CN110676996B - 一种双磁路调磁型轴向永磁电机 - Google Patents

一种双磁路调磁型轴向永磁电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双磁路调磁型轴向永磁电机，包括同轴安装的第一转子、第一调磁环、第一定子、内转子、第二定子、第二调磁环、第二转子。第一转子和第二转子均包括转子轭，以及在转子轭内侧面沿圆周设置的Halbach永磁阵列。双磁路分别为由外转子、调磁环、定子与内转子之间形成的磁场回路和由外转子、调磁环、定子之间形成的磁场回路，增强了调磁性能。本发明还增加了调磁齿，通过调磁齿调节双磁路。调磁齿的固定支架包括沿圆周内外双层设置，其结构轻盈且更加牢固，同时固定支架的加入使调磁环上的热量可以有更大的散热面积，更容易冷却。

Description

一种双磁路调磁型轴向永磁电机
技术领域
本发明涉及一种双磁路磁场调节的轴向永磁电机，属于永磁电机技术领域。
背景技术
近年来，电动汽车作为新兴行业备受关注，由于其有利于解决石油资源有限和空气污染加剧等问题，也成为我国十分重要的战略性研究产业。电动汽车最为重要的三个关键技术环节集中于：电池、电机和驱动。在电池技术未获得根本性突破的条件下，研制出高效可靠的电机成为世界各国专家学者的主要目标。而轴向永磁电机因其具有高转矩/功率密度、优良散热性能和结构紧凑的优点受到广泛关注，且在空间限制要求高的电动汽车场合中，轴向电机具有很大的优势。在现代工业中有很多低速大转矩的应用场合，这些场合一般需要配备齿轮箱等中间环节实现电机与负载间的转速转矩匹配。机械齿轮靠齿的啮合传递转矩，因此不可避免地带来摩擦损耗、机械磨损、需要润滑以及振动噪声等问题，在不规则负载或过载条件下还易造成不可逆的损坏，降低了***的整体效率和可靠性。因此去除齿轮箱采用电机直接驱动负载的直驱技术逐渐成为未来的发展趋势。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种适合于直接驱动电动汽车的双磁路调磁型轴向永磁电机，增强电机聚磁性能。
技术方案：一种双磁路调磁型轴向永磁电机，包括同轴安装的第一转子、第一调磁环、第一定子、内转子、第二定子、第二调磁环、第二转子；其中，所述第一定子和第二定子分别设置于内转子两侧，第一转子和第二转子设置于最外侧，第一调磁环设置于第一转子与第一定子之间，第二调磁环设置于第二转子与第二定子之间；
所述内转子由若干沿圆周设置的内转子永磁体构成，所述转子永磁体的充磁方向为轴向交替充磁；所述第一转子和第二转子均包括转子轭，以及在转子轭内侧面沿圆周设置的Halbach永磁阵列；所述第一调磁环和第二调磁环均包括沿圆周间隔排列的若干U 型调磁齿，所述U型调磁齿的开口均向内朝向内转子，相邻的U型调磁齿通过端部连接固定支架来固定，所述固定支架包括沿圆周内外双层设置。
进一步的，所述第一定子和第二定子均包括由E型铁心和定子永磁体沿圆周交替设置构成的定子圆盘，所述定子永磁体沿圆周方向交替充磁，所述定子永磁体与相邻的E型铁心的相邻定子齿上绕有电枢绕组，各定子永磁体的定子中间齿上绕有励磁绕组。
进一步的，所述E型铁心的外侧壁与底部连接处开有倒角。
进一步的，所述E型铁心的定子齿以及中间齿上开有辅助槽。
进一步的，所述第一转子和第二转子错开一定角度同轴安装。
进一步的，所述Halbach永磁阵列是每极分段数2的组合式Halbach阵列，由径向充磁磁钢和切向充磁磁钢组成，两种磁钢大小用量相等。
进一步的，所述第一调磁环和第二调磁环错开一定角度同轴安装。
有益效果：本发明的一种双磁路调磁型轴向永磁电机，通过加入调磁环结构，避免接触式的传动，减少摩擦和能量损耗。调磁齿通过定子与转子磁场耦合实现最终同步运行，发生过载时，调磁环与转子之间可随时切断传动关系，降低了损坏电机的风险。调磁环结构简单，内外层固定支架使其结构轻盈且更加牢固，同时固定支架的加入使调磁环上的热量可以有更大的散热面积，更容易冷却。
