CN215580607U - 一种低谐波轴向磁通电机转子及双定子单转子电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种低谐波轴向磁通电机转子及双定子单转子电机，其中低谐波轴向磁通电机转子包括多个磁极单元，所述磁极单元包括多个不同剩磁强度的磁钢，多个不同剩磁强度的磁钢沿周向拼接以形成所述磁极单元，并且所述磁极单元的剩磁强度沿周向并由中间至两侧逐渐减小；支架单元，所述支架单元包括一上支板和一下支板，所述上支板和所述下支板连接以形成多个呈环形排列的容置空间，并使容纳于所述容置空间的所述磁极单元分别被所述上支板和所述下支板暴露，从而提高了磁场的正弦度，以降低谐波的产生，从而提升电机的运行性能。

Description

一种低谐波轴向磁通电机转子及双定子单转子电机

技术领域

本实用新型涉及轴向磁通电机领域，尤其涉及一种低谐波轴向磁通电机转子及双定子单转子电机。

背景技术

轴向磁通电机因其具有轴向的磁通方向，从而决定了其结构不同于普通的径向电机，轴向磁通电机具有小体积、低噪音、高转速、高功率密度、优良的散热性能等诸多优点。轴向磁通电机根据转子数量、相对位置及主磁路等分类，其结构可分为：单定子单转子结构、双定子单转子结构、单定子双转子结构及多盘式结构。

其中气隙磁密波形、齿槽转矩和转矩波动等能够直接反应电机的运行性能。具体地，气隙磁密波形指的是电机气隙中磁感应强度大小随角度位置变化的曲线，磁密波形受电机制造工艺的制约，理想的曲线为正弦曲线，正弦度越高，谐波越少，则电机性能越好。由于定子开槽导致电机在不通入电流状态下转子旋转会受到周期性的转矩作用，该转矩为齿槽转矩，转子旋转一周平均值为0。齿槽转矩会影响电机启动性能，也会使电机运行过程中产生振动噪声，因此设计电机时要尽量减小齿槽转距，齿槽转矩大小一般用峰值表示(转子旋转一周最大与最小齿槽转矩之差)。电机运行时转子轴输出的转矩并不是恒定值，会在某一值附近波动，这种现象称为转矩波动，一般用转矩波动率衡量，转矩波动率为转矩峰峰值与平均值的比值。

轴向磁通电机转子包括一转盘和多个从呈扇形的磁钢，多个磁钢呈环形间隔排列，并固定于转盘上，其中多个磁钢的厚度保持一致，以实现气隙均匀。现有的磁钢采用相同的永磁体材料，并一体成型，可见电机沿径向磁密大小相同，导致磁场的正弦度较差，使得电机运行过程中会产生大量的谐波，由于这些谐波的存在，会降低电机的运行性能，如齿槽转矩、转矩波动大，以及振动噪声较大。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种有效提升电机性能的低谐波轴向磁通电机转子及双定子单转子电机。

一方面，本实用新型提供了一种低谐波轴向磁通电机转子，包括：

多个磁极单元，所述磁极单元包括多个不同剩磁强度的磁钢，多个不同剩磁强度的磁钢沿周向拼接以形成所述磁极单元，并且所述磁极单元的剩磁强度沿周向并由中间至两侧逐渐减小；

一支架单元，所述支架单元包括一上支板和一下支板，所述上支板和所述下支板连接以形成多个呈环形排列的容置空间，并使容纳于所述容置空间的所述磁极单元分别被所述上支板和所述下支板暴露。

作为优选的技术方案，所述容置空间具有一暴露区域及位于所述暴露区域径向两端的卡接区域，所述磁钢包括一磁钢本体及连接于所述磁钢本体径向两端的磁钢卡接体，所述磁钢本体位于所述暴露区域内，所述磁钢卡接体位于所述卡接区域。

作为优选的技术方案，所述磁钢卡接体沿转子轴向上的尺寸，其小于所述磁钢本体沿转子轴向上的尺寸，并且所述磁钢卡接体位于所述磁钢本体的中间位置。

作为优选的技术方案，所述上支板上开设有若干呈环形排列的上容置孔，所述下支板上开设有若干呈环形排列的下容置孔，所述上支板和所述下支板连接，以使所述上容置孔和所述下容置孔一一对应并形成所述容置空间。

