專利名稱：一種具有多向磁場的高功率密度電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種電機。，特別是涉及到一種同時具有軸向、徑向和橫向磁場電 機特征的外轉子永磁電機。
背景技術：
電機的電樞繞組是由多個放置在鐵心槽中的導體邊和用于連接這些導體邊的繞 組端部共同構成的。在電機的工作過程中，位于鐵心槽中導體邊切割氣隙主磁場，產生感應 電動勢，實現(xiàn)機電能量轉換。而繞組的端部則位于氣隙主磁場之外，不僅不參與電機的機電 能量轉換，而且還會對電機的性能帶來以下不利影響(1)電樞電流流經(jīng)繞組端部時形成的磁場屬于漏磁場，該漏磁場的存在，會導致氣 隙主磁場的波形畸變，同時增加鐵心的飽和程度；(2)繞組的端部位于鐵心槽外，在電機拆裝時容易磕碰而損壞，發(fā)生匝間短路或斷 路故障，并且在電機的某些暫態(tài)過程中，過大的電樞電流沖擊會導致端部折斷；(3)繞組的端部雖然不參與機電能量轉換，但也需要消耗一定量的銅線，并產生相 應的銅損，因此會增加電機的成本、體積和重量，降低運行效率。公開號為CNl 199270、CN101345440、US2005151437 (Al)、W003094328 (Al)等專利 文件中，都提出了同時具有軸向和徑向磁通特征的高功率密度電機，這些所提及的電機與 本發(fā)明區(qū)別如下(1)完全不具有本發(fā)明所提出的軸向、徑向、橫向磁場同時存在的特征。(2)在這些電機中，定子繞組并沒有被充分利用，仍然存在有傳統(tǒng)繞組的端部結 構。(3)沒有與本發(fā)明類似的左、右端轉子結構，定子環(huán)行槽結構，定、轉子隔磁措施等 具體結構。(4)不具有、也無法實現(xiàn)本發(fā)明所提出的消除齒槽力矩的結構和功能。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種能提高功率密度和整體性能的具有多向磁場的高功 率密度電機。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的包括定子、中間轉子、左端轉子、右端轉子、左端軸承、右端軸承、空心軸；定子固定 在空心軸上；左端轉子與右端轉子分別位于定子的左、右兩側，并分別通過左端軸承與右端 軸承與空心軸連接；中間轉子位于左端轉子和右端轉子中間，且分別與左端轉子和右端轉 子固定連接在一起；空心軸用于與外部其他設備固定。本發(fā)明還可以包括1、定子結構為定子鐵心1為圓柱形，在其圓柱形表面，沿軸線方向開設有均勻分 布的軸向槽2;圓柱形定子鐵心1的左、右兩個圓形端面上都開有徑向均勻分布的徑向槽3，每一個端面上的徑向槽3的數(shù)目與軸向槽2的數(shù)目相同，每一條徑向槽3的遠端即遠離定子鐵心1的軸線的一端與一條對應的軸向槽2連通；每一個端面都開有一個圓環(huán)形的環(huán)形 槽4，環(huán)形槽4的圓心與定子鐵心1的軸線重合，每一端面的環(huán)形槽4都與本端面內的所有 徑向槽3的近端即靠近定子鐵心1的軸線的一端連通，且定子鐵心1的左、右兩個圓形端面 的結構完全相同；定子鐵心1內部為與其同軸線的定子隔磁環(huán)5，定子隔磁環(huán)5的內部為軸 孔；在定子隔磁環(huán)5與定子鐵心1相接處的外表面有徑向分布的定子隔磁板6，定子隔磁板 6的數(shù)目與徑向槽3的數(shù)目相同，定子隔磁板6與徑向槽3徑向一一相對應，定子隔磁板6 