本发明增加调磁齿，通过调磁齿调节双磁路。双磁路分别为由外转子、调磁环、定子与内转子之间形成的磁场回路和由外转子、调磁环、定子之间形成的磁场回路，增强了调磁性能。相较传统的机械齿轮，磁场调制型磁齿轮利用调磁块改变气隙磁导，使得内外永磁体均参与了转矩的传递，由于传递过程中不存在机械摩擦，使得该传动装置具有输出转矩密度大、噪声低、不存在机械损耗、传动效率高等诸多优点。
转子采用Halbach充磁方式，增强了聚磁能力，同时可提供更大的转矩和爬坡能力，降低齿槽转矩和转矩脉动。绕置在定子中间齿的励磁绕组可对电机磁场进行调节，提高了转矩输出能力和调速范围。双转子的传动结构，有利于直驱电动汽车，两个转子直接驱动双轮，减少了传动机构，降低了成本和维修率。
附图说明
图1为双磁路调磁型轴向永磁电机的整体结构示意图；
图2为双磁路调磁型轴向永磁电机的定子结构***图；
图3为E型铁心结构示意图；
图4为双磁路调磁型轴向永磁电机的调磁齿与固定支架连接结构示意图；
图5为内转子结构与充磁方式示意图；
图6为电枢绕组和励磁绕组结构示意图；
图7为相绕组链接图；
图8为励磁绕组链接图；
图9为双磁路调磁型轴向永磁电机混合励磁磁路；
图中有：第一转子1、第一调磁环2、第一定子3、内转子4、第二定子5、第二调磁环6、第二转子7、转子轭8、Halbach永磁阵列9、固定支架10、E型铁心11、定子齿12、定子中间齿13、定子永磁体14、电枢绕组15、励磁绕组16、内转子永磁体17、 U型调磁齿18；A1、A2、A3、A4为电枢绕组线圈，L1～L12为励磁线圈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1至图5，一种双磁路调磁型轴向永磁电机包括正中间设置的内转子4、关于内转子两侧对称设置的第一定子3和第二定子5、关于内转子对称放置于最外侧的第一转子1与第二转子7、安装于第一转子1与第一定子3和第二转子7与第二定子之间的第一调磁环2和第二调磁环6；第一定子3与第二定子5结构相同且关于内转子4对称同轴安装。
内转子4由若干沿圆周设置的内转子永磁体17构成，转子永磁体的充磁方向为轴向交替充磁。
第一定子3与第二定子5均包括由E型铁心11和定子永磁体14沿圆周交替设置构成的定子圆盘。定子永磁体14沿着圆周方向交替充磁。定子永磁体14与相邻的E型铁心11的相邻定子齿12上绕有电枢绕组15。各定子永磁体14的定子中间齿13上绕置着调节磁场的励磁绕组16。E型铁心11的外侧壁与底部连接处开有倒角，定子齿12以及中间齿13上开有辅助槽。
第一转子1和第二转子7均由转子轭8和以及在转子轭8内侧面沿圆周设置的Halbach永磁阵列9组成。Halbach永磁阵列9是每极分段数2的组合式Halbach阵列，由径向充磁磁钢和切向充磁磁钢组成，两种磁钢大小用量相等。第二转子7和第一转子 1结构相同，可错开一定角度同轴安装，且关于内转子4对称设置。第一转子1、第二转子7、第一定子3和第二定子5均为凸极结构。
第一调磁环2和第二调磁环6均包括沿圆周间隔排列的若干U型调磁齿18，U型调磁齿18的开口均向内朝向内转子4，相邻的U型调磁齿18通过端部连接固定支架10 来固定，固定支架10包括沿圆周内外双层设置。U型调磁齿18的双齿可以设计成对称与不对称结构，齿型可以设计为梯型，扇型，与矩型结构。第一调磁环2和第二调磁环6结构相同且关于内转子4对称设置，亦可错开一定角度同轴安装。
定子铁心模块的设计便于安装和大量生产，内转子的设计增加了调磁齿的利用率。本发明增加调磁齿，通过调磁齿调节双磁路。双磁路分别为由外转子、调磁环、定子与内转子之间形成的磁场回路和由外转子、调磁环、定子之间形成的磁场回路，使其调磁性能更强。
如图1所示，本实施例的磁型轴向永磁电机是由三转子、双定子和两个调磁环构成的六气隙轴向磁场磁通切换永磁电机。定子如图2所示，每一个定子都是由6个E型铁心11，6块定子永磁体14，6个电枢绕组15和6个励磁绕组16组成。如图3所示， E型铁心11上的两个定子齿12的齿型可设计为扇型齿、矩形齿或梯型齿，E型定子铁心模块11还包括定子中间齿13，同时定子齿上可以开设不同型状的辅助槽。
