一种复合磁路定子分割式轴向永磁电机制造技术

本发明专利技术公开了一种复合磁路定子分割式轴向永磁电机，包括转子、位于转子之轴一侧的电枢定子与位于转子之轴另一侧的励磁定子三部分，励磁定子在转子一侧分为四层。本发明专利技术，磁路上三层永磁体采用混联形式，有效地防止永磁电机可能导致的失磁情况，客观上提高了该类永磁电机的可靠性，励磁绕组的加入，使得气隙磁场平滑可调，弥补了永磁电机磁场不可调的弊端。轴向结构的采用，使得电机结构更加紧凑，效率更高。

A Composite Magnetic Circuit Stator Partitioned Axial Permanent Magnet Motor

【技术实现步骤摘要】
一种复合磁路定子分割式轴向永磁电机
本专利技术涉及一种复合磁路定子分割式轴向永磁电机，属于电机

技术介绍
伴随着稀土资源的开发，永磁电机由于其结构多样化、高功率密度、高效率、低损耗等显著优点，逐步应用于电动汽车、航空航天、工农业生产等各个领域。轴向永磁电机，其不仅保留了永磁电机高功率密度、高效率的特点，同时又具备轴向电机结构紧凑、集成度高的特点，在新能源领域具有广阔的应用前景。但是现有的轴向永磁电机在具体应用中存在诸多不足之处，具体体现在：(1)在永磁电机中，永磁体是其关键的励磁部件，其磁性能直接决定了电动汽车的效率、性能以及运行可靠性，但是在复杂工况下，永磁电机极易由于温度过高、剧烈振动以及磁场影响等原因发生部分或全部不可逆退磁，使得电机性能急剧下降甚至无法正常工作，对高可靠性要求的场合造成了极大的影响，因此如何保证永磁电机应用的高可靠性，解决运行过程中可能发生的部分或全部失磁问题具有十分重要的意义。(2)现有的双定子轴向永磁电机中大多是采用的是对称结构，即采用中间转子的双边结构，且转子两侧均为电枢定子，给现有的双定子轴向电机在电流控制上提出了较高的要求。此外，现有的双定子轴向永磁电机中电枢绕组与永磁体共用电枢定子，不利于电枢绕组的散热，且一定程度上削弱了电机的转矩输出能力。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种复合磁路定子分割式轴向永磁电机，它通过采用混合磁路的结构，磁路经过两条路径闭合，保证电机的可靠性，通过采用定子分割式结构，保证了电机的功率密度，改善了电机的散热条件。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种复合磁路定子分割式轴向永磁电机，同轴方向自一端向另一端依次包括电枢定子(1)、转子(3)、励磁定子(4)；所述电枢定子(1)包括电枢铁芯，以及设置于电枢铁芯(1-3)上间隔均匀分布的m个电枢齿(1-1)和m个励磁齿(1-2),电枢齿(1-1)上绕有电枢绕组(2-1)，励磁齿(1-2)上绕有励磁绕组(2-2)；所述转子(3)由P个凸极铁块构成，且在圆周上均等间距排列，相邻凸极铁块间采用非导磁材料连接；所述励磁定子(4)在转子一侧分为四层，其中第一层与第四层相同，由n个导磁铁块A(4-1)与n个钕铁硼永磁体块(4-2)分布构成，其中钕铁硼永磁体块(4-2)嵌于相邻导磁铁块A(4-1)间，与导磁铁块A(4-1)共同构成圆环状励磁定子铁芯；所述励磁定子(4)第二层由n个铁氧体永磁体块(4-3)构成，其中心与励磁定子第一层导磁铁块A(4-1)中心对齐，沿圆周方向均匀布置，所述励磁定子(4)第三层由n个导磁铁块B(4-4)构成，其形状与第二层铁氧体永磁体块(4-3)相同。优选地，所述单个转子凸极铁块(3)外侧极弧宽度与所述电枢定子(1)上的电枢齿(1-1)外侧的极弧宽度相同。进一步，非导磁材料可以为树脂材料，该树脂材料呈圆环段形状，嵌于相邻两个凸极铁块之间，与凸极铁块共同构成转子圆环。进一步，所述钕铁硼永磁体块(4-2)呈轮辐状。进一步，所述电枢齿(1-1)与励磁齿(1-2)个数相等，且所述电枢齿下侧极弧宽度与励磁齿下侧极弧宽度满足βa>βb。进一步，所述电枢齿(1-1)与励磁齿(1-2)凸设于电枢铁芯表面，且在电枢铁芯表面相间排列。进一步，钕铁硼永磁体块(4-2)采用切向充磁，铁氧体永磁体块(4-3)采用轴向充磁，钕铁硼永磁体块(4-2)、铁氧体导磁体块(4-3)、导磁铁块A(4-1)极弧宽度应满足αi<αr<αo。