一种定子分裂式定子永磁型轴径向混合磁场永磁磁通切换电机

1.本发明涉及磁通切换电机领域，具体的是一种定子分裂式定子永磁型轴径向混合磁场永磁磁通切换电机。


背景技术：

2.传统定子永磁型永磁磁通切换电机通常采用双凸极结构，电枢绕组与永磁体均位于定子上，转子上既无绕组也无永磁体，结构简单，使得电机具有高功率密度，高转矩密度，高效率等优点。但是定子永磁型轴向磁场磁通切换电机，永磁体位于定子使得电枢绕组槽面积被严重挤压，定子齿部磁路饱和严重，使得电机气隙磁密谐波含量增加，气隙磁密正弦度差；并且使得电机绕组铜耗与定子损耗急剧增加，削弱电机过载状态下转矩能力，电机整体发热严重，对电机工作寿命与可靠性产生不良影响。


技术实现要素：

3.为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种定子分裂式定子永磁型轴径向混合磁场永磁磁通切换电机，本发明旨在解决现有技术中存在的定子永磁型混合励磁电机气隙磁场正弦度差，铁心损耗较高，过载能力差，散热效率低等问题。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
5.一种定子分裂式定子永磁型轴径向混合磁场永磁磁通切换电机，包括同轴安装的轴向磁场第一电枢定子、轴向磁场第一转子、励磁定子、径向磁场电枢定子、径向磁场转子、轴向磁场第二转子与轴向磁场第二电枢定子；
6.所述轴向磁场第一转子位于所述轴向磁场第一电枢定子与所述励磁定子之间，且与所述轴向磁场第一电枢定子与所述励磁定子之间存在气隙；
7.所述励磁定子、径向磁场电枢定子与径向磁场转子之间同心安装，所述径向磁场转子位于所述励磁定子、径向磁场电枢定子之间，且与所述励磁定子、径向磁场电枢定子之间存在气隙；
8.所述轴向磁场第二转子位于所述轴向磁场第二电枢定子与所述励磁定子之间，且与所述轴向磁场第二电枢定子与所述励磁定子之间存在气隙；
9.所述轴向磁场第一电枢定子、轴向磁场第一转子、励磁定子、径向磁场电枢定子、径向磁场转子、轴向磁场第二转子与轴向磁场第二电枢定子均为凸极结构；
10.所述轴向磁场第一电枢定子、轴向磁场第一转子与轴向磁场第二电枢定子、轴向磁场第二转子分别位于励磁定子的两侧并且相对于励磁定子对称设置。
11.进一步地，所述轴向磁场第一电枢定子与轴向磁场第二电枢定子包括轴向磁场电枢定子铁心与轴向磁场电枢绕组；所述轴向磁场电枢定子铁心包括轴向磁场电枢定子齿与轴向磁场电枢定子轭部；所述轴向磁场电枢定子齿在所述轴向磁场电枢定子轭部上沿圆周均匀分布；所述轴向磁场电枢绕组采用双层鼓型绕组，绕制于所述轴向磁场电枢定子齿的
根部。
12.进一步地，所述轴向磁场第一转子与轴向磁场第二转子包括轴向磁场转子齿与轴向磁场转子固定环；所述轴向磁场转子齿与轴向磁场转子固定环的轴向高度相同；轴向磁场转子孔在所述轴向磁场转子固定环上沿圆周均匀布置；所述轴向磁场转子齿布置在所述轴向磁场转子孔中。
13.进一步地，所述励磁定子包括励磁定子固定架，励磁定子模块，励磁定子模块在励磁定子固定架中沿圆周均匀分布。
