一种具有多向磁场的高功率密度电机制造技术

本发明专利技术提供的是一种具有多向磁场的高功率密度电机。包括定子、中间转子、左端转子、右端转子、左端轴承、右端轴承、空心轴；定子固定在空心轴上；左端转子与右端转子分别位于定子的左、右两侧，并分别通过左端轴承与右端轴承与空心轴连接；中间转子位于左端转子和右端转子中间，且分别与左端转子和右端转子固定连接在一起；空心轴用于与外部其他设备固定。本发明专利技术是一种同时具有轴向、径向和横向磁场电机特征的外转子永磁电机。改进了传统电机的结构和电枢绕组的放置方式，使绕组的端部也能够参与电机的机电能量转换，进而提高了电机的功率密度和整体性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种电机。，特别是涉及到一种同时具有轴向、径向和横向磁场电 机特征的外转子永磁电机。
技术介绍
电机的电枢绕组是由多个放置在铁心槽中的导体边和用于连接这些导体边的绕 组端部共同构成的。在电机的工作过程中，位于铁心槽中导体边切割气隙主磁场，产生感应 电动势，实现机电能量转换。而绕组的端部则位于气隙主磁场之外，不仅不参与电机的机电 能量转换，而且还会对电机的性能带来以下不利影响(1)电枢电流流经绕组端部时形成的磁场属于漏磁场，该漏磁场的存在，会导致气 隙主磁场的波形畸变，同时增加铁心的饱和程度；(2)绕组的端部位于铁心槽外，在电机拆装时容易磕碰而损坏，发生匝间短路或断 路故障，并且在电机的某些暂态过程中，过大的电枢电流冲击会导致端部折断；(3)绕组的端部虽然不参与机电能量转换，但也需要消耗一定量的铜线，并产生相 应的铜损，因此会增加电机的成本、体积和重量，降低运行效率。公开号为CNl 199270、CN101345440、US2005151437 (Al)、W003094328 (Al)等专利 文件中，都提出了同时具有轴向和径向磁通特征的高功率密度电机，这些所提及的电机与 本专利技术区别如下(1)完全不具有本专利技术所提出的轴向、径向、横向磁场同时存在的特征。(2)在这些电机中，定子绕组并没有被充分利用，仍然存在有传统绕组的端部结 构。(3)没有与本专利技术类似的左、右端转子结构，定子环行槽结构，定、转子隔磁措施等 具体结构。(4)不具有、也无法实现本专利技术所提出的消除齿槽力矩的结构和功能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能提高功率密度和整体性能的具有多向磁场的高功 率密度电机。本专利技术的目的是这样实现的包括定子、中间转子、左端转子、右端转子、左端轴承、右端轴承、空心轴；定子固定 在空心轴上；左端转子与右端转子分别位于定子的左、右两侧，并分别通过左端轴承与右端 轴承与空心轴连接；中间转子位于左端转子和右端转子中间，且分别与左端转子和右端转 子固定连接在一起；空心轴用于与外部其他设备固定。本专利技术还可以包括1、定子结构为定子铁心1为圆柱形，在其圆柱形表面，沿轴线方向开设有均勻分 布的轴向槽2;圆柱形定子铁心1的左、右两个圆形端面上都开有径向均勻分布的径向槽3，每一个端面上的径向槽3的数目与轴向槽2的数目相同，每一条径向槽3的远端即远离定子铁心1的轴线的一端与一条对应的轴向槽2连通；每一个端面都开有一个圆环形的环形 槽4，环形槽4的圆心与定子铁心1的轴线重合，每一端面的环形槽4都与本端面内的所有 径向槽3的近端即靠近定子铁心1的轴线的一端连通，且定子铁心1的左、右两个圆形端面 的结构完全相同；定子铁心1内部为与其同轴线的定子隔磁环5，定子隔磁环5的内部为轴 孔；在定子隔磁环5与定子铁心1相接处的外表面有径向分布的定子隔磁板6，定子隔磁板 6的数目与径向槽3的数目相同，定子隔磁板6与径向槽3径向一一相对应，定子隔磁板6 