CN110311525B - 一种轴径向混合磁通大力矩永磁电机 - Google Patents

一种轴径向混合磁通大力矩永磁电机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种轴径向混合磁通大力矩永磁电机，包括机壳、端盖、转子轴、定子组件，以及转子组件；所述定子组件包括径向磁通定子和轴向磁通定子；所述径向磁通定子套设于所述轴向磁通定子外侧；所述转子组件包括径向磁通永磁体和轴向磁通永磁体；所述径向磁通永磁体设置在所述机壳的侧面部；所述轴向磁通永磁体设置在所述机壳的顶端部。本发明充分利用两种电机在结构上的互补性，创造性的设计轴径向混合磁通电机，使电机结构更加紧凑，且两种磁路设计方式都是励磁磁通面积很大的方案，大幅提升电机有效空间内的转矩密度。

Description

一种轴径向混合磁通大力矩永磁电机
技术领域
本发明涉及一种永磁同步电机，特别涉及一种轴径向混合磁通的大力矩永磁同步电机。
背景技术
永磁同步电机采用永磁体励磁方式，转子侧无需引入单独的励磁绕组，仅定子侧安装有驱动绕组。独特的励磁方式使永磁电机的铜耗远低于交流电机，效率优势明显，应用范围广泛。
永磁同步电机采用永磁体励磁方式，力矩密度高，性能优势明显，已被广泛应用。随着永磁电机应用的越发成熟，客户使用群体为满足特有工况，对电机的特异性指标要求也越发严苛，促使工程设计人员对高性能磁材和设计技术变革的追求。在现有设计水平下，如能够整合设计优势，合理的对电机的电磁、结构进行创新，或能够促进电机性能的跃升。
现有永磁电机多为单定子、单转子结构，已有一些前瞻性设计人员提出双定子、双转子结构设计，如申请人为上海永大电梯设备有限公司、申请号为201810589754.3的中国发明专利申请，其采用双外转子结构的曳引机，可大幅提升曳引机的带载能力。又如申请人为株洲罗伯特电机有限公司、申请号为201821334578.0的中国实用新型专利，其同样也是双外转子结构，用在大型风扇上的直驱电机。如上述两件专利文献，虽然为双定子、双转子结构的创新探索，但仍旧是两种同样结构电机的组合，都是两个外转子结构电机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有轴径向励磁磁通形式的混合磁通永磁电机，节省电机的整体空间，加强单位空间体积的带载能力。
本发明的技术方案如下。
本发明提供了一种轴径向混合磁通永磁电机，包括机壳、端盖、转子轴、定子组件，以及转子组件；
所述机壳基本呈倒杯状，包括一基本呈圆柱状的侧面部和一基本呈盘状的顶端部；
所述转子轴一端固定在所述机壳的顶端部，另一端通过轴承安装在所述端盖；
所述定子组件包括径向磁通定子和轴向磁通定子；所述径向磁通定子套设于所述轴向磁通定子外侧；
所述转子组件包括径向磁通永磁体和轴向磁通永磁体；所述径向磁通永磁体设置在所述机壳的侧面部；所述轴向磁通永磁体设置在所述机壳的顶端部。
优选地，所述径向磁通定子包括径向磁通定子铁芯，以及位于所述径向磁通定子铁芯上的径向磁通绕组。
优选地，所述径向磁通定子与所述轴向磁通定子通过隔磁环连接。
优选地，所述隔磁环使用不导磁金属制造，保证两套定子磁场独立性，降低控制难度。
优选地，所述轴向磁通定子包括轴向磁通定子铁芯和轴向磁通绕组；
优选地，所述两套绕组分别绕制，以传统绕制方式即可实现大槽满率绕线，绕组端部可控制在较小范围，绕组利用率高；
优选地，所述轴向磁通定子铁芯包括一倒杯状的支架，以及轴向磁通定子齿；所述轴向磁通绕组位于所述轴向磁通定子齿。
优选地，所述端盖上包括一筒状部；所述支架的底部开口端套接在所述端盖的筒状部外侧。
优选地，所述转子轴与所述端盖之间的轴承安装在所述端盖的筒状部内。
优选地，所述机壳与所述转子轴共轴线连接；所述机壳的顶端部具有螺栓孔，与所述转子轴上的螺栓孔对应；从而使所述机壳与所述转子轴通过螺栓紧固。
优选地，所述径向磁通永磁体包括多个瓦片形磁钢，所述多个瓦片形磁钢均布在所述机壳侧面部的内表面。
