CN100448136C

CN100448136C - 轴径向-轴向磁通结构复合式永磁电机

Info

Publication number: CN100448136C
Application number: CNB2006101509940A
Authority: CN
Inventors: 郑萍; 刘冉冉; 赵静; 吴芊
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Zhengyuan Technology Information Technology Co. Ltd.
Priority date: 2006-11-08
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2008-12-31
Anticipated expiration: 2026-11-08
Also published as: CN1980005A

Abstract

轴径向-轴向磁通结构复合式永磁电机，它涉及的是永磁电机的技术领域。它是为了克服现有串联式、并联式驱动装置中存在的发动机和系统其他部件不能协调配合，及整个系统存在体积笨重、耗能大等问题。它由壳体、定子、永磁转子、铁芯转子组成；定子为圆环型铁心，永磁转子为筒式转子，永磁转子的内面上连接有多个永磁体。它的铁芯转子的左侧轴孔套接在第一转轴的右侧端头上，第一转轴的左侧中部通过第三轴承与壳体左侧上的轴孔转动连接，定子的右侧端面连接在壳体的内部右侧端面上，永磁转子的转轴的右侧中部通过第一轴承与轴孔转动连接，永磁转子的转轴的左侧端通过第二轴承与轴孔转动连接。本发明能使内燃机不依赖于路况，始终运行在最高效率区。

Description

轴径向-轴向磁通结构复合式永磁电机

技术领域

本发明涉及的是永磁电机的技术领域。

背景技术

传统内燃机汽车存在燃油消耗量大和尾气排放污染的问题。使用电动汽车可实现低能耗、低排放，但由于作为电动汽车的关键部件之一的电池其能量密度、寿命、价格等方面的制约，电动汽车的性价比低于传统的内燃机汽车，在这种情况下，产生了融合内燃机汽车和电动汽车优点的新型混合动力电动汽车。

现有串联式混合动力电动汽车驱动装置的特点是：可使发动机不受汽车行驶工况的影响，稳定运行于最佳的工作区，并可选用功率较小的发动机，但需要功率足够大的发电机和电动机，发动机的输出需全部转化为电能再变为驱动汽车的机械能，机电能量转换和电池充放电的效率较低，使得燃油能量的利用率比较低；并联式驱动装置的特点是：能量利用率相对较高，但发动机工况要受汽车行驶工况的影响，因此不适于变化频繁的行驶工况，相比于串联式结构，需要较为复杂的变速装置和动力复合装置以及传动机构。在上述驱动装置中，存在发动机和系统其它部件不能协调配合，及整个系统存在体积笨重、结构复杂、耗能大、尾气排放量大，而不能有效的将动力输出的问题。

发明内容

本发明为了克服现有串联式驱动装置、并联式驱动装置中，存在发动机与系统其它部件不能协调配合的问题，及整个系统存在体积笨重、结构复杂、耗能大、尾气排放量大，而不能有效的将动力输出的问题，进而提出了一种轴径向-轴向磁通结构复合式永磁电机。

本发明由壳体1、定子2、永磁转子3、铁芯转子4构成。定子2为圆环型铁心，其左侧端面上开有多个直槽2-1，直槽2-1的开口中心线都围绕定子2的轴心线扇形均匀排列，所有直槽2-1中共同镶嵌有绕组2-2；永磁转子3为

形筒式转子，永磁转子3的内圆壁面上连接有多个永磁体3-4-1，其左侧内表面上连接有多个永磁体3-4-2，永磁转子3的右侧内表面上连接有多个永磁体3-4-3，永磁转子3的右侧外表面上连接有多个永磁体3-4-4；沿铁芯转子4的圆环型铁心的环壁四周开有若干个槽4-1，在所有槽4-1中共同镶嵌有绕组4-2；铁芯转子4的左侧轴孔4-3套接在第一转轴4-4的右侧端头上，第一转轴4-4的左侧中部通过第三轴承4-5与壳体1左侧上的轴孔1-2转动连接，定子2的右侧端面连接在壳体1的内部右侧端面上，永磁转子3的转轴3-1的右侧中部通过第一轴承3-2与壳体1右侧上的轴孔1-1转动连接，永磁转子3的转轴3-1的左侧端通过第二轴承3-3与铁芯转子4右侧轴孔4-7转动连接；铁芯转子4设置在永磁转子3的内部，并且永磁转子3置于定子2和铁芯转子4之间；永磁转子3的内圆壁面与铁芯转子4的外圆壁面之间有间隙L1；永磁转子3的左侧内表面与铁芯转子4的左侧端面之间有间隙L2；永磁转子3的右侧内表面和铁芯转子4的右侧端面之间有间隙L3；永磁转子3的右侧外表面与定子2的左侧端面之间有间隙L4；定子2的轴心线、永磁转子3的轴心线、铁芯转子4的轴心线与第一转轴4-4的轴心线相重合。

