T3= 0 (3)
[0033] T1Q1+T2Q2+T3Q3= 0 (4)
[0034]已知〇2= 0,結(jié)合式（1)、似、（3)、（4)可得
巧)
[0036] Tz=-燈1+T3) 化）
[0037] 式（6)中的負(fù)號(hào)表示方向相反，已知所有定子電樞磁場的極對(duì)數(shù)P遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)子極 對(duì)數(shù)n，再結(jié)合式（2)、（5)可知五盤軸向磁通-磁場調(diào)制永磁電機(jī)具有低速大轉(zhuǎn)矩的輸出 特性，具有較大的轉(zhuǎn)矩密度，符合重物起吊、軌道交通、船舶推進(jìn)等直驅(qū)牽引場合用的高密 度直驅(qū)電機(jī)需求。
[0038] 普通的軸向電機(jī)存在繞組端部過長，銅線利用率不高的現(xiàn)象。相比之下，圖1所示 五盤軸向磁通-磁場調(diào)制永磁電機(jī)的定子，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，在定子輛兩側(cè)均有開槽，采 用環(huán)形繞組，繞組兩邊分別置于相對(duì)的兩定子槽內(nèi)，在定子兩側(cè)均產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電樞磁場，并且 都通過磁場調(diào)制后作用于轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)功率輸出，運(yùn)種結(jié)構(gòu)很好地解決了端部繞組過長問題， 極大地提高了繞線利用率，降低了用銅量和銅耗。
[0039] 傳統(tǒng)的雙定子型軸向電機(jī)多采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)即兩定子的齒槽相互對(duì)齊，如圖4(a) 所示；而本發(fā)明實(shí)現(xiàn)多氣隙軸向磁通-磁場調(diào)制永磁電機(jī)的相鄰各定子間圓周方向上相差 半個(gè)槽距機(jī)械角度如圖4(b)所示。根據(jù)"磁阻最小原理"即磁通總是沿磁導(dǎo)最大路徑閉 合，圖4 (b)所示定子排布方式提供了定子之間的定子齒磁路，取代了每個(gè)定子自身的定子 齒回路。其中上述圖中的極比設(shè)置為11:1，通過對(duì)比圖4 (a)化）所示的磁路，同樣的電機(jī)設(shè) 計(jì)及外部條件下，定子錯(cuò)位排布方式大大減小了主磁路上的磁阻，進(jìn)而能增大主磁通，減小 漏磁通，并提高功率因數(shù)和轉(zhuǎn)矩密度。
[0040] 傳統(tǒng)電機(jī)中轉(zhuǎn)子使用勵(lì)磁繞組勵(lì)磁，在運(yùn)行中繞組發(fā)熱嚴(yán)重且冷卻困難，而且繞 組端部在旋轉(zhuǎn)過程中很容易造成振動(dòng)噪聲。本發(fā)明所述多氣隙軸向磁通-磁場調(diào)制永磁電 機(jī)中，所有的轉(zhuǎn)子使用永磁體，不使用繞組勵(lì)磁，可W很好解決上述問題。
[0041] 如圖1所示，本發(fā)明所述多氣隙軸向磁通-磁場調(diào)制永磁電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子（即處于 兩定子之間的轉(zhuǎn)子，如圖1中轉(zhuǎn)子II)為內(nèi)嵌式永磁體結(jié)構(gòu)。相比較雙邊表貼式永磁體結(jié) 構(gòu)，內(nèi)嵌式永磁體結(jié)構(gòu)可W提供軸向貫穿整個(gè)轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)子兩側(cè)氣隙磁路，實(shí)現(xiàn)上述定子之 間的閉合定子齒磁路，達(dá)到減小主磁路上磁阻的目的。
[0042] 另外，除了按照本發(fā)明上述實(shí)施例一中的實(shí)施方式設(shè)置為五盤電機(jī)的方式，在實(shí) 際的操作過程中，可W采用更多的定子和轉(zhuǎn)子交錯(cuò)排布的方式，并不僅僅設(shè)置為五盤，若采 用更多的軸向疊加排布的設(shè)置方式，從理論設(shè)計(jì)而言盤數(shù)不存在上限，但隨著盤數(shù)的增多， 加工制造難度、制造成本都會(huì)隨之增加，設(shè)計(jì)者可權(quán)衡后自行決定盤數(shù)。本實(shí)施例中拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)的基本單元為五盤結(jié)構(gòu)，即兩定子=轉(zhuǎn)子，后續(xù)可根據(jù)設(shè)計(jì)需求擴(kuò)展此結(jié)構(gòu)，增加定子與 內(nèi)置轉(zhuǎn)子的盤數(shù)。增加盤數(shù)時(shí)需按照定轉(zhuǎn)子盤數(shù)同時(shí)加一的原則，即增加一個(gè)定子需同時(shí) 增加一個(gè)內(nèi)置轉(zhuǎn)子。一個(gè)定子盤，定子盤與氣隙及一個(gè)內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子盤可組合在一起視為一 個(gè)可擴(kuò)展單元。
[0043] 按照本發(fā)明的永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)步驟如下：
[0044] 1、依據(jù)用戶的設(shè)計(jì)需求確定電機(jī)的電磁負(fù)荷及熱負(fù)荷，定電機(jī)相數(shù)，特別的在本 發(fā)明所述電機(jī)中需要確定電機(jī)盤數(shù)，盤數(shù)為大于等于五的奇數(shù)；
[0045] 2、選擇合適的極槽配合：本結(jié)構(gòu)極槽配合的設(shè)計(jì)重點(diǎn)為磁場調(diào)制部分的極槽配合 設(shè)計(jì)。說明書附圖中圖1和圖3分別給出一套可行方案：（1)圖1 :定子電樞磁場極對(duì)數(shù)P =4,定子槽數(shù)q = 24,永磁轉(zhuǎn)子磁場極對(duì)數(shù)n = 20 ; (2)圖3 :定子電樞磁場極對(duì)數(shù)P = 2,定子槽數(shù)q = 24,永磁轉(zhuǎn)子磁場極對(duì)數(shù)n = 22,根據(jù)用戶需求不同，在定子的電樞磁場 極對(duì)數(shù)P、定子槽數(shù)q和永磁轉(zhuǎn)子磁場極對(duì)數(shù)n需滿足式（1)的情況下，q -定時(shí)，若需較大 轉(zhuǎn)矩，則可選擇相對(duì)較小的P，若對(duì)功率因數(shù)有較高要求，則可選擇相對(duì)較大的P ;