作为优选的技术方案，所述上容置孔包括一上贯穿部及位于所述上贯穿部径向两端的上卡接部，所述下容置孔包括一下贯穿部及位于所述下贯穿部径向两端的下卡接部，所述上支板和所述下支板连接，以使所述上贯穿部和所述下贯穿部相对形成所述暴露区域，所述上卡接部和所述下卡接部相对形成所述卡接区域。

作为优选的技术方案，所述上支板上开设有多个均匀排布的上安装孔，所述下支板上开设有多个均匀排布的下安装孔，紧固件拉结于相对的所述上安装孔和所述下安装孔，以使所述上支板和所述下支板固定连接。

作为优选的技术方案，所述磁钢呈梯形，所述磁钢梯形的顶部呈凹形，所述磁钢梯形的底部呈凸形。

作为优选的技术方案，所述低谐波轴向磁通电机转子的径向尺寸大于所述低谐波轴向磁通电机转子的轴向尺寸。

另一方面，本实用新型还提供一种双定子单转子电机，包括上述实施例的所述低谐波轴向磁通电机转子，所述电机还包括两定子，两所述定子位于所述低谐波轴向磁通电机转子轴向的两侧，并且每一所述定子与所述低谐波轴向磁通电机转子之间形成气隙。

作为优选的技术方案，所述双定子单转子电机还包括：

一转子轴，所述转子轴包括一轴体和一轴台阶，所述轴台阶连接于所述轴体上，所述低谐波轴向磁通电机转子套设于所述轴体外，并抵接于所述轴台阶上，以使多个所述磁钢环绕于所述轴体外。

与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：

所述磁极单元沿着转子周向分隔成多个大小相同的所述磁钢，并且所述磁极单元的剩磁强度沿周向并由中间至两侧逐渐减小，从而提高了磁场的正弦度，以降低谐波的产生，从而提升电机的运行性能。另外所述支架单元包括上支板和下支板，以使所述上支板和所述下支板连接形成所述容置空间，所述容置空间具有一暴露区域及位于所述暴露区域径向两端的卡接区域，不仅提升所述磁极单元在所述支架单元上的紧固性，还有效提升固定效率。以及所述磁极单元分别被所述上支板和所述下支板暴露，以适用于所述双定子单转子电机。

以下结合附图及实施例进一步说明本实用新型。

附图说明

图1为本实用新型所述低谐波轴向磁通电机转子的结构示意图；

图2为本实用新型所述磁极单元的结构示意图；

图3为本实用新型所述磁钢的结构示意图；

图4为本用新型所述上支板的结构示意图；

图5为本实用新型所述上支板的后视图；

图6为本实用新型所述下支板的结构示意图；

图7为本实用新型所述上外安装孔的结构示意图；

图8为本实用新型所述下外安装孔的结构示意图；

图9为本实用新型所述容置空间的结构示意图；

图10为本实用新型所述低谐波轴向磁通电机转子与所述转子轴装配的结构示意图；

图11为本实用新型所述低谐波轴向磁通电机转子与所述转子轴装配的分解图；

图12为本实用新型所述转子轴的结构示意图；

图13为磁密波形对比图。

图中：100低谐波轴向磁通电机转子、110磁极单元、111磁钢、1111磁钢本体、1112磁钢卡接体、120支架单元、121上支板、1211上容置孔、12111上贯穿部、12112上卡接部、1212上安装孔、12122上内安装孔、12121上外安装孔、122下支板、1221下容置孔、12211下贯穿部、12212下卡接部、1222下安装孔、12222下内安装孔、12221下外安装孔、1200容置空间、1201暴露区域、1202卡接区域、200转子轴、210轴体、220轴台阶、221台阶孔、300紧固件。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

如图1至图6所示，所述低谐波轴向磁通电机转子100，包括：

多个磁极单元110，所述磁极单元110包括多个不同剩磁强度的磁钢111，多个不同剩磁强度的磁钢111沿周向拼接以形成所述磁极单元110，并且所述磁极单元110的剩磁强度沿周向并由中间至两侧逐渐减小；

一支架单元120，所述支架单元120包括一上支板121和一下支板122，所述上支板121和所述下支板122连接以形成多个呈环形排列的容置空间1200，并使容纳于所述容置空间1200的所述磁极单元110分别被所述上支板121和所述下支板122暴露。

