CN220544754U - 一种轴向磁通电机及其定子齿单元、定子组件和车辆 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及永磁电机技术领域。本申请提供一种轴向磁通电机及其定子齿单元、定子组件、车辆，包括定子齿部以及设置在所述定子齿部至少轴向一端用于形成定子槽口的定子齿靴；所述定子齿靴的至少一侧设置有谐波部。通过本申请提供的一种轴向磁通电机及其定子齿单元、定子组件、车辆，可以降低轴向磁通电机谐波磁密，进而降低轴向磁通电机的转矩脉动，减少噪声。

Description

一种轴向磁通电机及其定子齿单元、定子组件和车辆

技术领域

本申请实施例涉及永磁电机技术领域，具体而言，涉及一种轴向磁通电机及其定子齿单元、定子组件和车辆。

背景技术

轴向永磁电机也称盘式永磁电机，因其结构紧凑、效率高、功率密度大等优点获得越来越多的关注。轴向磁通电机相比径向磁通电机而言拥有较大的功率密度以及转矩密度，同等功率、转矩条件下，可以有效减少空间体积的占用。

目前，轴向磁通电机面临着较大的转矩脉动以及电磁噪声等问题。

实用新型内容

本申请实施例在于提供一种轴向磁通电机及其定子齿单元、定子组件和车辆，旨在解决轴向磁通电机具有较大转矩脉动和电磁噪声的问题。

本申请实施例第一方面提供一种轴向磁通电机的定子齿单元，包括：

定子齿部以及设置在所述定子齿部至少轴向一端用于形成定子槽口的定子齿靴；

所述定子齿靴的至少一侧设置有谐波部。

可选地，所述定子齿靴的两侧均设置有谐波部，且所述定子齿靴两侧的所述谐波部的形状相适配。

可选地，所述定子齿部的轴向两端均设置有定子齿靴，且所述定子齿部两侧的所述定子齿靴设置有形状相同的谐波部。

可选地，所述定子齿部的轴向两端均设置有定子齿靴，且所述定子齿部两侧的所述定子齿靴设置有形状相反的谐波部。

可选地，所述谐波部设置有至少一个。

可选地，所述谐波部的形状包括谷形或山形。

本申请实施例第二方面提供一种轴向磁通电机的定子组件，包括多个如本申请实施例第一方面提供的定子齿单元，多个所述定子齿单元沿着圆周方向均匀间隔设置。

可选地，相邻的两个所述定子齿单元的定子齿靴之间形成有定子槽口，所述定子槽口在所述定子组件的径向方向的宽度处处相等。

本申请实施例第三方面提供一种轴向磁通电机，包括转子、外壳和本申请实施例第二方面提供的轴向磁通电机的定子组件；

所述转子设置在所述定子组件的轴向两侧，且所述转子与所述定子组件均设置在所述外壳中。

本申请实施例第四方面提供一种车辆，包括如本申请实施例第三方面提供的轴向磁通电机。

有益效果：

本申请提供一种轴向磁通电机及其定子齿单元、定子组件、车辆，通过设置定子齿部以及设置在定子齿部至少轴向一端用于形成定子槽口的定子齿靴，其中定子齿靴的至少一侧设置有谐波部，利用谐波部可以改变轴向磁通电机在不同半径处的气隙磁密，从而降低轴向磁通电机产生的谐波磁密，进而降低轴向磁通电机的转矩脉动，减少噪声。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提出的一种轴向磁通电机的定子齿单元的结构示意图；

图2是本申请一实施例提出的一种相邻的两个定子齿单元的结构示意图；

图3是本申请一实施例提出的一种包括有多个谐波部的定子齿单元的结构示意图；

图4是本申请一实施例提出的一种相邻的包括有多个谐波部的两个定子齿单元的结构示意图；

图5是本申请一实施例提出的一种相邻的具有两侧相同形状的谐波部的两个定子齿单元的结构示意图；

图6是本申请一实施例提出的一种相邻的具有两侧相反形状的谐波部的两个定子齿单元的结构示意图；

图7是本申请一实施例提出的一种包括有绕组的定子齿单元的结构示意图；

图8是本申请一实施例提出的一种轴向磁通电机的定子组件的结构示意图；

图9是本申请一实施例提出的一种轴向磁通电机的结构示意图。

附图标记说明：10、定子齿单元；101、定子齿部；102、定子齿靴；103、谐波部；20、定子组件；30、绕组；40、转子；50、定子槽口。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

