一种轴向磁通混合励磁电机的制作方法

1.本实用新型涉及电动机技术领域，更具体地说，涉及一种轴向磁通混合励磁电机。


背景技术：

2.轴向混合励磁电机，将线圈电励磁以及永磁体励磁混合作为励磁源，提高电机的励磁磁场调节能力，同时可以降低永磁体用量，并通过调节励磁电流的大小，便可以调节励磁调制磁场的大小，从而可以在相同电枢绕组激励的情况下调节输出转矩的大小。
3.现有技术中，在专利cn111541351b公开的一种双定子单转子轴向磁场混合励磁同步电机，其需要较大的环形励磁绕组及l型导磁圆环，较大程度上增加了结构复杂度，且产生的励磁磁场不能直接作用于气隙，使得漏磁严重，从而导致电机的励磁磁场调节能力降低。
4.因此，如何提高电机的励磁磁场调节能力，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种轴向磁通混合励磁电机，以提高电机的励磁磁场调节能力。
6.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.一种轴向磁通混合励磁电机，包括：
8.定子，所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯上设置有定子齿，所述定子齿上绕置有电枢线圈和励磁线圈，所述电枢线圈在通入三相交流电时形成第一旋转磁场，所述第一旋转磁场包括多个不同极对数的磁场分量；
9.转子，所述转子包括永磁体和导磁块，且所述永磁体和所述导磁块配合形成永磁磁场，所述励磁线圈在通入直流电时与所述导磁块配合形成第二旋转磁场；
10.所述定子和所述转子同轴设置，且所述第一旋转磁场的多个磁场分量分别与所述永磁磁场和所述第二旋转磁场作用形成电机的转矩。
11.可选地，在上述轴向磁通混合励磁电机中，所述定子至少为两个，且所述转子位于两个所述定子之间，所述定子齿包括第一定子齿和第二定子齿，所述电枢线圈绕置于所述第一定子齿，所述励磁线圈绕置于所述第二定子齿，且所述第一定子齿和所述第二定子齿交替排布。
12.可选地，在上述轴向磁通混合励磁电机中，所述第一定子齿和所述第二定子齿等宽设置；或，
13.所述第一定子齿和所述第二定子齿不等宽设置。
14.可选地，在上述轴向磁通混合励磁电机中，所述永磁体和所述导磁块交替排布于所述转子上。
15.可选地，在上述轴向磁通混合励磁电机中，所述定子铁芯具有相对的第一侧面和
第二侧面，所述定子铁芯的第一侧面交替设置有第一定子齿和第二定子齿，所述定子铁芯的第二侧面交替设置有第一定子齿和第二定子齿，且所述电枢线圈绕置于所述第一定子齿，所述励磁线圈绕置于所述第二定子齿。
16.可选地，在上述轴向磁通混合励磁电机中，所述转子还包括转子背铁，所述转子背铁具有相对的第一侧面和第二侧面，所述导磁块和所述永磁体交替设置于所述转子背铁的第一侧面上。
17.可选地，在上述轴向磁通混合励磁电机中，所述转子至少包括第一转子和第二转子，所述定子位于所述第一转子和所述第二转子之间，且所述第一转子的第一侧面与所述定子铁芯的第一侧面相对，所述第二转子的第一侧面与所述定子铁芯的第二侧面相对。
18.可选地，在上述轴向磁通混合励磁电机中，所述定子至少包括第一定子和第二定子，所述转子位于所述第一定子和所述第二定子之间，所述第一定子的定子齿包括第一定子齿和第二定子齿，所述电枢线圈绕置于所述第一定子齿，所述励磁线圈绕置于所述第二定子齿，且所述第一定子齿和所述第二定子齿交替排布，所述第二定子的定子齿上绕置有所述电枢线圈；或，
19.所述定子至少包括第一定子和第二定子，所述转子位于所述第一定子和所述第二定子之间，所述第一定子的定子齿沿所述定子的轴向方向分别绕置有所述电枢线圈和所述励磁线圈，所述第二定子的定子齿上绕置有所述电枢线圈。
20.可选地，在上述轴向磁通混合励磁电机中，所述转子还包括转子背铁，所述转子背铁具有相对的第一侧面和第二侧面，所述导磁块设置于所述转子背铁的第一侧面上，所述永磁体设置于所述转子背铁的第二侧面，且所述转子背铁的第一侧面与所述第一定子相对，所述转子背铁的第二侧面与所述第二定子相对。
21.可选地，在上述轴向磁通混合励磁电机中，所述电枢线圈和所述励磁线圈沿所述定子的轴向方向分别绕置在所述定子齿上。