所述磁极单元110沿着转子周向分隔成多个大小相同的所述磁钢111，并且所述磁极单元110的剩磁强度沿周向并由中间至两侧逐渐减小，其中剩磁指的是磁化后，在撤去外磁场时所能保存的磁感应强度，即本实施例的磁钢磁密由周向中间至两侧逐渐降低，从而提高了磁场的正弦度，详细地，参考图13，现有方案波形没有满足理想的正弦波，而本案波形(本实施例)相对于现有方案，有效提升磁场的正弦度，以降低谐波的产生，从而提升电机的运行性能。

其中所述磁极单元110可根据实际情况分为若干磁钢111，分得的所述磁钢111数量越多，则磁场正弦度越好。

如图1至图3、图9所示，所述容置空间1200具有一暴露区域1201及位于所述暴露区域径向两端的卡接区域1202，所述磁钢111包括一磁钢本体1111及连接于所述磁钢本体1111径向两端的磁钢卡接体1112，所述磁钢本体1111位于所述暴露区域1201内，所述磁钢卡接体1112位于所述卡接区域1202。

当所述磁钢111固定于所述容置空间1200内时，所述磁钢111的所述磁钢本体1111位于所述暴露区域1201内，并暴露于所述上支板121和所述下支板122外部，所述磁钢卡接体1112位于所述卡接区域1202，即隐藏于所述上支板121和所述下支板122内，以防止所述磁钢111发生径向、轴向和周向移动，从而起到固定所述磁钢111的作用。

如图1至图3所示，所述磁钢111呈梯形，所述磁钢梯形的顶部呈凹形，所述磁钢梯形的底部呈凸形，可见拼接形成的所述磁极单元110、所述暴露区域1201也呈梯形。

如图2和图3所示，所述磁钢卡接体1112沿转子轴向上的尺寸，其小于所述磁钢本体1111沿转子轴向上的尺寸，并且所述磁钢卡接体1112位于所述磁钢本体1111的中间位置。参考图9，所述卡接区域1202也位于所述暴露区域1201的中间位置。

如图4至图6、图9所示，所述上支板121上开设有若干呈环形排列的上容置孔1211，所述下支板122上开设有若干呈环形排列的下容置孔1221，所述上支板121和所述下支板122连接，以使所述上容置孔1211和所述下容置孔1221一一对应并形成所述容置空间1200。

组装时，可逐一将组成所述磁极单元110的多个所述磁钢111放置于所述下容置孔1221内，然后将所述上支板121连接于所述下支板122上，并使所述磁极单元110固定所述上容置孔1211和所述下容置孔1221对应形成的所述容置空间1200内。

如图9所示，所述上容置孔1211包括一上贯穿部12111及位于所述上贯穿部12111径向两端的上卡接部12112，所述下容置孔1221包括一下贯穿部12211及位于所述下贯穿部12211径向两端的下卡接部12212，所述上支板121和所述下支板122连接，以使所述上贯穿部12111和所述下贯穿部12211相对形成所述暴露区域1201，所述上卡接部12112和所述下卡接部12212相对形成所述卡接区域1202。

所述上贯穿部12111贯穿所述上支板121的上下端面，所述上卡接部12112位于所述上支板121的下端面上，所述下贯穿部12211贯穿所述下支板122的上下端面，所述下卡接部12212位于所述下支板122的上端面上，当所述上支板121的下端面和所述下支板122的上端面抵接固定时，所述上贯穿部12111和所述下贯穿部12211相对形成所述暴露区域1201，以及所述上卡接部12112和所述下卡接部12212相对形成所述卡接区域1202。

如图4至图6、图11所示，所述上支板121上开设有多个均匀排布的上安装孔1212，所述下支板122上开设有多个均匀排布的下安装孔1222，紧固件300拉结于相对的所述上安装孔1212和所述下安装孔1222，以使所述上支板121和所述下支板122固定连接。

如图4和图5所示，所述上安装孔1212根据安装位置分为上内安装孔12122和上外安装孔12121，所述上内安装孔12122位于所述上容置孔1211的内侧，且多个所述上内安装孔12122呈环形排列，所述上外安装孔12121位于所述上容置孔1211外侧，且多个所述上外安装孔12121呈环形排列。

