本說明書一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例涉及永磁電機(jī)，尤其涉及一種基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)。

背景技術(shù)：

1、軸向磁通電機(jī)因其高功率密度、高扭矩密度、輕量化、緊湊設(shè)計(jì)及高效率而受到關(guān)注。它能在小體積內(nèi)提供高功率和扭矩輸出，并且冷卻性能優(yōu)良。這些優(yōu)勢使得軸向磁通電機(jī)在電動(dòng)車、航空航天以及高性能工業(yè)設(shè)備等先進(jìn)應(yīng)用領(lǐng)域中具有很大的潛力。雙轉(zhuǎn)子單定子軸向磁通電機(jī)是在電機(jī)中安裝兩個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)定子，兩個(gè)轉(zhuǎn)子對中間的定子產(chǎn)生的軸向拉力相互抵消，能夠消除單邊磁拉力，減輕軸承的負(fù)荷，降低振動(dòng)和噪音。且雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相比與單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)而言擁有更高的整體氣隙磁通密度，從而減少永磁體的總用量。

2、在電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮提高永磁體利用率，降低電機(jī)成本。而軸向磁通電機(jī)在提高永磁體利用率方面的研究和設(shè)計(jì)方法尚且不足?，F(xiàn)有技術(shù)中采用交替極結(jié)構(gòu)的方法提高了永磁體的利用率，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩有所降低，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大大增加，影響電機(jī)的整體性能。

3、交替極結(jié)構(gòu)的軸向磁通電機(jī)雖然能減少永磁體的用量，但還需對提高輸出轉(zhuǎn)矩，抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)作更加深入的研究，綜上所述，本申請現(xiàn)提出一種基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)解決上述出現(xiàn)的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在解決背景技術(shù)中提出的問題，本說明書一種基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，能夠提高永磁體利用率，提高輸出轉(zhuǎn)矩，抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

2、基于上述目的，本說明書一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例提供了種基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，包括定子結(jié)構(gòu)、上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所述下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、定子結(jié)構(gòu)和上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)依次層疊設(shè)置，且到上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)距離相等；

3、所述定子結(jié)構(gòu)包括定子鐵心和電樞繞組，所述定子鐵心的環(huán)形側(cè)面靠近下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和靠近上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的兩側(cè)沿周向均勻間隔設(shè)置定子齒，相鄰定子齒之間形成定子槽，所述定子槽內(nèi)均嵌有電樞繞組；

4、所述上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相同，且相較于定子結(jié)構(gòu)中心平面對稱，所述上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和/或下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子鐵心、永磁體和調(diào)制齒，所述轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部沿周向交替設(shè)置永磁體和調(diào)制齒。

5、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，所述永磁體和所述調(diào)制齒為相同的扇形結(jié)構(gòu)，且永磁體和調(diào)制齒數(shù)量相等。

6、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，所述永磁體在上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)周向上布置位置錯(cuò)開一個(gè)磁極角。

7、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，所述永磁體的極弧系數(shù)和所述調(diào)制齒的極弧系數(shù)滿足以下關(guān)系：αp＝αm＝1。

8、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，所述永磁體包括主磁極、第一輔助磁極和第二輔助磁極，所述主磁極呈“工”字形，所述第一輔助磁極和所述第二輔助磁極對稱分布在所述主磁極兩側(cè)。

9、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，所述主磁極的極弧系數(shù)為αp1、第一輔助磁極和第二輔助磁極的極弧系數(shù)都為αp2，且滿足以下關(guān)系：αp＝αp1+2αp2＝1；第一輔助磁極和第二輔助磁極徑向方向的長度為tpm1，主磁極被第一輔助磁極和第二輔助磁極分割后的外側(cè)徑向長度和內(nèi)側(cè)徑向長度均為tpm2；

10、其中，αp1：αp2＝1-9:1，tpm1：tpm2＝1-15:1。

11、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，所述主磁極的磁化方向?yàn)檠剌S向指向定子結(jié)構(gòu)，所述第一輔助磁極和第二輔助磁極磁化方向均斜向主磁極磁化方向，與主磁極磁化方向成一個(gè)夾角θ沿軸向指向定子結(jié)構(gòu)；其中，θ＝45°-80°。

12、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，所述定子鐵心、轉(zhuǎn)子鐵心和調(diào)制齒均由硅鋼材料制成。

13、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，所述永磁體材料為釹鐵硼、釤鈷或鐵氧體。

14、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，所述電樞繞組按整數(shù)槽集中式繞組結(jié)構(gòu)設(shè)置。

