一种少极内置转子轴向磁通永磁电机

技术领域

本发明属于轴向磁通永磁电机技术领域，尤其涉及少极数的双定子轴向磁通永磁电机。

背景技术

表贴式双定子内转子轴向磁通永磁电机功率密度高、结构紧凑，其转子通常采用永磁体表贴式结构，表贴式结构存在一些问题：1)高速少极数大直径电机的转子永磁体尺寸大，承受较大的离心力和定子的电磁吸力，永磁体易破碎；2)较为复杂的永磁体结构造成永磁体的加工费用高、永磁体材料浪费严重；3)转子永磁体表面涡流损耗较大；4)电机弱磁调速范围小。

为了提高永磁体表贴式结构轴向磁通永磁电机的转子结构强度、降低转子涡流损耗，专利(申请号CN 202010338325.6和申请号CN201911286316.0)均提出了极靴复合磁极内置于带有凹槽的转子铁心的结构，每个极靴覆盖一块永磁体，该结构适合极数较多或直径较小的电机(也即永磁体尺寸较小的电机)。因此，如何提高少极数、大直径轴向磁通电机的转子结构强度、降低转子涡流损耗、降低电机的制造成本，成为高性能双定子内转子轴向磁通永磁电机亟需解决的技术问题和工程问题。

发明内容

发明目的：本发明提供一种少极内置转子轴向磁通永磁电机结构，其目的在于解决现有高速少极数双定子内转子轴向磁通永磁电机的转子强度、可靠性不足，以及永磁体涡流损耗大、电机弱磁调速范围小的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种少极内置转子轴向磁通永磁电机，包含转子、定子和转轴，转子固定在转轴上，定子包含第一定子和第二定子，第一定子和第二定子镜像对称置于转子两侧，转子与转轴相对于定子转动；转子由转子架、永磁体、极靴和压块组成，一对极靴覆盖多块永磁体，极靴镜像对称置于永磁体两侧，压块压在相邻的两个极靴上，极靴与转子的转子架通过榫卯结构互相联结。

进一步的，转轴轴向方向正对的一对极靴及其覆盖的一块或多块永磁体共同构成电机的一个磁极。

进一步的，同一块极靴覆盖下的多块永磁体沿转轴轴向充磁，充磁方向相同，沿转轴周向相邻两块极靴覆盖下的永磁体充磁方向相反。

进一步的，转子架包含架体、主支撑筋、辅支撑筋、永磁体槽，沿架体周向阵列设置有多个主支撑筋，每个主支撑筋上开设至少两个锁固孔，主支撑筋的一侧设置槽肩，相邻两个主支撑筋间设置不少于一个辅支撑筋，相邻主支撑筋与辅支撑筋之间或者相邻辅支撑筋之间的空隙为永磁体槽，转子架为不导磁材料。

进一步的，相邻两个主支撑筋间的多个辅支撑筋，只有其中一个辅支撑筋轴向两侧各有一个凸起的联结榫，主支撑筋的数量等于电机的磁极数量，辅支撑筋的数量是主支撑筋的奇数倍。

进一步的，极靴的结构由靴体、联结卯、靴肩组成，靴体由硅钢片沿径向叠压而成，靴体中部开设有联结卯，靴体两侧的底部设置有靴肩。

进一步的，压块为扁平的长方体结构，上面开设有通孔，通孔的数量等于主支撑筋上开设的锁固孔的数量，压块为不导磁材料。

进一步的，定子包含定子铁心和m(m≥2)相定子绕组，定子铁心包含定子齿和定子槽，定子齿和定子槽沿圆周相间分布，定子绕组嵌置于定子槽中。

本发明具体优点如下：

1)本发明的带极靴的电机转子结构，不仅增加了转子的强度，提升了电机的可靠性，而且简化了永磁体的形状，降低了永磁体的加工成本和电机的生产制造成本。

2)本发明的带极靴的电机转子结构，增加了交、直轴电感的差值，拓宽了电机的调速范围。

3)本发明的带极靴的电机转子结构，降低了电枢谐波磁场对转子永磁体的影响，从而降低永磁体涡流损耗。

附图说明

图1是本发明的少极内置转子轴向磁通永磁电机三维图；

图2是本发明的转子组件图；

图3是本发明的转子组件爆炸图；

图4是本发明的电机磁极图；

图5是本发明的转子架图；

图6是本发明的极靴图；

图7是本发明的定子图；

图8是本发明的实施例二中转子组件爆炸图；

图9是传统表贴电机和本发明电机的转子永磁体涡流损耗；

附图标记说明：

1.转子，101.转子架，1011.含架体，1012.主支撑筋，1013.辅支撑筋，1014.永磁体槽，1015.锁固孔，1016.联结榫，1017.槽肩，102.永磁体，103.极靴、1031.靴体，1032.联结卯，1033.靴肩，104.压块，105.固定件，2.定子，201.定子铁心，202.定子绕组，201.定子铁心，2011.定子齿，2012.定子槽，3.转轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