沿徑向延伸至環(huán)形槽4的內側槽壁處，且定子隔磁板6和定子隔磁環(huán)5為整體結構；定子繞 組7由多相繞組共同繞制形成，每一相繞組又是由多個分散于不同槽中的線圈連接而成， 其中每一個線圈的繞制路徑都包含有第一軸向槽、第二軸向槽、與第一軸向槽連通的左端 面第一徑向槽、與第二軸向槽連通的左端面第二徑向槽、位于左端面第一徑向槽和第二徑 向槽之間的左端面環(huán)形槽的短弧部分、與第一軸向槽連通的右端面第一徑向槽、與第二軸 向槽連通的右端面第二徑向槽、位于右端面第一徑向槽和第二徑向槽之間的右端面環(huán)形槽 的短弧部分，其中第一軸向槽的位置由繞組設計決定，第一軸向槽和第二軸向槽之間距離 為一個節(jié)距；定子繞組7的繞組接頭與電纜線8的一端連接，電纜線8的另一端經(jīng)過空心軸 9的過線孔10引致電機外部。2、左端轉子和右端轉子結構為左端轉子鐵心11的內表面粘貼有同心放置的內、 外兩圈磁極，其中外圈即遠離轉子鐵心11軸線磁極由多個軸向充磁的外圈主磁極12構成， 外圈主磁極12沿圓周方向均勻分布，且N、S極交替擺放；內圈即靠近轉子鐵心11軸線磁 極由多個軸向充磁的內圈主磁極13構成，內圈主磁極13沿圓周方向均勻分布，N、S極交替 擺放，數(shù)目與外圈主磁極12的數(shù)目相同；外圈主磁極12的弧度與內圈主磁極13的弧度相 等，且徑向一一對應，但是徑向相對的外圈主磁極12與內圈主磁極13極性相反；轉子鐵心 11內部為與其同軸線的端部轉子隔磁環(huán)14，端部轉子隔磁環(huán)14與轉子鐵心11相接處的外 表面，存在有多個徑向分布的端部轉子隔磁板15，端部轉子隔磁板15的數(shù)目與內圈主磁極 13的數(shù)目相同，端部轉子隔磁板15在轉子鐵心11內的位置是位于相鄰的兩個內圈主磁極 13之間，端部轉子隔磁板15沿徑向延伸至外圈主磁極12的內弧處，且端部轉子隔磁板15 和端部轉子隔磁環(huán)14為整體結構。3、中間轉子結構為圓筒形的中間轉子鐵心16的兩端為兩個結構相同的中間轉 子隔磁環(huán)17，在中間轉子鐵心16的內表面粘貼有多個瓦片形中間轉子主磁極18，其數(shù)目 與左或右端轉子的外圈主磁極12或內圈主磁極13的數(shù)目相同，中間轉子主磁極18采用徑 向充磁，N、S極沿中間轉子鐵心16的周向交替放置。4、左端轉子、右端轉子和中間轉子的連接關系為中間轉子的兩端分別和左端轉 子、右端轉子固定連接在一起，構成一個完整的轉子結構；固定連接在一起后，左端轉子的 外圈主磁極12或內圈主磁極13與右端轉子上的同極性外圈主磁極12或內圈主磁極13軸 向對應，且其主磁極軸線即沿主磁極磁場方向且通過磁場中心的軸線重合；中間轉子主磁 極18沿電機的軸向與同極性的左、右端轉子的外圈主磁極12相對應，但是中間轉子主磁極 18的主磁極軸線在左或右端轉子上的投影MM’與對應的外圈主磁極12的幾何中心線00’ 即磁極幾何中心與轉子圓心的連線之間相差一個角度α，角度α的最小值為零，角度α的 最大值為定子上相鄰兩個軸向槽2之間的夾角，即軸向槽2的槽距角。
5、左端轉子通過左端軸承19定位在空心軸承9上，且位于定子左側；右端轉子通 過右端軸承20定位在空心軸承9上，且位于定子右側。本發(fā)明改進了傳統(tǒng)電機的結構和電樞繞組的放置方式，使繞組的端部也能夠參與 電機的機電能量轉換，進而提高了電機的功率密度和整體性能。本發(fā)明的工作原理為
