CN107612252A - 一种双转子轴向盘式永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种双转子轴向盘式永磁电机，结构布局采用双转子、中间定子的方式，磁通方向为轴向。双转子通过与其相连的旋转轴输出转速和扭矩，转子内侧均采用梯形halbach形式排列的永磁体。电机定子采用无轭结构设计，为多齿组合而成的形式，固定于机壳。机壳采用拓扑设计，表面设有通风孔，便于电机被动散热。该双转子轴向盘式永磁电机具有体积小，轻质，高功重比的优点，适用于电动以及混动汽车、飞行器等设备。本发明还进涉及了一种无转子铁芯结构设计，进一步提高了电机的功重比。

Description

一种双转子轴向盘式永磁电机

技术领域

本发明属于新型航空电机领域，具体涉及一种轴向盘式永磁同步电机。

背景技术

由于汽油、柴油等化石燃料的大量开发和使用，在能源和环保的双重压力下，传统内燃机尤其是航空内燃机，因其碳排放量高、污染严重的原因，现各国都制定了相应的鼓励政策积极推动新能源产业的发展，航空电机以其越来越明显的优势正在快速发展。

目前市场上电机种类繁多，产品成熟，但这些电机大多因体积过大、功重比较低的原因，不能满足航天航空的要求。而其中的异步电机，主要具有以下缺点：驱动电路复杂，成本高；相对永磁电机而言，异步电机效率和功率密度偏低；启动时输出转矩较，启动电流很大且调速性能较差；转矩较小，常出现短时过负荷的负载。在应用中表现为功率因数滞后，调速性能稍差，功重比较低，这些原因限制了异步电机的使用场合。

目前市场上的电机铁芯占电机整机重量很高，由此造成的能量铁损耗也很高。

发明内容

本发明针对传统电机的不足，为了进一步简化结构和增强磁场，采用无磁轭定子和无铁芯转子的设计简化结构，双转子和梯形halbach永磁体设计增强磁场，提出一种双转子轴向盘式永磁电机。

一种双转子轴向盘式永磁电机包括环状的机壳3、定子7、第一转子5、第二转子6和输出轴4；所述定子7设于机壳3的内圆柱面上；所述输出轴4安装于机壳3的轴向中心；所述第一转子5和第二转子6镜向对称安装于定子7两侧的转轴上，且随输出轴4转动；

所述定子7为无磁轭的分段环形结构，由十二个以上偶数的定子单元组成；每个定子单元由第一极靴71、第二极靴72以及定子铁芯73组成，所述定子铁芯73上绕设有定子绕组74；相邻的第一极靴71之间依次连接，相邻的第二极靴72之间依次连接；

所述第一转子5包括第一转子类铁芯结构51和六对以上的第一永磁体52，第一转子类铁芯结构51为圆盘状，六对以上的第一永磁体52均布在第一转子类铁芯结构51的圆周上形成磁环；每对第一永磁体52由第一永磁块52a和第三永磁块52b组成，第一永磁块52a和第三永磁块52b为结构相同的梯形块，所述梯形块的横截面呈T形；六对以上的第一永磁体52的第一永磁块52a和第三永磁块52b依次交错对扣形成磁环；

所述第二转子6包括第二转子类铁芯结构61和六对以上偶数的第二永磁体62，每对第二永磁体62由第二永磁体块62a和第四永磁体块62b组成；

所述第一转子5和第二转子6的结构相同；

十二个以上偶数的定子单元分别与六对以上的第一永磁体52、六对以上的第二永磁体62一一对应；轴向对应的第一永磁体52和第二永磁体62极性相反，即第一永磁体52为N极时，与之轴向对应的第二永磁体62为S极，反之亦然；

所述双转子轴向盘式永磁电机的磁通方向为轴向，以额定功率计算其功率密度大于等于5Kg/Kw；

工作时，定子绕组74通电产生磁场，磁场分别与第一永磁体52、第二永磁体62产生作用；通过不断改变定子绕组74的通电方向，使定子绕组74产生的磁场方向不断改变，这样定子7产生的磁场与第一转子5、第二转子6产生的磁场产生连续的相互作用力，继而产生连续的转矩，使第一转子5、第二转子6带动输出轴4旋转。

进一步限定的技术方案如下：

所述定子铁芯73为扇形的扁块状；所述第一极靴片71和第二极靴片72为形状相同的扇形；相邻定子单元的第一极靴71之间由高强度粘性材料相连；相邻定子单元的第二极靴72的之间由高强度粘性材料相连。

