CN115833513B - 一种带交替极结构的高转矩密度的盘式电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带交替极结构的高转矩密度的盘式电机，包括转子组件，转子组件包括转子铁芯、第一组磁瓦和第二组磁瓦，沿转子铁芯的中心线L1将转子铁芯划分成第一区域和第二区域，于第一区域内、转子铁芯的顶面凸出有第一铁芯极，于第二区域内、转子铁芯的顶面凸出有第二铁芯极；第一组磁瓦安装在第一区域内、沿圆周分布且轴向充磁，第一组磁瓦包括N极磁瓦，N极磁瓦与第一铁芯极交替布局形成N磁极区；第二组磁瓦安装在第二区域内、沿圆周分布且轴向充磁，第二组磁瓦包括S极磁瓦，S极磁瓦与第二铁芯极交替布局形成S磁极区；其中，N极磁瓦与S极磁瓦数量相等使N磁极区的漏磁与S磁极区的漏磁可相互中和，以避免漏磁。

Description

一种带交替极结构的高转矩密度的盘式电机

技术领域

本发明属于盘式电机的技术领域，具体涉及一种带交替极结构的高转矩密度的盘式电机。

背景技术

如图1所示，传统的盘式电机包括定子组件10A和转子组件20A，定子组件10A和转子组件20A通过轴向磁场耦合，转子组件20A包括转子铁芯1A、多个N极性磁瓦2A和多个S极性磁瓦3A，多个N极性磁瓦2A和多个S极性磁瓦3A安装在转子铁芯1A上，并沿同一圆周分布，其中，多个N极性磁瓦2A和多个S极性磁瓦3A交替布局，关于传统的盘式电机的磁路和等效磁路模型可参考图2和图3；从图2可以看出，传统的盘式电机相邻的N极性磁瓦2A和S极性磁瓦3A之间除了会形成主磁通路径外，还会产生漏磁，而且现有结构的盘式电机磁瓦用量多，导致电机的制造成本增多。

在后续研究中，为了降低盘式电机的磁瓦用量，提出了交替极结构，即只保留某一单一极性的磁瓦（如N极或者S极），另一极采用铁芯极（由在形成磁回路的过程中在转子铁心对应位置上形成），具体可参考图4，现有的交替极盘式电机包括定子组件10A和转子组件20A，定子组件10A和转子组件20A通过轴向磁场耦合，转子组件20A包括转子铁芯1A和多个磁瓦4A，多个磁瓦4A安装在转子铁芯1A上，转子铁芯1A的顶面凸出有多个铁芯极11A，多个磁瓦4A与多个铁芯极11A沿同一圆周分布，且多个磁瓦4A与多个铁芯极11A交替布局，其中，所有磁瓦4A为S极性磁瓦或者N极性磁瓦，关于一般形式的交替极盘式电机的磁路和等效磁路模型可参考图5和图6；从图5可以看出，相邻的磁瓦4A和铁芯极11A之间除了会形成主磁通路径外，还会产生漏磁；虽然交替极结构能够有效减少电机的磁瓦用量，降低电机成本，但是磁瓦的单极性（磁场同一方向）布局会面临漏磁的问题，导致轴、轴承等部件磁化，影响电机寿命，对电机的可靠性负的面影响较大；另外，盘式电机的发展越来越偏向于高转矩密度这一方向，故盘式电机都以提高功率密度、提高转矩密度为前提来进行设计。

经检索，目前市面上已出现了一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机，具体可参考专利号为：202110383751.6，专利名称为：一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机的发明专利，该方案采用交流励磁绕组，省去电刷和滑环，实现无刷化励磁，降低电机的成本，提高可靠性，但该方案所描述的轴向磁场交替极无刷混合励磁电机只是在定子的交流励磁绕组对主磁场进行增磁和弱磁的过程中利用到铁心极，主磁通磁场（永磁磁场）还是由N极和S极构成，即该方案提供的励磁电机不构成交替极结构，不可以认为是通过交替极结构来减少盘式电机的磁瓦用量。