具有本發(fā)明特征的高功率密度永磁電機利用空心軸9的兩端與其他設備或支撐 裝置固定連接；定子繞組7通過電纜線8從外部獲得多相交流電壓，進而形成定子繞組7里 的多相交流電流；電流流經(jīng)位于定子軸向槽2里的繞組時，在定子鐵心1的圓柱形表面形成 沿周向N、S極交替分布的徑向定子磁場，徑向定子磁場的磁極數(shù)目與中間轉子上的中間轉 子主磁極18的數(shù)目相同，該徑向定子磁場與中間轉子上的中間轉子主磁極18形成的磁場 相互作用產生電磁轉矩T1 ；電流流經(jīng)位于定子鐵心1的左、右兩個端面的徑向槽3里的繞 組時，分別在定子鐵心1的左、右兩個圓形端面上，且位于各自端面的環(huán)形槽4的外圍區(qū)域 內，形成沿周向N、S極交替分布的軸向定子磁場，每個端面的軸向定子磁場的磁極數(shù)目與 左(或右)端轉子上的外圈主磁極12的數(shù)目相同，定子鐵心1左端面的軸向定子磁場與左 端轉子上的外圈主磁極12形成的磁場相互作用產生電磁轉矩T2，定子鐵心1右端面的軸向 定子磁場與右端轉子上的外圈主磁極12形成的磁場相互作用產生電磁轉矩T3 ；電流流經(jīng) 位于定子鐵心1的左、右兩個端面的環(huán)形槽4里的繞組時，在環(huán)形槽4的內、外兩側的定子 鐵心區(qū)域內形成一個橫向定子磁場(該磁場具有橫向磁場電機內部磁場的特征)，該橫向 定子磁場位于環(huán)形槽4外側的磁場分布與本端面內的軸向磁場的分布范圍相互重疊，且同 極性磁極相互加強，該橫向定子磁場位于環(huán)形槽4內側的磁場極性與徑向相對的外側磁場 極性相反，定子鐵心1左端面的橫向定子磁場與左端轉子上的外圈主磁極12和內圈主磁 極13共同形成的磁場相互作用產生電磁轉矩T4，定子鐵心1右端面的橫向定子磁場與右端 轉子上的外圈主磁極12和內圈主磁極13共同形成的磁場相互作用產生電磁轉矩T5 ；作用 在中間轉子上的電磁轉矩T1、作用在左端轉子上的電磁轉矩T2和T4、作用在右端轉子上的 電磁轉矩T3和T5，方向相同，共同拖動轉子轉動，隨著定子繞組7內的電流的變化，定子繞 組7產生的徑向定子磁場、軸向定子磁場、橫向定子磁場的空間位置有序變化，進而拖動轉 子持續(xù)轉動，滿足電機負載的需求。由于電機的齒槽效應，在電磁轉矩1\、T2, T3、T4、T5中都含有各自的齒槽力矩(定 位力矩)分量，當α角等于零時，這五個齒槽力矩分量相互加強，此時電機總的齒槽力矩最 大，電機運行時的輸出轉矩和轉速的波動最大，影響電機的性能。適當調節(jié)α角的角度，可 以使這五個齒槽力矩分量相互削弱，進而使電機運行平穩(wěn)，性能得到提高。在電機運行過程中，定子鐵心1中的定子隔磁環(huán)5、定子隔磁板6，中間轉子鐵心16 兩端的中間轉子隔磁環(huán)17，左端轉子和右端轉子上的端部轉子隔磁環(huán)14、端部轉子隔磁板 15的作用主要是減少電機內部徑向磁場、軸向磁場和橫向磁場這三個磁場之間的相互影 響，同時增加漏磁路的磁阻，減少漏磁通的數(shù)量，進而提高電機內部磁通的利用率、增大轉 矩、提高功率密度。本發(fā)明的有益效果為(1)定子繞組的利用率高。具有本發(fā)明結構的電機，在其定子繞組中不存在有傳統(tǒng) 電機繞組中的端部，在電機的運行過程中，定子繞組中的任意一個部分都會切割氣隙主磁場(氣隙主磁場由徑向定子磁場、軸向定子磁場、橫向定子磁場與中間轉子主磁極18產生 的磁場、左端轉子外圈主磁極12和內圈主磁極13產生的磁場、右端轉子外圈主磁極12和 內圈主磁極13產生的磁場共同作用形成)，產生感應電動勢，進而參與到電機的機電能量 轉換過程中。(2)充分利用定子電流產生的磁場，漏磁通少、磁通利用率高。