如图6所示，所述下安装孔1222根据安装位置分为下内安装孔12222和下外安装孔12221，所述下内安装孔12222位于所述下容置孔1221内侧，且多个所述下内安装孔12222呈环形排列，所述下外安装孔12221位于所述下容置孔1221外侧，且多个所述下外安装孔12221呈环形排列。

由上述可知，所述上内安装孔12122和所述下内安装孔12222一一对应，并通过所述紧固件300拉结固定，所述上外安装孔12121和所述下外安装孔12221一一对应，并通过所述紧固件300拉结固定。具体地，参考图7和图8，所述上外安装孔12121呈沉孔，所述下外安装孔12221呈螺纹孔，所述紧固件300可为螺栓，螺栓的头部内嵌于所述沉孔内，所述螺栓的尾部螺接于所述螺纹孔，以实现所述上支板121和所述下支板122的固定。

继续参考图4至图6，所述上内安装孔12122和上外安装孔12121位于相邻的两个所述上容置孔1211之间，且一一对应，合理利用所述上支板121的布置空间，不仅提升所述上支板121和所述下支板122的固定性能，还防止所述上支板121强度下降。同理所述下内安装孔12222和下外安装孔12221位于相邻的两个所述下容置孔1221之间，且一一对应，提升所述下支板122和所述上支板121的固定性能，同时提升所述下支板122的固定强度。

如图1所示，所述低谐波轴向磁通电机转子的径向尺寸大于所述低谐波轴向磁通电机转子的轴向尺寸，进而体现磁通电机转子的特性，即轴向尺寸短。另外所述磁极单元110分别被所述上支板121和所述下支板122暴露，即适用于双定子单转子单机的使用。

所述低谐波轴向磁通电机转子100的组装方法如下：

第一步，在所述下支板122上每个所述下容置孔1221内放置所述磁极单元110，其中组成所述磁极单元110的多个所述磁钢111的剩磁强度沿周向并由中间至两侧逐渐减小；其中相邻两极充磁方向相反；

第二步，将所述上支板121放置于所述下支板122上，以使所述磁极单元110容纳于所述上容置孔1211和所述下容置孔1221对应形成的所述容置空间1200内；

第三步，利用所述紧固件300拉结所述上支板121和所述下支板122，以完成组装。

综上所述，所述磁极单元110沿着转子周向分隔成多个大小相同的所述磁钢111，并且所述磁极单元110的剩磁强度沿周向并由中间至两侧逐渐减小，从而提高了磁场的正弦度，以降低谐波的产生，从而提升电机的运行性能。另外所述支架单元120包括上支板121和下支板122，以使所述上支板121和所述下支板122连接形成所述容置空间1200，所述容置空间1200具有一暴露区域1201及位于所述暴露区域径向两端的卡接区域1202，不仅提升所述磁极单元110在所述支架单元120上的紧固性，还有效提升固定效率。

本实用新型还提供了一种所述双定子单转子电机，包括上述实施例的所述低谐波轴向磁通电机转子100，所述电机还包括两定子，两所述定子位于所述低谐波轴向磁通电机转子100轴向的两侧，并且每一所述定子与所述低谐波轴向磁通电机转子100之间形成气隙。

由于所述双定子单转子电机采用了上述实施例的低谐波轴向磁通电机转子100，所述双定子单转子电机由所述低谐波轴向磁通电机转子100带来的有益效果参考上述实施例。

如图10至图12所示，所述双定子单转子电机还包括：

一转子轴200，所述转子轴200包括一轴体210和一轴台阶220，所述轴台阶220连接于所述轴体210上，所述低谐波轴向磁通电机转子100套设于所述轴体210外，并抵接于所述轴台阶220上，以使多个所述磁钢111环绕于所述轴体210外。

参考图12，所述轴台阶220上开设有若干台阶孔221，所述台阶孔221、所述上内安装孔12122和所述下内安装孔12222一一相对，其中所述上内安装孔12122和所述下内安装孔12222为通孔，所述台阶孔221为螺纹孔，螺栓穿过所述上内安装孔12122和所述下内安装孔12222，直至与所述台阶孔221螺接，以使所述低谐波轴向磁通电机转子100固定于所述转子轴200，进而使所述低谐波轴向磁通电机转子100随着所述转子轴200一起转动。另外所述定子套设于所述轴体210外，相对所述低谐波轴向磁通电机转子100固定不动。