14.励磁定子模块包括励磁定子铁心、轴向磁场永磁体与径向磁场永磁体，励磁定子铁心包括径向磁场励磁定子铁心与轴向磁场励磁定子铁心，轴向磁场永磁体布置在轴向磁场励磁定子铁心的轴向上下表面，位于同一轴向磁场励磁定子铁心上的轴向磁场永磁体的磁极极性相同，相邻轴向磁场励磁定子铁心的轴向磁场永磁体的充磁方向相反，径向磁场永磁体布置在径向磁场励磁定子铁心的外表面，相邻径向磁场励磁定子铁心上的径向磁场永磁体的充磁方向相反，位于同一励磁定子铁心上的轴向磁场永磁体与径向磁场永磁体的磁极极性相反。
15.进一步地，所述径向磁场电枢定子包括径向磁场电枢定子铁心与径向磁场电枢绕组，径向磁场电枢定子铁心包括径向磁场电枢定子齿与径向磁场电枢定子轭部，径向磁场电枢定子齿在径向磁场电枢定子轭部上沿圆周均匀分布，径向磁场电枢绕组采用双层鼓型绕组，绕制于径向磁场电枢定子齿的根部。
16.进一步地，所述径向磁场转子包括径向磁场转子齿与径向磁场转子固定环，径向磁场转子固定环与轴向磁场固定环的轴向高度相同，径向磁场转子孔在径向磁场转子固定环上沿圆周均匀分布；径向磁场转子齿布置在径向磁场转子孔中；径向磁场转子固定环与径向磁场转子齿的中心位置保持一致。
17.进一步地，所述轴向磁场电枢定子铁心、轴向磁场转子齿与轴向磁场励磁定子铁心采用硅钢材料沿轴向叠压而成；所述径向磁场电枢定子铁心、径向磁场转子齿与径向磁场励磁定子铁心采用硅钢材料沿径向叠压而成；所述径向磁场永磁体与轴向磁场永磁体采用钕铁硼永磁体；所述轴向磁场转子固定环、励磁定子固定架与径向磁场转子固定环采用环氧树脂浇筑而成。
18.本发明的有益效果：
19.1、本发明采用分裂式定子，将电枢绕组与永磁体分别设置于电枢定子与励磁定子上，缓解了定子齿磁路的饱和情况，提高了电机的转矩密度与功率密度，增加电机过载状态下的转矩能力。
20.2、本发明采用轴向磁通与径向磁通混合的磁路结构，且分别在轴向磁场与径向磁场上设置有电枢定子与励磁定子，整个电机属于四气隙结构，提高了电机内部的空间利用率，进而增加了电机的转矩密度。
21.3、本发明组成的对称结构，可以平衡两侧轴向磁拉力；采用轴向磁场转子固定环、径向磁场转子固定环与励磁定子固定架分别对轴向磁场转子齿、径向磁场转子齿以及励磁定子模块进行固定，增强了电机的机械强度；
附图说明
22.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
23.图1是本发明结构示意图。
24.图2是本发明轴向磁场电枢定子结构示意图。
25.图3是本发明轴向磁场转子示意图。
26.图4是本发明混合磁场励磁定子结构示意图。
27.图5是本发明径向磁场电枢定子示意图。
28.图6是本发明径向磁场转子示意图。
29.图7是本发明转子角度为α1时永磁磁通路径图。
30.图8是本发明转子角度为α2时永磁磁通路径图。
31.图中：1、轴向磁场第一电枢定子；1-1、轴向磁场电枢定子铁心；1-2、轴向磁场电枢绕组；1-1-1、轴向磁场定子齿；1-1-2、轴向磁场定子轭部；2、轴向磁场第一转子；2-1、轴向磁场转子齿；2-2、轴向磁场转子固定环；2-3轴向磁场转子孔；3、励磁定子；3-1、励磁定子固定架；3-2、励磁定子模块；3-2-1、励磁定子铁心；3-2-2、轴向磁场永磁体；3-2-3、径向磁场永磁体；3-2-1-1、径向磁场励磁定子铁心；3-2-1-2、轴向磁场励磁定子铁心4、径向磁场电枢定子； 4-1、径向磁场电枢定子铁心；4-1-1、径向磁场电枢定子齿；4-1-2、径向磁场电枢定子轭部；4-2、径向磁场电枢绕组；5、径向磁场转子；5-1、径向磁场转子齿；5-2、径向磁场转子固定环；5-2-1、径向磁场转子孔；6、轴向磁场第二转子；7、轴向磁场第二电枢定子；8、转子角度为α1时永磁磁通路径；9、转子角度为α2时永磁磁通路径。