因此，目前有必要发明一种可避免漏磁，可靠性高，功率密度高的带交替极结构的高转矩密度的盘式电机。

发明内容

本发明的目的是提供一种可避免漏磁，可靠性高，功率密度高的带交替极结构的高转矩密度的盘式电机。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明的目的是提供一种带交替极结构的高转矩密度的盘式电机，包括定子组件和转子组件，定子组件和转子组件通过轴向磁场耦合，转子组件包括转子铁芯、第一组磁瓦和第二组磁瓦，沿转子铁芯的中心线L1将转子铁芯划分成第一区域和第二区域，于第一区域内、转子铁芯的顶面凸出设置有多个周向间隔分布的第一铁芯极，于第二区域内、转子铁芯的顶面凸出设置有多个周向间隔分布的第二铁芯极；第一组磁瓦安装在第一区域内且沿圆周分布并轴向充磁，第一组磁瓦包括多个N极磁瓦，多个N极磁瓦与多个第一铁芯极交替布局形成N磁极区；第二组磁瓦安装在第二区域内且沿圆周分布并轴向充磁，第二组磁瓦包括多个S极磁瓦，多个S极磁瓦与多个第二铁芯极交替布局形成S磁极区；其中，N极磁瓦与S极磁瓦数量相等使N磁极区的漏磁与S磁极区的漏磁可相互中和，以避免漏磁。

优选地，所述盘式电机还包括第三组磁瓦，第三组磁瓦安装在所述转子铁芯上、沿圆周分布且切向充磁，第三组磁瓦布局在所述N磁极区与所述S磁极区的分界处。

优选地，所述第三组磁瓦由两个磁瓦A沿圆周分布组成，所述转子铁芯由两个弧形铁芯段组成，两个弧形铁芯段对应的端部之间留有间隙用以安装磁瓦A。

优选地，所述磁瓦A包括第一磁块和第二磁块，第一磁块和第二磁块沿所述转子铁芯的径向方向自外往内排布，其中，第二磁块的宽度小于第一磁块的宽度。

优选地，所述第一磁块的截面形状和所述第二磁块的截面形状均为长方形。

优选地，所述N极磁瓦设置有4个，所述S极磁瓦设置有4个。

优选地，N磁极区内的所有N极磁瓦的大小相等，所有第一铁芯极的大小相等，使N磁极区内的N极磁瓦等距分布，以使N磁极区内构成对称磁路；S磁极区内的所有S极磁瓦的大小相等，所有第二铁芯极的大小相等，使S磁极区内的S极磁瓦等距分布，以使S磁极区内构成对称磁路。

优选地，N磁极区内的N极磁瓦的大小不相等，第一铁芯极的大小也不相等，以使N磁极区内构成不对称磁路；每相邻的两个N极磁瓦的中心线L2所形成的夹角α均相等，以使N磁极区内的N极磁瓦等距分布；S磁极区内的S极磁瓦的大小不相等，第二铁芯极的大小也不相等，以使S磁极区内构成不对称磁路；每相邻的两个S极磁瓦的中心线L3所形成的夹角β均相等，以使S磁极区内的S极磁瓦等距分布。

优选地，N磁极区内的N极磁瓦的大小相等，第一铁芯极的大小不相等，使相邻的两个N极磁瓦的中心线L4所形成的夹角γ不相等，即N磁极区内的N极磁瓦非等距分布，以使N磁极区内构成不对称磁路；S磁极区内的S极磁瓦的大小相等，第二铁芯极的大小不相等，使相邻的两个S极磁瓦的中心线L5所形成的夹角δ不相等，即S磁极区内的S极磁瓦非等距分布，以使S磁极区内构成不对称磁路。

