CN104113171A - 一种无轭闭口槽多盘式永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无轭闭口槽多盘式永磁电机，其包括由转轴、轴承、前端盖、后端盖以及机壳共同构成的电机外壳、同转轴固定的多个转子以及位于相邻转子之间的多个定子，定子由两个定子外齿、位于两个定子外齿之间的定子内齿、定子内塞、定子外塞和绕组构成无轭闭口槽结构，转子为组合式斜极结构，包括沿轴向间隔分布且同轴的多个转子盘以及贴合在转子盘上的扇形永磁体，本发明提出的无轭闭口槽多盘式永磁电机，具有提高槽满率、节约铁心材料、提高转矩品质、提高转矩密度和提高系统低速、轻载等整体运行效率的优点。

Description

一种无轭闭口槽多盘式永磁电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，更具体地，涉及一种多盘式永磁电机。

背景技术

现在电动车最显著的特点为频繁地起停、加减速，而不是运行在某一恒速下，基于电动车的性能要求，要求其所用的电机系统具有较高的瞬时功率和功率密度，还应有较高的高低速综合效率。轴向永磁电机由于其自身的特点非常适合电动汽车驱动场合，而多盘式永磁电机能进一步提高转矩密度和瞬时功率，也能通过绕组换接有效地解决驱动系统在低速、低负载工况下效率低的问题。

发明专利201210147618.1公开了一种模块化多盘式永磁无刷电动机，该电机内至少设置两个定子动力模块，采用扇-环混合式绕组、双向斜极，实现模块化控制。实用新型专利200920189389.3公布了一种电动车用多盘式永磁轮毂电机结构，其特点在于由四个两两相对的定子铁心构成的两组定子，两个单面转子盘和一个双面转子盘组成转子盘，单面盘式转子通过电机主轴固定在电机的两头，双面转子盘位于两组定子的中间，双面转子盘与单面转子盘同轴固定。以上两项专利均提出了一种多盘式永磁电机，但结构复杂，存在定子铁心轭部，材料利用率不够高，对系统效率有一定的影响。

此外，现有的多盘式永磁电机的齿槽转矩一般由其中单盘电机所产生的齿槽转矩叠加而成，齿槽转矩大，对电机运行的可靠性、控制定位精度等都带来了不利的影响，并引起振动、噪声等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种既能提高材料利用率，又能够提高转矩品质、转矩密度和系统效率的无轭闭口槽多盘式永磁电机。

为实现上述目的，本发明提供了一种无轭闭口槽多盘式永磁电机，包括同转轴固定的多个转子、位于相邻转子之间的多个定子，以及由转轴、轴承、前端盖、后端盖和机壳共同构成的电机外壳，其中，

所述定子各自由定子外齿、定子内齿、定子内塞、定子外塞和绕组共同组成，其中定子外齿的数量为2个，它们呈圆盘状结构且相互对置，并在其中心位置设有相互对准的轴孔；定子内塞呈现直径与所述轴孔相同的环状结构，并沿着定子外齿的轴孔外缘联接在两个定子外齿之间；定子外塞呈现直径与定子外齿相同的且具有开口的环状结构，并沿着定子外齿的外缘联接在两个定子外齿之间，绕组则相应缠绕在定子内齿上；此外，在定子外齿的圆盘状结构端面上，具有多个位于轴孔外缘与定子外齿外缘之间并沿着周向间隔设置的内齿槽，并在相邻的内齿槽之间加工有沿径向排列的多个圆形通孔；定子内齿则通过位于其两端且与内齿槽相匹配的凸起嵌合在内齿槽之间，由此保持联接在定子外齿之间，形成无轭闭口槽定子结构；

所述转子为组合式斜极结构，包括沿轴向间隔分布且同轴的多个转子盘，这多个转子盘由靠近电机前端面的前端单面转子盘、靠近电机后端面的后端单面转子盘以及位于两者之间的多个双面转子盘共同组成，并且在所述前端单面转子盘的内侧端面、所述后端单面转子盘的内侧端面，以及所有所述双面转子盘的内外两个端面上均设置有沿着周向均匀间隔的多个扇形永磁体。

作为进一步优选地，所述扇形永磁体与其所在的转子盘同圆心，并且它的斜极角度α满足此外，相邻两转子盘上的扇形永磁体的轴向错开角度β满足并且保证相间隔一个转子盘的两转子盘上的扇形永磁铁轴向错开角度为0。