22.本实用新型提供的轴向磁通混合励磁电机，通过在定子齿上绕置电枢线圈和励磁线圈，并通过给电枢线圈通入三相交流电时形成第一旋转磁场，且在转子上永磁体和导磁块配合形成永磁磁场，同时给励磁线圈通入直流电时产生的磁场经过导磁块产生的磁导波调制形成第二旋转磁场，并且定子和转子同轴设置，以使第一旋转磁场的多个磁场分量分别与永磁磁场和第二旋转磁场作用形成电机的转矩。通过调节励磁线圈的电流，便可以调节第二旋转磁场的磁场强度，从而实现在相同电枢线圈激励的情况下调节电机的转矩，当电机处于高速运转时，电机的反电动势较大，需要弱磁，此时只需减小励磁线圈的电流，便可减小第二旋转磁场的磁场强度，从而减小电机的反电动势，从而减小所需的电枢磁场的弱磁分量，提高电机效率，当电机处于低速运转时，电机需要较大的转矩，此时只需增大励磁线圈的电流，便可增大第二旋转磁场的磁场强度，从而提升电机的转矩。
23.与现有技术相比，本实用新型提供的轴向磁通混合励磁电机，通过将电枢线圈和励磁线圈绕置在定子齿上，使得电枢线圈在通入三相交流电时形成第一旋转磁场，以及励磁线圈通入直流电时产生的磁场经过导磁块产生的磁导波调制形成第二旋转磁场，均直接作用于气隙，并可通过调节励磁线圈的电流，便可以调节第二旋转磁场的磁场强度，从而实现在相同电枢线圈激励的情况下调节电机的转矩，进而提高了电机的励磁磁场的调节能力。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
25.图1为本实用新型实施例一提供的电机的结构示意图；
26.图2为本实用新型实施例一提供的电机的爆炸图；
27.图3为本实用新型实施例一提供的定子的爆炸图一；
28.图4为本实用新型实施例一提供的定子的爆炸图二；
29.图5为本实用新型实施例一提供的转子的局部示意图；
30.图6为本实用新型实施例二提供的电机的爆炸图；
31.图7为本实用新型实施例二提供的定子的爆炸图；
32.图8为本实用新型实施例二提供的转子的结构示意图；
33.图9为本实用新型实施例二提供的转子的爆炸图；
34.图10为本实用新型实施例三提供的电机的爆炸图；
35.图11为本实用新型实施例三提供的定子的爆炸图；
36.图12为本实用新型实施例四提供的电机的爆炸图；
37.图13为本实用新型实施例四提供的转子的爆炸图；
38.图14为本实用新型实施例四提供的永磁侧的定子的爆炸图。
39.其中，100为定子，101为电枢线圈，102为励磁线圈，103为定子铁芯，1031为第一定子齿，1032为第二定子齿，200为转子，201为永磁体，202为导磁块，203为转子背铁。
具体实施方式
40.本实用新型的核心在于提供一种轴向磁通混合励磁电机，以提高电机的励磁磁场调节能力。
41.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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他实施例，都属于本技术保护的范围。
42.如图1所示，本实用新型实施例公开了一种轴向磁通混合励磁电机，包括定子100和转子200。需要说明的是，下面实施例均是基于电机在稳态即转子200转动的情况下进行的解释和说明。
43.其中，如图2所示，定子100包括定子铁芯103，在定子铁芯103上设置有定子齿，定子齿上绕置有电枢线圈101和励磁线圈102，且当电枢线圈101通入三相交流电时形成第一旋转磁场，第一旋转磁场包括多个不同极对数的磁场分量。需要说明的是，电枢线圈101通入三相交流电形成第一旋转磁场的原理与传统永磁电机的原理相同，本文在此不再赘述。
44.如图2所示，转子200包括永磁体201和导磁块202，且永磁体201和导磁块202配合形成永磁磁场，且永磁磁场的转速与转子200的转速相同，当励磁线圈102在通入直流电时产生的磁场经过导磁块202产生的磁导波调制形成第二旋转磁场，且定子100和转子200同
轴设置，使得第一旋转磁场的多个磁场分量分别与永磁磁场和第二旋转磁场作用形成电机的转矩。本领域相关技术人员可以理解的是，假设励磁线圈102在通入直流电时产生的磁场的极对数为p1，旋转机械角速度为w1，导磁块202的个数为n
fe
，旋转机械角速度为w
fe
，则产生的多个调制磁场，其中主要的成分的极对数为n
fe-p1，其旋转机械角速度为(n
fe
×wfe-p1×
w1)/(n