定子電流在流經(jīng)定 子鐵心1的軸向槽2時，產生徑向定子磁場；在流經(jīng)定子鐵心1的左、右端面的徑向槽3時， 產生左、右端面的軸向定子 磁場；在流經(jīng)定子鐵心1的左、右端面的環(huán)形槽4時，產生左、右 端面的橫向定子磁場，因此流經(jīng)定子繞組的電流可被充分的利用，產生盡可能多的氣隙主 磁通。并且定子鐵心1中的定子隔磁環(huán)5、定子隔磁板6，中間轉子鐵心16兩端的中間轉子 隔磁環(huán)17，左端轉子和右端轉子上的端部轉子隔磁環(huán)14、端部轉子隔磁板15的應用，可有 效減少徑向磁場、軸向磁場、橫向磁場之間的相互影響，進一步增加漏磁路的磁阻，減少漏 磁通的數(shù)量，提高磁通的利用率。(3)功率密度高。具有本發(fā)明結構的電機，在運行過程中，其總電磁轉矩由五個部 分構成徑向定子磁場與中間轉子主磁極18形成的磁場相互作用產生的電磁轉矩T1 ；定子 鐵心1左端面的軸向定子磁場與左端轉子外圈主磁極12形成的磁場相互作用產生的電磁 轉矩T2;定子鐵心1右端面的軸向定子磁場與右端轉子上的外圈主磁極12形成的磁場相互 作用產生的電磁轉矩T3 ；定子鐵心1左端面的橫向定子磁場與左端轉子上的外圈主磁極12 和內圈主磁極13形成的磁場相互作用產生的電磁轉矩T4 ；定子鐵心1右端面的橫向定子 磁場與右端轉子上的外圈主磁極12和內圈主磁極13形成的磁場相互作用產生的電磁轉矩 T50因此與現(xiàn)有的其他電機相比，具有本發(fā)明結構的電機可以產生更大的電磁轉矩，擁有更 高的功率密度。(4)適用低速電機的設計、開發(fā)。具有本發(fā)明結構的電機，不僅輸出的電磁轉矩大， 而且由于充分利用了定子繞組的全部長度進行能量轉換，因此在輸出轉速相同的前提下， 具有本發(fā)明結構的電機的質量更輕、體積更小，進而更好地滿足低速拖動場合的需求。(5)消除齒槽力矩的方法簡單、易行。具有本發(fā)明結構的電機通過調節(jié)中間轉子主 磁極18的主磁極軸線在左(或右)端轉子上的投影與對應的外圈主磁極12的幾何中心線 之間的夾角α，可減弱、消除齒槽效應引起的齒槽力矩對電機運行帶來的不利影響，而不必 采取現(xiàn)有的定子斜槽或轉子斜極等復雜的措施。特別是當中間轉子與左、右端轉子之間采 用的是可拆裝的連接方式(例如螺釘固定)時，可以根據(jù)實際情況進行靈活調節(jié)α角的大 小，進而滿足需求。 (6)可提高電機運行和使用過程中的可靠性。具有本發(fā)明結構的電機，其定子繞組 7全部放置并固定在定子鐵心的軸向槽2、徑向槽3和環(huán)形槽4中，因此，在電機的拆裝和運 行的過程中，定子繞組可以獲得有效的保護，進而減少定子繞組短路、斷路等故障的發(fā)生。


圖1不包含有定子繞組7的定子結構圖；圖1(a)徑向視圖，圖1(b)軸向視圖，圖 1 (c) A-A剖面圖，圖1 (d) B-B剖面圖。圖2包含有定子繞組7的定子軸向視圖。圖3(a)-圖3(c)左端轉子和右端轉子結構圖；圖3(a)軸向視圖，圖3 (b) C-C剖面圖，圖3(c)D-D剖面圖。圖4中間轉子軸向視圖。圖5具有本發(fā)明結構的電機的整體結構示意圖。圖6定子上的徑向定子磁場、軸向定子磁場、橫向定子磁場的相互位置示意圖， SUNl表示徑向定子磁場的南、北磁極；S2、N2表示軸向定子磁場的南、北磁極；S3、N3表示 橫向定子磁場的南、北磁極；箭頭表明磁力線方向。圖7左端轉子和右端轉子上的外圈主磁極12和內圈主磁極13的相互位置示意 圖，S4、N4表示外圈主磁極12的南、北磁極，S5、N5表示內圈主磁極13的南、北磁極。