工作原理：定子2上的绕组2-2通电后产生一个旋转磁场，该旋转磁场拖动永磁转子3同向同速旋转，铁芯转子4上的绕组4-2通电后产生一个旋转磁场，该旋转磁场拖动永磁转子3同向旋转，而铁芯转子4和永磁转子3作相对旋转运动。可以将第一转轴4-4的左端作为外部旋转动力输入端，永磁转子3的转轴3-1的右端作为旋转动力输出端；或者将永磁转子3的转轴3-1的右端作为外部旋转动力输入端，第一转轴4-4的左端作为旋转动力输出端。

本发明与内燃机结合使用于汽车时，能使内燃机不依赖于路况，始终运行在最高效率区，从而降低了燃油消耗量和尾气排放量，实现节能降耗；本发明同时也能取代汽车中变速箱、离合器和飞轮等部件，使汽车结构简化、成本降低。本发明能通过电子器件实现汽车的宽范围平稳调速。同时本发明还具有不需要复杂的冷却装置、结构简单、体积小、成本低廉的优点。本发明还可应用在不同转速的两个机械转轴同时工作的工业技术中。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是图1中永磁转子3的径向剖左视图，图3是图1中永磁转子3的右视图，图4是图1中铁芯转子4的径向剖视图，图5是图1中定子2的右视图，图6是具体实施方式三的结构示意图，图7是图6中永磁转子3的径向剖左视图，图8是具体实施方式四的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4、图5说明本实施方式。本实施方式由壳体1、定子2、永磁转子3、铁芯转子4构成；定子2为圆环型铁心，其左侧端面上开有多个直槽2-1，直槽2-1的开口中心线都围绕定子2的轴心线呈扇形均匀排列，所有直槽2-1中共同镶嵌有绕组2-2；永磁转子3为

形筒式转子，永磁转子3的内圆壁面上连接有多个永磁体34-1，永磁转子3的左侧内表面连接有多个永磁体3-4-2，永磁转子3的右侧内表面上连接有多个永磁体3-4-3，永磁转子3的右侧外表面上连接有多个永磁体3-4-4；铁芯转子4为圆环型铁心，沿铁芯转子4的环壁四周开有若干个槽4-1，在所有槽4-1中共同镶嵌有绕组4-2；铁芯转子4的左侧轴孔4-3套接在第一转轴4-4的右侧端头上，第一转轴4-4的左侧中部通过第三轴承4-5与壳体1左侧上的轴孔1-2转动连接，定子2的右侧端面连接在壳体1的内部右侧端面上，永磁转子3的转轴3-1的右侧中部通过第一轴承3-2与壳体1右侧上的轴孔1-1转动连接，永磁转子3的转轴3-1的左侧端通过第二轴承3-3与铁芯转子4右侧轴孔4-7转动连接；永磁转子3介于定子2和铁芯转子4之间，并且套在铁芯转子4的外侧和左侧；永磁转子3的内圆壁面与铁芯转子4的外圆壁面之间有间隙L1；永磁转子3的左侧内表面与铁芯转子4的左侧端面之间有间隙L2；永磁转子3的右侧内表面和铁芯转子4的右侧端面之间有间隙L3；永磁转子3的右侧外表面和定子2的左侧端面之间有间隙L4；定子2的轴心线、永磁转子3的轴心线、铁芯转子4的轴心线与第一转轴4-4的轴心线相重合。

铁芯转子4上的绕组4-2以三角形接法或星形接法连接后，通过第一转轴4-4上的三个导电滑环4-6、壳体1上的三个电刷1-3与外部三相正弦交流电源相连接；定子2上的绕组2-2以三角形接法或星形接法连接后，与外部三相正弦交流电源相连接。

具体实施方式二：结合图6、图7、图3说明本实施方式；本实施方式与具体实施方式一的不同点在于本实施方案所述永磁转子3上的每个永磁体3-4-1都镶嵌在内圆壁面中，永磁转子3上的每个永磁体3-4-2都镶嵌在左侧内表面中，永磁转子3上的每个永磁体3-4-3都镶嵌在右侧内表面中，永磁转子3上的每个永磁体3-4-4都镶嵌在右侧外表面中。

