一种轴向磁场复合型定子永磁电机制造技术

本实用新型专利技术涉及电机设计领域，公开了一种轴向磁场复合型定子永磁电机，包括同轴安装的凸极结构的第一转子和第二转子以及一个双凸极轴向对称结构的定子，所述第一转子和所述第二转子的结构完全相同且对称设置在所述定子的轴向两侧，所述定子与所述第一转子、所述第二转子之间均具有气隙，所述第一转子和所述第二转子固定连接构成转子本体；所述定子径向分为内定子和外定子，所述内定子外径通过轴承与所述外定子内径转动连接；所述转子本体径向分为内转子和外转子，所述内转子外径和所述外转子内径间通过非导磁磁隔实现内、外转子隔磁和固定。本电机满足直驱式系统较好动力性能、较宽调速范围及安全可靠运行的要求。

A composite stator permanent magnet motor with axial magnetic field

【技术实现步骤摘要】
一种轴向磁场复合型定子永磁电机
本技术涉及电机设计领域，特别涉及一种轴向磁场复合型定子永磁电机。
技术介绍
直驱式电动汽车的驱动部件是电机，电机的性能对电动汽车的性能起着至关重要的影响。由于永磁电机具有的高转矩密度及高功率密度特点，直驱式电动汽车中多采用永磁轮毂电机结构以实现小型轻量化。与径向磁场永磁轮毂电机相比，轴向磁场永磁盘式电机具有轴向尺寸短、结构紧凑、硅钢片利用率高等优势，使其在特有的安装空间条件下具有径向磁场电机无法比拟的性能；此外，轴向磁场永磁盘式电机因其结构特点，转动惯量小，下线方便，定子绕组具有良好的散热条件，同时可加工成多气隙结构，进一步提高输出能力。近年来，许多轴向磁场永磁盘式电机的新型拓扑结构被研制，其中永磁磁通切换型盘式电机由于其“聚磁效应”拓扑结构获得的高转矩密度和高效率性能受到关注。然而常规结构的永磁磁通切换型盘式电机用于电动汽车直驱式系统具有较大的不足，因为在直驱式系统中，出于增加转矩输出及电机效率的需要，电机额定转速往往设置在转速较低且运行频繁的市区工况范围，使得电机调速范围受到了很大限制，而另一方面由于永磁电机弱磁调速的需要，如何避免永磁体不可逆退磁，保障电机安全稳定运行应是首先需要考虑的难题。专利ZL201510028269.5公开了一种双定子轴向磁场磁通切换型混合永磁记忆电机结构，保留永磁磁通切换电机高功率密度的特点的同时，还具有记忆电机宽调速运行范围和高效率的特点。然而，这种电机结构由于永磁体的频繁充去磁操作，易陷入永磁体不可逆退磁，降低了电机运行的稳定性和可靠性。
技术实现思路
技术目的：针对现有技术中存在的问题，本技术提供一种轴向磁场复合型定子永磁电机，满足直驱式系统较好动力性能、较宽调速范围及安全可靠运行的要求。技术方案：本技术提供了一种轴向磁场复合型定子永磁电机，包括同轴安装的凸极结构的第一转子和第二转子以及一个双凸极轴向对称结构的定子，所述第一转子和所述第二转子的结构完全相同且对称设置在所述定子的轴向两侧，所述定子与所述第一转子、所述第二转子之间均具有气隙，所述第一转子和所述第二转子固定连接构成转子本体；所述定子径向分为内定子和外定子，所述内定子外径通过轴承与所述外定子内径转动连接；所述转子本体径向分为内转子和外转子，所述内转子外径和所述外转子内径间通过非导磁圆环形磁隔实现内、外转子的隔磁和固定。进一步地，所述外定子包括均匀交替布置成圆环形的Pso个“H”形铁心单元和Pso个梯形聚磁中间齿，所述梯形聚磁中间齿的梯面朝向转子本体，且满足Pso=6n，其中n为正整数。进一步地，相邻的两个所述“H”形铁心单元和梯形聚磁中间齿之间存在间隙，在间隙内固定嵌满沿圆周方向交替充磁的稀土永磁材料，形成Pso个外定子磁通切换磁极，每个所述外定子磁通切换磁极由三块外定子齿和两块所述稀土永磁材料组成；穿过所述外定子磁通切换磁极圆周两侧外定子槽，环绕每个所述外定子磁通切换磁极缠绕一组集中绕组线圈。进一步地，自所述“H”形铁心单元的轭部沿轴向每侧凸出三个外定子导磁极，三个所述外定子导磁极沿圆周方向等间隔布置，每个所述外定子导磁极均由一块铁氧体永磁材料及一个导磁齿组成，并按照轭部、铁氧体永磁材料、导磁齿的顺序依次轴向固定；穿过所述外定子导磁极圆周两侧外定子槽，环绕每个与所述外定子磁通切换磁极相邻的所述外定子导磁极缠绕一组外定子上集中绕组线圈。