优选地，所述转子铁芯由两个弧形铁芯段组成，两个弧形铁芯段对应的端部之间留有间隙以形成气隙，气隙与所述N磁极区与所述S磁极区的分界处对应，气隙用以阻隔所述N磁极区与所述S磁极区之间的磁路。

优选地，位于所述N磁极区与所述S磁极区的分界处两侧的N极磁瓦与S极磁瓦相互贴合在一起。

优选地，所述转子组件设置有1个或者2个，当所述转子组件设置有2个时，2个所述转子组件分别分布在所述定子组件的两端。

本发明与现有技术相比，有以下优点：

1、本发明提供的带交替极结构的高转矩密度的盘式电机，通过将第一组磁瓦安装在第一区域内，第二组磁瓦安装在第二区域内，第一区域内的多个N极磁瓦与多个第一铁芯极交替布局形成N磁极区，第二区域内的多个S极磁瓦与多个第二铁芯极交替布局形成S磁极区，通过采用“分区域”的交替极结构的方式保留盘式电机交替极转子的优势，同一区域内部只有一种极性的磁瓦，区域与区域之间磁瓦的极性相反，且N极磁瓦与S极磁瓦数量相等可使N磁极区的漏磁与S磁极区的漏磁可相互中和，使用这种混合式交替极结构能够有效避免交替极结构下的单极性漏磁，从而避免电机零部（如转轴、轴承等）的磁化，进而可提升电机系统的可靠性。

2、本发明提供的带交替极结构的高转矩密度的盘式电机，通过在转子铁芯上安装第三组磁瓦，第三组磁瓦沿圆周分布且切向充磁，且第三组磁瓦布局在N磁极区与S磁极区的分界处，在N磁极区与S磁极区之间设置有切向充磁的磁瓦，可以限制“跨区域”的磁路，保证主磁通路径不受影响，保证电机极对数，从而使定子组件的定子铁芯的轭部不受跨区域磁路带来的饱和问题的影响，第三组磁瓦的设置起到增强气隙磁密的作用，还能够对磁路形成一定的补充，从而提高功率密度。