以上所述的实施例仅用于说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本实用新型的专利采用范围，即凡依本实用新型所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本实用新型的专利范围内。

Claims (10)

1.一种低谐波轴向磁通电机转子(100)，其特征在于，包括：

多个磁极单元(110)，所述磁极单元(110)包括多个不同剩磁强度的磁钢(111)，多个不同剩磁强度的磁钢(111)沿周向拼接以形成所述磁极单元(110)，并且所述磁极单元(110)的剩磁强度沿周向并由中间至两侧逐渐减小；

一支架单元(120)，所述支架单元(120)包括一上支板(121)和一下支板(122)，所述上支板(121)和所述下支板(122)连接以形成多个呈环形排列的容置空间(1200)，并使容纳于所述容置空间(1200)的所述磁极单元(110)分别被所述上支板(121)和所述下支板(122)暴露。

2.如权利要求1所述的低谐波轴向磁通电机转子(100)，其特征在于，所述容置空间(1200)具有一暴露区域(1201)及位于所述暴露区域径向两端的卡接区域(1202)，所述磁钢(111)包括一磁钢本体(1111)及连接于所述磁钢本体(1111)径向两端的磁钢卡接体(1112)，所述磁钢本体(1111)位于所述暴露区域(1201)内，所述磁钢卡接体(1112)位于所述卡接区域(1202)。

3.如权利要求2所述的低谐波轴向磁通电机转子(100)，其特征在于，所述磁钢卡接体(1112)沿转子轴向上的尺寸，其小于所述磁钢本体(1111)沿转子轴向上的尺寸，并且所述磁钢卡接体(1112)位于所述磁钢本体(1111)的中间位置。

4.如权利要求2所述的低谐波轴向磁通电机转子(100)，其特征在于，所述上支板(121)上开设有若干呈环形排列的上容置孔(1211)，所述下支板(122)上开设有若干呈环形排列的下容置孔(1221)，所述上支板(121)和所述下支板(122)连接，以使所述上容置孔(1211)和所述下容置孔(1221)一一对应并形成所述容置空间(1200)。

5.如权利要求4所述的低谐波轴向磁通电机转子(100)，其特征在于，所述上容置孔(1211)包括一上贯穿部(12111)及位于所述上贯穿部(12111)径向两端的上卡接部(12112)，所述下容置孔(1221)包括一下贯穿部(12211)及位于所述下贯穿部(12211)径向两端的下卡接部(12212)，所述上支板(121)和所述下支板(122)连接，以使所述上贯穿部(12111)和所述下贯穿部(12211)相对形成所述暴露区域(1201)，所述上卡接部(12112)和所述下卡接部(12212)相对形成所述卡接区域(1202)。

6.如权利要求1所述的低谐波轴向磁通电机转子(100)，其特征在于，所述上支板(121)上开设有多个均匀排布的上安装孔(1212)，所述下支板(122)上开设有多个均匀排布的下安装孔(1222)，紧固件(300)拉结于相对的所述上安装孔(1212)和所述下安装孔(1222)，以使所述上支板(121)和所述下支板(122)固定连接。

7.如权利要求1所述的低谐波轴向磁通电机转子(100)，其特征在于，所述磁钢(111)呈梯形，所述磁钢梯形的顶部呈凹形，所述磁钢梯形的底部呈凸形。

8.如权利要求1所述的低谐波轴向磁通电机转子(100)，其特征在于，所述低谐波轴向磁通电机转子的径向尺寸大于所述低谐波轴向磁通电机转子的轴向尺寸。

9.一种双定子单转子电机，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项的所述低谐波轴向磁通电机转子(100)，所述电机还包括两定子，两所述定子位于所述低谐波轴向磁通电机转子(100)轴向的两侧，并且每一所述定子与所述低谐波轴向磁通电机转子(100)之间形成气隙。

10.如权利要求9所述的双定子单转子电机，其特征在于，还包括：

一转子轴(200)，所述转子轴(200)包括一轴体(210)和一轴台阶(220)，所述轴台阶(220)连接于所述轴体(210)上，所述低谐波轴向磁通电机转子(100)套设于所述轴体(210)外，并抵接于所述轴台阶(220)上，以使多个所述磁钢(111)环绕于所述轴体(210)外。

Images