CN102820756A - 盘式三相聚磁式横向磁场永磁电机 - Google Patents

盘式三相聚磁式横向磁场永磁电机 Download PDF

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苏士斌
袁小庆
黄磊
杨宁
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韩康
马艳
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Abstract

本发明公开了一种盘式三相聚磁式横向磁场永磁电机，用于解决现有横向磁场永磁电机永磁体利用率低的技术问题。技术方案是采用组合式双侧定子结构，两侧定子错开360/2N机械角度，N为电机极数；单侧定子分为三相，且三相呈圆周状分布，每相定子由E型硅钢和绕组构成；永磁体呈圆周状嵌放于圆盘形永磁体嵌板中，分三周分布，永磁体嵌板上相邻的永磁体极性相反，永磁体、永磁体嵌板和电机轴构成所述永磁电机的转动部分。由于永磁体和E形硅钢构成不同极数、不同功率等级的盘式三相聚磁式横向磁场电机，提高了永磁体的利用率、气隙的磁通密度以及输出转矩，减小了电机的轴向体积。

Description

盘式三相聚磁式横向磁场永磁电机
技术领域
本发明涉及一种永磁电机，特别是涉及一种盘式三相聚磁式横向磁场永磁电机。
背景技术
随着电动汽车的迅速发展，轮毂电机也得到了大力的开发，研究较多的是永磁同步电机，该类型电机属于二维磁路的传统电机，直接输出转矩较低，转速高，需要配合相应减速机构才能应用于电动汽车中；有时为了达到一定的低速运行目的，采用弱磁调速方案，但此是以永磁电机牺牲输出转矩为代价的，哈尔滨工业大学研制的永磁轮毂电机就属于此。德国H.Weh教授提出横向磁场电机的设计思路，横向磁场电机特点在于转速低、输出转矩密度大。现在研究较多的是轴向横向磁场电机，华中科技大学设计了一台轴向三相八对极的平板式横向磁场永磁电机，并将该电机应用于电动汽车，该电机轴向体积大，不利于电动汽车安装，并且输出转矩相对小。SeyedmohsenHosseini等研究人员设计了盘式发电机，但电机结构不合理，永磁体没有充分利用，输出功率较低。
发明内容
为了克服现有横向磁场永磁电机永磁体利用率低的不足，本发明提供一种盘式三相聚磁式横向磁场永磁电机。该永磁电机采用组合式双侧定子结构，两侧定子错开360/2N机械角度，N为电机极数；单侧定子分为三相，且三相呈圆周状分布，每相定子由E型硅钢和绕组构成；永磁体呈圆周状嵌放于圆盘形永磁体嵌板中，分三周分布，永磁体嵌板上相邻的永磁体极性相反，永磁体、永磁体嵌板和电机轴构成所述永磁电机的转动部分。由于永磁体和E形硅钢构成不同极数、不同功率等级的盘式三相聚磁式横向磁场电机，可以提高永磁体的利用率、气隙的磁通密度以及输出转矩，减小电机的轴向体积。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种盘式三相聚磁式横向磁场永磁电机，包括永磁体2、绕组4和转轴7，其特点是还包括E型硅钢1、永磁体嵌板3、E型硅钢辅助板5和绕组辅助板6。电机外壳21呈圆盘状，端面板9和E型硅钢辅助板5固定于对应的轴承8上，E型硅钢辅助板5和绕组辅助板6通过长螺丝杆固定于端面板9上，E型硅钢1固定于E型硅钢辅助板5和绕组辅助板6之间，每相绕组4嵌放于对应E型硅钢1槽中。永磁体2和永磁体嵌板3构成的转子盘位于两侧定子结构中间，通过卡条20固定于转轴7上；永磁体嵌板3上作成三周长方形永磁体孔12，每周的永磁体孔12尺寸相同，对应尺寸的永磁体2嵌放于永磁体嵌板3的永磁体孔12中，径向和切向相邻永磁体2的极性相反，永磁体嵌板3中部固定于转轴7上，通过永磁体嵌板卡槽17内的卡条20固定。外壳21和单侧端面板9通过固件相连接；绕组4嵌放于E型硅钢1槽内。两侧定子结构对称分布于永磁体嵌板3两侧，相错360/2N机械角度，N为电机极数，两侧定子通过轴承8与转轴7联接，轴承8由两个卡簧固定于转轴7上；由永磁体2和永磁体嵌板3构成的转子盘通过卡条20与转轴7固定在一起；
所述永磁电机的径向尺寸大于轴向尺寸。
本发明的有益效果是：由于采用组合式双侧定子结构，两侧定子错开360/2N机械角度，N为电机极数；单侧定子分为三相，且三相呈圆周状分布，每相定子由E型硅钢和绕组构成；永磁体呈圆周状嵌放于圆盘形永磁体嵌板中，分三周分布，永磁体嵌板上相邻的永磁体极性相反，永磁体、永磁体嵌板和电机轴构成所述永磁电机的转动部分。由于永磁体和E形硅钢构成不同极数、不同功率等级的盘式三相聚磁式横向磁场电机，提高了永磁体的利用率、气隙的磁通密度以及输出转矩，减小了电机的轴向体积。
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明盘式三相聚磁式横向磁场永磁电机的纵截面示意图。
图2是图1的轴向爆炸效果图。
图3是图1中单侧定子的结构示意图。
图4是图1中转子盘的结构示意图。
图5是图1中简化主体结构示意图。
图中，1-E型硅钢；2-永磁体；3-永磁体嵌板；4-绕组；5-E型硅钢辅助板；6-绕组辅助板；7-转轴；8-轴承；9-端面板；10-定子齿孔；11-E型硅钢槽；12-永磁体孔；13-螺丝孔；14-散热孔；15-电机轴孔；16-电源线孔；17-永磁体嵌板卡槽；18-键槽；19-卡簧槽；20-卡条；21-外壳。
具体实施方式
以下实施例参照图1～5。
本发明盘式三相聚磁式横向磁场永磁电机包括E型硅钢1、永磁体2、永磁体嵌板3、绕组4、E型硅钢辅助板5、绕组辅助板6和转轴7。
电机外形呈圆盘状，所述电机径向尺寸大于轴向尺寸，与汽车轮毂形状相似。电机由E型硅钢1、永磁体2、永磁体嵌板3、绕组4、E型硅钢辅助板5、绕组辅助板6、转轴7、轴承8、端面板9、外壳21构成。由永磁体2和永磁体嵌板3构成的转子盘位于两侧定子结构中间，通过卡条20固定于转轴7上；外壳21和单侧端面板9通过六个固件相连接；绕组4嵌放于E型硅钢1槽内，通入电流后，在E型硅钢1内部产生磁通，两侧E型硅钢1和转子盘上对应的永磁体2构成一个完整的磁通路径，产生电磁力，使电机轴输出转矩。在图1中，外壳21被省略。
由爆炸图可知，E型硅钢1、永磁体2、永磁体嵌板3、E型硅钢辅助板5、绕组辅助板6、转轴7、轴承8、端面板9、定子齿孔10、E型硅钢槽11、螺丝孔13、散热孔14、电机轴孔15、电源线孔16、键槽18、卡条20、外壳21构成了整个永磁电机。两侧定子结构对称分布于永磁体嵌板3两侧，相错360/2N机械角度，N为电机极数，两侧定子通过轴承8和转轴7联接，轴承8由两个卡簧固定于转轴7上；由永磁体2和永磁体嵌板3构成的转子盘通过卡条20和转轴7固定在一起；所述横向磁通电机的电源线通过电源线孔16进入电机内部。在图2中，绕组4被省略。
电机单侧定子由E型硅钢1、绕组4、E型硅钢辅助板5、绕组辅助板6、端面板9构成。端面板9和E型硅钢辅助板5固定于对应的轴承8上，E型硅钢辅助板5和绕组辅助板6通过长螺丝杆固定于端面板9上，E型硅钢1固定于E型硅钢辅助板5和绕组辅助板6之间，每相绕组4嵌放于对应E型硅钢1槽中。
电机的转子盘由永磁体2、永磁体嵌板3、永磁体孔12、电机轴孔15、永磁体嵌板卡槽17构成。永磁体嵌板3上作成三周长方形永磁体孔12，每周的永磁体孔12尺寸相同，对应尺寸的永磁体2嵌放于永磁体嵌板3的永磁体孔12中，径向和切向相邻永磁体2的极性相反，永磁体嵌板3中部固定于转轴7上，通过永磁体嵌板卡槽17内的卡条20固定；在电磁力的作用下，永磁体嵌板3的转动带动转轴7输出转矩。
电机简化的主体结构由两侧圆周分布的E型硅钢1、永磁体2、永磁体嵌板3、转轴7、永磁体嵌板卡槽17、卡簧槽19构成。单侧E型硅钢1圆周状分布阵列由十二个硅钢块构成，每个E型硅钢块由二十五片0.5mm厚的E型硅钢构成，两侧E型硅钢阵列相互错开360/2N机械角度，N为电机极数；永磁体2和永磁体嵌板3构成的转子盘位于两侧E型硅钢阵列的中间位置，转子盘和E型硅钢阵列之间的间隙就是所述电机的气隙。
类似地，单侧E型硅钢阵包含的E型硅钢和相数越多，横向磁通电机输出的转矩密度和功率密度就越大，这是大家所熟悉的。