作为进一步优选地，所述定子外齿采用电工磁铁制作。

作为进一步优选地，所述定子内齿由软磁复合材料经粉末冶金的方法加工而成。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1.无定子轭部结构，定子直接由定子外齿和定子内齿构成，消除了定子轭部，定子节省了铁心材料，也减少了定子铁耗，提高了电机转矩密度和效率；

2.定子为闭口槽结构，定子槽内结构为两块定子外齿和定子内齿组合而成，不存在传统中为了绕线而开的槽口，绕组直接绕在定子内齿上，绕线简单、槽满率高，在简化结构和降低工艺和的同时，也改善气隙磁密，降低涡流损耗，大大地降低了齿槽转矩和提高了电机效率，而定子外齿由电工磁铁构成存在一系列小孔的片状结构，大小孔既减少了漏磁效应，又改善了电机的冷却效果；

3.转子采用组合式斜极结构，通过多层永磁体不同的斜极方向和轴向相对位置关系组合而成，既改善气隙磁密，降低齿槽转矩，同时提高反电势的正弦度，进一步降低转矩脉动。

附图说明

图1为本发明无轭闭口槽多盘式永磁电机结构示意图；

图2为本发明无轭闭口槽多盘式永磁电机的定子结构示意图；

图3为本发明无轭闭口槽多盘式永磁电机的定子剖面结构示意图；

图4为本发明无轭闭口槽多盘式永磁电机的定子外齿示意图；

图5为本发明无轭闭口槽多盘式永磁电机的定子内齿示意图；

图6为本发明无轭闭口槽多盘式永磁电机的定子外塞示意图；

图7为本发明无轭闭口槽多盘式永磁电机中的定子内塞示意图；

图8为本发明无轭闭口槽多盘式永磁电机中的永磁体组合式斜极整体示意图；

图9为本发明无轭闭口槽多盘式永磁电机中的永磁体组合式斜极局部示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1－转轴、2－前端盖、3－前端单面转子盘、4－机壳、5－定子固键、6－第二个定子、7－定子外塞、8－定子外齿、9－扇形永磁体、10－后端单面转子盘、11－后端盖、12－定子内塞、13－传感器磁环、14－轴承、15－双面转子盘、16－第一定子、17－定子内齿、18—圆形通孔、19-内齿槽、20-螺孔、21-出线孔、22-出气孔、23-绕组

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，无轭闭口槽多盘式永磁电机包括由转轴1、轴承14、前端盖2、后端盖11以及机壳4共同构成的电机外壳、同转轴间隔设置的三个转子盘3、10、15以及位于相邻两转子之间的两个盘式定子6、16，定子通过定子固键5固定在机壳4上，定子固键5固定在机壳4中心位置，永磁体9粘结在转子盘3、10、15上，构成主磁极，传感器磁环13固定在后端盖11上。

如图2所示，定子6由两个定子外齿8、位于两个定子外齿8之间的定子内齿17、定子内塞12、定子外塞7和绕组23共同组成，其中定子外齿8的数量为2个，它们呈圆盘状结构且相互对置，并在其中心位置设有相互对准的轴孔；定子内塞12呈现直径与所述轴孔相同的环状结构(如图7所示)，并沿着定子外齿8的轴孔外缘联接在两个定子外齿8之间；定子外塞17呈现直径与定子外齿8相同的且具有开口的环状结构(如图6所示)，并沿着定子外齿8的外缘联接在两个定子外齿8之间，绕组23则相应缠绕在定子内齿17上；定子内塞12、定子外塞7与定子外齿8通过螺孔20用螺丝固定，各个盘式定子的各相绕组独立引出。

如图4所示，在定子外齿8的圆盘状结构端面上，具有多个位于轴孔外缘与定子外齿8外缘之间并沿着周向间隔设置的内齿槽19，并在相邻的内齿槽19之间加工有沿径向排列的四个由电工磁铁构成的圆形通孔18；定子内齿17则通过位于其两端且与内齿槽相匹配的凸起嵌合在内齿槽19之间，由此保持联接在定子外齿8之间，形成无轭闭口槽定子结构。定子内齿结构如图5所示。