所述第一永磁体52和第二永磁体62均为将常规的海尔贝克结构立体化的梯形双层海尔贝克结构。

所述第一转子类铁芯结构51的材料和第二转子类铁芯结构61的材料均为圆盘状，材料均为工程塑料，降低所述双转子轴向盘式永磁电机的整体质量。

所述第一永磁体52和定子7轴向之间的间距、第二永磁体62和定子7轴向之间的间距分别形成气隙，且两侧气隙相等；定子7的外圆直径为100～300㎜时，所述气隙为3～6㎜。

所述机壳3的圆周上均布设有散热孔。

与已有技术相比，本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1.本发明中电机转子采用无铁芯设计，使用永磁体采用梯形halbach布局，梯形halbach布局基于halbach布局演化而来，将halbach布局立体化，进一步优化永磁体的阵列结构，将磁路更多的集中在电机内部，提高磁通量，产生更为优秀的磁场。简化电机结构，降低电机质量，实现更高的功率密度。

2.本发明中电机采用双转子结构设计，可以产生更强的磁场。

3.本发明中电机可采用除风冷以外的其他冷却方式，本发明提供其他的机壳形式，使电机可以封闭，进而采用油冷冷却方式。同时在机壳的设计上，提供连接装置等，使本发明盘式电机可直接放置于电动汽车轮毂或飞行器必要位置。省略相应的减速器等转动装置。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为去掉机壳和一侧端盖的结构示意图。

图3为本发明的轴向剖视图。

图4为定子结构示意图。

图5为第一转子结构示意图。

图6为第一永磁块52a或第三永磁块52b结构示意图。

图7为第一转子的定子的位置关系示意图。

图8为转子结构及其磁路示意图。

上图中序号：机壳3、转轴4、第一转子5、第二转子6、定子7、气隙11、凸环31、第一转子类铁芯结构51、第一永磁体52、第二转子类铁芯结构61、第二永磁体62、第一极靴片71、第二极靴片72、定子铁芯73、定子绕组74。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

参见图1、图2和图3，一种双转子轴向盘式永磁电机包括环状的机壳3、定子7、第一转子5、第二转子6和输出轴4。机壳3的圆周上均布设有散热孔，定子7安装于机壳3的内圆柱面上；输出轴4安装于机壳3的轴向中心，第一转子5和第二转子6镜向对称安装于定子7两侧的转轴上，且随输出轴4转动。

参见图4，定子7为无磁轭的分段环形结构，由十二个定子单元组成。每个定子单元由第一极靴71、第二极靴72以及定子铁芯73组成。定子铁芯73为扇形的扁块状，定子铁芯73上绕设有定子绕组74。第一极靴片71和第二极靴片72为形状相同的扇形；相邻的第一极靴71之间由高强度粘性材料相连；相邻的第二极靴72之间由高强度粘性材料相连。

参见图5，第一转子5包括第一转子类铁芯结构51和六对第一永磁体52，第一转子类铁芯结构51为圆盘状，六对第一永磁体52均布在第一转子类铁芯结构51的圆周上形成磁环；每对第一永磁体52由第一永磁块52a和第三永磁块52b组成。参见图6，第一永磁块52a和第三永磁块52b为结构相同的梯形块，梯形块的横截面呈T形。六对第一永磁体52的第一永磁块52a和第三永磁块52b依次交错对扣形成磁环。

第二转子6包括第二转子类铁芯结构61和六对以上偶数的第二永磁体62，每对第二永磁体62由第二永磁体块62a和第四永磁体块62b组成。

第一转子5和第二转子6的结构相同，均为将常规的海尔贝克结构立体化的梯形双层海尔贝克结构。第一转子类铁芯结构51的材料和第二转子类铁芯结构61的材料均为圆盘状，材料均为工程塑料，降低所述双转子轴向盘式永磁电机的整体质量。

十二个定子单元分别与六对第一永磁体52、六对第二永磁体62一一对应；轴向对应的第一永磁体52和第二永磁体62极性相反，即第一永磁体52为N极时，与之轴向对应的第二永磁体62为S极，反之亦然。

参见图3，第一永磁体52和定子7轴向之间的间距、第二永磁体62和定子7轴向之间的间距分别形成相同的气隙；定子7的外圆直径为220㎜，气隙为5㎜。气隙的作用在于实现定子不转的情况下，使转子转动，同时过大的气隙会降低电机性能。