具体实施方式
32.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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件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发明的限制。
34.一种定子分裂式定子永磁型轴径向混合磁场永磁磁通切换电机，如图所示。
35.一种定子分裂式定子永磁型轴径向混合磁场永磁磁通切换电机，如图1所示，包括同轴安装的轴向磁场第一电枢定子1、轴向磁场第一转子2、励磁定子 3、径向磁场电枢定子4、径向磁场转子5、轴向磁场第二转子6与轴向磁场第二电枢定子7；
36.轴向磁场第一转子2位于轴向磁场第一电枢定子1与励磁定子3之间，且与轴向磁场第一电枢定子1与励磁定子3之间存在气隙；
37.励磁定子3、径向磁场电枢定子4与径向磁场转子5之间同心安装，径向磁场转子5位于励磁定子3、径向磁场电枢定子4之间，且与励磁定子3、径向磁场电枢定子4之间存在气隙；
38.轴向磁场第二转子6位于轴向磁场第二电枢定子7与励磁定子3之间，且与轴向磁
场第二电枢定子6与励磁定子3之间存在气隙；
39.轴向磁场第一电枢定子1、轴向磁场第一转子2、励磁定子3、径向磁场电枢定子4、径向磁场转子5、轴向磁场第二转子6与轴向磁场第二电枢定子7均为凸极结构；
40.轴向磁场第一电枢定子1、轴向磁场第一转子2与轴向磁场第二电枢定子6、轴向磁场第二转子7分别位于励磁定子3的两侧并且相对于励磁定子3对称设置；
41.结合图2，轴向磁场第一转子1与轴向磁场第二转子7包括轴向磁场电枢定子铁心1-1与轴向磁场电枢绕组1-2；轴向磁场电枢定子铁心1-1包括轴向磁场电枢定子齿1-1-1与轴向磁场电枢定子轭部1-1-2；轴向磁场电枢定子齿1-1-1在轴向磁场电枢定子轭部1-1-2上沿圆周均匀分布；轴向磁场电枢绕组1-2采用双层鼓型绕组，绕制于轴向磁场电枢定子齿1-1-1的根部；轴向磁场电枢定子铁心 1-1用硅钢材料沿轴向叠压而成；轴向磁场转子固定环2-2采用环氧树脂浇筑而成；轴向磁场电枢定子齿1-1-1与轴向磁场电枢绕组1-2的数量为12n个，其中 n为正整数；
42.结合图3，轴向磁场第一转子2与轴向磁场第二转子6包括轴向磁场转子齿 2-1与轴向磁场转子固定环2-2；轴向磁场转子齿2-1与轴向磁场转子固定环2-2 的轴向高度相同；轴向磁场转子孔2-2-1在轴向磁场转子固定环2-2上沿圆周均匀布置；轴向磁场转子齿2-1布置在轴向磁场转子孔2-2-1中；轴向磁场转子齿2-1采用硅钢材料沿轴向叠压而成；轴向磁场转子齿2-1的数量为12n
±
k个，其中k，n为正整数；
