正反转双转子电机以及多定子多转子电机

技术领域

本发明涉及一种正反转电机，具体的说，涉及了一种正反转双转子电机以及多定子多转子电机。

背景技术

一般习用的电机结构通常由一定子铁心、绕设在定子铁心齿上的一套绕组和在定子铁心齿一侧的一个转子所构成，通过一个驱动器给绕组施加对称交流电产生旋转磁场，与转子产生的磁场相互作用从而实现机电能量转换，并且可通过改变交流电的相序来改变转子的旋转方向。

然而，上述习用的电机结构，由于其绕组是绕齿设置，一套绕组只能搭配一个转子，所以欲进行正反转同时输出时，必须多使用一套绕组去配合第二个转子，且两套绕组要使用两个驱动器分开驱动，或是在电机输出端增加能正反转同时输出的齿轮箱提供使用，因此，上述习用的电机结构在实际应用到正反转同时输出的场合时，要么必须使用两套绕组和两套驱动器，增加了驱动的难度，要么多使用额外的齿轮箱，增大了电机的体积和重量，同时也使得效率变低。

目前，CN110676997A公开了一种具有正反双转子的永磁发电机，包括外壳及外壳内部的外转子，内转子，中心转轴，主动轮，从动轮，传动轮和散热扇。在外壳内设有外转子，在外转子内设有内转子，内转子固定在中心转轴上，随着中心转轴的转动而转动，外壳，外转子分别通过轴承安装在中心转轴上，外转子围绕中心转轴转动，外转子的转动方向与内转子的转动方向相反，然而这里发电机的外转子与内转子做同步等速一正一反转动，使发电机的外转子与内转子的相对转速增加一倍，适用于倍速场景。

对于非倍速场景，如何使发电机的外转子与内转子做同步异速一正一反转动，目前还没有有效的解决方案。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种正反转双转子电机以及多定子多转子电机。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种正反转双转子电机，包括：

1个定子铁心；

m套k相绕组，每套k相绕组均匀环绕于所述定子铁心上，k为2及2以上的整数，m为1及1以上的整数；

正转子，设置在所述定子铁心一侧，所述正转子上与所述定子铁心相对一侧均匀分布有2(pk+1)*m个磁体单元I，p为不小于0的整数；

反转子，设置在所述定子铁心另一侧，所述反转子与所述定子铁心相对一侧均匀分布有2(nk-1)*m个磁体单元II，n为正整数；

当向所述k相绕组供电时，所述正转子和所述反转子分别在所述定子铁心两侧同时朝着互为相反的方向转动，且转速比为(pk+1)/(nk-1)。

优选的，所述定子铁心为圆环形铁心，所述正转子和所述反转子均与所述定子铁心同轴设置，且所述正转子和所述反转子分设在所述定子铁心的内外两侧，分别与所述定子铁心的内外周壁之间形成气隙；

所述正转子的磁体单元I和所述反转子的磁体单元II的等效磁极方向均平行于所述定子铁心的半径方向。

优选的，所述定子铁心为圆盘形铁心，所述正转子和所述反转子均与所述定子铁心同轴设置，且所述正转子和所述反转子分设在所述定子铁心的轴向两侧，分别与所述定子铁心的轴向侧壁之间形成气隙；

所述正转子的磁体单元I和所述反转子的磁体单元II的等效磁极方向平行于所述定子铁心的轴向方向。

本发明第二方面提供一种正反转多定子多转子电机，包括：

N个同轴设置的单定子双转子电机结构，任意两个相邻单定子双转子电机结构嵌套设置，N为2及2以上的整数；

其中，所述单定子双转子电机结构为前述的正反转双转子电机，所述定子铁心为圆环形铁心，所述正转子和所述反转子均与所述定子铁心同轴设置，且所述正转子和所述反转子分设在所述定子铁心的内外两侧，分别与所述定子铁心的内外周壁之间形成气隙；所述正转子的磁体单元I和所述反转子的磁体单元II的等效磁极方向均平行于所述定子铁心的半径方向；