优选地，所述外定子轴向两侧共6*Pso组所述外定子上集中绕组线圈，6*Pso组所述外定子上集中绕组线圈分成三组，同相所述外定子上集中绕组线圈串联，形成三相外电枢绕组。进一步地，所述内定子包括内定子轭和自所述内定子轭向轴向每侧凸出的Psi个内定子磁极，所述Psi个内定子磁极沿圆周方向均匀设置；每个所述内定子磁极包括三个平行的内定子齿，即一块内定子中间齿及其圆周两侧的两块内定子端齿，三个所述平行的内定子齿之间存在两个形状相同的且开口朝向所述转子本体的平行凹槽；圆周方向相邻的两个所述内定子磁极之间存在一个开口面向所述转子本体的扇形凹槽，且其径向内侧槽口小于径向外侧槽口。进一步地，穿过相邻两个所述平行凹槽，分别环绕各所述内定子磁极的内定子中间齿、环绕所述扇形凹槽圆周两侧相邻两个所述内定子端齿缠绕直流磁化线圈，所述内定子轴向两侧共4Psi组所述直流磁化线圈串联或并联，形成直流磁化绕组；同一直流磁化线圈槽内的直流磁化线圈边中的电流流向相同，相邻两个直流磁化线圈槽内的直流磁化线圈边中的电流流向相反。进一步地，穿过相邻两个所述扇形凹槽，环绕每个所述内定子磁极缠绕一组内定子上集中绕组线圈，所述内定子轴向两侧共2Psi组所述内定子上集中绕组线圈，2Psi组所述内定子上集中绕组线圈分成三组，同相内定子上集中绕组线圈串联，形成三相内电枢绕组。优选地，所述内转子包括内转子轭和自内转子轭向定子方向凸出的沿圆周均匀分布的梯形内转子齿，所述梯形内转子齿的数量Pri满足：Pri=Psi±2N1，其中N1为正整数；所述梯形内转子齿的梯面朝向内定子。优选地，所述外转子包括外转子轭和自外转子轭向定子方向凸出的沿圆周均匀分布的梯形外转子齿，所述梯形外转子齿的数量Pro满足：Pro=Pso±2N2，其中N2为正整数；所述梯形外转子齿的梯面朝向外定子。有益效果：1、本技术中，外定子和外转子构成外电机，内定子和内转子构成内电机，内定子和内转子上均无永磁体，因此可避免内电机不易散热导致的永磁体高温不可逆退磁；外电机虽有永磁体，但是由于定子上轴承的作用，高速工况时，由内电机完成调速，外电机的外定子在转子高速旋转时通过同向旋转可始终工作于额定点附近，完成增加转矩输出的同时，避免了外电机弱磁调速带来的永磁体不可逆退磁风险；从上述两点来看，本技术提高了永磁体工作稳定性，提高了电机工作的可靠性。2、传统轴向磁场电机难以兼顾低速大转矩和宽调速范围的应用需求；本技术通过在传统轴向磁场永磁磁通切换电机内侧设置电励磁磁通切换电机，内、外转子通过非导磁磁隔连接固定并为内外电机共用，内定子外径和外定子内径通过轴承连接，实现内电机宽调速范围基础上，外电机根据工况需求调节转矩；同时因为内电机无永磁体避免了内电机永磁体高温退磁风险，因外电机轴承的作用避免了外电机弱磁调速时永磁体的不可逆退磁。本技术中内电机采用电励磁磁通切换结构，外电机采用集成式永磁磁通切换结构和混合永磁的励磁方式，使得该电机具有较高的转矩密度和永磁体利用率。3、本技术中外定子采用集成式磁通切换磁极和导磁磁极结构，利用集成式磁通切换磁极和导磁磁极的聚磁效应，相对于常规磁通切换电机具有更高的转矩输出能力和永磁体利用率，有利于实现电机的小型轻量化。4、本技术中内定子和内转子构成电励磁调速内电机，具有较宽调速范围，外定子和外转子构成永磁调矩外电机，具有较大的转矩输出能力，内外电机运行中分别用于调节转速和转矩，以实现不同工况下负载直接驱动的功率需求，满足电动汽车驱动系统低速大转矩和宽调速范围的要求。5、调矩外电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轴向磁场复合型定子永磁电机，其特征在于，包括同轴安装的凸极结构的第一转子（2）和第二转子（3）以及一个双凸极轴向对称结构的定子（1），所述第一转子（2）和所述第二转子（3）的结构完全相同且对称设置在所述定子（1）的轴向两侧，所述定子（1）与所述第一转子（2）、所述第二转子（3）之间均具有气隙，所述第一转子（2）和所述第二转子（3）固定连接构成转子本体；所述定子（1）径向分为内定子（8）和外定子（4），所述内定子（8）外径通过轴承（7）与所述外定子（4）内径转动连接；所述转子本体径向分为内转子（19）和外转子（15），所述内转子（19）外径和所述外转子（15）内径间通过非导磁圆环形磁隔（18）实现内、外转子的隔磁和固定。/n