沿径向延伸至环形槽4的内侧槽壁处，且定子隔磁板6和定子隔磁环5为整体结构；定子绕 组7由多相绕组共同绕制形成，每一相绕组又是由多个分散于不同槽中的线圈连接而成， 其中每一个线圈的绕制路径都包含有第一轴向槽、第二轴向槽、与第一轴向槽连通的左端 面第一径向槽、与第二轴向槽连通的左端面第二径向槽、位于左端面第一径向槽和第二径 向槽之间的左端面环形槽的短弧部分、与第一轴向槽连通的右端面第一径向槽、与第二轴 向槽连通的右端面第二径向槽、位于右端面第一径向槽和第二径向槽之间的右端面环形槽 的短弧部分，其中第一轴向槽的位置由绕组设计决定，第一轴向槽和第二轴向槽之间距离 为一个节距；定子绕组7的绕组接头与电缆线8的一端连接，电缆线8的另一端经过空心轴 9的过线孔10引致电机外部。2、左端转子和右端转子结构为左端转子铁心11的内表面粘贴有同心放置的内、 外两圈磁极，其中外圈即远离转子铁心11轴线磁极由多个轴向充磁的外圈主磁极12构成， 外圈主磁极12沿圆周方向均勻分布，且N、S极交替摆放；内圈即靠近转子铁心11轴线磁 极由多个轴向充磁的内圈主磁极13构成，内圈主磁极13沿圆周方向均勻分布，N、S极交替 摆放，数目与外圈主磁极12的数目相同；外圈主磁极12的弧度与内圈主磁极13的弧度相 等，且径向一一对应，但是径向相对的外圈主磁极12与内圈主磁极13极性相反；转子铁心 11内部为与其同轴线的端部转子隔磁环14，端部转子隔磁环14与转子铁心11相接处的外 表面，存在有多个径向分布的端部转子隔磁板15，端部转子隔磁板15的数目与内圈主磁极 13的数目相同，端部转子隔磁板15在转子铁心11内的位置是位于相邻的两个内圈主磁极 13之间，端部转子隔磁板15沿径向延伸至外圈主磁极12的内弧处，且端部转子隔磁板15 和端部转子隔磁环14为整体结构。3、中间转子结构为圆筒形的中间转子铁心16的两端为两个结构相同的中间转 子隔磁环17，在中间转子铁心16的内表面粘贴有多个瓦片形中间转子主磁极18，其数目 与左或右端转子的外圈主磁极12或内圈主磁极13的数目相同，中间转子主磁极18采用径 向充磁，N、S极沿中间转子铁心16的周向交替放置。4、左端转子、右端转子和中间转子的连接关系为中间转子的两端分别和左端转 子、右端转子固定连接在一起，构成一个完整的转子结构；固定连接在一起后，左端转子的 外圈主磁极12或内圈主磁极13与右端转子上的同极性外圈主磁极12或内圈主磁极13轴 向对应，且其主磁极轴线即沿主磁极磁场方向且通过磁场中心的轴线重合；中间转子主磁 极18沿电机的轴向与同极性的左、右端转子的外圈主磁极12相对应，但是中间转子主磁极 18的主磁极轴线在左或右端转子上的投影MM’与对应的外圈主磁极12的几何中心线00’ 即磁极几何中心与转子圆心的连线之间相差一个角度α，角度α的最小值为零，角度α的 最大值为定子上相邻两个轴向槽2之间的夹角，即轴向槽2的槽距角。5、左端转子通过左端轴承19定位在空心轴承9上，且位于定子左侧；右端转子通 过右端轴承20定位在空心轴承9上，且位于定子右侧。本专利技术改进了传统电机的结构和电枢绕组的放置方式，使绕组的端部也能够参与 电机的机电能量转换，进而提高了电机的功率密度和整体性能。