任意两个单定子双转子电机结构的定子铁心上环设的k相绕组的套数互相独立，各不干扰。

本发明第三方面提供一种正反转多定子多转子电机，包括：

N个同轴设置的单定子双转子电机结构，任意两个相邻单定子双转子电机结构沿轴向平行设置，N为2及2以上的整数；

其中，所述单定子双转子电机结构为前述的正反转双转子电机；任意两个单定子双转子电机结构的定子铁心上环设的k相绕组的套数互相独立，各不干扰。

本发明第四方面提供一种正反转多定子多转子电机，包括：

1个定子铁心；

m套k相绕组，每套k相绕组均匀环绕于所述定子铁心上，k为3及3以上的整数，m为1及1以上的整数；

转子I，嵌套设置在所述定子铁心内侧，所述转子I上与所述定子铁心相对一侧均匀分布有2(pk+1)*m个磁体单元I，p为不小于0的整数；

转子II，嵌套设置在所述定子铁心外侧，所述转子II与所述定子铁心相对一侧均匀分布有2(nk-1)*m个磁体单元II，n为正整数；

转子III，平行设置在所述定子铁心的轴向一侧，所述转子III上与所述定子铁心相对一侧均匀分布有2(pk+1)*m个磁体单元I，p为不小于0的整数；

转子I V，平行设置在所述定子铁心的轴向另一侧，所述转子I V与所述定子铁心相对一侧均匀分布有2(nk-1)*m个磁体单元II，n为正整数；

当向所述k相绕组供电时，所述转子I和所述转子II分别在所述定子铁心内外两侧同时朝着互为相反的方向转动，且转速比为(pk+1)/(nk-1)；所述转子III和所述转子IV分别在所述定子铁心轴向两侧同时朝着互为相反的方向转动，且转速比为(pk+1)/(nk-1)。

本发明第五方面提供一种正反转多定子多转子电机，包括：

1个定子铁心；

m套k相绕组，每套k相绕组均匀环绕于所述定子铁心上，k为3及3以上的整数，m为1及1以上的整数；

转子I，嵌套设置在所述定子铁心外侧，所述转子I上与所述定子铁心相对一侧均匀分布有2(pk+1)*m个磁体单元I，p为不小于0的整数；

转子II，嵌套设置在所述定子铁心内侧，所述转子II与所述定子铁心相对一侧均匀分布有2(nk-1)*m个磁体单元II，n为正整数；

转子III，平行设置在所述定子铁心的轴向一侧，所述转子III上与所述定子铁心相对一侧均匀分布有2(pk+1)*m个磁体单元I，p为不小于0的整数；

转子IV，平行设置在所述定子铁心的轴向另一侧，所述转子IV与所述定子铁心相对一侧均匀分布有2(nk-1)*m个磁体单元II，n为正整数；

当向所述k相绕组供电时，所述转子II和所述转子I分别在所述定子铁心内外两侧同时朝着互为相反的方向转动，且转速比为(pk+1)/(nk-1)；所述转子III和所述转子IV分别在所述定子铁心轴向两侧同时朝着互为相反的方向转动，且转速比为(pk+1)/(nk-1)。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明利用绕组通电后在气隙中同时存在正转的若干等效磁体数和反转的若干等效磁体数的原理，将两个转子分别去匹配正转部分的等效磁体数和反转部分的等效磁体数目，从而实现了同时了一套绕组一个驱动器即有双转子正反转这一功能，且转速比为(pk+1)/(nk-1)；

设置所述定子铁心为圆环形铁心，所述正转子和所述反转子均与所述定子铁心同轴设置，且所述正转子和所述反转子分设在所述定子铁心的内外两侧，分别与所述定子铁心的内外周壁之间形成气隙；所述正转子的磁体单元I和所述反转子的磁体单元II的等效磁极方向均平行于所述定子铁心的半径方向，形成径向电机；

设置所述定子铁心为圆盘形铁心，所述正转子和所述反转子均与所述定子铁心同轴设置，且所述正转子和所述反转子分设在所述定子铁心的轴向两侧，分别与所述定子铁心的轴向侧壁之间形成气隙；所述正转子的磁体单元I和所述反转子的磁体单元II的等效磁极方向平行于所述定子铁心的轴向方向，形成轴向电机；

将多个轴向电机沿轴向平行设置形成正反转多定子多转子电机，将多个径向电机沿嵌套设置形成正反转多定子多转子电机，正反转多定子多转子电机共享相邻的正转子或反转子，以简化结构、减小体积；利用1个定子铁心、m套k相绕组，嵌套设置在所述定子铁心内外两侧的转子I、转子II以及平行设置在所述定子铁心的轴向两侧的转子III、转子IV形成了轴向电机与径向电机集为一体的正反转多定子多转子电机。