如图1所示，一种少极内置转子轴向磁通永磁电机，包含转子1、定子2和转轴3，转子1固定在转轴3上，定子2包含第一定子2A和第二定子2B，第一定子2A和第二定子2B镜像对称置于转子1两侧，转子1与转轴3相对于定子2转动；

如图2和图3所示，转子1由转子架101、永磁体102、极靴103、压块104和固定件105组成，一个极靴103覆盖两块永磁体102，极靴103镜像对称置于永磁体102两侧，压块104压在相邻的两个极靴103上，极靴103与转子架101通过榫卯结构互相联结。

如图4所示，轴向正对的两个极靴103及其覆盖的两块永磁体102共同构成电机的一个磁极；在不同的实施方式中，每块永磁体102可以为梯形或扇形结构，相应的，图5中的转子架101上的永磁体槽1014也设计成对应的梯形槽或扇形槽；永磁体102的结构简单，不同于传统轴向磁通电机的永磁体设置凸台的异形结构(该结构为了固定永磁体)，本发明的结构降低了永磁体加工制造成本和节省永磁体材料。

以8极电机为例，图3和图4是一个极靴103覆盖两块永磁体102；传统永磁电机的一个磁极就是一块永磁体，这样的结构造成2极电机的一块永磁体就是半圆，这样的磁极结构极易造成永磁体破碎，所以，本发明将一块永磁体分成两块或多块永磁体，多块永磁体共同构成一个磁极，这样的结构解决了大块永磁体易碎的缺陷；极靴103覆盖多块永磁体102，不仅简化了传统电机永磁磁极的固定方式，同时，极靴103的存在能够削弱电枢反应的谐波磁场对永磁体102产生的涡流损耗，此外，极靴103的存在改变电机交、直轴磁路的磁导，进而改变了交、直轴电感的差值，提高了电机的弱磁调速能力。

进一步的，同一块极靴103覆盖下的多块永磁体102沿轴向(AX)充磁，充磁方向相同，周向(CI)相邻两块极靴103覆盖下的永磁体102充磁方向相反，图3示例了一个磁极包含两块永磁体，这两块永磁体共同组成了磁极(N)或磁极(S)。

如图5所示，转子架101包含架体1011、主支撑筋1012、辅支撑筋1013、永磁体槽1014，每个主支撑筋1012上开设至少两个锁固孔1015，主支撑筋1012的一侧设置槽肩1017，相邻两个主支撑筋1012间设置不少于一个辅支撑筋1013，转子架101为不导磁材料。

如图5给出了相邻两个主支撑筋1012间只有一个辅支撑筋1013的示例，辅支撑筋1013轴向两侧各有一个凸起的联结榫1016，主支撑筋1012的数量等于电机的磁极数量，辅支撑筋1013的数量等于主支撑筋1012的数量。

如图6所示，极靴103由靴体1031、联结卯1032、靴肩1033组成，靴体1031由硅钢片沿径向叠压而成，靴体1031中部开设有联结卯1032，靴体1031两侧的底部设置有靴肩1033。

如图3所示，压块104为扁平的长方体，上面开设有通孔，通孔的数量等于主支撑筋1012上开设的锁固孔1015的数量，压块104为不导磁材料。

如图2-4所示，永磁体102置于转子架101上永磁体槽1014中，极靴103上的联结卯1032与辅支撑筋1013上的联结榫1016互相咬合，在轴向(AX)上，一侧的靴肩1033与转子架101的槽肩1017相咬合，另一侧的靴肩1033与压块104相压接，固定件105穿过压块104上的通孔以及主支撑筋1012上的锁固孔1015，将轴向正对的两个极靴103与内置的多块永磁体102锁固于转子架101。

如图7所示，定子2包含定子铁心201和m(m≥2)相定子绕组202，定子铁心201包含定子齿2011和定子槽2012，定子铁心201包含定子齿2011和定子槽2012，定子齿2011和定子槽2012沿圆周相间分布。定子绕组202按照电机绕组理论将规定匝数的线圈放置于对应的定子槽2012中。

实施例2

除了上述的实施例方式外，本发明还可以如图8所示，图8中一个极靴103覆盖四块永磁体102，一个磁极包含四块永磁体，这四块永磁体共同组成了磁极(N)或磁极(S)，相邻两个主支撑筋1012间设置三个辅支撑筋1013，中间的辅支撑筋1013轴向两侧各有一个凸起的联结榫1016，主支撑筋1012的数量等于电机的磁极数量，辅支撑筋1013的数量是主支撑筋1012的三倍。

本发明的高速少极数双定子内转子轴向磁通永磁电机具有高的转子强度、低的永磁体涡流损耗、较宽的电机弱磁调速范围，而且还能简化永磁体形状，降低电机的制造成本，图9是传统表贴电机和本发明电机的转子永磁体涡流损耗，从图中可知本发明的电机永磁体涡流损耗大大降低。