域。

背景技术

海洋装备作为水下侦查监视、情报收集、水下作战的重要装备，水下无人航行器的创新发展对我国保护海洋主权、开发海洋资源具有巨大战略和经济意义。

水下无人航行器推进系统一般包括单螺旋桨和对转螺旋桨两种推进器。其中与单螺旋桨相比，对转螺旋桨技术不仅能够克服单螺旋桨旋转时产生横滚力矩的不足，还可以吸收前螺旋桨尾流中的旋转动能，减少系统能量损失。对转螺旋桨推进系统的驱动方式主要包括热动力驱动和电动力驱动，其中电动力驱动具有潜航深度大、无航迹、噪声小以及环保等优点。目前，电动力驱动对转螺旋桨推进系统有三种常见实现方式：1)安装两台相同的普通电机分别驱动前、后螺旋桨，该方法简单易实现，但体积过大，成本较高；2)安装一台高速电机，经过复杂的行星齿轮装置实现异向旋转，但该方法使推进系统过于复杂、机械磨损大且鲁棒性与效率低；3)采用对转双转子结构电机直接驱动两个螺旋桨，该结构避免了复杂的对转和传动机构，减小了推进系统体积，是今后水下无人航行器推进电机发展的主要方向。

而常见的对转双转子电机多为有刷式对转电机，此结构具有电刷滑环机构，存在旋转绕组发热严重且散热困难、旋转绕组动平衡难以保证等问题，导致电机运行效率下降、可靠性降低。而现有的无刷对转结构多数又存在双转子同步控制困难的问题亟待解决。因此，水下无人航行器推进用对转电机的无刷化是该领域的研究热点和重要研究方向，同时开发出具有更高转矩密度、更易于控制的新型结构无刷对转电机也成为了领域内的新挑战。

发明内容

本发明目的是为了解决已有水下无人航行器推进用对转电机存在旋转绕组需要电刷滑环馈电、绕组发热严重且散热困难、旋转绕组动平衡难以保证以及双电机驱动方式的双转子同步控制困难等问题，提供了一种基于单边调磁原理的永磁体横向分段错位式无刷双转子电机。

本发明所述基于单边调磁原理的永磁体横向分段错位式无刷双转子电机，包括环形绕组定子5、永磁转子6和调制转子7，环形绕组定子5、永磁转子6和调制转子7沿径向由外至内同轴设置；

永磁转子6设置为分段错位式，形成沿圆周均匀分布、沿轴向分段错位分布的永磁体磁场；

调制转子7将沿圆周均匀分布、沿轴向分段错位分布的永磁体磁场调制成与沿轴向分布的定子绕组磁场的极对数相同的调制永磁磁场，永磁转子6和调制转子7所受的电磁转矩实时大小相等、方向相反；

永磁转子6的输出轴与对转螺旋桨的正转螺旋桨相连，调制转子7的输出轴与对转螺旋桨的反转螺旋桨相连。

优选地，环形绕组定子5包括定子铁心5-2和环形绕组5-1；环形绕组5-1是一个m相定子绕组，当环形绕组5-1通有m相交流电流时，会产生极对数为p_s的轴向电枢磁场，m、p_s为正整数。

优选地，环形绕组定子5的槽采取半闭口槽的方式沿轴向等齿宽排列，其中两个端部齿宽是中间齿宽的1/2，定子铁心5-2的半闭口槽的槽口面向永磁转子6，环形绕组5-1嵌在所述半闭口槽中。

优选地，永磁转子6和调制转子7沿电机圆周方向采用单元电机转子的形式，单元电机数为n，n为正整数；