3、本发明的其它优点在说明书实施例部分做详细的描述。

附图说明

图1为现有技术提供的传统的盘式电机的结构示意图；

图2为现有技术提供的传统的盘式电机的磁路示意图；

图3为现有技术提供的传统的盘式电机的等效磁路模型示意图；

图4为现有技术提供的交替极盘式电机的结构示意图；

图5为现有技术提供的交替极盘式电机的磁路示意图；

图6为现有技术提供的交替极盘式电机的等效磁路模型示意图；

图7为现有技术提供的交替极盘式电机的实验示意图；

图8为现有技术提供的交替极盘式电机漏磁的实验示意图；

图9为现有技术提供的传统的盘式电机的实验示意图；

图10为现有技术提供的传统的盘式电机不漏磁的实验示意图；

图11为本发明实施例一提供的盘式电机的立体结构示意图；

图12为本发明实施例一提供的盘式电机的分解结构示意图；

图13为本发明实施例一提供的盘式电机的磁路示意图；

图14为本发明实施例一提供的盘式电机的立体结构示意图（含磁瓦A）；

图15为本发明实施例一提供的盘式电机的分解结构示意图（含磁瓦A）；

图16为本发明实施例一提供的盘式电机的磁路示意图（含磁瓦A）；

图17为本发明实施例一提供的盘式电机带切向充磁的磁瓦A对磁通路径3和磁通路径4的影响的磁路示意图；

图18为本发明实施例一提供的转子组件的结构示意图；

图19为本发明实施例三提供的转子组件的结构示意图；

图20为本发明实施例四提供的转子组件的结构示意图；

图21为本发明实施例五提供的转子组件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。

将传统的盘式电机改为交替极盘式电机理论分析如下：

如图1所示，传统的盘式电机包括定子组件10A和转子组件20A，定子组件10A和转子组件20A通过轴向磁场耦合，转子组件20A包括转子铁芯1A、多个N极性磁瓦2A和多个S极性磁瓦3A，多个N极性磁瓦2A和多个S极性磁瓦3A安装在转子铁芯1A上，并沿同一圆周分布，其中，多个N极性磁瓦2A和多个S极性磁瓦3A交替布局；关于传统的盘式电机的磁路和等效磁路模型可参考图2和图3；图2和图3中，关于定、转子铁芯的磁阻并没有列出，理由是相较于气隙磁阻和磁瓦磁阻，铁芯的磁阻很小，可以忽略不记，根据基尔霍夫定律，气隙中的磁通可以被计算出，计算主磁通模型时，由于漏磁较小，可以暂时忽略，磁路中的一些特征可以表示为：

Φrem=Φg+Φm

Φg·2 Rg=Φm·2 Rm

其中，Φrem为永磁体剩磁，Φg为气隙磁通，Φm为PM磁通，Rg为气隙磁阻，Rm为PM磁阻。

如图4所示，一般形式的交替极盘式电机包括定子组件10A和转子组件20A，定子组件10A和转子组件20A通过轴向磁场耦合，转子组件20A包括转子铁芯1A和多个磁瓦4A，多个磁瓦4A安装在转子铁芯1A上，转子铁芯1A的顶面凸出有多个铁芯极11A，多个磁瓦4A与多个铁芯极11A沿同一圆周分布，且多个磁瓦4A与多个铁芯极11A交替布局，其中，磁瓦4A为S极性磁瓦或者N极性磁瓦；关于一般形式的交替极盘式电机的磁路和等效磁路模型可参考图5和图6；与上述传统的盘式电机的分析相类似，一般形式的交替极盘式电机的定、转子铁心磁阻可以忽略，根据基尔霍夫定律，可建立以下特征：

Φrem=Φg_c+Φm_c

Φg·（Rg_m+ Rm_i）=Φm_c·Rm_c

其中，Φrem为永磁体剩磁，Φg_C为交替极气隙磁通，Φm_c为交替极的PM磁通，Rg_m为PM极相对的气隙磁阻，Rm_i为铁极（Iron pole）相对的气隙磁阻。

在不改变气隙、电机尺寸等因素的情况下，从传统的盘式电机改为交替极盘式电机，存在以下关系：

Rg_m+ Rm_i=2·Rg

气隙磁密可以化简为：

Φg=Φrem·【Rm/（Rm+2·Rg）】

结合上述的磁路进行分析，在将传统的盘式电机改为交替极盘式电机的过程中，由于其中一级被改为铁芯极，而铁芯极磁阻小，在不改变磁瓦高度的情况下，要达到相同的气隙磁密，只需要适当增加交替极中磁瓦的宽度（极弧系数），由于磁路中磁阻小，所以流到气隙的磁通阻力小，可以满足气隙磁密的要求，虽然交替极每一极对中的磁瓦可能略大于传统的盘式电机，但是原传统的盘式电机每一极对包括两块磁瓦（即包含N极磁瓦和S极磁瓦），而交替极只有一块（即只包含N极磁瓦或S极磁瓦，图4至图6中以N极磁瓦为例），而电机的平均转矩与气隙磁密相关，如果用更少的磁瓦，能够完成相同的气隙磁密，这就达到了降低磁瓦用量的目的，也就是交替极电机的主要特点之一，但一般形式的交替极盘式电机由于磁瓦的单极性（磁场同一方向）布局会面临漏磁的问题，导致轴、轴承等部件磁化（具体可参考图7和图8的实验示意图，图7和图8中的磁瓦只包含一种极性的磁瓦，从图8可知道转轴能够将铁屑5A吸住），影响电机寿命，对电机可靠性负面影响较大；而传统的盘式电机由于电机里的磁瓦包含N极磁瓦和S极磁瓦，N极磁瓦和S极磁瓦的极性相反，所以漏磁的方向也相反，形成中和，使得N极磁瓦和S极磁瓦的漏磁基本不会造成电机转轴等零部件的磁化（具体可参考图9和图10的实验示意图，从图10可以知道电机转轴无法吸引铁屑5A）。

