一种轴向-径向混合式叠片游标永磁电机的制作方法

一种轴向
‑
径向混合式叠片游标永磁电机
技术领域
1.本发明属于永磁电机技术领域，更具体地，涉及一种轴向
‑
径向混合式叠片游标永磁电机。


背景技术：

2.游标永磁电机，是一类基于磁场调制原理的永磁电机，其具有高转矩密度、高功率密度、低转矩脉动等特点，在低速大转矩直驱领域具有巨大的应用价值。
3.游标永磁电机与常规永磁电机具有相似的物理结构，都由定子铁心、定子电枢绕组、转子铁心和转子永磁体构成。特别地，游标永磁电机采用开口槽定子结构，且定子电枢磁场极对数p
a
与转子永磁体极对数p
r
不相等。其中，极对数为p
a
的定子电枢磁场，经过定子齿z的基波磁导调制作用，可以产生与永磁体极对数p
r
相同的磁场；此外，定子电枢磁场还包含极对数z
‑
p
a
的齿谐波磁场，经过定子齿的常数项磁导的调制作用，也可以产生与转子永磁体极对数p
r
相同的磁场。上述调制后的电枢磁场与转子磁场极对数相同，转速相同，转向相同，可以产生稳定的电磁转矩，视为电枢工作磁场。并且该电枢工作磁场具有较高的幅值，从而使该类电机具有较高的转矩密度。
4.然而，极对数为p
a
的定子电枢磁场，同样经过定子齿z的常数项磁导调制作用，产生与永磁体极对数不相同的p
a
磁场，视为电枢非工作磁场。该电枢非工作磁场，大幅增强了电机的电枢反应强度，一方面使游标永磁电机磁路易饱和、过载能力差；另一方面使游标永磁电机负荷增大功率因数明显减小，所需驱动器容量大幅提升。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种轴向
‑
径向混合式叠片游标永磁电机，由此解决现有的游标永磁电机因电枢反应强，存在的功率因数低、磁路易饱和、过载能力差的技术问题。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了以下技术方案：
7.一种轴向
‑
径向混合式叠片游标永磁电机，包括同轴套设的定子组件和转子组件，所述定子组件和所述转子组件之间形成有气隙，所述定子组件包括定子铁心和电枢绕组，所述转子组件包括第一永磁体、转子励磁引导齿和转子轭部，其中，
8.所述定子铁心靠近气隙的侧面周向均匀设置有多个定子主齿，所述电枢绕组绕制在所述定子主齿外周；
9.所述转子轭部靠近气隙的侧面环绕设置有多对第一永磁体和转子励磁引导齿，所述转子励磁引导齿连接于所述第一永磁体与所述转子轭部的侧面之间；所述第一永磁体径向充磁；
10.所述定子铁心和所述转子轭部由两面绝缘的第一硅钢片轴向叠压而成；所述转子励磁引导齿由两面绝缘的多个不同尺寸的第二硅钢片径向叠压而成，所述第一永磁体通过第二硅钢片与所述转子轭部磁路连通。
11.优选地，所述转子组件还包括第二永磁体和第三永磁体，其中，
12.所述第二永磁体和所述第三永磁体分别设置在所述第一永磁体的左右侧，二者均为切向充磁、充磁方向相反且均指向所述第一永磁体，第一、二、三永磁体构成一个磁极；
13.所述转子励磁引导齿的中间部将所述第一永磁体与所述转子轭部的侧面相连接，左部与左侧相邻的转子励磁引导齿的右部共同将所述第二永磁体与所述左侧相邻的转子励磁引导齿的右部之上的第三永磁体相连接，右部与右侧相邻的转子励磁引导齿的左部共同将所述第三永磁体与所述右侧相邻的转子励磁引导齿的左部之上的第二永磁体相连接。
14.优选地，所述定子主齿靠近定子中心的上表面非均匀间隔地设置有n个与定子中心轴平行的定子辅助齿，n≥2。
15.优选地，所述转子励磁引导齿的成型方式为：每相邻两个转子励磁引导齿的对称轴之间，通过尺寸由大到小的u型第二硅钢片径向层层叠压而成。
16.优选地，所述第一、二、三永磁体均为交替极海尔贝克式排列永磁体。
17.优选地，所述第一、二、三永磁体的材质为钕铁硼、钐钴或铁氧体。
18.优选地，所述电枢绕组为集中式电枢绕组。
19.优选地，所述电枢绕组为三相交流电枢绕组。
20.优选地，定子主齿齿数z、转子极对数p
r
和定子电枢绕组极对数p
a
满足如下关系：
21.p
a
＝min{|iz
±
p
r
|,i＝1,3,5...}
[0022][0023]
其中，gcd(z,p
a
)表示定子槽数与电枢绕组极对数的最小公约数，min表示所有可能取值中的最小值。
[0024]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0025]
1、本发明提供的轴向
‑
径向混合式叠片游标永磁电机，设计转子励磁引导齿将第一永磁体与转子轭部相连接，转子励磁引导齿由两面绝缘的多个不同尺寸的第二硅钢片径向叠压而成，第一永磁体通过第二硅钢片与转子轭部磁路连通；以此方式，使得电枢工作磁场，即与转子永磁体极对数相同的磁场，磁路通畅；而电枢非工作磁场，即与定子电枢绕组极对数相同的磁场，磁路打断。从而在维持工作磁场的同时，大幅降低非工作磁场谐波，降低电机的电枢反应强度，改善了电机的功率因数和过载能力。
[0026]
2、本发明提供的轴向
‑
