一种增磁去耦型轴向磁通切换双转子电机制造技术

本发明专利技术公开了一种增磁去耦型轴向磁通切换双转子电机，电机转子采用盘式凸极结构，所述定子嵌在第一转子、第二转子之间，为凸极结构，包括定子铁芯、切向永磁体、增磁永磁体、径向永磁体、电枢绕组。本发明专利技术由于在电机定子铁芯中心面添加了增磁永磁体，将整个电机磁路分隔为左右两部分，增磁永磁体对左右转子磁路的耦合具有抑制作用，可以很大程度减小左右转子磁路的耦合，使左右两个转子具备独立运行的能力。同时增磁永磁体与切向永磁体和径向永磁体产生聚磁效应，进而增大电机气隙磁密，提高电机功率密度。转子上既无绕组又无永磁体，结构简单，适合高速运行，且盘式结构转子所需的铁芯材料少，成本低，转动惯量小，具有启动迅速的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁通切换电机，具体来说，涉及一种增磁去耦型轴向磁通切换双 转子电机，属于永磁电机

技术介绍
轴向磁场电机又称盘式电机，相对于径向磁场电机，此类电机具有气隙为平面、载 流导体呈径向放置、气隙磁场为轴向分布等特点，同时还可以克服径向磁场电机转子散热 条件不好，转子铁心利用率不高等缺点。世界上第一台电机就是轴向磁场电机，但由于当时 材料和制造工艺的限制，盘式电机未能得到进一步发展。随着现代材料科学的发展和制造 工艺水平的提高，以往制约轴向磁场电机发展的问题得到逐步地改善和解决，再加上人们 对电机及电器提出了小型化和薄形化的发展需求，轴向磁场电机近年来再一次得到了迅速 发展，其应用领域也获得了进一步扩大。 然而，一般的轴向磁场永磁无刷电机，大多将永磁体放置在薄型转子的表面，构成 表贴式转子。为了克服电机高速运转时产生的离心力，通常需要对转子永磁体采取特殊的 加固措施。这就增加了转子结构的复杂性，同时也提高了电机的制造成本，使得轴向磁场电 机的应用场合受到限制。 考虑到磁通切换电机转子结构简单，转子上既无绕组又无永磁体的特点，国内有 学者将这一特点运用到轴向磁场电机，提出了磁通切换型轴向磁场永磁无刷电机，并获得 了授权专利（专利号：ZL200810019783. 2)。但是该专利所提出的轴向磁场磁通切换电机， 永磁体仅存在于定子单元中间，所能容纳的永磁体体积很有限。为获得较大的气隙磁密，只 能增加电机定子轴向长度，这样就导致电机轴向长度增大，永磁体漏磁增加，电机功率密度 也难以提高。另有专利（【申请号】201310252069. 9)提出的双转子电机可以解决永磁体漏 磁的问题，但对电机轴向长度增大的问题仍然未给出合理的解决方案。而且该专利中电机 运行时两个转子磁路严重耦合，两个转子只能以相同的转速运行，无法实现两侧转子独立 运行，本质上还是单转子，只是将转子分为两部分分布在定子两侧。
技术实现思路
针对传统轴向磁通切换电机存在的轴向尺寸较长和左右转子磁路耦合严重的问 题，本专利技术提供了一种增磁去耦型轴向磁通切换双转子电机，该电机可以减小轴向尺寸，提 高电机的功率密度，并且可以减小左右转子磁路的耦合，实现两侧转子独立运行。 