实施例一：

针对一般形式的交替极盘式电机容易漏磁的问题，本实施例提供了一种带交替极结构的高转矩密度的盘式电机，如图11至图13所示，所述盘式电机包括定子组件10和1个转子组件20，定子组件10和转子组件20通过轴向磁场耦合，转子组件20包括转子铁芯1、第一组磁瓦和第二组磁瓦，沿转子铁芯1的中心线L1将转子铁芯1划分成第一区域11和第二区域12，于第一区域11内、转子铁芯1的顶面凸出设置有多个周向间隔分布的第一铁芯极13，于第二区域12内、转子铁芯1的顶面凸出设置有多个周向间隔分布的第二铁芯极14；第一组磁瓦安装在第一区域11内、沿圆周分布且轴向充磁，第一组磁瓦包括多个N极磁瓦2，多个N极磁瓦2与多个第一铁芯极13交替布局形成N磁极区；第二组磁瓦安装在第二区域12内、沿圆周分布且轴向充磁，第二组磁瓦包括多个S极磁瓦3，多个S极磁瓦3与多个第二铁芯极14交替布局形成S磁极区；其中，N极磁瓦2与S极磁瓦3数量相等使N磁极区的漏磁与S磁极区的漏磁可相互中和，以避免电机零部件的磁化；作为一个优选方案，N极磁瓦2设置有4个，S极磁瓦3设置有4个，且位于N磁极区与S磁极区的分界处两侧的N极磁瓦2与S极磁瓦3相互贴合在一起，能节省转子铁芯1的体积；在本实施例中，N磁极区内的所有N极磁瓦2的大小相等，所有第一铁芯极13的大小相等，使N磁极区内的N极磁瓦2等距分布，以使N磁极区内构成对称磁路（参考图18）；S磁极区内的所有S极磁瓦3的大小相等，所有第二铁芯极14的大小相等，使S磁极区内的S极磁瓦3等距分布，以使S磁极区内构成对称磁路（参考图18）；需说明的是，N磁极区与S磁极区是对称的，即对应位置上的N极磁瓦2与S极磁瓦3、第一铁芯极13与第二铁芯极14的大小相等。

该方案提供的带交替极结构的高转矩密度的盘式电机，通过将第一组磁瓦安装在第一区域11内，第二组磁瓦安装在第二区域12内，第一区域11内的多个N极磁瓦2与多个第一铁芯极13交替布局形成N磁极区，第二区域12内的多个S极磁瓦3与多个第二铁芯极14交替布局形成S磁极区，使每个区域内部构成交替极，通过采用“分区域”的交替极结构的方式保留盘式电机交替极转子的优势，同一区域内部只有一种极性的磁瓦，区域与区域之间磁瓦的极性相反，且N极磁瓦2与S极磁瓦3数量相等可使N磁极区的漏磁与S磁极区的漏磁可相互中和，使用这种混合式交替极结构能够有效避免交替极结构下的单极性漏磁，从而避免电机零部（如转轴、轴承等）的磁化。

本方案电机采用混合式交替极，在能够保留电机交替极的优势（可减少磁瓦的用量）的同时，还能避免漏磁，从而避免对电机零部件造成磁化，进而可提升电机系统可靠性。

作为一个优选方案，如图14至图16所示，所述盘式电机还包括第三组磁瓦，第三组磁瓦安装在所述转子铁芯1上、沿圆周分布且切向充磁，第三组磁瓦布局在所述N磁极区与所述S磁极区的分界处，在N磁极区与S磁极区之间设置有切向充磁的磁瓦，可以限制“跨区域”的磁路，保证主磁通路径不受影响，保证电机极对数，从而使定子组件10的定子铁芯的轭部不受跨区域磁路带来的饱和问题的影响，第三组磁瓦的设置起到增强气隙磁密的作用，还能够对磁路形成一定的补充，从而提高功率密度。

