全闭合串联磁路的双转子单定子交替极轴向磁通电机制造技术

本发明专利技术公开了全闭合串联磁路的双转子单定子交替极轴向磁通电机，包括定子组件、上转子组件和下转子组件，上转子组件包括沿周向间隔分布的若干个上单元，相邻两个上单元之间设置上气隙磁障，所有的上磁瓦极性相同；下转子组件包括沿周向间隔分布的若干个下单元，相邻两个下单元之间设置下气隙磁障，所有的下磁瓦极性相同；上磁瓦与下磁瓦轴向充磁且极性相反，上气隙磁障与下气隙磁障在周向是错开一个角度使上单元与下单元在周向交错，磁路被交错的上单元和下单元串联起来，最终形成了闭合的串联磁路。它能使磁瓦的差异得到平衡，进而均衡气隙磁通，减弱脉动转矩，提高控制精度。提高控制精度。提高控制精度。

【技术实现步骤摘要】
全闭合串联磁路的双转子单定子交替极轴向磁通电机


[0001]本专利技术属于全闭合串联磁路的双转子单定子交替极轴向磁通电机。

技术介绍

[0002]双转子单定子轴向磁通电机（又秤盘式电机），见公开号为CN215378594U、专利名称为：大转矩密度的盘式永磁电机转子单元，如图1、图2所示，传统的盘式永磁电机转子单元包括上转子盘1a和下转子盘2a，定子组件4a位于上转子盘1a和下转子盘2a之间，上转子磁盘1a包括上转子盘磁轭11a和粘贴在其内表面等间隔设置的若干组扇形N、S永磁体12a；下转子磁盘2a包括下转子盘磁轭21a和粘贴在其内表面等间隔设置的若干组扇形N、S永磁体22a，定子线圈盘位于上、下转子盘之间。上、下转子盘上相邻的永磁体极性相反，上、下转子盘对应的永磁体极性相同，在上、下转子盘间形成气隙磁场3a。传统的盘式永磁电机的缺点是：上、下转子盘形成的磁路结构产生的气隙磁场较弱，转矩密度小，无法满足特定场合高转矩密度的要求。具体的磁路原理图见图3所示，每个电机中含有多条如图3所示的主磁路，且各条主磁路是并联的。
[0003]在分析其磁路模型前，首先需要明确，磁瓦可以被分成多个组，等效来看，每个组互相独立，见附图3和图4；一组主磁通磁场中包含4块磁瓦，可以将主磁通磁瓦分为两个单元（一侧转子上的两块磁瓦为一个单元），每个单元里面磁瓦的极性相反。在对该结构的磁路进行分析时，可以结合等效组磁路图和等效磁路模型（MEC模型），见附图4；考虑到定、转子铁芯的磁阻相较于气隙和磁瓦十分微小，一般可以忽略不记。根据基尔霍夫定律，存在以下关系式：
[0004][0005]气隙磁通可化简为：
[0006][0007]其中各项参数释义如下：Φrem：永磁体剩磁；Φg：气隙磁通，Φm：PM磁通；Rg：气隙磁阻，Rm：PM磁阻。
[0008]在后续研究中，为了降低盘式电机的磁瓦用量，提出了交替极结构，即每个转子组件上的所以磁瓦保留某一单一极性的磁瓦（如N极或者S极），另一极采用铁极（由在形成磁回路的过程中在转子铁芯对应位置上形成），具体可参考图5，现有转子组件1a包括转子铁芯11a和多个磁瓦12a，多个磁瓦12a安装在转子铁芯11a上，转子铁芯11a的顶面凸出有多个铁极110a，多个磁瓦12a与多个铁极110a沿同一圆周间隔分布，且多个磁瓦12a与多个铁极110a交替布局，其中，同一转子组件1a所有磁瓦12a为S极性磁瓦或者N极性磁瓦，关于一般形式的交替极盘式电机的磁路和等效磁路模型可参考图5和图6。
[0009]在分析其磁路模型时，首先也要明确，这些磁极与传统双转子轴向磁通电机一样，也被分成多个组，每个组互相独立，等效组磁路图和等效磁路模型见附图7；依据转子位置可以对磁极以单元为基础进行划分，同一侧转子上的每个单元包含相同极性的磁瓦和铁极，构成交替极结构。可以得到以下表达式：
[0010][0011]从传统双转子轴向磁通电机改为一般交替极双转子轴向磁通电机的过程中，如果气隙不变，磁阻之间存在以下关系：
[0012][0013]气隙磁密可以化简为：
[0014][0015]Φrem：永磁体剩磁；Φg_C：交替极气隙磁通，Φm_c：交替极的PM磁通；
[0016]Rg_m：PM极相对的气隙磁阻，Rm_i：铁极（Iron pole）相对的气隙磁阻；
[0017]由于磁瓦的磁阻相当于气隙，而铁芯的磁阻远小于气隙磁阻，可以利用该特性。交替极结构正式利用了该特性，任一单元中的一磁极被铁极取代，为达到与传统双转子轴向磁通电机一样的电磁转矩，只需要适当增加交替极中磁瓦的宽度（表贴式磁瓦一般也描述为极弧系数、pole
‑
arc ratio）即可。双转子交替极轴向磁通电机中，由于磁路中磁阻小，所以流到气隙的磁通阻力小，原传统双转子轴向磁通电机中一个单元中的两块磁瓦（N和S两块都有），可被一块略大的磁瓦取代，但磁瓦的宽度小于原传统双转子轴向磁通电机的两块磁瓦之和，达到降低双转子轴向磁通电机磁瓦用量的目的。
[0018]需要注意的是，无论是传统双转子轴向磁通电机，还是一般单定子双转子交替极轴向磁通电机，其等效的磁路都可以被分出一个个独立的磁极组，组与组之间相互独立。即电机中含有多条如图6所示的主磁通路径，且各条主磁通路径是并联的。这种结构布置存在如下问题：在实际生产使用中，每一块磁瓦特性不可能具有完全相同特性，有一块磁瓦的特性与其它磁瓦偏差比较大时，就会立即显露，局部气隙磁场产生突变，导致脉动转矩增大和控制不精确的问题，图8表示一般交替极双转子单定子轴向磁通电机的一侧转子无槽气隙的一部分磁密波形图，该图中各磁瓦的特性基本相同，因此磁密波形没有产生突变。但实际使用中，每一块磁瓦不可能完全相同，申请人在试验中模拟了一块磁瓦用错牌号的场景，其气隙磁密波形如图9所示。有一部分气隙磁密波形与其它波形不一致，其它部分的波形相同，这代表磁瓦差异发生后，其影响只发生在与之相关的磁路上，且不可传递到其它磁路上进行平衡，影响可能较大。