参照图1所示，为本申请实施例公开的一种轴向磁通电机的定子齿单元，该定子齿单元10包括定子齿部101以及设置在定子齿部101至少轴向一端的定子齿靴102。

具体地，定子齿部101为定子齿单元10中的主体结构，定子齿部101整体呈扇形柱状，可以理解的是，定子齿部101一侧的宽度小于其另一侧的宽度，以使定子齿部101的横截面呈扇形，这样，在将多个定子齿单元10组合为定子组件20时，可以更容易地沿圆周方向排列多个定子齿单元10。

定子齿靴102为定子齿单元10中延伸出定子齿部101的结构，也就是说，定子齿靴102在第一平面的正投影与定子齿部101在第一平面的正投影是不重叠的，但是定子齿靴102在第一平面的正投影与定子齿部101在第一平面的正投影是连续的。其中，第一平面是一个假想的平面，第一平面与定子齿部101的底面平行。定子齿靴102可以在定子齿部101的轴向的任意一端(定子齿部101顶面所在的一端或定子齿部101底面所在的一端)设置，或者在定子齿部101的轴向两端都设置，定子齿靴102用于形成定子槽口50。

进一步地，定子齿靴102的至少一侧设置有谐波部103。

具体地，在本申请实施例中，谐波部103是指在定子齿靴102的侧面(远离定子齿部的一面)形成的非直线形状的结构，例如谐波部103的形状可以为谷形或山形或弧形。其中，谷形的谐波部103是指谐波部103具有一个朝向定子齿部101弯折的转角，山形的谐波部103则是指谐波部103具有一个朝向远离定子齿部101弯折的转角。利用谐波部103可以降低轴向磁通电机的一些主要谐波磁密。

下面，本申请实施例将对谐波部103降低谐波磁密的原理进行解释。

首先，本申请实施例提供计算公式：

T＝Ft×R，Ft＝(Br×Bt)÷U0，

式中，T为转矩，Ft为切向力，R为转子半径，Br为径向气隙磁密，Bt为切向气隙磁密，U0为真空磁导率。

接着，从上述的计算公式可以看出，轴向磁通电机的转矩的波动受到切向力的波动影响，而切向力的波动又受到气隙磁密影响。因此可以通过改变气隙磁密来改变切向力，最终改变转矩。可以预见的是，如果减小气隙磁密，切向力也会减小，从而使得转矩减小。

基于以上原理，本申请实施例为定子齿单元10的定子齿靴102设置了谐波部103，谐波部103为一个非直线形状的结构，因此利用谐波部103可以使得轴向磁通电机不同半径处的气隙磁密减小，进而可以降低一些主要谐波磁密，进而降低电机的转矩脉动以及电磁噪声。

需要说明的是，磁密也就是磁通密度，是指垂直通过单位面积的磁力线的数量，也称磁感应强度。而谐波磁密是指在交流电磁场中，由于电流的周期性变化，使得磁场的分量也随之周期性变化，这种变化的磁场分量称为谐波磁场。

进一步地，整个定子齿单元10由非晶合金材料通过模具压铸工艺制备而成，非晶合金材料是一类新型多组元合金，兼具金属的特性和液体的流动性，具有高强度、高硬度、耐腐蚀、超塑性、软磁性等优异的性能。使用非晶合金材料制成的定子齿单元10可以具有更长的使用寿命。

进一步地，谐波部103的数量设置有至少一个。

具体地，谐波部103的数量会影响到轴向磁通电机不同半径处的气隙磁密，并且谐波部103的数量越多，轴向磁通电机不同半径处的气隙磁密则越小。因此，谐波部103可以设置有一个、两个、三个等等。并且，位于定子齿靴102同一侧的谐波部103的形状都是相同的，也就是说，定子齿靴102的一侧设置有多个谐波部103，那么每个谐波部103都是山形或谷形。

在一种可选的实施方式中，本申请实施例还提供一种轴向磁通电机的定子齿单元，在该定子齿单元10中，定子齿靴102的两侧均设置有谐波部103，且定子齿靴102两侧的谐波部103的形状相同或相反。

具体地，在该实施方式中，定子齿靴102的两侧均设置有谐波部103，这样可以进一步地减小轴向磁通电机不同半径处的气隙磁密。

其中，两侧的谐波部103的形状可以相同，例如，定子齿靴102一侧的谐波部103的形状为山形，另一侧的谐波部103的形状也为山形；或者定子齿靴102一侧的谐波部103的形状为谷形，另一侧的谐波部103的形状也为谷形。当然，两侧的谐波部103的形状也可以不相同，例如，定子齿靴102一侧的谐波部103的形状为山形，另一侧的谐波部103的形状为谷形。