切向充磁的磁瓦对N磁极区与S磁极区起到间隔作用，如图14至图16所示， N磁极区与S磁极区之间设置了切向充磁的磁瓦，切向充磁的磁瓦对于磁路的构建十分必要。假如N磁极区与S磁极区之间不设置切向充磁的磁瓦，N磁极区与S磁极区之间的磁路如图13所示，以区域相邻部分为例，磁通路径1、磁通路径2是电机的主磁通路径，起主要作用，磁通路径3和磁通路径4会对电机磁极组合、定子轭部饱和情况产生负面影响。设置切向充磁的磁瓦能够有效切断磁通路径3和磁通路径4，消除这两部分磁通路径带来的影响，见图16；另外，切向充磁的磁瓦的方向也是需要注意的，要设置成阻碍磁通路径3和磁通路径4的方向（正对方向），见图17，磁通路径3和磁通路径4并不能存在于设置了切向充磁的磁瓦的混合式交替极的盘式电机中。

作为一个优选方案，如图15所示，所述第三组磁瓦由两个磁瓦A4沿圆周分布组成，所述转子铁芯1由两个弧形铁芯段15组成，两个弧形铁芯段15对应的端部之间留有间隙用以安装磁瓦A4，结构简单，组装方便。

作为一个优选方案，如图15所示，所述磁瓦A4包括第一磁块41和第二磁块42，第一磁块41和第二磁块42沿所述转子铁芯1的径向方向自外往内排布，其中，第二磁块42的宽度小于第一磁块41的宽度，由于盘式电机的内、外径不相等，将磁瓦A4设计成分块式磁瓦，磁瓦在内径处略小，外径处略大，使磁瓦大小可不用受限于内径尺寸，且能充分利用外径处空间充足的优势，使外径处更宽的磁瓦能够进一步增加电机的气隙磁密和功率密度。

具体地，所述第一磁块41的截面形状和所述第二磁块42的截面形状均为长方形。实施例二：

本实施例是在实施例一的基础上进行改造的，在本实施例中，所述转子组件20设置有2个，2个所述转子组件20分别分布在所述定子组件10的两端以构成双转子电机。

实施例三：

本实施例是在实施例一或者实施例二的基础上进行改良的，如图19所示，在本实施例中，N磁极区内的N极磁瓦2的大小不相等，第一铁芯极13的大小也不相等，以使N磁极区内构成不对称磁路，具体地，位于N磁极区的边缘位置的两块N极磁瓦2与位于N磁极区的中间位置的N极磁瓦2大小不相等，在本实施例中，位于N磁极区的边缘位置的N极磁瓦2的面积小于位于N磁极区的中间位置的N极磁瓦2的面积，其中，位于N磁极区的边缘位置的两块N极磁瓦2的大小相等，位于N磁极区的中间位置的所有N极磁瓦2的大小相等；S磁极区内的S极磁瓦3的大小不相等，第二铁芯极14的大小也不相等，以使S磁极区内构成不对称磁路，具体地，位于S磁极区的边缘位置的两块S极磁瓦3与位于S磁极区的中间位置的S极磁瓦3大小不相等，在本实施例中，位于S磁极区的边缘位置的S极磁瓦3的面积小于位于S磁极区的中间位置的S极磁瓦3的面积，其中，位于S磁极区的边缘位置的两块S极磁瓦3的大小相等，位于S磁极区的中间位置的所有S极磁瓦3的大小相等；通过使N磁极区和S磁极区内构成不对称磁路从而可降低气隙磁密谐波，降低转矩脉动。