附图说明

图1是实施例2中m＝1，k＝3，p＝0，n＝1且定子未开槽时的正反转双转子电机的一种整体结构图。

图2是图1所示的正反转双转子电机的部件爆炸图。

图3是图1所示的正反转双转子电机的轴向截面示意图。

图4是实施例3中m＝1，k＝3，p＝0，n＝1且定子开槽的正反转双转子电机的一种整体结构图。

图5是图4所示的正反转双转子电机的部件爆炸图。

图6是图4所示的正反转双转子电机的轴向截面示意图。

图7是实施例4中m＝1，k＝4，p＝1，n＝1且定子开槽的正反转双转子电机的一种整体结构图。

图8是图7所示的正反转双转子电机的部件爆炸图。

图9是图7所示的正反转双转子电机的轴向截面示意图。

图10是实施例5中m＝4，k＝3，p＝0，n＝1且定子未开槽的正反转双转子电机的一种整体结构仿真图。

图11是单独正转转子下的反电势(300rpm)。

图12是单独反转转子下的反电势(-150rpm)。

图13是双转子一起转动下的反电势。

图14是3相同向环轭绕组通入交流电后的电机转矩。

图15是实施例5中m＝4，k＝3，p＝0，n＝1且定子未开槽的正反转双转子电机的另一种整体结构仿真图。

图16是图15所示的正反转双转子电机的双转子一起转动下的反电势。

图17是图15所示的正反转双转子电机的3相同向环轭绕组通入交流电后的电机转矩。

图18是实施例6中m＝1，k＝3，p＝0，n＝1且定子未开槽时的正反转双转子电机的一种整体结构图。

图19是图18所示的正反转双转子电机的部件爆炸图。

图20是实施例9中m＝1，k＝3，p＝0，n＝1时的正反转多定子多转子电机的整体结构仿真图。

图21是图20所示的所述的正反转多定子多转子电机的部件爆炸图。

图中，1.正转子；2.磁体单元I；3.反转子；4.磁体单元II；5.定子铁心；51.绕组；511.第一轴向段；512.第二轴向段；513.连接段；52.定子轭；53.定子外槽；54.定子内槽；61.转子I；62.转子II；63.转子III；64.转子IV。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种正反转双转子电机，包括：

1个定子铁心5；

m套k相绕组51，每套k相绕组51均匀环绕于所述定子铁心5上，k为2及2以上的整数，m为1及1以上的整数；

正转子1，设置在所述定子铁心5一侧，所述正转子1上与所述k相绕组51相对一侧均匀分布有2(pk+1)*m个磁体单元I2，p为不小于0的整数；

反转子3，设置在所述定子铁心5另一侧，所述反转子3与所述k相绕组51相对一侧均匀分布有2(nk-1)*m个磁体单元II4，n为正整数；

当向所述k相绕组51供电时，所述正转子1和所述反转子3分别在所述定子铁心5两侧同时朝着互为相反的方向转动，且转速比为(pk+1)/(nk-1)。

需要注意的是，本实施例中，n与p相互独立，互不干扰。

其中，当k为3及3以上的整数时，所述正转子上的磁体单元I为2(pk+1)*m，所述反转子上磁体单元II的个数为2(nk-1)*m，所述正转子和所述反转子的转速比为(pk+1)/(nk-1)，由于pk+1≠nk-1，因此所述正转子和所述反转子只能为异速差向转动；

而当k＝2时，所述正转子上的磁体单元I为2(p+1)*m，所述反转子上的磁体单元II个数为2(n-1)*m个磁体单元II，所述正转子和所述反转子的转速比为(2p+1)/(2n-1)；此时，当p＝n-1时，2p+1＝2n-1，所述正转子和所述反转子为同速差向转动；当p≠n-1时，2p+1≠2n-1，即所述正转子和所述反转子还可以为异速差向转动。

在具体实施时，所述定子铁心5具有连续完整的壁面，所述绕组51直接绕设在所述定子铁心5上。具体的，每相所述绕组51的首端分别位于所述定子铁心5朝向一个转子的第一侧，末端分别位于所述定子铁心5与所述第一侧相对的第二侧；各相所述绕组51均沿着绕组51的首端或者均沿着绕组51末端通入交流电，从而组成同向环轭绕组51，使得一套k相绕组51环绕于所述定子铁心5的轭部且具有相同的绕制方向。

