一種多氣隙軸向磁通-磁場調制永磁電機的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于直驅電機領域，更具體地，設及一種多氣隙軸向磁通-磁場調制永磁 電機。
【背景技術】
[0002] 近年來，永磁牽引電機憑借其高效率、高功率密度、強過載能力等優(yōu)點，受到研究 人員的廣泛關注。德國、法國、日本和韓國等國家均已開展了研究工作，部分已進入工程化 和商業(yè)化推廣應用階段。然而，由于直驅牽引系統(tǒng)需要電機在有限的體積內達到高轉矩輸 出，其在轉矩密度與電機發(fā)熱的問題上仍存挑戰(zhàn)。與常規(guī)電機相比，磁場調制永磁電機可W 大幅度提高轉矩密度，在直驅牽引系統(tǒng)中具有良好的應用前景。但是由于磁場調制電機定 子極數(shù)少（通常設計為四極或六極），其繞組端部一般較長，銅耗高，且綜合轉矩密度的指 標嚴重受限于端部繞組長度。與此同時，由于磁場調制電機的漏磁較多，常規(guī)設計的功率 因數(shù)僅有0. 3-0. 4,而多數(shù)應用場合，如軌道交通、船舶推進等直驅牽引對電機的功率因素 多有較高要求。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明在磁場調制電機的基礎上，借助軸向磁通拓撲靈活的定、轉子排布和轉子 磁鋼陣列的合理布局，大幅度降低磁鋼漏磁，從而將電機功率因數(shù)提升至合理水平；將環(huán)形 繞組與軸向雙開槽定子鐵忍的巧妙結合，降低銅用量和銅耗，從根本上解決端部繞組過長 的問題。
[0004] 本發(fā)明公開了一種多氣隙軸向磁通-磁場調制永磁電機，其特征在于，該永磁電 機包括依次在軸向方式上交錯設置的若干定子和若干轉子，其中所述永磁電機的兩端為兩 個表貼式永磁轉子，其余所述轉子為內嵌式永磁轉子，所述若干定子結構尺寸相同，雙邊開 槽并采用環(huán)繞所述徑向方向的環(huán)形繞組，沿所述軸向方向上相對于其上一個所述定子依次 偏移半個槽距機械角度。 陽〇化]進一步地，所述定子的數(shù)量至少為兩個。
[0006] 進一步地，所述若干個轉子同軸連接，通過轉子軸輸出機械能；所述若干定子通過 同一電端口連接外部電源。
[0007] 進一步地，所述若干轉子的極對數(shù)為n，所述若干定子的槽數(shù)為q，所述若干定子 的電樞磁場極對數(shù)為P，則n、P、q滿足如下關系式：q = p+n。
[0008] 按照本發(fā)明實現(xiàn)的多氣隙軸向磁通-磁場調制永磁電機，電機運行時，轉子的多 極磁場首先經過定子齒調制形成少極磁場，隨后依據該少極磁場的極數(shù)向定子繞組外加匹 配的電勢，使得電樞磁場基波與調制后的永磁體磁場基波具有相同的極數(shù)與轉速，進而使 得電機能產生穩(wěn)定的轉矩輸出。采用多盤軸向結構可大大提高理論轉矩密度，通過定子排 布優(yōu)化和轉子磁鋼陣列的合理排布，可大幅度減小極間漏磁和主磁路磁阻，提高磁場調制 電機的功率因數(shù)。通過多盤結構，在定子使用環(huán)形繞組并且在定子兩側均布置轉子，可充分 利用繞組兩側磁場，解決端部繞組過長問題的同時大大提高了繞線利用率，降低了用銅量 及銅耗。
[0009] 通過多氣隙軸向磁通結構和磁場調制電機的有機結合，本發(fā)明在保留了磁場調制 電機的優(yōu)良性能的基礎上，綜合性地解決了磁場調制電機轉矩密度受限和功率因數(shù)較低的 固有問題，作為一種重物起吊、軌道交通、船舶推進等直驅牽引場合用的高轉矩密度直驅電 機具有很好的發(fā)展?jié)摿Α?br>【附圖說明】
[0010] 圖1 (a)為按照本發(fā)明實現(xiàn)的實施例一五盤軸向磁通-磁場調制永磁電機結構示 意圖，（極比為5:1);
[0011] 圖1(b)為按照本發(fā)明實現(xiàn)的一種軸向磁通-磁場調制永磁電機結構爆炸示意 圖；
[0012] 圖2為按照本發(fā)明實現(xiàn)的永磁電機中的內轉子結構示意圖；