优选地，所述轴向磁通永磁体包括多个扇形磁钢，所述多个扇形磁钢设置在所述机壳的顶端部内侧，并围绕机壳的轴线均布。
通过以上技术方案，本发明充分利用两种电机在结构上的互补性，创造性的设计轴径向混合磁通电机，嵌套结构设计使电机结构更加紧凑，且两种磁路设计方式都是励磁磁通面积很大的方案，大幅提升电机有效空间内的转矩密度。
附图说明
图1是外转子径向磁通永磁同步电机定子示意图。
图2是外转子径向磁通永磁同步电机转子示意图。
图3是外转子径向磁通永磁同步电机组件示意图。
图4是盘式轴向磁通电机定子铁芯兼支架示意图。
图5是盘式轴向磁通电机定子示意图。
图6是盘式轴向磁通电机转子示意图。
图7是盘式轴向磁通电机组件剖面图。
图8是根据本发明的轴径向混合磁通永磁电机的转子轴示意图。
图9是图8的转子轴与盘式轴向磁通电机定子装配图。
图10是盘式轴向磁通电机定转子装配图。
图11是根据本发明的轴径向混合磁通永磁电机的内外定子铁芯装配图。
图12是盘式轴向磁通电机定子与端盖装配图。
图13是根据本发明的轴径向混合磁通永磁电机装配剖面图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明为轴径向混合磁通永磁电机，发明方案结构设计紧凑，从图13的电机整体装配图可以看出，本发明充分的利用了电机的轴径向空间，极大程度的增加了电机有效励磁磁通面积，根据电机的扭矩计算公式T＝CTΦIa，其中CT是电机的转矩常数，Φ是与定子绕组匝链的磁通，Ia是绕组电流，有效励磁磁通面积的增大，可提升电机力矩性能。
图1～图3所示出的为外转子径向磁通永磁同步电机定子结构。与内转子电机相比，外转子电机由于有更大的励磁磁通有效面积，近些年也逐步在一些对转矩要求较高的场合替换使用。由于外转子电机的结构特点，电机的定转子之间需要由支架连接，支架主要用于连接支撑定转子，具体可参照图13。如图2-3所示，径向磁通部分包括外转子径向磁通电机定子、外转子径向磁通电机转子，通过支架T1、机壳S连接。
所述机壳S基本呈倒杯状，包括一基本呈圆柱状的侧面部和一基本呈盘状的顶端部；.
所述转子轴A一端固定在所述机壳的顶端部，另一端通过轴承安装在所述端盖；
所述定子组件包括径向磁通定子和轴向磁通定子；
所述转子组件包括径向磁通永磁体瓦片形磁钢M1和轴向磁通永磁体扇形磁钢M2。所述瓦片形磁钢M1设置在所述机壳的侧面部；所述扇形磁钢M2设置在所述机壳的顶端部。
所述径向磁通定子包括径向磁通定子铁芯C1，以及位于所述径向磁通定子铁芯上的径向磁通绕组Z1。
图4～图7所示出的为盘式轴向磁通永磁电机结构。所述轴向磁通定子包括轴向磁通定子铁芯C2和轴向磁通绕组Z2。所述轴向磁通定子铁芯包括一倒杯状的支架T1，以及轴向磁通定子齿部。所述轴向磁通绕组Z2位于所述轴向磁通定子铁芯C2的轴向磁通定子齿部。在支架处设置有定子绕组Z2，转子侧则由机壳和固定在机壳S上的扇形磁钢M2组成，其中的机壳即为常规电机的转子铁芯，为磁路的一部分。在机壳S上设置有螺栓孔H1，与图8转子轴上的螺栓孔H2对应，通过螺栓紧固。
图9～图10为盘式轴向磁通电机的装配图，扇形磁钢M2固定于机壳S，机壳S与转子轴A通过螺栓孔紧固，转子轴A与定子(支架T1)通过第一轴承B1连接。
图11为外转子径向磁通电机定子的固定方式，径向磁通电机定子套设于所述轴向磁通电机定子外侧。径向磁通电机定子与轴向磁通电机定子之间通过隔磁环R连接。隔磁环为不导磁金属，如铜等材料，防止两套定子之间的磁路耦合，降低电机的控制难度。定子与隔磁环的连接皆为过盈配合。
通过上述的方式，两套电机的定子有效固定在一起，定子与机壳也有效连接，磁钢固定在机壳上。电机的结构设计已经完成。
图12为电机与端盖D的配合设计，端盖D上设置有固定孔H3，用于安装电机。端盖上的筒状部T2与支架T1是过盈配合，在转子轴A与端盖D间加轴承B2，与另一轴承B1共同起支撑作用。
至此已完成轴径向磁通永磁电机的电磁、结构方案的宏观设计，装配完成后的电机如图13，剖面图可清晰的体现电机各结构之间的装配关系。