本发明双转子轴向盘式永磁电机的磁通方向为轴向，以额定功率计算其功率密度参数为5Kg/Kw。

参见图8，构成的磁路为：由第一转子5的第一磁体开始，穿过定子7的第一线圈进入与第一转子的第一磁体相对的第二转子上的第一磁体，通过第二转子的类铁芯结构，进入第二转子的第二磁体，穿过定子中与第一线圈相邻的第二线圈，进入与第二转子第二磁体相对的第一转子上的第二磁体，穿过第一转子的类铁芯结构，回到第一转子的第一磁体，完成回路。

工作时，定子绕组74通电产生磁场，磁场分别与第一永磁体52、第二永磁体62产生作用；通过不断改变定子绕组74的通电方向，使定子绕组74产生的磁场方向不断改变，这样定子7产生的磁场与第一转子5、第二转子6产生的磁场产生连续的相互作用力，继而产生连续的转矩，使第一转子5、第二转子6带动转轴4旋转。

Claims (6)

1.一种双转子轴向盘式永磁电机，包括环状的机壳（3）、定子（7）、第一转子（5）、第二转子（6）和输出轴（4）；所述定子（7）安装于机壳（3）的内圆柱面上；所述输出轴（4）安装于机壳（3）轴向中心，所述第一转子（5）和第二转子（6）镜向对称安装于定子（7）两侧的转轴上，且随输出轴（4）转动；其特征在于：

所述定子（7）为无磁轭的分段环形结构，由十二个以上偶数的定子单元组成；每个定子单元由第一极靴（71）、第二极靴（72）以及定子铁芯（73）组成，所述定子铁芯（73）上绕设有定子绕组（74）；相邻的第一极靴（71）之间依次连接，相邻的第二极靴（72）之间依次连接；

所述第一转子（5）包括第一转子类铁芯结构（51）和六对以上的第一永磁体（52），第一转子类铁芯结构（51）为圆盘状，六对以上的第一永磁体（52）均布在第一转子类铁芯结构（51）的圆周上形成磁环；每对第一永磁体（52）由第一永磁块（52a）和第三永磁块（52b）组成，第一永磁块（52a）和第三永磁块（52b）为结构相同的梯形块，所述梯形块的横截面呈T形；六对以上的第一永磁体（52）的第一永磁块（52a）和第三永磁块（52b）依次对扣形成磁环；

所述第一转子（5）和第二转子（6）的结构相同；

所述第二转子（6）包括第二转子类铁芯结构（61）和六对以上偶数的第二永磁体（62），每对第二永磁体（62）由第二永磁体块（62a）和第四永磁体块（62b）组成；

十二个以上偶数的定子单元分别与六对以上的第一永磁体（52）、六对以上的第二永磁体（62）一一对应；轴向对应的第一永磁体（52）和第二永磁体（62）极性相反，即第一永磁体（52）为N极时，与之轴向对应的第二永磁体（62）为S极，反之亦然；

所述双转子轴向盘式永磁电机的磁通方向为轴向，以额定功率计算，其功率密度大于等于5Kg/Kw；

工作时，定子绕组（74）通电产生磁场，磁场分别与第一永磁体（52）、第二永磁体（62）产生作用；通过不断改变定子绕组（74）的通电方向，使定子绕组（74）产生的磁场方向不断改变，这样定子（7）产生的磁场与第一转子（5）、第二转子（6）产生的磁场产生连续的相互作用力，继而产生连续的转矩，使第一转子（5）、第二转子（6）带动输出轴（4）旋转。

2.根据权利要求1所述的一种双转子轴向盘式永磁电机，其特征在于：所述定子铁芯（73）为扇形的扁块状；所述第一极靴片（71）和第二极靴片（72）为形状相同的扇形；相邻定子单元的第一极靴（71）之间由高强度粘性材料相连；相邻定子单元的第二极靴（72）的之间由高强度粘性材料相连。

3.根据权利要求1所述的一种双转子轴向盘式永磁电机，其特征在于：所述第一永磁体（52）和第二永磁体（62）均为将常规的海尔贝克结构立体化的梯形双层海尔贝克结构。

4.根据权利要求1所述的一种双转子轴向盘式永磁电机，其特征在于：所述第一转子类铁芯结构（51）的材料和第二转子类铁芯结构（61）均为圆盘状，材料均为工程塑料。

5.根据权利要求1所述的一种双转子轴向盘式永磁电机，其特征在于：所述第一永磁体（52）和定子（7）轴向之间的间距、第二永磁体（62）和定子（7）轴向之间的间距分别形成气隙，且两侧气隙相等；定子（7）的外圆直径为100～300㎜时，所述气隙为3～6㎜。

6.根据权利要求1所述的一种双转子轴向盘式永磁电机，其特征在于：所述机壳（3）的圆周上均布设有散热孔。