15、根據(jù)以上所述，本發(fā)明包括以下有益效果：

16、1、本發(fā)明采用雙轉(zhuǎn)子單定子結(jié)構(gòu)，采用halbach結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)有用的靠近定子側(cè)的磁通密度，削弱無用的靠近轉(zhuǎn)子鐵心側(cè)的磁通密度，能夠提高整體氣隙磁通密度，有利于提高電機(jī)功率密度，減少永磁體用量。

17、2、本發(fā)明在雙轉(zhuǎn)子單定子軸向磁通電機(jī)上采用交替極結(jié)構(gòu)，同時(shí)對上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行永磁體用量的優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步減少了永磁體用量。

18、3、本發(fā)明利用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)擁有兩個(gè)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)錯(cuò)極設(shè)置，降低了交替極結(jié)構(gòu)電機(jī)的高轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

19、4、本發(fā)明采用的新型“工”字halbach永磁體結(jié)構(gòu)，該新型“工”字halbach永磁體結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)三段halbach永磁體結(jié)構(gòu)相比，可調(diào)參數(shù)更多，優(yōu)化范圍更廣，能夠提高氣隙磁通密度，提高輸出轉(zhuǎn)矩，彌補(bǔ)了交替極結(jié)構(gòu)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降的缺點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，其特征在于，包括定子結(jié)構(gòu)、上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所述下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、定子結(jié)構(gòu)和上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)依次層疊設(shè)置，且到上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)距離相等；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，其特征在于，所述永磁體和所述調(diào)制齒為相同的扇形結(jié)構(gòu)，且永磁體和調(diào)制齒數(shù)量相等。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，其特征在于，所述永磁體在上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)周向上布置位置錯(cuò)開一個(gè)磁極角。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，其特征在于，所述永磁體的極弧系數(shù)和所述調(diào)制齒的極弧系數(shù)滿足以下關(guān)系：αp＝αm＝1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，其特征在于，所述永磁體包括主磁極、第一輔助磁極和第二輔助磁極，所述主磁極呈“工”字形，所述第一輔助磁極和所述第二輔助磁極對稱分布在所述主磁極兩側(cè)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，其特征在于：所述主磁極的極弧系數(shù)為αp1、第一輔助磁極和第二輔助磁極的極弧系數(shù)都為αp2，且滿足以下關(guān)系：αp＝αp1+2αp2＝1；第一輔助磁極和第二輔助磁極徑向方向的長度為tpm1，主磁極被第一輔助磁極和第二輔助磁極分割后的外側(cè)徑向長度和內(nèi)側(cè)徑向長度均為tpm2；

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，其特征在于：所述主磁極的磁化方向?yàn)檠剌S向指向定子結(jié)構(gòu)，所述第一輔助磁極和第二輔助磁極磁化方向均斜向主磁極磁化方向，與主磁極磁化方向成一個(gè)夾角θ沿軸向指向定子結(jié)構(gòu)；其中，θ＝45°-80°。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，其特征在于：所述定子鐵心、轉(zhuǎn)子鐵心和調(diào)制齒均由硅鋼材料制成。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，其特征在于：所述永磁體材料為釹鐵硼、釤鈷或鐵氧體。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，其特征在于：所述電樞繞組按整數(shù)槽集中式繞組結(jié)構(gòu)設(shè)置。

技術(shù)總結(jié)
本說明書一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例涉及永磁電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙轉(zhuǎn)子單定子交替的軸向磁通電機(jī)，包括定子結(jié)構(gòu)、上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、定子結(jié)構(gòu)和上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)依次層疊設(shè)置，且到上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)距離相等；定子結(jié)構(gòu)包括定子鐵心和電樞繞組，定子鐵心的環(huán)形側(cè)面靠近下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和靠近上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的兩側(cè)沿周向均勻間隔設(shè)置定子齒，相鄰定子齒之間形成定子槽，定子槽內(nèi)均嵌有電樞繞組；上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相同，且相較于定子結(jié)構(gòu)中心平面對稱，上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和/或下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子鐵心、永磁體和調(diào)制齒，轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部沿周向交替設(shè)置永磁體和調(diào)制齒。本發(fā)明在永磁體用量較少的情況下，提高了輸出轉(zhuǎn)矩，且轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。

技術(shù)研發(fā)人員：劉章麒,吳泰穎,陳棟,朱治國,劉細(xì)平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江西理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6