本专利技术的技术方案为：一种增磁去親型轴向磁通切换双转子电机，包括转子，定 子； 所述转子采用盘式带凸极结构，包括第一转子、第二转子、转子隔磁环；第一转子 和第二转子关于电机轴向中心面对称，每个转子上带有两圈凸极，每圈凸极均匀分布在转 子盘上，两圈凸极中间嵌有转子隔磁环，形成内环转子和外环转子，内环转子和外环转子凸 极数量相等，且内环转子和外环转子凸极互差半个电周期； 所述定子嵌在第一转子、第二转子之间，包括定子铁芯、切向永磁体、增磁永磁体 径向永磁体、电枢绕组，所述定子铁芯为凸极结构，共包括四个定子铁芯组，分别为内层左 侧的定子铁芯组一、内层右侧的定子铁芯组二、外层左侧的定子铁芯组三、外层右侧的定子 铁芯组四；每组定子铁芯包含Ns个沿圆周方向均匀排列的U型铁芯单元，U型铁芯单元的U 形开口沿轴方向指向两侧转子，每个定子铁芯组相邻的两个U型铁芯单元的齿部侧面之间 嵌有切向永磁体； 所述内层左侧的定子铁芯组一和内层右侧的定子铁芯组二之间、外层左侧的定子 铁芯组三和外层右侧的定子铁芯组四之间分别嵌有增磁永磁体； 所述内层左侧的定子铁芯组一和外层左侧的定子铁芯组三之间、内层右侧的定子 铁芯组二和外层右侧的定子铁芯组四之间分别嵌有径向永磁体； 所述电枢绕组采用三相集中式绕组，ABC三相依次相差120度，每相绕组包含4个 线圈，每个线圈分别包绕在内层右侧的定子铁芯组二、外层右侧的定子铁芯组四的定子齿 上，或者内层左侧的定子铁芯组一、外层左侧的定子铁芯组三的定子齿上。 进一步，所述切向永磁体为扇形柱状结构，与U型铁芯单元的齿部侧面紧密贴合， 沿着电机圆周切向充磁，相邻的两个切向永磁体单元充磁方向相反；所述增磁永磁体为薄 片扇形结构，与两个U型铁芯单元底部侧面紧密贴合，充磁方向为电机轴方向，且与切向永 磁体相配合，使增磁永磁体在气隙产生的磁场方向与切向永磁体在气隙产生的磁场方向相 同，抑制第一转子和第二转子的磁路的耦合；径向永磁体为薄片U型结构，每个增磁永磁体 单元与两个U型铁芯单元底部侧面紧密贴合，其U形开口沿电机轴方向指向两侧转子，充磁 方向为沿电机圆周半径方向，且与切向永磁体充磁方向相配合，使径向永磁体在气隙产生 的磁场方向与切向永磁体在气隙产生的磁场方向相同，进而增大轴向磁通切换双转子电机 的气隙磁密。 进一步，所述内环转子或外环转子的相邻凸极间隔弧度Y与转子极数队的关系 满足Y=231/1且内环转子和外环转子凸极交错排列，相差角度n与转子凸极间隔弧度 Y的关系满足n=y/2,凸极部分为扇形结构，扇形结构的弧度0与转子凸极间隔弧度 Y的关系满足Q=y/4~y/3,扇形结构的半径叫与定子半径m的关系满足1117=1]1。 进一步，所述转子隔磁环宽度(15与径向永磁体径向宽度(14的关系满足d5=d4，第 一转子和第二转子能够一体安装输出相同转速，或者分离安装输出不同转速。 进一步，所述U型铁芯单元齿部端面为扇形，扇形弧度a与电机齿数关系满足a =A2*NS) ;U型铁芯单元的电枢槽面也为扇形，扇形弧度a:与齿部端面弧度a的关系 满足ai=a;U型铁芯单元辄部厚度h与U型铁芯单元齿部宽度w关系满足h=w;整个 定子单元弧度P与齿部端面弧度a的关系满足0 = 3a，U型铁芯单元的齿部高度1和 定子半径m为非关键参数，根据电机功率大小选取。数，N。为每相定子电枢绕组线圈个数。 进一步，所述增磁永磁体宽度为切向永磁体宽度的三倍。 进一步，所述定子铁芯、第一转子、第二转子均由硅钢片叠压而成。 进一步，所述转子隔磁环采用铝、铜或者钢的非导磁材料制成。 本专利技术具有以下有益效果： 1)本专利技术在电机定子轴向对称面处加入增磁永磁体，即等同于将电机齿部的一部 分切向永磁体移动到定子对称面中间位置，这样可以减小定子齿部长度；另外由于增磁永 磁体宽度为切向永磁体宽度的三倍，等体积的永磁体需要的轴向长度更小，因此可以减小 电机轴向尺寸，提高电机的功率密度。 