可以理解，所述绕组51还可以为其他环形绕组51。

本实施例的原理如下：一相同向环轭绕组51通入正弦交流电时在气隙中产生的磁动势可以表示为如下的傅里叶级数形式：

其中，N是一相同向环形绕组51的匝数，I

令k相同向环轭绕组51的各相依次记作A,B,…,Υ(共有k个)，且以A相绕组51中线处为空间原点，以A相绕组51电流达到最大时刻为时间原点，则各相绕组51的ν次谐波磁动势为：

借助积化和差公式：

将(2)式展开为：

进而k相绕组51合成磁动势的v次谐波分量可以表示为：

f

通过(4)式可知，k相绕组51合成磁动势的v次谐波分量有三种可能：

a)当ν＝pk+1(p＝0，1，2，…，)时，(4)式等式右边两项中的第一项都相同，而(4)式等式右边两项中的第二项相加0；因此此时k相绕组51合成磁动势可以表示为：

此时合成磁动势为正向旋转磁动势，且转速与谐波次数v成反比；

b)当v＝nk-1(n＝1，2，3，…，)时，(4)式等式右边两项中的第一项相加为0，而(4)式等式右边两项中的第二项都相同；因此此时k相绕组51合成磁动势可以表示为：

此时的合成磁动势为反向旋转磁动势，且转速与谐波次数v成反比；

c)当ν≠pk+1∩ν≠nk+k-1(p＝0，1，2，…，)(n＝1，2，3，…，)时，(4)式等式右边两项中的第一项和第二项相加都为0，因此此时k相绕组51合成磁动势为0，即不存在相应的v次谐波。

结合以上分析的三种情况可知，k相同向环轭绕组51在通入对称交流电时的绕组51磁动势为

因此，对于同向环轭绕组51电枢磁场而言，气隙中同时存在正向旋转的v＝pk+1(p＝0，1，2，…，)次谐波磁动势，和反向旋转的ν＝nk-1(n＝1，2，3，…，)次谐波磁动势，且转速都与谐波次数成反比。

利用此原理，本实施例所述的正反转双转子电机，在正转子1与定子铁心5相对的一侧设置2(pk+1)个磁体单元，p为不小于0的整数，则在正转子1侧气隙中，磁体单元磁极对数(pk+1)与电枢磁场中正向旋转的(pk+1)次谐波成分相互作用，产生反电势和正向转矩，使得正转子1正向旋转；在反转子3与定子铁心5相对的一侧设置2(nk-1)个磁体单元，n为正整数，则在反转子3侧气隙中，磁体单元磁极对数(nk-1)与电枢磁场中反向旋转的(nk-1)次谐波成分相互作用，产生反电势和反向转矩，使得反转子3反向旋转；而且，正转子1正向旋转产生的反电势与反转子3反向旋转产生的反电势相位相同，这意味着一套同向环轭绕组51通入交流电后，正转子1与反转子3可以同时朝着互为相反的方向转动。

并且，由于各自的转子转速都与各自侧的工作谐波次数成反比，而工作谐波次数与磁体单元极对数匹配，所以正转子1与反转子3的转速比值为(pk+1)/(nk-1)。

实施例2

本实施例提供一种正反转双转子电机，如图1-3所示，m＝1，k＝3，p＝0，n＝1。

所述定子铁心5为圆环形铁心，也即所述定子铁心5的轴向截面为圆环形，所述正转子1和所述反转子3均与所述定子铁心5同轴设置，且所述正转子1和所述反转子3分设在所述定子铁心5的内外两侧，分别与所述定子铁心5的内外周壁之间形成各自独立的气隙。

具体的，正转子1设置在所述定子铁心5内侧，所述正转子1与所述定子铁心5相对的外侧壁上均匀分布有2个磁体单元I2；反转子3设置在所述定子铁心5外侧，所述反转子3与所述定子铁心5相对的内侧壁上均匀分布有4个磁体单元II4；优选的，所述磁体单元I2和所述磁体单元II4的截面形状分别设置为弧形，也即所述磁体单元I2和所述磁体单元II4整体呈弧形板状或瓦片状。

具体的，所述磁体单元I2和所述磁体单元II4的角间距根据磁体单元个数进行设置，例如对于4极磁体单元，相邻的磁体单元间间隔90度；而2极磁体单元，相邻的磁体单元间隔180度，因此本实施例中，任意相邻两个所述磁体单元I2间隔180度角间距，任意相邻两个所述磁体单元II4间隔90度角间距。