需要说明的是，无论哪种情况，定子齿靴102两侧的谐波部103数量是相等的，这样才可以形成在径向方向宽度相等的定子槽口50。

在一种可选的实施方式中，本申请实施例还提供一种轴向磁通电机的定子齿单元，在该定子齿单元10中，定子齿部101的轴向两端均设置有定子齿靴102，且定子齿部101两侧的定子齿靴102设置有形状相同的谐波部103。

具体地，在该实施方式中，位于定子齿部101轴向两端(即定子齿部101顶面所在的一端和定子齿部101底面所在的一端)的定子齿靴102具有形状相同的谐波部103。可以理解的是，两侧的定子齿靴102上谐波部103的数量也是相同的。

需要说明的是，在该实施方式中，如果单个定子齿单元10的定子齿靴102的两侧设置有相反形状的谐波部103，那么与该定子齿单元10相邻的定子齿单元10的定子齿靴102上的谐波部103形状便与该定子齿单元10的定子齿靴102上的谐波部103形状相同。例如，该定子齿单元10的定子齿靴102两侧的谐波部103分别为山形和谷形，那么与该定子齿单元10相邻的定子齿单元10的定子齿靴102两侧的谐波部103分别为山形和谷形，且该定子齿单元10中谷形的谐波部103会与相邻的定子齿单元10中山形的谐波部103相对。

同时，在该实施方式中，如果单个定子齿单元10的定子齿靴102的两侧设置有相同形状的谐波部103，那么与该定子齿单元10相邻的定子齿单元10的定子齿靴102上的谐波部103形状便与该定子齿单元10的定子齿靴上102的谐波部103形状不同。例如，该定子齿单元10的定子齿靴102两侧的谐波部103均为山形，那么与该定子齿单元10相邻的定子齿单元10的定子齿靴102两侧的谐波部103则均为谷形。

这样，在组成定子组件20时，相邻的两个定子齿部101的定子齿靴102之间才能形成相同形状的定子槽口50。

在一种可选的实施方式中，本申请实施例还提供一种轴向磁通电机的定子齿单元，在该定子齿单元10中，定子齿部101的轴向两端均设置有定子齿靴102，且定子齿部101两侧的定子齿靴102设置有形状相反的谐波部103。

具体地，在该实施方式中，位于定子齿部101轴向两端(即定子齿部101顶面所在的一端和定子齿部101底面所在的一端)的定子齿靴102具有形状相反的谐波部103，但两侧的定子齿靴102上谐波部103的数量是相同的。

需要说明的是，在该实施方式中，如果单个定子齿单元10的定子齿靴102的两侧设置有相反形状的谐波部103，那么与该定子齿单元10相邻的定子齿单元10的定子齿靴102上的谐波部103形状便与该定子齿单元10的定子齿靴102上的谐波部103形状相同。例如，该定子齿单元10的定子齿靴102两侧的谐波部103分别为山形和谷形，那么与该定子齿单元10相邻的定子齿单元10的定子齿靴102两侧的谐波部103分别为山形和谷形，且该定子齿单元10中谷形的谐波部103会与相邻的定子齿单元10中山形的谐波部103相对。

同时，在该实施方式中，如果单个定子齿单元10的定子齿靴102的两侧设置有相同形状的谐波部103，那么与该定子齿单元10相邻的定子齿单元10的定子齿靴102上的谐波部103形状便与该定子齿单元10的定子齿靴102上的谐波部103形状不同。例如，该定子齿单元10的定子齿靴102两侧的谐波部103均为山形，那么与该定子齿单元10相邻的定子齿单元10的定子齿靴102两侧的谐波部103则均为谷形。

这样，在组成定子组件20时，相邻的两个定子齿单元10的定子齿靴102之间形成的定子槽口50也是相反形状的定子槽口50。

基于同一发明构思，本申请实施例还公开一种轴向磁通电机的定子组件，该定子组件20包括多个如本申请实施例前文所述的任一种定子齿单元10。

具体地，多个定子齿单元10沿圆周方向均匀间隔设置。并且，任意相邻的两个定子齿单元10的定子齿靴102之间会形成定子槽口50。定子槽口50也即是指气隙，是电机磁路中必不可少的部分，轴向磁通电机的气隙是与电机转轴垂直的平面，称为轴向气隙磁通。磁通量不受定子槽口边缘形状的影响，磁通量能够控制在可预测的范围内，可以保证电机的运行稳定性和电机的输出功率稳定。