具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述實施方式一具有本發(fā)明結構的高功率密度電機由定子、中間轉子、左端轉子、右端轉子、左端 軸承、右端軸承、空心軸等幾個主要部分組成，具體包括定子鐵心1 ；定子鐵心1上的軸向 槽2、徑向槽3、環(huán)形槽4 ；定子鐵心1內部的定子隔磁環(huán)5、定子隔磁板6 ；定子繞組7 ；用于 連接定子繞組7與外部電源的電纜線8 ；開有過線孔10的空心軸9 ；左端轉子和右端轉子 的轉子鐵心11 ；左端轉子和右端轉子的轉子鐵心11上粘貼的外圈主磁極12和內圈主磁極 13 ；左端轉子和右端轉子的轉子鐵心11內部的端部轉子隔磁環(huán)14和端部轉子隔磁板15 ； 中間轉子鐵心16 ；中間轉子鐵心16兩端的中間轉子隔磁環(huán)17 ；粘貼在中間轉子鐵心16內 表面的中間轉子主磁極18 ；左端軸承19 ；右端軸承20。參照現(xiàn)有永磁電機設計方法，選取定子鐵心1上的軸向槽2和中間轉子主磁極18 的數(shù)目，以其為依據(jù)進而可以確定出徑向槽3、左端和右端轉子外圈主磁極12、內圈主磁極 13等參數(shù)，具體結構尺寸，可通過電磁計算獲得。定子鐵心1采用鐵磁材料制成。定子鐵心1上的軸向槽2、徑向槽3、環(huán)形槽4可以采用開口槽、半開口槽等槽型。定子隔磁環(huán)5和定子隔磁板6采用非導磁的金屬材料整體制成，與定子鐵心1之 間采用緊配合等固定方式連接在一起。定子繞組7，采用漆包線繞制，分散放置在定子鐵心1上的軸向槽2、徑向槽3和環(huán) 形槽4里，根據(jù)電機的設計可具體采用集中繞組、分布繞組、整距繞組、短距繞組等形式；定 子繞組7內部各相繞組之間以及定子繞組7和槽壁之間采用放置絕緣紙等方法，來實現(xiàn)可 靠地電氣絕緣；為了固定定子繞組7，應在軸向槽2、徑向槽3和環(huán)形槽4的槽口放置槽楔。電纜線8采用多芯電纜線，電纜線8的一端與定子繞組7的繞組接頭連接在一起， 另一端經(jīng)過空心軸9的過線孔10與外部電源接在一起。左端轉子和右端轉子的轉子鐵心11采用鐵磁材料制成。左端轉子和右端轉子上的外圈主磁極12和內圈主磁極13均采用鐵氧體或釹鐵硼 等永磁材料軸向充磁制成，并采用粘貼等方式固定在轉子鐵心11的內表面上。左端轉子和右端轉子上的端部轉子隔磁環(huán)14和端部轉子隔磁板15均采用非導磁 的金屬材料整體制成，與轉子鐵心11之間采用緊配合等固定方式連接在一起。中間轉子鐵心16采用鐵磁材料制成。
兩個中間轉子隔磁環(huán)17均采用非導磁金屬材料制成，采用緊配合或焊接等方式 固定在中間轉子鐵心16的兩端。
中間轉子主磁極18采用鐵氧體或釹鐵硼等永磁材料徑向充磁制成，并采用粘貼 等方式固定在中間轉子鐵心16的內表面上。中空軸9采用鋼材制成，內部開有過線孔10，中空軸9通過采用緊配合或鍵連接等 方式，與定子隔磁環(huán)5固定連接。左端軸承19和右端軸承20采用滾珠軸承，也可根據(jù)需要采用其他種類的軸承，左 端軸承19與空心軸9和左端轉子的端部轉子隔磁環(huán)14的連接，以及右端軸承20與空心軸 9和右端轉子的端部轉子隔磁環(huán)14的連接，都采用緊配合的方式。根據(jù)負載對齒槽力矩的要求，利用電磁場計算，選取合適的α角。根據(jù)α角的大小，調整左端轉子和右端轉子與中間轉子之間位置關系。