如图19所示，作为一个优选方案，每相邻的两个N极磁瓦2的中心线L2所形成的夹角α均相等，以使N磁极区内的N极磁瓦2等距分布；每相邻的两个S极磁瓦3的中心线L3所形成的夹角β均相等，以使S磁极区内的S极磁瓦3等距分布；N极磁瓦2与S极磁瓦3的等距分布便于转子铁芯的加工。

实施例四：

本实施例是在实施例一或者实施例二的基础上进行改良的，如图20所示，在本实施例中，N磁极区内的N极磁瓦2的大小相等，第一铁芯极13的大小不相等，使相邻的两个N极磁瓦2的中心线L4所形成的夹角γ不相等，即N磁极区内的N极磁瓦2非等距分布，以使N磁极区内构成不对称磁路；S磁极区内的S极磁瓦3的大小相等，第二铁芯极14的大小不相等，使相邻的两个S极磁瓦3的中心线L5所形成的夹角δ不相等，即S磁极区内的S极磁瓦3非等距分布，以使S磁极区内构成不对称磁路；通过使N磁极区与S磁极区内的磁瓦发生偏移以构成区域内不对称的磁路，从而可降低气隙磁密谐波，降低转矩脉动。

实施例五：

本实施例是在实施例一或者实施例二的基础上对N磁极区与S磁极区之间的磁路阻隔的结构进行改造的，如图21所示，在本实施例中，所述转子铁芯1由两个弧形铁芯段15组成，两个弧形铁芯段15对应的端部之间留有间隙以形成气隙，气隙与所述N磁极区与所述S磁极区的分界处对应，气隙用以阻隔所述N磁极区与所述S磁极区之间的磁路，本方案在保证主磁通路径不受影响的前提下，避免使用切向充磁的磁瓦，从而节约成本；需说明的是，虽然采用气隙替代切向充磁的磁瓦阻隔N磁极区与S磁极区之间的磁路会对电机的功率密度有所影响，但在不追求极致的功率密度的前提下，本方案也能满足高功率密度的需求。

如图21所示，作为一个优选方案，位于所述N磁极区与所述S磁极区的分界处两侧的N极磁瓦2与S极磁瓦3相互贴合在一起，将分界处两侧的N极磁瓦2与S极磁瓦3相互贴合，以便于满足转子铁芯1的分段结构的组装，还能节省转子铁芯1的体积；另外，需说明的是，两个弧形铁芯段15在安装时可通过电机机壳及N磁极区与S磁极区的分界处两侧的N极磁瓦2与S极磁瓦3的限制来实现定型。

以上实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不限于此，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种带交替极结构的高转矩密度的盘式电机，包括定子组件（10）和转子组件（20），定子组件（10）和转子组件（20）通过轴向磁场耦合，其特征在于，转子组件（20）包括：

转子铁芯（1），沿转子铁芯（1）的中心线L1将转子铁芯（1）划分成第一区域（11）和第二区域（12），于第一区域（11）内、转子铁芯（1）的顶面凸出设置有多个周向间隔分布的第一铁芯极（13），于第二区域（12）内、转子铁芯（1）的顶面凸出设置有多个周向间隔分布的第二铁芯极（14）；

第一组磁瓦，第一组磁瓦安装在第一区域（11）内且沿圆周分布并轴向充磁，第一组磁瓦包括多个N极磁瓦（2），多个N极磁瓦（2）与多个第一铁芯极（13）交替布局形成N磁极区；

第二组磁瓦，第二组磁瓦安装在第二区域（12）内且沿圆周分布并轴向充磁，第二组磁瓦包括多个S极磁瓦（3），多个S极磁瓦（3）与多个第二铁芯极（14）交替布局形成S磁极区；

其中，N极磁瓦（2）与S极磁瓦（3）数量相等使N磁极区的漏磁与S磁极区的漏磁可相互中和，以避免漏磁;

第三组磁瓦安装在所述转子铁芯（1）上、沿圆周分布且切向充磁，第三组磁瓦布局在所述N磁极区与所述S磁极区的分界处;