进一步地，定子槽口50在定子组件20的径向方向的宽度处处相等。

具体地，定子组件20的径向方向也即是多个定子齿单元10组成的圆环的直径方向，在该方向上，定子槽口50的每一处的宽度都是相等的。这样可以保证减小轴向磁通电机不同半径处的气隙磁密。

需要进行补充的是，在定子组件20中包含有多个定子槽口50，其中每个定子槽口50的宽度都可以不相同，本领域技术人员可以根据实际电机的运行环境或者实际需要进行调整。示例性地，其中一个定子槽口50的宽度(定子槽口在定子结构10的圆周方向上的距离)为A，另一个个定子槽口50的宽度为B。

如图6所示，在形成定子组件20前，在每个定子齿单元10的定子齿部101上还会设置绕组30，绕组将整个定子齿部101包覆起来。绕组30一般采用漆包铜线，也就是说，绕组30为铜线沿着定子齿部101的外表面缠绕形成。

进一步地，定子组件20可以利用工装将多个定子齿单元10沿着圆周方向均匀设置即以环形阵列方式排布好后，再通过树脂将其灌封成型。

基于同一发明构思，本申请还提供一种轴向磁通电机，包括外壳、转子40以及本申请实施例前文所述的任一种定子组件；转子40设置在定子组件20的轴向两侧，且转子40与定子组件20均设置在所述外壳中。

具体地，如图7所示，转子40包括转子铁心和磁钢。

转子铁心的制作包括以下几个步骤：

步骤601：准备正方体结构钢材料，通过机加工加工成圆环状柱状。

步骤602：通过模具制作出扇形柱状磁钢，磁钢的充磁方向为磁钢扇形平面的平面法向。

步骤603：在扇形磁钢的一侧扇形平面上涂抹上固定胶，通过工装将磁钢间隔粘于转子铁心的圆环面，待胶固化后，完成转子40的制作。

磁通电机的制作包括以下几个步骤：

步骤701：将灌封成型的定子组件20固定在外壳上。

步骤702：将转子40固定在穿过定子组件20轴向轴线的旋转轴上。

步骤703：将旋转轴通过轴承固定于外壳。

基于同一发明构思，本申请还提供了一种车辆，包括本申请实施例前文所述的任一种轴向磁通电机。

具体地，在车辆配置上述轴向磁通电机或上述定子组件后，该车辆能够给使用者带来较好的稳定性和舒适性。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，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申请和简化描述，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申请的限制。此外，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请，在具体实施方式及应用范围上均会有不同形式的改变之处，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种轴向磁通电机的定子齿单元，其特征在于，包括：

定子齿部，以及设置在所述定子齿部至少轴向一端用于形成定子槽口的定子齿靴；

所述定子齿靴的至少一侧设置有谐波部。

2.根据权利要求1所述的轴向磁通电机的定子齿单元，其特征在于：

所述定子齿靴的两侧均设置有谐波部，且所述定子齿靴两侧的所述谐波部的形状相同或相反。

3.根据权利要求1所述的轴向磁通电机的定子齿单元，其特征在于：

所述定子齿部的轴向两端均设置有定子齿靴，且所述定子齿部轴向两端的所述定子齿靴设置有形状相同的谐波部。

4.根据权利要求1所述的轴向磁通电机的定子齿单元，其特征在于：

所述定子齿部的轴向两端均设置有定子齿靴，且所述定子齿部轴向两端的所述定子齿靴设置有形状相反的谐波部。

5.根据权利要求1-4任一项所述的轴向磁通电机的定子齿单元，其特征在于：

所述谐波部设置有至少一个。

6.根据权利要求1-4任一项所述的轴向磁通电机的定子齿单元，其特征在于：

所述谐波部的形状包括谷形或山形。

7.一种轴向磁通电机的定子组件，其特征在于，包括多个如权利要求1-6任一项所述的定子齿单元；

多个所述定子齿单元沿着圆周方向均匀间隔设置。

8.根据权利要求7所述的轴向磁通电机的定子组件，其特征在于：

相邻的两个所述定子齿单元的定子齿靴之间形成有定子槽口，所述定子槽口在所述定子组件的径向方向的宽度处处相等。

9.一种轴向磁通电机，其特征在于，包括转子、外壳和权利要求6-7任一项所述的轴向磁通电机的定子组件；

所述转子设置在所述定子组件的轴向两侧，且所述转子与所述定子组件均设置在所述外壳中。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的轴向磁通电机。