一种双磁路调磁型轴向永磁电机

摘要

本发明公开了一种双磁路调磁型轴向永磁电机，包括同轴安装的第一转子、第一调磁环、第一定子、内转子、第二定子、第二调磁环、第二转子。第一转子和第二转子均包括转子轭，以及在转子轭内侧面沿圆周设置的Halbach永磁阵列。双磁路分别为由外转子、调磁环、定子与内转子之间形成的磁场回路和由外转子、调磁环、定子之间形成的磁场回路，增强了调磁性能。本发明还增加了调磁齿，通过调磁齿调节双磁路。调磁齿的固定支架包括沿圆周内外双层设置，其结构轻盈且更加牢固，同时固定支架的加入使调磁环上的热量可以有更大的散热面积，更容易冷却。

权利要求

1.一种双磁路调磁型轴向永磁电机，其特征在于：包括同轴安装的第一转子(1)、第一调磁环(2)、第一定子(3)、内转子(4)、第二定子(5)、第二调磁环(6)、第二转子(7)；其中，所述第一定子(3)和第二定子(5)分别设置于内转子(4)两侧，第一转子(1)和第二转子(7)设置于最外侧，第一调磁环(2)设置于第一转子(1)与第一定子(3)之间，第二调磁环(6)设置于第二转子(7)与第二定子(5)之间；

所述内转子(4)由若干沿圆周设置的内转子永磁体(17)构成，所述内转子永磁体的充磁方向为轴向交替充磁；所述第一转子(1)和第二转子(7)均包括转子轭(8)，以及在转子轭(8)内侧面沿圆周设置的Halbach永磁阵列(9)；所述第一调磁环(2)和第二调磁环(6)均包括沿圆周间隔排列的若干U型调磁齿(18)，所述U型调磁齿(18)的开口均向内朝向内转子(4)，相邻的U型调磁齿(18)通过端部连接固定支架(10)来固定，所述固定支架(10)包括沿圆周内外双层设置。

2.根据权利要求1所述的双磁路调磁型轴向永磁电机，其特征在于：所述第一定子(3)和第二定子(5)均包括由E型铁心(11)和定子永磁体(14)沿圆周交替设置构成的定子圆盘，所述定子永磁体(14)沿圆周方向交替充磁，所述定子永磁体(14)与相邻的E型铁心(11)的相邻定子齿(12)上绕有电枢绕组(15)，各定子永磁体(14)的定子中间齿(13)上绕有励磁绕组(16)。

3.根据权利要求2所述的双磁路调磁型轴向永磁电机，其特征在于：所述E型铁心(11)的外侧壁与底部连接处开有倒角。

4.根据权利要求2或3所述的双磁路调磁型轴向永磁电机，其特征在于：所述E型铁心(11)的定子齿(12)以及中间齿(13)上开有辅助槽。

5.根据权利要求1‑3任一所述的双磁路调磁型轴向永磁电机，其特征在于：所述第一转子(1)和第二转子(7)错开一定角度同轴安装。

6.根据权利要求1‑3任一所述的双磁路调磁型轴向永磁电机，其特征在于：所述Halbach永磁阵列(9)是每极分段数2的组合式Halbach阵列，由径向充磁磁钢和切向充磁磁钢组成，两种磁钢大小用量相等。

7.根据权利要求1‑3任一所述的双磁路调磁型轴向永磁电机，其特征在于：所述第一调磁环(2)和第二调磁环(6)错开一定角度同轴安装。

说明书

一种双磁路调磁型轴向永磁电机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种双磁路磁场调节的轴向永磁电机，属于永磁电机技术领域。

背景技术

[0002] 近年来，电动汽车作为新兴行业备受关注，由于其有利于解决石油资源有限和空气污染加剧等问题，也成为我国十分重要的战略性研究产业。电动汽车最为重要的三个关
键技术环节集中于：电池、电机和驱动。在电池技术未获得根本性突破的条件下，研制出高
效可靠的电机成为世界各国专家学者的主要目标。而轴向永磁电机因其具有高转矩/功率
密度、优良散热性能和结构紧凑的优点受到广泛关注，且在空间限制要求高的电动汽车场
合中，轴向电机具有很大的优势。在现代工业中有很多低速大转矩的应用场合，这些场合一
般需要配备齿轮箱等中间环节实现电机与负载间的转速转矩匹配。机械齿轮靠齿的啮合传
递转矩，因此不可避免地带来摩擦损耗、机械磨损、需要润滑以及振动噪声等问题，在不规
则负载或过载条件下还易造成不可逆的损坏，降低了系统的整体效率和可靠性。因此去除
齿轮箱采用电机直接驱动负载的直驱技术逐渐成为未来的发展趋势。