进一步，钕铁硼永磁体块(4-2)与铁氧体永磁体块(4-3)产生的永磁磁通路径有两条：以逆向充磁的钕铁硼永磁体块(4-2)为例两条路径如下：第一条路径依次经过励磁定子第四层钕铁硼永磁体块(4-2)、励磁定子第四层导磁铁块A(4-1)、励磁定子第三层导磁铁块B(4-4)、励磁定子第二层铁氧体永磁体块(4-3)、励磁定子第一层导磁铁块A(4-1)、转子凸极铁块(3)、电枢齿(1-1)、电枢铁芯(1-3)、励磁齿(1-2)、相邻转子凸极铁块(3)、相邻励磁定子第一层导磁铁块A(4-1)、相邻励磁定子第二层铁氧体永磁体块(4-3)、相邻励磁定子第三层导磁铁块B(4-4)，最后经过相邻励磁定子第四层导磁铁块A(4-1)回到励磁定子第四层钕铁硼永磁体块(4-2)；第二条路径如下：依次经过励磁定子第一层钕铁硼永磁体块(4-2)、励磁定子第一层导磁铁块A(4-1)、转子凸极铁块(3)、电枢齿(1-1)、电枢铁芯(1-3)、励磁齿(1-2)、相邻转子凸极铁块(3)后经过相邻励磁定子第一层导磁铁块A(4-1)，回到励磁定子第一层钕铁硼永磁体块(4-2)。当钕铁硼永磁体(4-2)磁极相反时上述两条磁通路径方向正好相反。进一步，通过改变通入励磁绕组(2-2)中的电流的大小和方向，可以实现对电机的增磁和弱磁，增磁时励磁磁通从励磁齿(1-2)出发，其磁路与永磁磁路同向并联；弱磁时励磁磁通从励磁齿(1-2)出发，其磁路与永磁磁路反向并联。本专利技术提供的一种复合磁路定子分割式轴向永磁电机，相比现有技术，具有以下有益效果：1.本专利技术通过采用定子分割结构，将电枢绕组与永磁体分开，给电枢绕组的分布提供了更大的空间，一定程度上提高了电机反电势的幅值以及电机的转矩输出能力。2.本专利技术通过在电枢定子上加入励磁齿，有效地解决了永磁电机磁通不可调以及轴向磁场电机弱磁能力弱的问题，实现气隙磁场的平滑可调。3.本专利技术励磁定子采用钕铁硼永磁体与铁氧体永磁体组合励磁，通过合理放置永磁体块的位置，将永磁体块在轴向分为三层，磁路上三层永磁体块采用混联形式，有效地防止永磁电机可能导致的永磁体失磁的情况，同时在保证功率密度的前提下有效地减少了电机制造成本。4.本电机的励磁齿在电枢齿中电枢绕组断相的情况下可以充当容错齿，当给励磁齿的励磁绕组加入三相交变的控制电流，可以输出三相正弦反电势，从而增加电机的容错能力。5.本电机采用轴向结构，相对于传统的径向磁场电机，轴向永磁电机在单位输出转矩转矩和功率密度方面有较大优势，此外，其转动惯量小，定子绕组散热条件好，轴向上结构更加紧凑，体积更小，电机效率更高。综上所述，本专利技术不仅能够解决传统定子永磁型电机散热困难的问题，同时通过采用混联磁路的结构，有效地防止了永磁电机可能导致的永磁体失磁问题，相较于传统的径向磁场电机，其结构紧凑，体积更小，效率更高。附图说明附图1为本专利技术一种复合磁路定子分割式轴向永磁电机的电枢定子、绕组、转子、励磁定子分解图。附图2为附图1中电枢定子的结构图。附图3为附图1中绕组的结构图。附图4为附图1中励磁定子的结构图。附图5为励磁定子轴向永磁体磁化方向示意图，图中，箭头的方向为磁化方向。附图6为本专利技术一种复合磁路定子分割式轴向永磁电机的永磁磁路原理图。附图7为本专利技术一种复合磁路定子分割式轴向永磁电机的增磁原理图。附图8为本专利技术一种复合磁路定子分割式轴向永磁电机的弱磁原理图。其中，1为电枢定子,2为绕组，3为转子，4为励磁定子，1-1为电枢齿，1-2为励磁齿，1-3为电枢铁芯，2-1为电枢绕组，2-2为励磁绕组，4-1为导磁铁块A，4-2为钕铁硼永磁体块，4-3为铁氧体永磁体块，4-4为导磁铁块B具体实施方式下面结合附图对本专利技术作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合磁路定子分割式轴向永磁电机，其特征在于，同轴方向自一端向另一端依次包括电枢定子(1)、转子(3)、励磁定子(4)；所述电枢定子(1)包括电枢铁芯(1‑3)，以及设置于电枢铁芯(1‑3)上间隔均匀分布的电枢齿(1‑1)和励磁齿(1‑2),电枢齿(1‑1)上绕有电枢绕组(2‑1)，励磁齿(1‑2)上绕有励磁绕组(2‑2)；所述转子(3)由P个凸极铁块构成，且在圆周上均等间距排列，相邻凸极铁块间采用非导磁材料连接；所述励磁定子(4)在转子一侧分为四层，其中第一层与第四层相同，由n个导磁铁块A(4‑1)与n个钕铁硼永磁体块(4‑2)分布构成，其中钕铁硼永磁体块(4‑2)嵌于相邻导磁铁块A(4‑1)间，与导磁铁块A(4‑1)共同构成圆环状励磁定子铁芯；所述励磁定子(4)第二层由n个铁氧体永磁体块(4‑3)构成，其中心与励磁定子第一层导磁铁块A(4‑1)中心对齐，沿圆周方向均匀布置，所述励磁定子(4)第三层由n个导磁铁块B(4‑4)构成，其形状与第二层铁氧体永磁体块(4‑3)相同。

