CN104578633B - 调磁结构及充磁方向改进的轴向磁场调制式复合电机 - Google Patents

Abstract

调磁结构及充磁方向改进的轴向磁场调制式复合电机，属于电机技术领域。本发明是为了解决现有轴向磁通调制电机调磁环固定方式复杂，并且永磁体利用率低的问题。它的定子的每一个气隙侧表面上粘接固定一个调磁环，并且调磁环与转轴固定连接；调磁环由沿圆周方向均匀分散排布的调磁块组成；转子包括转子盘和永磁体环，永磁体环粘接在转子盘的气隙侧表面上，永磁体环由沿圆周方向均匀排布的多块永磁体构成，每块永磁体由沿圆周方向均匀切分成四段的永磁体分段组成；沿顺时针方向，每块永磁体中第一、三永磁体分段沿圆周方向充磁，并且充磁方向相反，每块永磁体中第二、四永磁体分段沿轴向充磁，并且充磁方向相反。本发明作为一种复合电机。

Description

调磁结构及充磁方向改进的轴向磁场调制式复合电机

技术领域

本发明涉及调磁结构及充磁方向改进的轴向磁场调制式复合电机，属于电机技术领域。

背景技术

现代驱动系统一直倾向于使用直接驱动，这样可以省去机械齿轮传动系统，消除机械齿轮的振动噪声，减少机械损耗，获得更高的系统效率，进而节约能源。但是由于直接驱动的电机为了输出更大的转矩，一般体积都比较大，且负载运行时，电流较大，增加了控制电路元器件的成本。

磁齿轮由于具有噪音低、效率高、维护方便、可靠性高以及过载保护等优点，引起了大家的普遍关注。复合电机作为磁齿轮传动系统的进一步发展，其仍属于磁齿轮传动系统的范畴，它同时实现了高速电机的控制和系统的低速大转矩输出。

复合电机分为径向磁通调制方式和轴向磁通调制方式，轴向磁通调制方式电机相对径向磁通调制方式电机来说，具有体积小，安装方便，低速转矩更大的优点，但是现有的轴向磁通调制电机，调磁环位于定转子之间，两边都有气隙隔开，由于结构的支撑需求，并且尽量不影响调磁结构的磁场路径，在各个调磁块之间要填充环氧树脂非导磁材料，造成电机的散热性能减弱，并且受限于环氧树脂的粘接强度，调磁结构的机械稳定性不好；同时普通轴向磁通调制式复合电机的贴在转子盘上的永磁体采用普通轴向充磁，永磁体利用率不高，产生的转子转矩小。

发明内容

本发明目的是为了解决现有轴向磁通调制电机调磁环固定方式复杂，并且永磁体利用率低的问题，提供了一种调磁结构及充磁方向改进的轴向磁场调制式复合电机。

本发明所述调磁结构及充磁方向改进的轴向磁场调制式复合电机，它包括转轴、定子、两个转子和两个调磁环，定子固定于转轴上，两个转子呈镜像对称设置于定子两侧，每个转子与定子之间为气隙，每个转子与转轴通过轴承转动连接，

定子的每一个气隙侧表面上粘接固定一个调磁环，并且调磁环与转轴固定连接；调磁环由沿圆周方向均匀分散排布的调磁块组成；

转子包括转子盘和永磁体环，永磁体环粘接在转子盘的气隙侧表面上，永磁体环由沿圆周方向均匀排布的多块永磁体构成，每块永磁体由沿圆周方向均匀切分成四段的永磁体分段组成；沿顺时针方向，每块永磁体中第一、三永磁体分段沿圆周方向充磁，并且充磁方向相反，每块永磁体中第二、四永磁体分段沿轴向充磁，并且充磁方向相反。

定子的每一个气隙侧表面上均匀设置有多个绕组槽，多个绕组槽沿定子侧壁的圆周方向均匀分布，定子两个气隙侧表面上的绕组槽一一对应；每一对绕组槽中设置一个环形定子绕组；

永磁体环的极对数P₁与环形定子绕组极对数P₂之和为调磁环中调磁块个数N_s。

转轴的材质为铝。

定子、转子盘和调磁环分别由硅钢片制成。

永磁体的材质为钕铁硼。

本发明的优点：本发明所述调磁结构及充磁方向改进的轴向磁场调制式复合电机为对称结构，对电机的调磁结构及永磁体充磁方向进行了改进。

在电机结构工艺方面，对调磁结构进行改进，即调磁环紧贴到定子气隙侧表面，省去了现有普通轴向磁场调制式复合电机调磁环与定子之间的气隙，电机轴向长度缩短，体积变小，调磁环的固定方便，电机结构更加紧凑简单，机械稳定性提高，制造工艺和成本均降低。

在电机性能方面，本发明永磁体的充磁方式采用相邻两分段充磁方向相差90°的轴向与周向交叉充磁方式，提高了永磁体的利用率，输出转矩增大，并且由于每块永磁体切割成充磁方向各不同的四段，涡流损耗减小。

在永磁体充磁采用相邻两分段充磁方向相差90°的轴向与周向交叉充磁方式情况下，进一步对调磁结构改进前和改进后的电机进行对比分析，得到改进后的电机调磁环与转子间的气隙谐波含量总体减小，输出转矩进一步提高了15％，又因为电机体积减小，使得转矩密度相应得到提高，低速大转矩特性能很好适用于电动汽车的直接驱动系统。