技术实现思路

[0019]本专利技术的目的是提供全闭合串联磁路的双转子单定子交替极轴向磁通电机，解决现有的双转子单定子交替极轴向磁通电机，因磁路都可以被分出一个个独立的主磁路，且各条主磁路是并联的，当其中一个转子的磁瓦特性发生变异时，会导致气隙磁密波形不平
衡，导致脉动转矩增大和控制不精确的技术问题。
[0020]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0021]全闭合串联磁路的双转子单定子交替极轴向磁通电机，包括定子组件、上转子组件和下转子组件，定子组件上下两端分别安装上转子组件和下转子组件，定子组件与上转子组件轴向磁耦合，定子组件与下转子组件轴向磁耦合，其特征在于：
[0022]上转子组件包括沿周向间隔分布的若干个上单元，每个上单元包括一块上铁芯和一块上磁瓦，每一块上铁芯上朝向定子组件方向凸出一个上凸台形成一个铁极，在铁极一侧安装一块上磁瓦形成一个磁极,铁极与磁极交替间隔分布构成交替极结构，相邻两个上单元之间设置上气隙磁障，所有的上磁瓦极性相同；
[0023]下转子组件包括沿周向间隔分布的若干个下单元，每个下单元包括一块下铁芯和一块下磁瓦，每一块下铁芯上朝向定子组件方向凸出一个下凸台形成一个铁极，在铁极一侧安装一块下磁瓦形成一个磁极,铁极与磁极交替间隔分布构成交替极结构，相邻两个下单元之间设置下气隙磁障，所有的下磁瓦极性相同；
[0024]上磁瓦与下磁瓦轴向充磁且极性相反，上气隙磁障与下气隙磁障在周向是错开一个角度使上单元与下单元在周向交错，磁路被交错的上单元和下单元串联起来，最终形成了闭合的串联磁路。
[0025]优选地，上转子组件和下转子组件除了磁瓦极性相反外，结构及尺寸参数相同。
[0026]优选地，在保证电机性能的前提下，通过增加气隙磁障的宽度L，能够有效降低转子质量。
[0027]优选地，通过增加上磁瓦和/或下磁瓦的高度，调整输出转矩和输出功率。
[0028]优选地，定子组件包括若干块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.全闭合串联磁路的双转子单定子交替极轴向磁通电机，包括定子组件（1）、上转子组件（2）和下转子组件（3），定子组件（1）上下两端分别安装上转子组件（2）和下转子组件（3），定子组件（1）与上转子组件（2）轴向磁耦合，定子组件（1）与下转子组件（3）轴向磁耦合，其特征在于：上转子组件（2）包括沿周向间隔分布的若干个上单元（20），每个上单元（20）包括一块上铁芯（21）和一块上磁瓦（22），每一块上铁芯（21）上朝向定子组件（1）方向凸出一个上凸台（21a）形成一个铁极，在铁极一侧安装一块上磁瓦（22）形成一个磁极,铁极与磁极交替间隔分布构成交替极结构，相邻两个上单元（20）之间设置上气隙磁障（23），所有的上磁瓦（22）极性相同；下转子组件（3）包括沿周向间隔分布的若干个下单元（30），每个下单元（30）包括一块下铁芯（31）和一块下磁瓦（32），每一块下铁芯（31）上朝向定子组件（1）方向凸出一个下凸台（31a）形成一个铁极，在铁极一侧安装一块下磁瓦（32）形成一个磁极,铁极与磁极交替间隔分布构成交替极结构，相邻两个下单元（30）之间设置下气隙磁障（33），所有的下磁瓦（32）极性相同；上磁瓦（22）与下磁瓦（32）轴向充磁且极性相反，上气隙磁障（23）与下气隙磁障（33）在周向是错开一个角度使上单元（20）与下单元（30）在周向交错，磁路被交错的上单元（20）和下单元（30）串联起来，最终形成了闭合的串联磁路。2.根据权利要求1所述的全闭合串联磁路的双转子单定子交替极轴向磁通电机，其特征在于：上转子组件（2）和下转子组件（3）除了磁瓦极性相反...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铭杰，
申请(专利权)人：中山大洋电机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：