本专利技术的工作原理为 具有本专利技术特征的高功率密度永磁电机利用空心轴9的两端与其他设备或支撑 装置固定连接；定子绕组7通过电缆线8从外部获得多相交流电压，进而形成定子绕组7里 的多相交流电流；电流流经位于定子轴向槽2里的绕组时，在定子铁心1的圆柱形表面形成 沿周向N、S极交替分布的径向定子磁场，径向定子磁场的磁极数目与中间转子上的中间转 子主磁极18的数目相同，该径向定子磁场与中间转子上的中间转子主磁极18形成的磁场 相互作用产生电磁转矩T1 ；电流流经位于定子铁心1的左、右两个端面的径向槽3里的绕 组时，分别在定子铁心1的左、右两个圆形端面上，且位于各自端面的环形槽4的外围区域 内，形成沿周向N、S极交替分布的轴向定子磁场，每个端面的轴向定子磁场的磁极数目与 左(或右)端转子上的外圈主磁极12的数目相同，定子铁心1左端面的轴向定子磁场与左 端转子上的外圈主磁极12形成的磁场相互作用产生电磁转矩T2，定子铁心1右端面的轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有多向磁场的高功率密度电机，其特征是：包括定子、中间转子、左端转子、右端转子、左端轴承、右端轴承、空心轴；定子固定在空心轴上；左端转子与右端转子分别位于定子的左、右两侧，并分别通过左端轴承与右端轴承与空心轴连接；中间转子位于左端转子和右端转子中间，且分别与左端转子和右端转子固定连接在一起；空心轴用于与外部其他设备固定。

【技术特征摘要】
一种具有多向磁场的高功率密度电机，其特征是包括定子、中间转子、左端转子、右端转子、左端轴承、右端轴承、空心轴；定子固定在空心轴上；左端转子与右端转子分别位于定子的左、右两侧，并分别通过左端轴承与右端轴承与空心轴连接；中间转子位于左端转子和右端转子中间，且分别与左端转子和右端转子固定连接在一起；空心轴用于与外部其他设备固定。2.根据权利要求1所述的一种具有多向磁场的高功率密度电机，其特征是定子结构 为定子铁心(1)为圆柱形，在其圆柱形表面，沿轴线方向开设有均勻分布的轴向槽(2)；圆 柱形定子铁心(1)的左、右两个圆形端面上都开有径向均勻分布的径向槽(3)，每一个端面 上的径向槽⑶的数目与轴向槽⑵的数目相同，每一条径向槽⑶的远端即远离定子铁 心(1)的轴线的一端与一条对应的轴向槽(2)连通；每一个端面都开有一个圆环形的环形 槽(4)，环形槽(4)的圆心与定子铁心(1)的轴线重合，每一端面的环形槽(4)都与本端面 内的所有径向槽(3)的近端即靠近定子铁心(1)的轴线的一端连通，且定子铁心(1)的左、 右两个圆形端面的结构完全相同；定子铁心(1)内部为与其同轴线的定子隔磁环(5)，定子 隔磁环(5)的内部为轴孔；在定子隔磁环(5)与定子铁心(1)相接处的外表面有径向分布 的定子隔磁板(6)，定子隔磁板(6)的数目与径向槽(3)的数目相同，定子隔磁板(6)与径 向槽(3)径向一一相对应，定子隔磁板(6)沿径向延伸至环形槽(4)的内侧槽壁处，且定 子隔磁板(6)和定子隔磁环(5)为整体结构；定子绕组(7)由多相绕组共同绕制形成，每 一相绕组又是由多个分散于不同槽中的线圈连接而成，其中每一个线圈的绕制路径都包含 有第一轴向槽、第二轴向槽、与第一轴向槽连通的左端面第一径向槽、与第二轴向槽连通 的左端面第二径向槽、位于左端面第一径向槽和第二径向槽之间的左端面环形槽的短弧部 分、与第一轴向槽连通的右端面第一径向槽、与第二轴向槽连通的右端面第二径向槽、位于 右端面第一径向槽和第二径向槽之间的右端面环形槽的短弧部分，其中第一轴向槽的位置 由绕组设计决定，第一轴向槽和第二轴向槽之间距离为一个节距；定子绕组(7的绕组接头 与电缆线(8)的一端连接，电缆线(8)的另一端经过空心轴(9)的过线孔(10)引致电机外 部。3.根据权利要求2所述的一种具有多向磁场的高功率密度电机，其特征是左端转子 和右端转子结构为左端转子铁心(11)的内表面粘贴有同心放置的内、外两圈磁极，其中 外圈即远离转子铁心(11)轴线磁极由多个轴向充磁的外圈主...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，刘政宇，石建飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]