左端轉子和中間轉子之間，以及右端轉子與中間轉子之間，利用螺釘?shù)冗B接方式 實現(xiàn)固定連接，例如，在中間轉子兩端的中間轉子隔磁環(huán)17的外端面均勻開設螺孔，并在 左端轉子和右端轉子的轉子鐵心11的對應位置開設過孔，再利用螺釘實現(xiàn)左端轉子和右 端轉子與中間轉子間的固定。電機運行時，定子繞組7通過電纜線8從外部獲得多相交流電壓，進而形成定子繞 組7里的多相交流電流；電流流經(jīng)位于定子軸向槽2里的繞組時，在定子鐵心1的圓柱形 表面形成沿周向N、S極交替分布的徑向定子磁場，徑向定子磁場的磁極數(shù)目與中間轉子上 的中間轉子主磁極18的數(shù)目相同，該徑向定子磁場與中間轉子上的中間轉子主磁極18形 成的磁場相互作用產生電磁轉矩T1 ；電流流經(jīng)位于定子鐵心1的左、右兩個端面的徑向槽3 里的繞組時，分別在定子鐵心1的左、右兩個圓形端面上，且位于各自端面的環(huán)形槽4的外 圍區(qū)域內，形成沿周向N、S極交替分布的軸向定子磁場，軸向定子磁場的磁極數(shù)目與左(或 右)端轉子上的外圈主磁極12的數(shù)目相同，定子鐵心1左端面的軸向定子磁場與左端轉子 上的外圈主磁極12形成的磁場相互作用產生電磁轉矩T2，定子鐵心1右端面的軸向定子磁 場與右端轉子上的外圈主磁極12形成的磁場相互作用產生電磁轉矩T3 ；電流流經(jīng)位于定 子鐵心1的左、右兩個端面的環(huán)形槽4里的繞組時，在環(huán)形槽4的內、外兩側的定子鐵心區(qū) 域內形成一個橫向定子磁場(該磁場具有橫向磁場電機內部磁場的特征)，該橫向定子磁 場位于環(huán)形槽4外側的磁場分范圍布與本端面內的軸向磁場的分布范圍相互重疊，且同極 性磁極相互加強，該橫向定子磁場位于環(huán)形槽4內側的磁場極性與徑向相對的外側磁場極 性相反，定子鐵心1左端面的橫向定子磁場與左端轉子上的外圈主磁極12和內圈主磁極13 共同形成的磁場相互作用產生電磁轉矩T4，定子鐵心1右端面的橫向定子磁場與右端轉子 上的外圈主磁極1和內圈主磁極13共同形成的磁場相互作用產生電磁轉矩T5 ；作用在中 間轉子上的電磁轉矩T1、作用在左端轉子上的電磁轉矩T2和T4、作用在右端轉子上的電磁 轉矩T3和T5，方向相同，共同拖動轉子轉動，隨著定子繞組7內的電流的變化，定子繞組7產 生的徑向定子磁場、軸向定子磁場、橫向定子磁場的空間位置有序變化，進而拖動轉子持續(xù) 轉動，滿足電機負載的需求。實施方式二當電機的控制器需要檢測電機轉子的位置時，可以在定子鐵心1的圓柱形表面、 兩側端面或者軸向槽2和徑向槽3里埋設霍爾傳感器，具體的放置方法與現(xiàn)有永磁電機的放置方法相同，霍爾傳感器的輸入、輸出線通過電纜線8與外部控制器連接。其他與以上實施方式相同。實施方式三為了進一步消除齒槽力矩對電機性能的影響，在調節(jié)α角的同時，可將左端轉子 和右端轉子上徑向相對的外圈主磁極12和內圈主磁極13的幾何中心線錯開一定角度，該 角度的大小不易超過軸向槽2所對應的槽距角，具體值需根據(jù)實際要求，通過電磁計算獲得。其他與以上實施方式相同。實施方式四中間轉子主磁極18、左端轉子和右端轉子上的外圈主磁極12、內圈主磁極13， 與其各自鐵心之間采用插入式結構形式(與現(xiàn)有永磁電機的插入式永磁磁極結構形式相 同)。其他與以上實施方式相同。實施方式五定子鐵心1采用硅鋼片疊制而成，為了便于加工，可將定子鐵心1的左、右兩個端 部單獨加工好后，再與中間部分采用焊接或壓制等方法連接一起。 其他與以上實施方式相同。實施方式六中間轉子主磁極18采用平行充磁方式充磁。其他與以上實施方式相同。