Claims (5)

1.一种轴径向混合磁通永磁电机，包括机壳、端盖、转子轴、定子组件，以及转子组件；
所述机壳基本呈倒杯状，包括一基本呈圆柱状的侧面部和一基本呈盘状的顶端部；
所述转子轴一端固定在所述机壳的顶端部，另一端通过轴承安装在所述端盖；
所述定子组件包括径向磁通定子和轴向磁通定子；所述径向磁通定子套设于所述轴向磁通定子外侧；
所述转子组件包括径向磁通永磁体和轴向磁通永磁体；所述径向磁通永磁体设置在所述机壳的侧面部；所述轴向磁通永磁体设置在所述机壳的顶端部；
所述径向磁通定子包括径向磁通定子铁芯，以及位于所述径向磁通定子铁芯上的径向磁通绕组；
所述径向磁通定子与所述轴向磁通定子通过隔磁环连接；
所述轴向磁通定子包括轴向磁通定子铁芯和轴向磁通绕组；所述轴向磁通定子铁芯包括一倒杯状的支架，以及轴向磁通定子齿；所述轴向磁通绕组嵌套于所述轴向磁通定子齿；
所述端盖上包括一筒状部；所述支架的底部开口端过盈套接在所述端盖的筒状部外侧；
所述机壳与所述转子轴共轴线连接；所述机壳的顶端部具有螺栓孔，与所述转子轴上的螺栓孔对应；从而使所述机壳与所述转子轴通过螺栓紧固。
2.根据权利要求1所述的轴径向混合磁通永磁电机，其特征在于，所述隔磁环使用不导磁金属制造。
3.根据权利要求1所述的轴径向混合磁通永磁电机，其特征在于，所述转子轴与所述端盖之间的轴承安装在所述端盖的筒状部内。
4.根据权利要求1所述的轴径向混合磁通永磁电机，其特征在于，所述径向磁通永磁体包括多个瓦片形磁钢，所述多个瓦片形磁钢均布在所述机壳侧面部的内表面。
5.根据权利要求1所述的轴径向混合磁通永磁电机，其特征在于，所述轴向磁通永磁体包括多个扇形磁钢，所述多个扇形磁钢设置在所述机壳的顶端部内侧，并围绕机壳的轴线均布。
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Application publication date: 20191008

Assignee: GUIZHOU AEROSPACE LINQUAN MOTOR Co.,Ltd.

Assignor: BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2021980016955

Denomination of invention: An axial radial hybrid flux torque permanent magnet motor

Granted publication date: 20201204

License type: Common License

Record date: 20211230

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20191008

Assignee: SHANDONG SHUAIKE MACHINERY MANUFACTURING Co.,Ltd.

Assignor: BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022980000077

Denomination of invention: An axial radial hybrid flux torque permanent magnet motor

Granted publication date: 20201204

License type: Common License

Record date: 20220106