具体实施方式三：结合图8、图7、图3说明本实施方式；本实施方式与具体实施方式一或二的不同点在于本实施方案所述永磁转子3上开有多个贯穿右侧内表面与右侧外表面的通孔3-5，每个通孔3-5中都镶嵌有永磁体3-4-3′。

具体实施方式四：结合图1、图2、图3说明本实施方式；本实施方式与具体实施方式一或二的不同点在于本实施方式所述永磁转子3的内圆壁面上的每个永磁体3-4-1都围绕永磁转子3的轴心线均匀排列；永磁转子3左侧内表面上的每个永磁体3-4-2都围绕永磁转子3的轴心线呈扇形均匀排列；永磁转子3的右侧内表面上的每个永磁体3-4-3和右侧外表面上的每个永磁体3-4-4都围绕永磁转子3的轴心线呈扇形均匀排列；本实施方式可以在不改变永磁体3-4-1、永磁体3-4-2、永磁体3-4-3、永磁体3-4-4充磁量的情况下，使永磁体3-4-1、永磁体3-4-2、永磁体3-4-3、永磁体3-4-4产生的合成磁场最强。

具体实施方式五：结合图1、图2、图3说明本实施方式；本实施方式与具体实施方式一或二的不同点在于本实施方式所述永磁转子3的内圆壁面上的每个永磁体3-4-1的充磁方向都与永磁转子3的轴心线相垂直，永磁转子3的左侧内表面上的每个永磁体3-4-2的充磁方向都与永磁转子3的轴心线相平行；永磁转子3的右侧内表面上的每个永磁体3-4-3和右侧外表面上的每个永磁体3-4-4的充磁方向都与永磁转子3的轴心线相平行。

具体实施方式六：结合图1、图2、图3说明本实施方式；本实施方式与具体实施方式一或二的不同点在于本实施方式所述每相邻的两个永磁体3-4-1、每相邻的两个永磁体3-4-2、每相邻的两个永磁体3-4-3、每相邻的两个永磁体3-4-4的充磁方向相反。

具体实施方式七：结合图8、图7、图3说明本实施方式；本实施方式与具体实施方式三的不同点在于本实施方案所述永磁转子3的右侧内表面和右侧外表面间通孔3-5中所镶嵌的每个永磁体3-4-3′都围绕永磁转子3的轴心线呈扇形均匀排列。

具体实施方式八：结合图8、图7、图3说明本实施方式；本实施方式与具体实施方式三的不同点在于本实施方案所述永磁转子3的右侧内表面和右侧外表面间通孔3-5中所镶嵌的每个永磁体3-4-3′的充磁方向都与永磁转子3的轴心线相平行；每相邻的两个永磁体3-4-3′的充磁方向相反。

具体实施方式九：结合图1、图2、图3说明本实施方式；本实施方式与具体实施方式一或二的不同点在于本实施方式所述永磁转子3的右侧内表面上与右侧外表面上相对的两个永磁体3-4-3和3-4-4的充磁方向相反。

具体实施方式十：结合图1、图2、图3说明本实施方式；本实施方式与具体实施方式一或二的不同点在于本实施方式所述永磁转子3的右侧内表面上与右侧外表面上相对的两个永磁体3-4-3和3-4-4的充磁方向相同。

Claims

1、轴径向-轴向磁通结构复合式永磁电机，它由壳体(1)、定子(2)、永磁转子(3)、铁芯转子(4)组成；其特征在于定子(2)为圆环型铁心，其左侧端面上开有多个直槽(2-1)，直槽(2-1)的开口中心线都围绕定子(2)的轴心线扇形均匀排列，所有直槽(2-1)中共同镶嵌有绕组(2-2)；永磁转子(3)为