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權利要求
一種具有多向磁場的高功率密度電機，其特征是包括定子、中間轉子、左端轉子、右端轉子、左端軸承、右端軸承、空心軸；定子固定在空心軸上；左端轉子與右端轉子分別位于定子的左、右兩側，并分別通過左端軸承與右端軸承與空心軸連接；中間轉子位于左端轉子和右端轉子中間，且分別與左端轉子和右端轉子固定連接在一起；空心軸用于與外部其他設備固定。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種具有多向磁場的高功率密度電機，其特征是定子結構 為定子鐵心(1)為圓柱形，在其圓柱形表面，沿軸線方向開設有均勻分布的軸向槽(2)；圓 柱形定子鐵心(1)的左、右兩個圓形端面上都開有徑向均勻分布的徑向槽(3)，每一個端面 上的徑向槽⑶的數(shù)目與軸向槽⑵的數(shù)目相同，每一條徑向槽⑶的遠端即遠離定子鐵 心(1)的軸線的一端與一條對應的軸向槽(2)連通；每一個端面都開有一個圓環(huán)形的環(huán)形 槽(4)，環(huán)形槽(4)的圓心與定子鐵心(1)的軸線重合，每一端面的環(huán)形槽(4)都與本端面 內的所有徑向槽(3)的近端即靠近定子鐵心(1)的軸線的一端連通，且定子鐵心(1)的左、 右兩個圓形端面的結構完全相同；定子鐵心(1)內部為與其同軸線的定子隔磁環(huán)(5)，定子 隔磁環(huán)(5)的內部為軸孔；在定子隔磁環(huán)(5)與定子鐵心(1)相接處的外表面有徑向分布 的定子隔磁板(6)，定子隔磁板(6)的數(shù)目與徑向槽(3)的數(shù)目相同，定子隔磁板(6)與徑 向槽(3)徑向一一相對應，定子隔磁板(6)沿徑向延伸至環(huán)形槽(4)的內側槽壁處，且定 子隔磁板(6)和定子隔磁環(huán)(5)為整體結構；定子繞組(7)由多相繞組共同繞制形成，每 一相繞組又是由多個分散于不同槽中的線圈連接而成，其中每一個線圈的繞制路徑都包含 有第一軸向槽、第二軸向槽、與第一軸向槽連通的左端面第一徑向槽、與第二軸向槽連通 的左端面第二徑向槽、位于左端面第一徑向槽和第二徑向槽之間的左端面環(huán)形槽的短弧部 分、與第一軸向槽連通的右端面第一徑向槽、與第二軸向槽連通的右端面第二徑向槽、位于 右端面第一徑向槽和第二徑向槽之間的右端面環(huán)形槽的短弧部分，其中第一軸向槽的位置 由繞組設計決定，第一軸向槽和第二軸向槽之間距離為一個節(jié)距；定子繞組(7的繞組接頭 與電纜線(8)的一端連接，電纜線(8)的另一端經(jīng)過空心軸(9)的過線孔(10)引致電機外 部。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種具有多向磁場的高功率密度電機，其特征是左端轉子 和右端轉子結構為左端轉子鐵心(11)的內表面粘貼有同心放置的內、外兩圈磁極，其中 外圈即遠離轉子鐵心(11)軸線磁極由多個軸向充磁的外圈主磁極(12)構成，外圈主磁極 (12)沿圓周方向均勻分布，且N、S極交替擺放；內圈即靠近轉子鐵心(11)軸線磁極由多個 軸向充磁的內圈主磁極(13)構成，內圈主磁極(13)沿圓周方向均勻分布，N、S極交替擺放， 數(shù)目與外圈主磁極(12)的數(shù)目相同；外圈主磁極(12)的弧度與內圈主磁極(13)的弧度 相等，且徑向一一對應，但是徑向相對的外圈主磁極(12)與內圈主磁極(13)極性相反；轉 