[0046] 3、尺寸估計(jì)：根據(jù)用戶需求結(jié)合現(xiàn)有電機(jī)設(shè)計(jì)的尺寸公式估計(jì)電機(jī)尺寸，估計(jì)值 一般與仿真有一定誤差，故僅作為仿真的初始方案，后續(xù)將不斷調(diào)整設(shè)計(jì)尺寸；
[0047] 4、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案：W尺寸估計(jì)的結(jié)果作為初始方案，在保證電機(jī)幾何尺寸重量等 不超出用戶接受范圍的條件下，針對(duì)電壓、電流、轉(zhuǎn)矩及功率因數(shù)等電磁性能要求對(duì)電機(jī)尺 寸不斷微調(diào)，直至滿足用戶需求； W4引 5、設(shè)計(jì)樣機(jī)，測試性能。
[0049] 綜上，本發(fā)明公開的多氣隙軸向磁通-磁場調(diào)制永磁電機(jī)不但具有傳統(tǒng)磁場調(diào)制 永磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，如轉(zhuǎn)矩密度高、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低、反電動(dòng)勢諧波小等W外，通過采用多氣隙軸 向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及定轉(zhuǎn)子的合理排布和參數(shù)優(yōu)化，本發(fā)明綜合性解決了磁場調(diào)制永磁電機(jī)固有 的缺陷，大大降低了繞組端部，提升了電機(jī)功率因數(shù)并同時(shí)提高了銅線利用率，減少了銅 耗。本發(fā)明所采用的電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)滿足重物起吊、軌道交通、船舶推進(jìn)等直驅(qū)牽引場合用的 直驅(qū)牽引電機(jī)低速大轉(zhuǎn)矩的需求且有著很好的性能，具有很好的發(fā)展前景。
[0050] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，W上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用W 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多氣隙軸向磁通-磁場調(diào)制永磁電機(jī)，其特征在于，該永磁電機(jī)包括依次在軸 向方式上交錯(cuò)設(shè)置的若干定子（2,4)和若干轉(zhuǎn)子（1，3,5)，其中所述永磁電機(jī)的兩端為兩 個(gè)表貼式永磁轉(zhuǎn)子（1，5)，其余所述轉(zhuǎn)子（3)為內(nèi)嵌式永磁轉(zhuǎn)子，所述若干定子（2,4)結(jié)構(gòu) 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(duì)于其上 一個(gè)所述定子依次偏移半個(gè)槽距機(jī)械角度。2. 如權(quán)利要求1所述的多氣隙軸向磁通-磁場調(diào)制永磁電機(jī)，其特征在于，所述定子的 數(shù)量至少為兩個(gè)，可根據(jù)需求不斷增加。3. 如權(quán)利要求1或2所述的多氣隙軸向磁通-磁場調(diào)制永磁電機(jī)，其特征在于，所述若 干個(gè)轉(zhuǎn)子同軸連接，通過轉(zhuǎn)子軸輸出機(jī)械能；所述若干定子通過同一電端口連接外部電源， 提供電能。4. 如權(quán)利要求3所述的多氣隙軸向磁通-磁場調(diào)制永磁電機(jī)，其特征在于，所述內(nèi)嵌式 永磁轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)為盤式轉(zhuǎn)子輒沿徑向開孔，磁鋼輻條陣列內(nèi)嵌于所述轉(zhuǎn)子輒中。5. 如權(quán)利要求4所述的多氣隙軸向磁通-磁場調(diào)制永磁電機(jī)，其特征在于，所述若干轉(zhuǎn) 子的極對(duì)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(duì)數(shù)為p，則n、p、q 滿足如下關(guān)系式：q=P+n。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多氣隙軸向磁通-磁場調(diào)制永磁電機(jī)，該永磁電機(jī)包括依次在軸向方式上交錯(cuò)設(shè)置的若干定子和若干轉(zhuǎn)子.其中永磁電機(jī)的兩端為兩個(gè)表貼式永磁轉(zhuǎn)子，其余轉(zhuǎn)子為內(nèi)嵌式永磁轉(zhuǎn)子；若干定子結(jié)構(gòu)尺寸相同，雙邊開槽并采用環(huán)形繞組，沿圓周方向上相對(duì)于其上一個(gè)定子依次偏移半個(gè)槽距機(jī)械角度。按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的多氣隙軸向磁通-磁場調(diào)制永磁電機(jī)，能夠在保留了磁場調(diào)制電機(jī)的優(yōu)良性能的基礎(chǔ)上，綜合性地解決了磁場調(diào)制電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度受限和功率因數(shù)較低的固有問題。
【IPC分類】H02K16/00
【公開號(hào)】CN105406669
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510999774
【發(fā)明人】李健, 張芮, 曲榮海, 賴俊全
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年12月25日