进一步的，所述磁体单元I2和所述磁体单元II4的等效磁极方向交替排布，也即N、S极交替排布。如图3所示，所述磁体单元I2和所述磁体单元II4中的箭头方向为等效磁极方向，为沿所述定子铁心5的径向方向，也即所述磁体单元I2和所述磁体单元II4的N极或S极正对于所述定子铁心5的轴心方向。

3相绕组51均匀环绕于所述定子铁心5上，相邻2相之间间隔120度角间距。进一步的，所述定子铁心5外周壁和内周壁均是连续完整的壁面，即定子铁心5上未开设绕组51槽，3相绕组51直接绕设在所述定子铁心5的内外周壁上，并通过粘接、焊接等方式进行固定。

在具体实施时，每个绕组51线圈均包括：与所述反转子3的内周壁相对的第一轴向段511；与所述正转子1的外周壁相对的第二轴向段512；以及分别连接于第一轴向段511与第二轴向段512两端的连接段513，所述第一轴向段511与所述磁体单元II4相对，所述第二轴向段512与所述磁体单元I2相对，所述连接段513分别从所述定子铁心5的轴向两侧连接所述第一轴向段511和所述第二轴向段512。

当向所述3相绕组51供电时，所述正转子1在所述定子铁心5内侧正转，同时，所述反转子3在所述定子铁心5外侧朝着与所述正转子1转动方向相反的方向进行反转，且转速比为(pk+1)/(nk-1)＝1/2。

并且，由于电机运转时所述正转子1和所述反转子3同时朝着互为相反的方向转动，因此，所述磁体单元I2和所述磁体单元II4的相对位置始终发生变化。

实施例3

本实施例与实施例2的区别在于：定子铁心5上开设有绕组51槽，具体的，所述定子铁心的定子轭52的内周壁上均匀开设有3条定子内槽54，所述定子铁心5的定子轭52的外周壁上对应所述定子内槽54均匀开设有3条定子外槽53，每相绕组51绕制于相对设置的定子内槽54和定子外槽53内开槽结构，例如图4-图6。

实施例4

本实施例与实施例3的区别在于：如图7-9所示，m＝1，k＝4，p＝1，n＝1；4相绕组51均匀环绕于所述定子铁心5上，相邻2相之间间隔90度角间距。

正转子1设置在所述定子铁心5外侧，所述正转子1与所述定子铁心5相对的内侧壁上均匀分布有10个磁体单元I2；反转子3设置在所述定子铁心5内侧，所述反转子3与所述定子铁心5相对的外侧壁上均匀分布有6个磁体单元II4；优选的，所述磁体单元I2和所述磁体单元II4的截面形状分别设置为弧形，也即所述磁体单元I2和所述磁体单元II4整体呈弧形板状。

当向所述4相绕组51供电时，所述正转子1在所述定子铁心5外侧正转，同时，所述反转子3在所述定子铁心5内侧朝着与所述正转子1转动方向相反的方向进行反转，且转速比为(pk+1)/(nk-1)＝5/3。

从上述内容可以看出，即每一转子的转速大小与其上配置的磁体单元数目成反比。

且当m不为1时，定子铁心5与所述正转子1相对的周壁上均匀开设的定子槽I的条数为m*k，所述定子铁心5与所述反转子3相对的周壁上均匀开设的定子槽II的条数为m*k条，每相绕组51绕制于相对设置的定子槽I和定子槽II内。

实施例5

本实施例提供一种正反转双转子电机，如图10-14所示，m＝4，k＝3，p＝0，n＝1，

12相绕组51均匀环绕于所述定子铁心5上，相邻2相之间间隔30度角间距。

正转子1设置在所述定子铁心5外侧，所述正转子1与所述定子铁心5相对的内侧壁上均匀分布有8个磁体单元I2，即4对磁极，任意相邻两个所述磁体单元I2间隔45度角间距；反转子3设置在所述定子铁心5内侧，所述反转子3与所述定子铁心5相对的外侧壁上均匀分布有16个磁体单元II4，即8对磁极，任意相邻两个所述磁体单元II4间隔22.5度角间距。

当同时向4套3相绕组51供电时，所述正转子1在所述定子铁心5外侧正转，同时，所述反转子3在所述定子铁心5内侧朝着与所述正转子1转动方向相反的方向进行反转，且转速比为(pk+1)/(nk-1)＝1/2。