子鐵心(11)內部為與其同軸線的端部轉子隔磁環(huán)(14)，端部轉子隔磁環(huán)(14)與轉子鐵心(11)相接處的外表面，存在有多個徑向分布的端部轉子隔磁板(15)，端部轉子隔磁板(15) 的數(shù)目與內圈主磁極(13)的數(shù)目相同，端部轉子隔磁板(15)在轉子鐵心(11)內的位置 是位于相鄰的兩個內圈主磁極(13)之間，端部轉子隔磁板(15)沿徑向延伸至外圈主磁極(12)的內弧處，且端部轉子隔磁板(15)和端部轉子隔磁環(huán)(14)為整體結構。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種具有多向磁場的高功率密度電機，其特征是中間轉子結 構為圓筒形的中間轉子鐵心(16)的兩端為兩個結構相同的中間轉子隔磁環(huán)(17)，在中間轉子鐵心(16)的內表面粘貼有多個瓦片形中間轉子主磁極(18)，其數(shù)目與左或右端轉子 的外圈主磁極(12)或內圈主磁極(13)的數(shù)目相同，中間轉子主磁極(18)采用徑向充磁， N、S極沿中間轉子鐵心(16)的周向交替放置。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種具有多向磁場的高功率密度電機，其特征是左端轉子、 右端轉子和中間轉子的連接關系為中間轉子的兩端分別和左端轉子、右端轉子固定連接 在一起，構成一個完整的轉子結構；固定連接在一起后，左端轉子的外圈主磁極(12)或內 圈主磁極(13)與右端轉子上的同極性外圈主磁極(12)或內圈主磁極(13)軸向對應，且其 主磁極軸線即沿主磁極磁場方向且通過磁場中心的軸線重合；中間轉子主磁極(18)沿電 機的軸向與同極性的左、右端轉子的外圈主磁極(12)相對應，但是中間轉子主磁極(18)的 主磁極軸線在左或右端轉子上的投影匪’與對應的外圈主磁極(12)的幾何中心線00’即 磁極幾何中心與轉子圓心的連線之間相差一個角度α，角度α的最小值為零，角度α的最 大值為定子上相鄰兩個軸向槽⑵之間的夾角，即軸向槽(2的槽距角。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種具有多向磁場的高功率密度電機，其特征是左端轉子通 過左端軸承(19)定位在空心軸承(9)上，且位于定子左側；右端轉子通過右端軸承(20)定 位在空心軸承(9)上，且位于定子右側。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種具有多向磁場的高功率密度電機。包括定子、中間轉子、左端轉子、右端轉子、左端軸承、右端軸承、空心軸；定子固定在空心軸上；左端轉子與右端轉子分別位于定子的左、右兩側，并分別通過左端軸承與右端軸承與空心軸連接；中間轉子位于左端轉子和右端轉子中間，且分別與左端轉子和右端轉子固定連接在一起；空心軸用于與外部其他設備固定。本發(fā)明是一種同時具有軸向、徑向和橫向磁場電機特征的外轉子永磁電機。改進了傳統(tǒng)電機的結構和電樞繞組的放置方式，使繞組的端部也能夠參與電機的機電能量轉換，進而提高了電機的功率密度和整體性能。
文檔編號H02K1/18GK101986530SQ20101051139
公開日2011年3月16日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權日2010年10月19日
發(fā)明者劉政宇, 張強, 石建飛 申請人:哈爾濱工程大學