发明内容

[0003] 发明目的：针对上述现有技术，提出一种适合于直接驱动电动汽车的双磁路调磁型轴向永磁电机，增强电机聚磁性能。

[0004] 技术方案：一种双磁路调磁型轴向永磁电机，包括同轴安装的第一转子、第一调磁环、第一定子、内转子、第二定子、第二调磁环、第二转子；其中，所述第一定子和第二定子分
别设置于内转子两侧，第一转子和第二转子设置于最外侧，第一调磁环设置于第一转子与
第一定子之间，第二调磁环设置于第二转子与第二定子之间；

[0005] 所述内转子由若干沿圆周设置的内转子永磁体构成，所述转子永磁体的充磁方向为轴向交替充磁；所述第一转子和第二转子均包括转子轭，以及在转子轭内侧面沿圆周设
置的Halbach永磁阵列；所述第一调磁环和第二调磁环均包括沿圆周间隔排列的若干U 型
调磁齿，所述U型调磁齿的开口均向内朝向内转子，相邻的U型调磁齿通过端部连接固定支
架来固定，所述固定支架包括沿圆周内外双层设置。

[0006] 进一步的，所述第一定子和第二定子均包括由E型铁心和定子永磁体沿圆周交替设置构成的定子圆盘，所述定子永磁体沿圆周方向交替充磁，所述定子永磁体与相邻的E 
型铁心的相邻定子齿上绕有电枢绕组，各定子永磁体的定子中间齿上绕有励磁绕组。

[0007] 进一步的，所述E型铁心的外侧壁与底部连接处开有倒角。

[0008] 进一步的，所述E型铁心的定子齿以及中间齿上开有辅助槽。

[0009] 进一步的，所述第一转子和第二转子错开一定角度同轴安装。

[0010] 进一步的，所述Halbach永磁阵列是每极分段数2的组合式Halbach阵列，由径向充磁磁钢和切向充磁磁钢组成，两种磁钢大小用量相等。

[0011] 进一步的，所述第一调磁环和第二调磁环错开一定角度同轴安装。

[0012] 有益效果：本发明的一种双磁路调磁型轴向永磁电机，通过加入调磁环结构，避免接触式的传动，减少摩擦和能量损耗。调磁齿通过定子与转子磁场耦合实现最终同步运行，
发生过载时，调磁环与转子之间可随时切断传动关系，降低了损坏电机的风险。调磁环结构
简单，内外层固定支架使其结构轻盈且更加牢固，同时固定支架的加入使调磁环上的热量
可以有更大的散热面积，更容易冷却。

[0013] 本发明增加调磁齿，通过调磁齿调节双磁路。双磁路分别为由外转子、调磁环、定子与内转子之间形成的磁场回路和由外转子、调磁环、定子之间形成的磁场回路，增强了调
磁性能。相较传统的机械齿轮，磁场调制型磁齿轮利用调磁块改变气隙磁导，使得内外永磁
体均参与了转矩的传递，由于传递过程中不存在机械摩擦，使得该传动装置具有输出转矩
密度大、噪声低、不存在机械损耗、传动效率高等诸多优点。

[0014] 转子采用Halbach充磁方式，增强了聚磁能力，同时可提供更大的转矩和爬坡能力，降低齿槽转矩和转矩脉动。绕置在定子中间齿的励磁绕组可对电机磁场进行调节，提高
了转矩输出能力和调速范围。双转子的传动结构，有利于直驱电动汽车，两个转子直接驱动
双轮，减少了传动机构，降低了成本和维修率。

附图说明

[0015] 图1为双磁路调磁型轴向永磁电机的整体结构示意图；

[0016] 图2为双磁路调磁型轴向永磁电机的定子结构爆炸图；

[0017] 图3为E型铁心结构示意图；

[0018] 图4为双磁路调磁型轴向永磁电机的调磁齿与固定支架连接结构示意图；

[0019] 图5为内转子结构与充磁方式示意图；

[0020] 图6为电枢绕组和励磁绕组结构示意图；

[0021] 图7为相绕组链接图；

[0022] 图8为励磁绕组链接图；

[0023] 图9为双磁路调磁型轴向永磁电机混合励磁磁路；

[0024] 图中有：第一转子1、第一调磁环2、第一定子3、内转子4、第二定子5、第二调磁环6、第二转子7、转子轭8、Halbach永磁阵列9、固定支架10、E型铁心11、定子齿12、定子中间齿
13、定子永磁体14、电枢绕组15、励磁绕组16、内转子永磁体17、 U型调磁齿18；A1、A2、A3、A4
为电枢绕组线圈，L1～L12为励磁线圈。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

[0026] 如图1至图5，一种双磁路调磁型轴向永磁电机包括正中间设置的内转子4、关于内转子两侧对称设置的第一定子3和第二定子5、关于内转子对称放置于最外侧的第一转子1
与第二转子7、安装于第一转子1与第一定子3和第二转子7与第二定子之间的第一调磁环2
和第二调磁环6；第一定子3与第二定子5结构相同且关于内转子4对称同轴安装。