2)本专利技术每一个定子U型铁芯都有四个面被永磁体覆盖，分别为两个切向永磁 体，一个径向永磁体，一个增磁永磁体，三种永磁体都对原本流向空气的磁力线有阻碍作 用，使更多的磁力线流经转子回路而不是经过空气变成漏磁通，从而可以减小电机漏磁，增 大电机气隙磁密。 3)本专利技术由于在电机定子铁芯中心面添加了增磁永磁体，将整个电机磁路分隔为 左右两部分，磁链分别经过第一转子和第二转子形成回路。永磁体在磁路模型中相当于磁 动势与磁阻串联，并且由于其独特的充磁配合方式，使得增磁永磁体对左右转子磁路的耦 合具有抑制作用，可以很大程度减小左右转子磁路的耦合，使左右两个转子具备独立运行 的能力。 4)本专利技术电机转子采用盘式凸极结构，转子上既无绕组又无永磁体，结构简单，适 合高速运行。并且盘式结构转子所需的铁芯材料少，成本较低，转动惯量小，具有启动迅速 的特点。 5)本专利技术电机转子设有隔磁环，将转子分割为内环转子和外环转子，内环转子和 外环转子的凸极相互错开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增磁去耦型轴向磁通切换双转子电机，其特征在于，包括转子，定子；所述转子采用盘式带凸极结构，包括第一转子(7)、第二转子(6)、转子隔磁环(8)；第一转子(7)和第二转子(6)关于电机轴向中心面对称，每个转子上带有两圈凸极，每圈凸极均匀分布在转子盘上，两圈凸极中间嵌有转子隔磁环(8)，形成内环转子(7.1)和外环转子(7.2)，内环转子(7.1)和外环转子(7.2)凸极数量相等，且内环转子(7.1)和外环转子(7.2)凸极互差半个电周期；所述定子嵌在第一转子(7)、第二转子(6)之间，包括定子铁芯(1)、切向永磁体(2)、增磁永磁体(3)、径向永磁体(4)、电枢绕组(5)；所述定子铁芯(1)为凸极结构，共包括四个定子铁芯组，分别为内层左侧的定子铁芯组一(1.1)、内层右侧的定子铁芯组二(1.2)、外层左侧的定子铁芯组三(1.3)、外层右侧的定子铁芯组四(1.4)；每组定子铁芯包含Ns个沿圆周方向均匀排列的U型铁芯单元，U型铁芯单元的U形开口沿轴方向指向两侧转子；每个所述定子铁芯组相邻的两个U型铁芯单元的齿部侧面之间均嵌有切向永磁体(2)；所述内层左侧的定子铁芯组一(1.1)和内层右侧的定子铁芯组二(1.2)之间、外层左侧的定子铁芯组三(1.3)和外层右侧的定子铁芯组四(1.4)之间分别嵌有增磁永磁体(3)；所述内层左侧的定子铁芯组一(1.1)和外层左侧的定子铁芯组三(1.3)之间、内层右侧的定子铁芯组二(1.2)和外层右侧的定子铁芯组四(1.4)之间分别嵌有径向永磁体(4)；所述电枢绕组(5)采用三相集中式绕组，ABC三相依次相差120度，每相绕组包含4个线圈，每个线圈分别包绕在内层右侧的定子铁芯组二(1.2)、外层右侧的定子铁芯组四(1.4)的定子齿上，或者内层左侧的定子铁芯组一(1.1)、外层左侧的定子铁芯组三(1.3)的定子齿上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：全力，殷佳宁，朱孝勇，项子旋，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32