【技术特征摘要】
1.一种复合磁路定子分割式轴向永磁电机，其特征在于，同轴方向自一端向另一端依次包括电枢定子(1)、转子(3)、励磁定子(4)；所述电枢定子(1)包括电枢铁芯(1-3)，以及设置于电枢铁芯(1-3)上间隔均匀分布的电枢齿(1-1)和励磁齿(1-2),电枢齿(1-1)上绕有电枢绕组(2-1)，励磁齿(1-2)上绕有励磁绕组(2-2)；所述转子(3)由P个凸极铁块构成，且在圆周上均等间距排列，相邻凸极铁块间采用非导磁材料连接；所述励磁定子(4)在转子一侧分为四层，其中第一层与第四层相同，由n个导磁铁块A(4-1)与n个钕铁硼永磁体块(4-2)分布构成，其中钕铁硼永磁体块(4-2)嵌于相邻导磁铁块A(4-1)间，与导磁铁块A(4-1)共同构成圆环状励磁定子铁芯；所述励磁定子(4)第二层由n个铁氧体永磁体块(4-3)构成，其中心与励磁定子第一层导磁铁块A(4-1)中心对齐，沿圆周方向均匀布置，所述励磁定子(4)第三层由n个导磁铁块B(4-4)构成，其形状与第二层铁氧体永磁体块(4-3)相同。2.根据权利要求1所述的一种复合磁路定子分割式轴向永磁电机，其特征在于，非导磁材料可以为树脂材料，该树脂材料呈圆环段形状，嵌于相邻两个凸极铁块之间，与凸极铁块共同构成转子圆环。3.根据权利要求1所述的一种复合磁路定子分割式轴向永磁电机，其特征在于，所述钕铁硼永磁体块(4-2)呈轮辐状。4.根据权利要求1所述的一种复合磁路定子分割式轴向永磁电机，其特征在于，所述电枢齿(1-1)与励磁齿(1-2)个数相等，且所述电枢齿下侧极弧宽度与励磁齿下侧极弧宽度满足βa>βb。5.根据权利要求1所述的一种复合磁路定子分割式轴向永磁电机，其特征在于，所述电枢齿(1-1)与励磁齿(1-2)凸设于电枢铁芯表面，且在电枢铁芯表面相间排列。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：全力，范文杰，朱孝勇，徐磊，周雪，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32