基于3相同向环轭绕组514单元正反转电机构建有限元仿真电机结构图，设定绕组51匝数135匝，磁体单元牌号N35，极弧系数0.8，从而得到空载反电势如图所示；所述正转子1单独正转下的反电势如图所示，所述正转子1和所述反转子3同时转动下的反电势如图所示。

可以看出，当所述正转子1和所述反转子3同时朝着相反的方向旋转，且转速关系符合所述关系时，空载反电势相互叠加。

进一步的，向3相同向环轭绕组51通入9.8Arms额定交流电后的电机转矩示意图如图所示，可以看出，所述正转子1和所述反转子3同时产生相反方向的转矩，意味着可以同时朝着相反的方向旋转。

进一步的，本实施例还提供一种正反转双转子电机，如图15-17所示，其中，m＝4，k＝3，p＝0，n＝1。其中，正转子1设置在所述定子铁心5内侧，所述正转子1与所述定子铁心5相对的外侧壁上均匀分布有8个磁体单元I2，即4对磁极；反转子3设置在所述定子铁心5外侧，所述反转子3与所述定子铁心5相对的内侧壁上均匀分布有16个磁体单元II4，即8对磁极。

当同时向4套3相绕组51供电时，所述正转子1在所述定子铁心5内侧正转，同时，所述反转子3在所述定子铁心5外侧朝着与所述正转子1转动方向相反的方向进行反转，且转速比为(pk+1)/(nk-1)＝1/2。

根据上述描述可知，本电机同样为3相同向环轭绕组514单元正反转电机，所述正转子1利用绕组51电枢磁场中正向旋转的基波工作，即p＝0，k＝3，ν＝1；而所述反转子3利用绕组51电枢磁场中反向旋转的2次谐波工作，即n＝1，k＝3，v＝2。

基于该3相同向环轭绕组514单元正反转电机构建有限元仿真电机结构图，设定绕组51匝数135匝，磁体单元牌号N35，极弧系数0.8，从而得到空载反电势如图所示；所述正转子1单独正转下的反电势如图所示，所述正转子1和所述反转子3同时转动下的反电势如图所示。

可以看出，当所述正转子1和所述反转子3同时朝着相反的方向旋转，且转速关系符合所述关系时，空载反电势相互叠加。

进一步的，向3相同向环轭绕组51通入9.8Arms额定交流电后的电机转矩示意图如图所示，可以看出，所述正转子1和所述反转子3同时产生相反方向的转矩，意味着可以同时朝着相反的方向旋转。

可以看出，对于正转子1和反转子3分设在定子铁心5内外两侧的径向电机而言，定子铁心5内侧的转子搭配较少的磁体数目，可以使得定子内外的两个转子各自旋转时产生的反电势幅值更接近。

实施例6

本实施例与实施例2的区别在于：如图18-19所示，

所述定子铁心5为圆盘形铁心，所述正转子1和所述反转子3均与所述定子铁心5同轴设置，且所述正转子1和所述反转子3分设在所述定子铁心5的轴向两侧，分别与所述定子铁心5的轴向侧壁之间形成气隙；

所述正转子1的磁体单元I2和所述反转子3的磁体单元II4的等效磁极方向平行于所述定子铁心5的轴向方向；

具体的，所述正转子1与所述定子铁心5相对的轴向侧壁上均匀分布有2个磁体单元I2；所述反转子3与所述定子铁心5相对的轴向侧壁上均匀分布有4个磁体单元II4；优选的，所述磁体单元I2和所述磁体单元II4的截面形状分别设置为扇形，也即所述磁体单元I2和所述磁体单元II4整体呈扇形板状。

具体的，所述磁体单元I2和所述磁体单元II4的角间距根据磁体单元个数进行设置，例如对于4极磁体单元，相邻的磁体单元间间隔90度；而2极磁体单元，相邻的磁体单元间隔180度，因此本实施例中，任意相邻两个所述磁体单元i2间隔180度角间距，任意相邻两个所述磁体单元II4间隔90度角间距.