由于省去了现有普通轴向磁场调制式复合电机中调磁块之间用于固定的环氧树脂非导磁材料的使用，降低了电机制造成本，原来放置环氧树脂非导磁材料的空间可以用来通风散热，提高了电机的散热效率，进而就可以加大电机电枢绕组上所加输入电流来获得更大的转矩密度。

附图说明

图1是本发明所述调磁结构及充磁方向改进的轴向磁场调制式复合电机的立体结构示意图；

图2是调磁结构及充磁方向改进的轴向磁场调制式复合电机的剖视图；

图3是转子的结构示意图；

图4是永磁体环中永磁体的充磁方向示意图；

图5是调磁环的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述调磁结构及充磁方向改进的轴向磁场调制式复合电机，它包括转轴1、定子2、两个转子和两个调磁环4，定子2固定于转轴1上，两个转子呈镜像对称设置于定子2两侧，每个转子与定子2之间为气隙，每个转子与转轴1通过轴承转动连接，

定子2的每一个气隙侧表面上粘接固定一个调磁环4，并且调磁环4与转轴1固定连接；调磁环4由沿圆周方向均匀分散排布的调磁块组成；

转子包括转子盘3-1和永磁体环3-2，永磁体环3-2粘接在转子盘3-1的气隙侧表面上，永磁体环3-2由沿圆周方向均匀排布的多块永磁体构成，每块永磁体由沿圆周方向均匀切分成四段的永磁体分段组成；沿顺时针方向，每块永磁体中第一、三永磁体分段沿圆周方向充磁，并且充磁方向相反，每块永磁体中第二、四永磁体分段沿轴向充磁，并且充磁方向相反。

本实施方式中每块永磁体采用相邻两分段相差90°的轴向与周向交叉充磁方式。

具体实施方式二：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，定子2的每一个气隙侧表面上均匀设置有多个绕组槽，多个绕组槽沿定子侧壁的圆周方向均匀分布，定子2两个气隙侧表面上的绕组槽一一对应；每一对绕组槽中设置一个环形定子绕组；

永磁体环3-2的极对数P₁与环形定子绕组极对数P₂之和为调磁环4中调磁块个数N_s。

工作原理：通过对定子电枢绕组加电压源所得到的气隙谐波磁场，以及永磁体产生的气隙谐波磁场进行解析分析，得到复合电机中电枢绕组极对数、调磁块个数和永磁体极对数之间的关系:

P₁＝mP₂+kN_s；

式中，m＝1，3，5，…，∞；k＝0，±1，±2，…，±∞；

当m＝1，k＝-1时，由调磁环调制后得到的谐波磁场最强。调磁环两侧主要传递转矩的谐波磁场，具有相同的电角速度，可得到此复合电机调速比及传动比G_r：

G_r＝mP₂+kN_s/mP₂，

这样选择永磁体和调磁环的数量配比，可以满足转矩平稳的需求，否则将无法平稳地传递转矩。

选择环形定子绕组极对数P₂＝3，调磁块数N_s＝25，这样就可以得到转子的极对数P₁＝22，实现调速比为22/3。

具体实施方式三：本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，转轴1的材质为铝。

具体实施方式四：本实施方式对实施方式一、二或三作进一步说明，定子2、转子盘3-1和调磁环4分别由硅钢片制成。

具体实施方式五：本实施方式对实施方式一、二、三或四作进一步说明，永磁体的材质为钕铁硼。

Claims (5)

1.一种调磁结构及充磁方向改进的轴向磁场调制式复合电机，它包括转轴(1)、定子(2)、两个转子和两个调磁环(4)，定子(2)固定于转轴(1)上，两个转子呈镜像对称设置于定子(2)两侧，每个转子与定子(2)之间为气隙，每个转子与转轴(1)通过轴承转动连接，其特征在于，

定子(2)的每一个气隙侧表面上粘接固定一个调磁环(4)，并且调磁环(4)与转轴(1)固定连接；调磁环(4)由沿圆周方向均匀分散排布的调磁块组成；

转子包括转子盘(3-1)和永磁体环(3-2)，永磁体环(3-2)粘接在转子盘(3-1)的气隙侧表面上，永磁体环(3-2)由沿圆周方向均匀排布的多块永磁体构成，每块永磁体由沿圆周方向均匀切分成四段的永磁体分段组成；沿顺时针方向，每块永磁体中第一、三永磁体分段沿圆周方向充磁，并且充磁方向相反，每块永磁体中第二、四永磁体分段沿轴向充磁，并且充磁方向相反。

2.根据权利要求1所述的调磁结构及充磁方向改进的轴向磁场调制式复合电机，其特征在于，定子(2)的每一个气隙侧表面上均匀设置有多个绕组槽，多个绕组槽沿定子侧壁的圆周方向均匀分布，定子(2)两个气隙侧表面上的绕组槽一一对应；每一对绕组槽中设置一个环形定子绕组；

永磁体环(3-2)的极对数P₁与环形定子绕组极对数P₂之和为调磁环(4)中调磁块个数N_s。

3.根据权利要求1或2所述的调磁结构及充磁方向改进的轴向磁场调制式复合电机，其特征在于，转轴(1)的材质为铝。

4.根据权利要求1或2所述的调磁结构及充磁方向改进的轴向磁场调制式复合电机，其特征在于，定子(2)、转子盘(3-1)和调磁环(4)分别由硅钢片制成。

5.根据权利要求1或2所述的调磁结构及充磁方向改进的轴向磁场调制式复合电机，其特征在于，永磁体的材质为钕铁硼。