形筒式转子，永磁转子(3)的内圆壁面上连接有多个永磁体(3-4-1)，其左侧内表面上连接有多个永磁体(3-4-2)，永磁转子(3)的右侧内表面上连接有多个永磁体(3-4-3)，永磁转子(3)的右侧外表面上连接有多个永磁体(3-4-4)；沿铁芯转子(4)的圆环型铁心的环壁四周开有若干个槽(4-1)，在所有槽(4-1)中共同镶嵌有绕组(4-2)；铁芯转子(4)的左侧轴孔(4-3)套接在第一转轴(4-4)的右侧端头上，第一转轴(4-4)的左侧中部通过第三轴承(4-5)与壳体(1)左侧上的轴孔(1-2)转动连接，定子(2)的右侧端面连接在壳体(1)的内部右侧端面上，永磁转子(3)的转轴(3-1)的右侧中部通过第一轴承(3-2)与壳体(1)右侧上的轴孔(1-1)转动连接，永磁转子(3)的转轴(3-1)的左侧端通过第二轴承(3-3)与铁芯转子(4)右侧轴孔(4-7)转动连接；铁芯转子(4)设置在永磁转子(3)的内部，并且永磁转子(3)置于定子(2)和铁芯转子(4)之间；永磁转子(3)的内圆壁面与铁芯转子(4)的外圆壁面之间有间隙(L1)；永磁转子(3)的左侧内表面与铁芯转子(4)的左侧端面之间有间隙(L2)；永磁转子(3)的右侧内表面和铁芯转子(4)的右侧端面之间有间隙(L3)；永磁转子(3)的右侧外表面与定子(2)的左侧端面之间有间隙(L4)；定子(2)的轴心线、永磁转子(3)的轴心线、铁芯转子(4)的轴心线与第一转轴(4-4)的轴心线相重合。

2、根据权利要求1所述的轴径向-轴向磁通结构复合式永磁电机，其特征在于所述永磁转子(3)上的每个永磁体(3-4-1)都镶嵌在内圆壁面中，永磁转子(3)上的每个永磁体(3-4-2)都镶嵌在左侧内表面中，永磁转子(3)上的每个永磁体(3-4-3)都镶嵌在右侧内表面中，永磁转子(3)上的每个永磁体(3-4-4)都镶嵌在右侧外表面中。

3、根据权利要求1或2所述的轴径向-轴向磁通结构复合式永磁电机，其特征在于永磁转子(3)上开有多个贯穿右侧内表面与右侧外表面的通孔(3-5)，每个通孔(3-5)中都镶嵌有永磁体(3-4-3′)。

4、根据权利要求1或2所述的轴径向-轴向磁通结构复合式永磁电机，其特征在于所述永磁转子(3)的内圆壁面上的每个永磁体(3-4-1)都围绕永磁转子(3)的轴心线均匀排列，永磁转子(3)的左侧内表面上的每个永磁体(3-4-2)都围绕永磁转子(3)的轴心线扇形均匀排列；永磁转子(3)的右侧内表面上的每个永磁体(3-4-3)和右侧外表面上的每个永磁体(3-4-4)都围绕永磁转子(3)的轴心线扇形均匀排列。

5、根据权利要求1或2所述的轴径向-轴向磁通结构复合式永磁电机，其特征在于所述永磁转子(3)的内圆壁面上的每个永磁体(3-4-1)的充磁方向都与永磁转子(3)的轴心线相垂直，永磁转子(3)的左侧内表面上的每个永磁体(3-4-2)的充磁方向都与永磁转子(3)的轴心线相平行；永磁转子(3)的右侧内表面上的每个永磁体(3-4-3)和右侧外表面上的每个永磁体(3-4-4)的充磁方向都与永磁转子(3)的轴心线相平行。

6、根据权利要求1或2所述的轴径向-轴向磁通结构复合式永磁电机，其特征在于所述每相邻的两个永磁体(3-4-1)、每相邻的两个永磁体(3-4-2)、每相邻的两个永磁体(3-4-3)、每相邻的两个永磁体(3-4-4)的充磁方向相反。

7、根据权利要求3所述的轴径向-轴向磁通结构复合式永磁电机，其特征在于所述永磁转子(3)的右侧内表面和右侧外表面间通孔(3-5)中所镶嵌的每个永磁体(3-4-3′)都围绕永磁转子(3)的轴心线扇形均匀排列。

8、根据权利要求3所述的轴径向-轴向磁通结构复合式永磁电机，其特征在于所述永磁转子(3)的右侧内表面和右侧外表面间通孔(3-5)中所镶嵌的每个永磁体(3-4-3′)的充磁方向都与永磁转子(3)的轴心线相平行；每相邻的两个永磁体(3-4-3′)的充磁方向相反。

9、根据权利要求1或2所述的轴径向-轴向磁通结构复合式永磁电机，其特征在于所述永磁转子(3)的右侧内表面上与右侧外表面上相对的两个永磁体(3-4-3)和(3-4-4)的充磁方向相反。

10、根据权利要求1或2所述的轴径向-轴向磁通结构复合式永磁电机，其特征在于所述永磁转子(3)的右侧内表面上与右侧外表面上相对的两个永磁体(3-4-3)和(3-4-4)的充磁方向相同。