43.结合图4，励磁定子3包括励磁定子固定架3-1，励磁定子模块3-2；励磁定子模块3-2在励磁定子固定架3-1中均匀分布成圆环形；励磁定子模块3-2包括励磁定子铁心3-2-1、轴向磁场永磁体3-2-2与径向磁场永磁体3-2-3；励磁定子铁心3-2-1包括径向磁场励磁定子铁心3-2-1-1与轴向磁场励磁定子铁心3-2-1-2；轴向磁场永磁体3-2-2布置在轴向磁场励磁定子铁心3-2-1-2的轴向上下表面；相邻所述轴向磁场永磁体3-2-2的充磁方向相反；径向磁场永磁体3-2-3布置在径向磁场励磁定子铁心3-2-1-1的外表面；相邻径向磁场永磁体3-2-3的充磁方向相反；位于同一励磁定子铁心3-2-1上的轴向磁场永磁体3-2-2与径向磁场永磁体3-2-3的磁极极性相反；径向磁场励磁定子铁心3-2-1-1采用硅钢材料沿径向叠压而成；轴向磁场励磁定子铁心3-2-1-2采用硅钢材料沿轴向叠压而成；轴向磁场永磁体3-2-2与径向磁场永磁体3-2-3采用钕铁硼永磁体；励磁定子固定架3-1采用环氧树脂浇筑而成；励磁定子铁心3-2-1的数量为12n个；径向磁场永磁体3-2-3与轴向磁场永磁体3-2-2的数量为12n个，其中n为正整数；
44.结合图5，径向磁场电枢定子4包括径向磁场电枢定子铁心4-1与径向磁场电枢绕组4-2；径向磁场电枢定子铁心4-1包括径向磁场电枢定子齿4-1-1与径向磁场电枢定子轭部4-1-2；径向磁场电枢定子齿4-1-1在径向磁场电枢定子轭部4-1-2上沿圆周均匀分布；径向磁场电枢绕组4-2采用双层鼓型绕组，绕制于径向磁场转子齿4-1-1的根部；径向磁场电枢定子铁心4-1采用硅钢材料沿径向叠压而成；径向磁场电枢定子齿4-1-1与径向磁场电枢绕组4-2的数量为12n个，其中n为正整数。
45.结合图6，径向磁场转子5包括径向磁场转子齿5-1与径向磁场转子固定环5-2；径向磁场转子固定环5-2与轴向磁场固定环2-2的轴向高度相同；在径向磁场转子固定环5-2上沿圆周均匀布置有径向磁场转子孔5-2-1；径向磁场转子齿5-1布置在径向磁场转子孔5-2-1中；径向磁场转子固定环5-2与径向磁场转子齿5-1的中心位置保持一致；径向磁场转子
齿5-1采用硅钢材料沿径向叠压而成；径向磁场转子固定环5-2采用环氧树脂浇筑而成；径向磁场转子齿5-1的数量为12n
±
k个，其中k，n为正整数；
46.上述电机的工作运行原理：由于轴向磁场第一电枢定子1、轴向磁场第一转子2、励磁定子3，径向磁场转子4与径向磁场电枢定子5所形成的磁路与轴向磁场第二电枢定子7、轴向磁场第二转子6、励磁定子3，径向磁场转子4与径向磁场电枢定子5的磁路对称，所以结合图7与图8，以轴向磁场第一电枢定子1、轴向磁场第一转子2、励磁定子3，径向磁场转子4与径向磁场电枢定子5 中所组成的磁路对电机工作原理进行描述。
47.当轴向磁场第一转子2、径向磁场转子5运行至α1角度时，转子角度为α1时永磁磁通路径8在图7中进行表示，以a相为例，根据“磁阻最小原理”，永磁磁通沿箭头方向穿过a1、a2、a3、a4绕组；当轴向磁场第一转子2、径向磁场转子5与轴向磁场第二转子6运行至α2角度时，转子角度为α2时永磁磁通路径9在图8中表示，磁通沿箭头的方向穿过a1、a2、a3、a4绕组。在上述两种位置a1、a2、a3、a4绕组匝链的永磁磁通数值相同极性相反，当轴向磁场第一转子2与径向磁场转子5持续转动，a1、a2、a3、a4绕组匝链的永磁磁通在正负幅值之间发生周期性变化，对应产生幅值与相位交替变化的感应电动势。
48.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
49.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。