【技术特征摘要】
1.一种轴向磁场复合型定子永磁电机，其特征在于，包括同轴安装的凸极结构的第一转子（2）和第二转子（3）以及一个双凸极轴向对称结构的定子（1），所述第一转子（2）和所述第二转子（3）的结构完全相同且对称设置在所述定子（1）的轴向两侧，所述定子（1）与所述第一转子（2）、所述第二转子（3）之间均具有气隙，所述第一转子（2）和所述第二转子（3）固定连接构成转子本体；所述定子（1）径向分为内定子（8）和外定子（4），所述内定子（8）外径通过轴承（7）与所述外定子（4）内径转动连接；所述转子本体径向分为内转子（19）和外转子（15），所述内转子（19）外径和所述外转子（15）内径间通过非导磁圆环形磁隔（18）实现内、外转子的隔磁和固定。


2.根据权利要求1所述的轴向磁场复合型定子永磁电机，其特征在于，所述外定子（4）包括均匀交替布置成圆环形的Pso个“H”形铁心单元（10）和Pso个梯形聚磁中间齿（11），所述梯形聚磁中间齿（11）的梯面朝向所述转子本体，且满足Pso=6n，其中n为正整数。


3.根据权利要求2所述的轴向磁场复合型定子永磁电机，其特征在于，相邻的两个所述“H”形铁心单元（10）和梯形聚磁中间齿（11）之间存在间隙，在间隙内固定嵌满沿圆周方向交替充磁的稀土永磁材料（6），形成Pso个外定子磁通切换磁极（4-1），每个外定子磁通切换磁极（4-1）由两块外定子聚磁端齿（10-1）、一块梯形聚磁中间齿（11）和两块稀土永磁材料（6）组成；穿过所述外定子磁通切换磁极（4-1）圆周两侧外定子槽，环绕每个所述外定子磁通切换磁极（4-1）缠绕一组集中绕组线圈。


4.根据权利要求3所述的轴向磁场复合型定子永磁电机，其特征在于，自所述“H”形铁心单元（10）的轭部（12）沿轴向每侧凸出三个外定子导磁极（4-2），三个所述外定子导磁极（4-2）沿圆周方向等间隔布置，每个所述外定子导磁极（4-2）均由一块铁氧体永磁材料（5）及一个导磁齿（9）组成，并按照轭部（12）、铁氧体永磁材料（5）、导磁齿（9）的顺序依次轴向固定；穿过所述外定子导磁极（4-2）圆周两侧外定子槽，环绕每个与所述外定子磁通切换磁极（4-1）相邻的所述外定子导磁极（4-2）缠绕一组外定子上集中绕组线圈（22~57）。


5.根据权利要求4所述的轴向磁场复合型定子永磁电机，其特征在于，所述外定子（4）轴向两侧共6Pso组所述外定子上集中绕组线圈（22~57），6Pso组所述外定子上集中绕组线圈（22~57）分...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘保连，莫丽红，张涛，王业琴，张晨，叶小婷，鲁庆，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：新型
国别省市：江苏;32