如图4所示，调磁环仅由U型调磁齿18和固定支架10构成，U型调磁齿型设计可为扇型齿、平行齿或梯型齿结构，可以设计为对称与不对称结构。固定支架10环环相扣构成内外两层固定环，固定U型调磁齿和加快调磁齿上温度的挥发。
如图5所示，内转子由6块形状与材料相同的永磁材料组成。如图所示的永磁体采用轴向交替充磁，与外转子组合形成闭合磁路。
如图6所示，12个电枢绕组15分别绕在12个定子永磁体14和与之相邻的E型铁心的定子齿12上组成2套三相电枢绕组，每套三相电枢绕组中径向相对的两个线圈串联构成一相绕组。这里以A相绕组为例，A1和A3是定子右侧径向相对的A相线圈， A2和A4是左侧径向相对的A相线圈，分别将A1和A3相串联、A2和A4相串联，得到电机两套A相绕组，同理得到B相和C相的两套绕组，A相中四个线圈连接二位图如图7所示。定子中间齿上放置励磁绕组16，12个励磁绕组分别为L1-L12，12个励磁线圈二维展开图的连接方式如图8。
在定子中间齿上放置励磁绕组可调节电机的磁场，图9中实线为永磁磁场方向，虚线为励磁磁场方向，由图9所示当在励磁绕组通入正向励磁电流时，励磁磁场的方向与永磁磁场的方向一致，实现增磁；在励磁绕组中通入反向励磁电流，励磁磁场的方向与永磁磁场的方向相反，实现弱磁。因此，该结构电机可见实现混合励磁。
图9中，实线箭头表示内外转子的永磁体和定子永磁体的充磁方向，内转子的轴向交替充磁。本发明增加调磁齿，通过调磁齿调节双磁路。双磁路分别为由外转子、调磁环、定子与内转子之间形成的磁场回路和由外转子、调磁环、定子之间形成的磁场回路，增强了调磁性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种双磁路调磁型轴向永磁电机，其特征在于：包括同轴安装的第一转子(1)、第一调磁环(2)、第一定子(3)、内转子(4)、第二定子(5)、第二调磁环(6)、第二转子(7)；其中，所述第一定子(3)和第二定子(5)分别设置于内转子(4)两侧，第一转子(1)和第二转子(7)设置于最外侧，第一调磁环(2)设置于第一转子(1)与第一定子(3)之间，第二调磁环(6)设置于第二转子(7)与第二定子(5)之间；
所述内转子(4)由若干沿圆周设置的内转子永磁体(17)构成，所述内转子永磁体的充磁方向为轴向交替充磁；所述第一转子(1)和第二转子(7)均包括转子轭(8)，以及在转子轭(8)内侧面沿圆周设置的Halbach永磁阵列(9)；所述第一调磁环(2)和第二调磁环(6)均包括沿圆周间隔排列的若干U型调磁齿(18)，所述U型调磁齿(18)的开口均向内朝向内转子(4)，相邻的U型调磁齿(18)通过端部连接固定支架(10)来固定，所述固定支架(10)包括沿圆周内外双层设置。
2.根据权利要求1所述的双磁路调磁型轴向永磁电机，其特征在于：所述第一定子(3)和第二定子(5)均包括由E型铁心(11)和定子永磁体(14)沿圆周交替设置构成的定子圆盘，所述定子永磁体(14)沿圆周方向交替充磁，所述定子永磁体(14)与相邻的E型铁心(11)的相邻定子齿(12)上绕有电枢绕组(15)，各定子永磁体(14)的定子中间齿(13)上绕有励磁绕组(16)。
3.根据权利要求2所述的双磁路调磁型轴向永磁电机，其特征在于：所述E型铁心(11)的外侧壁与底部连接处开有倒角。
4.根据权利要求2或3所述的双磁路调磁型轴向永磁电机，其特征在于：所述E型铁心(11)的定子齿(12)以及中间齿(13)上开有辅助槽。
5.根据权利要求1-3任一所述的双磁路调磁型轴向永磁电机，其特征在于：所述第一转子(1)和第二转子(7)错开一定角度同轴安装。
6.根据权利要求1-3任一所述的双磁路调磁型轴向永磁电机，其特征在于：所述Halbach永磁阵列(9)是每极分段数2的组合式Halbach阵列，由径向充磁磁钢和切向充磁磁钢组成，两种磁钢大小用量相等。
7.根据权利要求1-3任一所述的双磁路调磁型轴向永磁电机，其特征在于：所述第一调磁环(2)和第二调磁环(6)错开一定角度同轴安装。
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