[0013] 圖3為按照本發(fā)明實現(xiàn)的實施例一中的永磁電機的剖面結構示意圖；
[0014] 圖4(a)為按照本發(fā)明的實施例一中的永磁電機運行時磁力線分布圖，其中兩定 子齒為對齊設置，（極比為11:1);
[0015] 圖4(b)為按照本發(fā)明的實施例一中的永磁電機運行時磁力線分布圖，其中兩定 子齒在圓周上相差半個槽距機械角度結構；（極比為11:1);
[0016] 圖5為按照本發(fā)明的實施例一種的永磁電機中的定子結構示意圖。
[0017] 在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：
[0018] 1-轉子I2-定子I3-轉子II4-定子II5-轉子III
【具體實施方式】
[0019] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所設及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可W相互組合。
[0020] 本發(fā)明提出將磁場調制機理和多氣隙的軸向磁通拓撲結構有機結合，建立多氣隙 軸向磁通-磁場調制永磁電機的概念。通過采用軸向磁通拓撲結構與環(huán)形繞組結合，提升 了電機轉矩密度，降低了端部長度。同時，通過合理的拓撲結構設計，提高了電機的功率因 數(shù)，改善了電機性能。
[0021] 圖1所示為本發(fā)明中的實施例一的實現(xiàn)示意圖，其中按照本實施例，采用五盤式 結構為例，該電機具有兩個定子和=個轉子，其中該兩個定子和=個轉子在軸向方向上排 布設置，并且采用兩個轉子之間設置定子的排布方式。
[0022] 如圖1、3中所示，該電機在軸向方向上依次包括轉子I1，定子I2,轉子II3,定子 II4 W及轉子III5組成。其中定子I2和定子II4結構W及尺寸一致，采用環(huán)形繞組和軸 向雙開槽定子鐵忍，兩定子在在徑向方向上相差半個槽距機械角度放置。
[0023] 轉子I1和轉子III5采用磁鋼表貼式結構分別置于兩定子外側，轉子II3采用內 嵌永磁磁極置于兩定子之間，其中如圖2所示，按照本實施例實現(xiàn)的轉子II3的結構示意 圖，其中轉子III5為表貼磁鋼式轉子。
[0024] S個轉子極數(shù)相同但不同于定子極數(shù)，電機各定子繞組通過同一電端口與外部電 源連接，各轉子機械上同軸連接同一轉軸，轉軸直接與外部負載相連，如絞盤、車輪、螺旋 獎。
[00巧]在本實施例中，設所有轉子極對數(shù)為n，所有定子槽數(shù)為q，所有定子電樞磁場極 對數(shù)為P，則n、P、q滿足如下關系式：
[0026] q=p+n(I)
[0027] 由此可知，在選擇極對數(shù)時，與常規(guī)非磁場調制電機不同，只需要滿足定子電樞磁 場的極對數(shù)與永磁轉子磁場極對數(shù)之和等于定子槽數(shù)即可，定子電樞磁場極對數(shù)與永磁轉 子磁場極對數(shù)無需相同。該結構使得電機能夠實現(xiàn)僅依靠電磁結構的變極，進而實現(xiàn)低速 大轉矩的工作特點。
[0028] 因定子槽起到磁場調制電機中調制環(huán)的作用，調制環(huán)的轉速Q 2= 0。根據磁場調 制電機原理，該永磁電機結構中的所有定子旋轉磁動勢轉速Q1和永磁電機結構中的所有 轉子轉速Q 3滿足：
12)
[0030] 式（2)中的負號表示定轉子的磁場旋轉方向相反。通常取定子電樞磁場的極對數(shù) P遠小于轉子極對數(shù)n，一般相差一個數(shù)量級左右，所W轉子轉速Q 3較慢且與定子電樞磁 場轉速Q 1成正比。并且按照本發(fā)明實施的永磁電機可通過調節(jié)輸入電勢的頻率改變電機 輸出轉速。
[0031] 根據力矩平衡和功率平衡原理，所有定子電樞的電磁轉矩Ti、定子槽受力矩T2、轉 子輸出力矩Ts需滿足：
[0032] T1+T2+