所述第三组磁瓦由两个磁瓦A（4）沿圆周分布组成，所述转子铁芯（1）由两个弧形铁芯段（15）组成，两个弧形铁芯段（15）对应的端部之间留有间隙用以安装磁瓦A（4）。

2.根据权利要求1所述的一种带交替极结构的高转矩密度的盘式电机，其特征在于：所述磁瓦A（4）包括第一磁块（41）和第二磁块（42），第一磁块（41）和第二磁块（42）沿所述转子铁芯（1）的径向方向自外往内排布，其中，第二磁块（42）的宽度小于第一磁块（41）的宽度。

3.根据权利要求2所述的一种带交替极结构的高转矩密度的盘式电机，其特征在于：所述第一磁块（41）的截面形状和所述第二磁块（42）的截面形状均为长方形。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种带交替极结构的高转矩密度的盘式电机，其特征在于：所述N极磁瓦（2）设置有4个，所述S极磁瓦（3）设置有4个。

5.根据权利要求1至3任一项所述的一种带交替极结构的高转矩密度的盘式电机，其特征在于：位于所述N磁极区与所述S磁极区的分界处两侧的N极磁瓦（2）与S极磁瓦（3）相互贴合在一起。

6.根据权利要求5所述的一种带交替极结构的高转矩密度的盘式电机，其特征在于：N磁极区内的所有N极磁瓦（2）的大小相等，所有第一铁芯极（13）的大小相等，使N磁极区内的N极磁瓦（2）等距分布，以使N磁极区内构成对称磁路；

S磁极区内的所有S极磁瓦（3）的大小相等，所有第二铁芯极（14）的大小相等，使S磁极区内的S极磁瓦（3）等距分布，以使S磁极区内构成对称磁路。

7.根据权利要求6所述的一种带交替极结构的高转矩密度的盘式电机，其特征在于：N磁极区内的N极磁瓦（2）的大小不相等，第一铁芯极（13）的大小也不相等，以使N磁极区内构成不对称磁路；使N磁极区内的N极磁瓦（2）等距分布；

S磁极区内的S极磁瓦（3）的大小不相等，第二铁芯极（14）的大小也不相等，以使S磁极区内构成不对称磁路；S磁极区内的S极磁瓦（3）等距分布。

8.根据权利要求7所述的一种带交替极结构的高转矩密度的盘式电机，其特征在于：N磁极区内的N极磁瓦（2）的大小相等，第一铁芯极（13）的大小不相等，使相邻的两个N极磁瓦（2）的中心线L4所形成的夹角γ不相等，即N磁极区内的N极磁瓦（2）非等距分布，以使N磁极区内构成不对称磁路；

S磁极区内的S极磁瓦（3）的大小相等，第二铁芯极（14）的大小不相等，使相邻的两个S极磁瓦（3）的中心线L5所形成的夹角δ不相等，即S磁极区内的S极磁瓦（3）非等距分布，以使S磁极区内构成不对称磁路。

9.根据权利要求1所述的一种带交替极结构的高转矩密度的盘式电机，其特征在于：所述转子铁芯（1）由两个弧形铁芯段（15）组成，两个弧形铁芯段（15）对应的端部之间留有间隙以形成气隙，气隙与所述N磁极区与所述S磁极区的分界处对应，气隙用以阻隔所述N磁极区与所述S磁极区之间的磁路。

10.根据权利要求9所述的一种带交替极结构的高转矩密度的盘式电机，其特征在于：位于所述N磁极区与所述S磁极区的分界处两侧的N极磁瓦（2）与S极磁瓦（3）相互贴合在一起。

11.根据权利要求1所述的一种带交替极结构的高转矩密度的盘式电机，其特征在于：所述转子组件（20）设置有1个或者2个，当所述转子组件（20）设置有2个时，2个所述转子组件（20）分别分布在所述定子组件（10）的两端。

Images