进一步的，所述磁体单元I2和所述磁体单元II4的等效磁极方向交替排布，也即N、S极交替排布。同样的，所述磁体单元I2和所述磁体单元II4中的箭头方向为等效磁极方向，可以看出，所述磁体单元I2和所述磁体单元II4等效磁极方向大致平行于定子铁心5的轴向设置。

所述线圈不变，唯一区别在于：所述线圈的轴向两侧端部分别与所述磁体单元I2和所述磁体单元II4相对。

当向所述3相绕组51供电时，所述正转子1在所述定子铁心5轴向一侧正转，同时，所述反转子3在所述定子铁心5轴向另一端侧朝着与所述正转子1转动方向相反的方向进行反转，且转速比为(pk+1)/(nk-1)＝1/2。

实施例7

本实施例提供一种正反转多定子多转子电机，包括N个同轴设置的单定子双转子电机结构，任意两个相邻单定子双转子电机结构嵌套设置，N为2及2以上的整数；

其中，所述单定子双转子电机结构为实施例1-5任一项所述的正反转双转子电机；任意两个单定子双转子电机结构的定子铁心5上环设的k相绕组51的套数互相独立，各不干扰。

可以看出，本实施例为多个实施例1-5任一项所述的正反转双转子电机同轴嵌套设置的结构，同轴嵌套设置时，每个单定子双转子电机结构可以具有独立的正转子1和反转子3，也可以和相邻的单定子双转子电机结构共用正转子1或反转子3。

具体的，当嵌套设置的相邻两个单定子双转子电机结构共用一个正转子1时，所述正转子与第一个单定子双转子电机结构相对一侧均匀分布有2(p

其中，w

k

当嵌套设置的相邻两个单定子双转子电机结构共用一个反转子3时，所述反转子3与第一个单定子双转子电机结构相对一侧均匀分布有2(n

其中，w

k

可以理解，嵌套设置的相邻两个单定子双转子电机结构共用正转子1或反转子3时，可以减少转子数量，简化结构以及减小体积。

需要注意的是，无论是共用正转子1还是共用反转子3，均需要保证不管从哪侧看，该共用转子的转速是相同的，因此必须设定相应数量的磁体单元I2或磁体单元II4，以适应当前的k

实施例8

本实施例提供一种正反转多定子多转子电机，包括：

N个同轴设置的单定子双转子电机结构，任意两个相邻单定子双转子电机结构沿轴向平行设置，N为2及2以上的整数；

其中，所述单定子双转子电机结构为实施例6所述的正反转双转子电机；任意两个单定子双转子电机结构的定子铁心5上环设的k相绕组51的套数互相独立，各不干扰。

同样，本实施例同轴平行设置的任意两个相邻单定子双转子电机结构可以分别具有独立的正转子1和反转子3，也可以共用正转子1或反转子3。

具体的，当相邻两个单定子双转子电机结构共用一个正转子1时，所述正转子1与第一个单定子双转子电机结构相对一侧均匀分布有2(p

其中，w

k

当相邻两个单定子双转子电机结构共用一个反转子3时，所述反转子3与第一个单定子双转子电机结构相对一侧均匀分布有2(n

其中，w

k

同理，上述设置可以减少转子数量，简化结构以及减小体积。

需要注意的是，无论是共用正转子4还是共用反转子3，均需要保证不管从哪侧看，该共用转子的转速是相同的，因此必须设定相应数量的磁体单元I2或磁体单元II4，以适应当前的k

实施例9

本实施例提供一种正反转多定子多转子电机，如图20-21所示，包括：

1个定子铁心5；

m套k相绕组51，每套k相绕组51均匀环绕于所述定子铁心上，k为2及2以上的整数，m为1及1以上的整数；

转子I 61，嵌套设置在所述定子铁心5内侧，所述转子I 61上与所述定子铁心5相对一侧均匀分布有2(pk+1)*m个磁体单元I 2，p为不小于0的整数；

转子II 62，嵌套设置在所述定子铁心5外侧，所述转子II 62与所述定子铁心5相对一侧均匀分布有2(nk-1)*m个磁体单元II 4，n为正整数；

转子III 63，平行设置在所述定子铁心5的轴向一侧，所述转子III 63上与所述定子铁心5相对一侧均匀分布有2(pk+1)*m个磁体单元I 2，p为不小于0的整数；

转子IV 64，平行设置在所述定子铁心的轴向另一侧，所述转子IV 64与所述定子铁心相对一侧均匀分布有2(nk-1)*m个磁体单元II 4，n为正整数；

其中，所述转子I 61和所述转子II 62分别与所述定子铁心5的内外侧壁之间形成气隙，所述转子III 63和所述转子IV 64分别与所述定子铁心5的轴向侧壁之间形成气隙。