如图8所示，转子为组合式斜极结构，包括沿轴向间隔分布且同轴的多个转子盘，这多个转子盘由靠近电机前端面的前端单面转子盘3、靠近电机后端面的后端单面转子盘10以及位于两者之间的双面转子盘15共同组成，并且在前端单面转子盘3的内侧端面、后端单面转子盘10的内侧端面，以及双面转子盘15的内外两个端面上均设置有沿着周向均匀间隔的多个扇形永磁体9，扇形永磁体与其所在的转子盘同圆心，并且它的斜极角度α满足此外，前端单面转子盘3与双面转子盘15上的扇形永磁体的轴向错开角度β满足并且前端单面转子盘与后端单面转子盘3上的扇形永磁铁轴向错开角度为0。需要说明的是，前端单面转子盘3与后端单面转子盘10之间还可以设置多个双面转子盘，相邻两转子盘上的扇形永磁体的轴向错开角度β均满足并且保证相间隔一个转子盘的两转子盘上的扇形永磁铁轴向错开角度为0。

如图9所示，扇形永磁体斜极角度α即为扇形永磁体外弧上的一端点和圆心的连线与其內弧上与外弧端点同侧的一端点和圆心连线的夹角；相邻两转子盘上的扇形永磁体轴向错开角度β即为前后两相邻扇形永磁体的两对称轴线的夹角。

此外，电机的两个盘式定子的绕组独立引出，构成相互独立的控制支路，可根据实际需求进行串并联切换，并分配各自的功率；每个盘式定子的三相绕组独立引出，并不在内部进行Y联接或者Δ联接，在具体的应用场合可根据具体实际要求进行Y-Δ切换，通过合理分配两盘的功率以提高整体效率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无轭闭口槽多盘式永磁电机，包括同转轴固定的多个转子、位于相邻转子之间的多个定子，以及由转轴(1)、轴承(14)、前端盖(2)、后端盖(11)和机壳(4)共同构成的电机外壳，其特征在于，

所述定子各自由定子外齿(8)、定子内齿(17)、定子内塞(12)、定子外塞(7)和绕组(23)共同组成，其中定子外齿(8)的数量为2个，它们呈圆盘状结构且相互对置，并在其中心位置设有相互对准的轴孔；定子内塞(12)呈现直径与所述轴孔相同的环状结构，并沿着定子外齿(8)的轴孔外缘联接在两个定子外齿(8)之间；定子外塞(17)呈现直径与定子外齿(8)相同的且具有开口的环状结构，并沿着定子外齿(8)的外缘联接在两个定子外齿(8)之间，绕组(23)则相应缠绕在定子内齿(17)上；此外，在定子外齿(8)的圆盘状结构端面上，具有多个位于轴孔外缘与定子外齿(8)外缘之间且沿着周向间隔设置的内齿槽(19)，并在相邻的内齿槽(19)之间加工有沿径向排列的多个圆形通孔(18)；定子内齿(17)则通过其两端的凸起嵌合在内齿槽(19)之间，由此保持联接在定子外齿(8)之间，形成无轭闭口槽定子结构；

所述转子为组合式斜极结构，包括沿轴向间隔分布且同轴的多个转子盘，这多个转子盘由靠近电机前端面的前端单面转子盘(3)、靠近电机后端面的后端单面转子盘(10)以及位于两者之间的多个双面转子盘(15)共同组成，并且在所述前端单面转子盘(3)的内侧端面、所述后端单面转子盘的内侧端面，以及所有所述双面转子盘(15)的内外两个端面上均设置有沿着周向均匀间隔的多个扇形永磁体(9)。

2.如权利要求1所述的无轭闭口槽多盘式永磁电机，其特征在于，所述扇形永磁体与其所在的转子盘同圆心，并且它的斜极角度α满足此外，相邻两转子盘上的扇形永磁体的轴向错开角度β满足并且保证相间隔一个转子盘的两转子盘上的扇形永磁铁轴向错开角度为0。

3.如权利要求1或2所述的无轭闭口槽多盘式永磁电机，其特征在于，所述定子外齿采用电工磁铁制作。

4.如权利要求1-3所述的无轭闭口槽多盘式永磁电机，其特征在于，所述定子内齿由软磁复合材料经粉末冶金的方法加工而成。