径向混合式叠片游标永磁电机，采用第一、二、三永磁体构成一个磁极，通过转子励磁引导齿将第一永磁体与转子轭部相连接并磁路连通，将第二永磁体与左侧相邻的转子励磁引导齿之上的第三永磁体相连接，将第三永磁体与右侧相邻的转子励磁引导齿之上的第二永磁体相连接；以此方式，使得励磁工作磁场，即转子侧永磁体极对数的磁场增强，从而进一步提升电机励磁能力，改善电机转矩输出能力。
[0027]
3、本发明提供的轴向
‑
径向混合式叠片游标永磁电机，在定子主齿上表面设置n个平行的定子辅助齿，构成分裂齿定子结构，定子主齿外周绕制集中式电枢绕组，大幅降低绕组端部长度，从而提升电机效率和转矩密度。
[0028]
4、本发明提供的轴向
‑
径向混合式叠片游标永磁电机，设计分裂齿定子结构，定子辅助齿的跨距、齿数均可以灵活选择，可以实现多磁导谐波利用，宽极比选择范围，进一步
提升电机的转矩密度。
[0029]
5、本发明提供的轴向
‑
径向混合式叠片游标永磁电机，第一、二、三永磁体采用海尔贝克式排列方式，可以在相同永磁体用量下，实现更高的磁密，从而提升转矩密度。
附图说明
[0030]
图1是本发明较佳实施例中轴向
‑
径向混合式叠片游标永磁电机的定子结构示意图；
[0031]
图2是本发明较佳实施例中轴向
‑
径向混合式叠片游标永磁电机的转子结构示意图；
[0032]
图3是本发明较佳实施例中径向叠压的转子励磁引导齿与第一、二、三永磁体、转子轭部连接示意图。
[0033]
在所有的附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1—定子铁心，11—定子主齿，12—定子辅助齿，2—电枢绕组，3—第一永磁体，4—转子励磁引导齿，5—转子轭部。
具体实施方式
[0034]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0035]
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。另外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0036]
如图1、2和3所示，本发明实施例提供一种轴向
‑
径向混合式叠片游标永磁电机，包括同轴套设的定子组件和转子组件，定子组件和转子组件之间形成有气隙，定子组件包括定子铁心1和电枢绕组2，转子组件包括第一永磁体、转子励磁引导齿4和转子轭部5。
[0037]
定子铁心1靠近气隙的侧面周向均匀设置有多个定子主齿11，电枢绕组2绕制在定子主齿11外周。
[0038]
转子轭部5靠近气隙的侧面环绕设置有多对第一永磁体和转子励磁引导齿4，转子励磁引导齿4连接于第一永磁体与转子轭部5的侧面之间；第一永磁体径向充磁。
[0039]
定子铁心1和转子轭部5由两面绝缘的第一硅钢片轴向叠压而成；转子励磁引导齿4由两面绝缘的多个不同尺寸的第二硅钢片径向叠压而成，第一永磁体通过第二硅钢片与所述转子轭部5磁路连通。
[0040]
作为一种可选的实施方式，转子组件还包括第二永磁体和第三永磁体，其中，
[0041]
第二永磁体和第三永磁体分别设置在第一永磁体的左右侧，二者均为切向充磁、充磁方向相反且均指向第一永磁体，第一、二、三永磁体构成一个磁极；
[0042]
转子励磁引导齿4的中间部将第一永磁体与转子轭部5的侧面相连接，左部与左侧相邻的转子励磁引导齿的右部共同将第二永磁体与左侧相邻的转子励磁引导齿的右部之上的第三永磁体相连接，右部与右侧相邻的转子励磁引导齿的左部共同将第三永磁体与右
侧相邻的转子励磁引导齿的左部之上的第二永磁体相连接。
[0043]
该转子励磁引导齿设计，使得电枢工作磁场，即与转子永磁体极对数相同的磁场，磁路通畅；而电枢非工作磁场，即与定子电枢绕组极对数相同的磁场，磁路打断。从而在维持工作磁场的同时，大幅降低非工作磁场谐波，降低电机的电枢反应强度，改善了电机的功率因数和过载能力。
[0044]
如图3所示，本发明实施例中，转子励磁引导齿4的成型方式为：每相邻两个转子励磁引导齿4的对称轴之间，通过尺寸由大到小的u型第二硅钢片径向层层叠压而成。
[0045]
作为一种可选的实施方式，定子主齿11靠近定子组件中心的上表面设置有n个平行的定子辅助齿12，n≥2。优选地，当n≥3时，n个定子辅助齿12非均匀间隔地设置。
[0046]
作为一种可选的实施方式，第一、二、三永磁体均为交替极海尔贝克式排列永磁体，材质为钕铁硼、钐钴或铁氧体。转子励磁引导齿4的材料为铁磁材料。
[0047]
作为一种可选的实施方式，电枢绕组2为三相交流电枢绕组，优选集中式电枢绕组。
[0048]
本发明实施例中，定子主齿11有6个，定子辅助齿12有12个，永磁体极对数为20，电枢绕组极对数为2。定子主齿齿数z，永磁体极对数p
r
和电枢绕组极对数p
a
存在多种可能性，需满足如下关系：
[0049]
p
a
＝min{|iz
±
p
r
|,i＝1,3,5...}
[0050][0051]
式中，gcd(z,p
a
)表示定子槽数与电枢绕组极对数的最小公约数，min表示所有可能取值中的最小值。
[0052]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。