优选的，所述转子I 61上的磁体单元I 2和所述转子II 62上的磁体单元II 4的截面形状分别设置为弧形，也即所述磁体单元I 2和所述磁体单元II 4整体呈弧形板状或瓦片状。所述转子III 63上的磁体单元I 2和所述转子IV 64上的磁体单元II 4的截面形状分别设置为扇形，也即所述磁体单元I 2和所述磁体单元II 4整体呈扇形板状。

进一步的，所述磁体单元I 2和所述磁体单元II 4的等效磁极方向交替排布，也即N、S极交替排布。所述磁体单元I 2和所述磁体单元II 4中的箭头方向为等效磁极方向，其中，所述转子I 61上的磁体单元I 2和所述转子II 62上的磁体单元II 4的等效磁极方向为沿所述定子铁心5的径向方向。所述转子III 63上的磁体单元I2和所述转子IV 64上的磁体单元II4的等效磁极方向为平行于所述定子铁心5的轴向方向。

当向所述k相绕组54供电时，所述转子I 61和所述转子II 62分别在所述定子铁心5内外两侧同时朝着互为相反的方向转动，且转速比为(pk+1)/(nk-1)；所述转子III 63和所述转子IV 64分别在所述定子铁心5轴向两侧同时朝着互为相反的方向转动，且转速比为(pk+1)/(nk-1)。

可以看出，本实施例为径向电机和轴向电机集成的电机结构。

实施例10

本实施例提供一种正反转多定子多转子电机，包括：

1个定子铁心5；

m套k相绕组，每套k相绕组均匀环绕于所述定子铁心上，k为2及2以上的整数，m为1及1以上的整数；

转子I 61，嵌套设置在所述定子铁心5外侧，所述转子I 61上与所述定子铁心5相对一侧均匀分布有2(pk+1)*m个磁体单元I 2，p为不小于0的整数；

转子II 62，嵌套设置在所述定子铁心5内侧，所述转子II 62与所述定子铁心5相对一侧均匀分布有2(nk-1)*m个磁体单元II 4，n为正整数；

转子III 63，平行设置在所述定子铁心5的轴向一侧，所述转子III 63上与所述定子铁心5相对一侧均匀分布有2(pk+1)*m个磁体单元I 2，p为不小于0的整数；

转子IV 64，平行设置在所述定子铁心5的轴向另一侧，所述转子IV 64与所述定子铁心5相对一侧均匀分布有2(nk-1)*m个磁体单元II 4，n为正整数；

当向所述k相绕组供电时，所述转子II 62和所述转子I 61分别在所述定子铁心5内外两侧同时朝着互为相反的方向转动，且转速比为(pk+1)/(nk-1)；所述转子III 63和所述转子IV 64分别在所述定子铁心5轴向两侧同时朝着互为相反的方向转动，且转速比为(pk+1)/(nk-1)。

其中，所述转子I 61和所述转子II 62分别与所述定子铁心5的内外侧壁之间形成气隙，所述转子III 63和所述转子IV 64分别与所述定子铁心5的轴向侧壁之间形成气隙。

优选的，所述转子I 61上的磁体单元I 2和所述转子II 62上的磁体单元II 4的截面形状分别设置为弧形，也即所述磁体单元I 2和所述磁体单元II 4整体呈弧形板状或瓦片状。所述转子III 63上的磁体单元I 2和所述转子IV 64上的磁体单元II 4的截面形状分别设置为扇形，也即所述磁体单元I 2和所述磁体单元II 4整体呈扇形板状。

进一步的，所述磁体单元I 2和所述磁体单元II 4的等效磁极方向交替排布，也即N、S极交替排布。所述磁体单元I 2和所述磁体单元II 4中的箭头方向为等效磁极方向，其中，所述转子I 61上的磁体单元I 2和所述转子II 62上的磁体单元II 4的等效磁极方向为沿所述定子铁心5的径向方向。所述转子III 63上的磁体单元I 2和所述转子IV 64上的磁体单元II 4的等效磁极方向为平行于所述定子铁心5的轴向方向。

可以看出，本实施例为径向电机和轴向电机集成的电机结构，本实施例与实施例9不同的地方在于，径向电机为正向转子在外侧，反向转子在内侧。

需要说明的是，除了可以拓展应用于实施例7-10所述的多定子-多转子同时正反转结构，本发明中，还可以拓展应用于多面体直线电机实现不同面动子同时朝着互为相反的方向运动，并同样可以实现径向磁通、轴向磁通、横向磁通等类的电机。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。