[0027] 内转子4由若干沿圆周设置的内转子永磁体17构成，转子永磁体的充磁方向为轴向交替充磁。

[0028] 第一定子3与第二定子5均包括由E型铁心11和定子永磁体14沿圆周交替设置构成的定子圆盘。定子永磁体14沿着圆周方向交替充磁。定子永磁体14与相邻的E型铁心11的相
邻定子齿12上绕有电枢绕组15。各定子永磁体14的定子中间齿13上绕置着调节磁场的励磁
绕组16。E型铁心11的外侧壁与底部连接处开有倒角，定子齿12以及中间齿13上开有辅助
槽。

[0029] 第一转子1和第二转子7均由转子轭8和以及在转子轭8内侧面沿圆周设置的 Halbach永磁阵列9组成。Halbach永磁阵列9是每极分段数2的组合式Halbach阵列，由径向
充磁磁钢和切向充磁磁钢组成，两种磁钢大小用量相等。第二转子7和第一转子 1结构相
同，可错开一定角度同轴安装，且关于内转子4对称设置。第一转子1、第二转子7、第一定子3
和第二定子5均为凸极结构。

[0030] 第一调磁环2和第二调磁环6均包括沿圆周间隔排列的若干U型调磁齿18，U型调磁齿18的开口均向内朝向内转子4，相邻的U型调磁齿18通过端部连接固定支架10 来固定，固
定支架10包括沿圆周内外双层设置。U型调磁齿18的双齿可以设计成对称与不对称结构，齿
型可以设计为梯型，扇型，与矩型结构。第一调磁环2和第二调磁环6结构相同且关于内转子
4对称设置，亦可错开一定角度同轴安装。

[0031] 定子铁心模块的设计便于安装和大量生产，内转子的设计增加了调磁齿的利用率。本发明增加调磁齿，通过调磁齿调节双磁路。双磁路分别为由外转子、调磁环、定子与内
转子之间形成的磁场回路和由外转子、调磁环、定子之间形成的磁场回路，使其调磁性能更
强。

[0032] 如图1所示，本实施例的磁型轴向永磁电机是由三转子、双定子和两个调磁环构成的六气隙轴向磁场磁通切换永磁电机。定子如图2所示，每一个定子都是由6个E型铁心11，6
块定子永磁体14，6个电枢绕组15和6个励磁绕组16组成。如图3所示， E型铁心11上的两个
定子齿12的齿型可设计为扇型齿、矩形齿或梯型齿，E型定子铁心模块11还包括定子中间齿
13，同时定子齿上可以开设不同型状的辅助槽。

[0033] 如图4所示，调磁环仅由U型调磁齿18和固定支架10构成，U型调磁齿型设计可为扇型齿、平行齿或梯型齿结构，可以设计为对称与不对称结构。固定支架10环环相扣构成内外
两层固定环，固定U型调磁齿和加快调磁齿上温度的挥发。

[0034] 如图5所示，内转子由6块形状与材料相同的永磁材料组成。如图所示的永磁体采用轴向交替充磁，与外转子组合形成闭合磁路。

[0035] 如图6所示，12个电枢绕组15分别绕在12个定子永磁体14和与之相邻的E型铁心的定子齿12上组成2套三相电枢绕组，每套三相电枢绕组中径向相对的两个线圈串联构成一
相绕组。这里以A相绕组为例，A1和A3是定子右侧径向相对的A相线圈， A2和A4是左侧径向
相对的A相线圈，分别将A1和A3相串联、A2和A4相串联，得到电机两套A相绕组，同理得到B相
和C相的两套绕组，A相中四个线圈连接二位图如图7所示。定子中间齿上放置励磁绕组16，
12个励磁绕组分别为L1‑L12，12个励磁线圈二维展开图的连接方式如图8。

[0036] 在定子中间齿上放置励磁绕组可调节电机的磁场，图9中实线为永磁磁场方向，虚线为励磁磁场方向，由图9所示当在励磁绕组通入正向励磁电流时，励磁磁场的方向与永磁
磁场的方向一致，实现增磁；在励磁绕组中通入反向励磁电流，励磁磁场的方向与永磁磁场
的方向相反，实现弱磁。因此，该结构电机可见实现混合励磁。

[0037] 图9中，实线箭头表示内外转子的永磁体和定子永磁体的充磁方向，内转子的轴向交替充磁。本发明增加调磁齿，通过调磁齿调节双磁路。双磁路分别为由外转子、调磁环、定
子与内转子之间形成的磁场回路和由外转子、调磁环、定子之间形成的磁场回路，增强了调
磁性能。

[0038] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应
视为本发明的保护范围。