Claims (2)

1.一种盘式三相聚磁式横向磁场永磁电机，包括永磁体（2）、绕组（4）和转轴（7），其特征在于还包括E型硅钢（1）、永磁体嵌板（3）、E型硅钢辅助板（5）和绕组辅助板（6）；电机外壳（21）呈圆盘状，端面板（9）和E型硅钢辅助板（5）固定于对应的轴承（8）上，E型硅钢辅助板（5）和绕组辅助板（6）通过长螺丝杆固定于端面板（9）上，E型硅钢（1）固定于E型硅钢辅助板（5）和绕组辅助板（6）之间，每相绕组（4）嵌放于对应E型硅钢（1）槽中；永磁体（2）和永磁体嵌板（3）构成的转子盘位于两侧定子结构中间，通过卡条（20）固定于转轴（7）上；永磁体嵌板（3）上作成三周长方形永磁体孔（12），每周的永磁体孔（12）尺寸相同，对应尺寸的永磁体（2）嵌放于永磁体嵌板（3）的永磁体孔（12）中，径向和切向相邻永磁体（2）的极性相反，永磁体嵌板（3）中部固定于转轴（7）上，通过永磁体嵌板卡槽（17）内的卡条（20）固定；外壳（21）和单侧端面板（9）通过固件相连接；绕组（4）嵌放于E型硅钢（1）槽内；两侧定子结构对称分布于永磁体嵌板（3）两侧，相错360/2N机械角度，N为电机极数，两侧定子通过轴承（8）与转轴（7）联接，轴承（8）由两个卡簧固定于转轴（7）上；由永磁体（2）和永磁体嵌板（3）构成的转子盘通过卡条（20）与转轴（7）固定在一起。
2.根据权利要求1所述的盘式三相聚磁式横向磁场永磁电机，其特征在于：所述永磁电机的径向尺寸大于轴向尺寸。
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