fe-p1)。由上述公式可知，当励磁线圈102通入直流电时，相当于w1＝0，当励磁线圈102通入交流电时，励磁线圈102需要改成多相线圈，以产生速度为w1的旋转磁场，本实用新型实施例只针对励磁线圈102通入直流电时的情况进行解释和说明，当然也可以将励磁线圈102改成多相线圈从而通入多相交流电，其原理与传统电机的定子100的三相线圈排布和通电方式一致，本文在此不再赘述。需要说明的是，由于导磁块202的设置，可降低永磁体201的用量，节约成本。
45.如图3至图5所示，在一具体实施例中，定子100至少为两个，且两个定子100对称分布于转子200的两侧，如图2所示，由于两个定子100完全相同，在此只针对转子200一侧的定子100进行说明。定子铁芯103上的定子齿包括第一定子齿1031和第二定子齿1032，其中，电枢线圈101绕置于第一定子齿1031上，励磁线圈102绕置于第二定子齿1032上，且第一定子齿1031和第二定子齿1032交替排布，使得电枢线圈101在通入三相交流电时形成第一旋转磁场，以及励磁线圈102通入直流电时产生的磁场经过导磁块202产生的磁导波调制形成第二旋转磁场，均直接作用于气隙，减少了漏磁现象。具体地，第一定子齿1031和第二定子齿1032可等宽设置，即第一定子齿1031沿周向的宽度等于第二定子齿1032沿周向的宽度，如图3所示，当然，第一定子齿1031和第二定子齿1032也可不等宽设置，即第一定子齿1031沿周向的宽度与第二定子齿1032沿周向的宽度不相等，如图4所示，第一定子齿1031的宽度和第二定子齿1032的宽度可根据实际需求选择。同时，永磁体201和导磁块202交替排布于转子200上，如图5所示，在本实施例中，永磁体201可均为n极永磁体或均为s极永磁体，下面以永磁体201均为n极永磁体进行解释和说明。当永磁体201均为n极永磁体时，由于磁力线需要闭合，相邻的导磁块202会强制形成s极，从而形成闭合的永磁磁场，且永磁磁场的转速与转子200的机械转速相同，以与第一旋转磁场的其中一个分量作用形成转矩。当电机处于高速运转时，电机的反电动势较大，需要弱磁，此时只需减小励磁线圈102的电流，便可减小第二旋转磁场的磁场强度，从而减小所需的电枢磁场的弱磁分量，提高电机效率，当电机处于低速运转时，电机需要较大的转矩，此时只需增大励磁线圈102的电流，便可增大第二旋转磁场的磁场强度，从而提升电机的转矩。
46.进一步地，当定子齿沿周向的宽度均相等时，电枢线圈101和励磁线圈102也可沿定子100的轴向方向分别绕置在定子齿上，如图10和图11所示，以使电枢线圈101的设计自由度更高，且谐波含量较少。需要说明的是，电枢线圈101和励磁线圈102可按如图11的方式设置，当然也可以将电枢线圈101和励磁线圈102互换位置，均可起到减少电枢线圈101的谐波含量的作用。
47.本实用新型提供的轴向磁通混合励磁电机，通过在定子齿上绕置电枢线圈101和励磁线圈102，并通过给电枢线圈101通入三相交流电时形成第一旋转磁场，且在转子200上永磁体201和导磁块202配合形成永磁磁场，且永磁磁场的转速和转子200的转速相同，同时给励磁线圈102通入直流电时产生的磁场经过导磁块202产生的磁导波调制形成第二旋转磁场，并且定子100和转子200同轴设置，以使第一旋转磁场的多个磁场分量分别与永磁磁
场和第二旋转磁场作用形成电机的转矩。通过调节励磁线圈102的电流，便可以调节第二旋转磁场的磁场强度，从而实现在相同电枢线圈101激励的情况下调节电机的转矩，当电机处于高速运转时，电机的反电动势较大，需要弱磁，此时只需减小励磁线圈102的电流，便可减小第二旋转磁场的磁场强度，从而减小电机的反电动势，从而减小所需的电枢磁场的弱磁分量，提高电机效率，当电机处于低速运转时，电机需要较大的转矩，此时只需增大励磁线圈102的电流，便可增大第二旋转磁场的磁场强度，从而提升电机的转矩。
48.与现有技术相比，本实用新型提供的轴向磁通混合励磁电机，通过将电枢线圈101和励磁线圈102绕置在定子齿上，使得电枢线圈101在通入三相交流电时形成第一旋转磁场，以及励磁线圈102通入直流电时产生的磁场经过导磁块202产生的磁导波调制形成第二旋转磁场，均直接作用于气隙，并可通过调节励磁线圈102的电流，便可以调节第二旋转磁场的磁场强度，从而实现在相同电枢线圈101激励的情况下调节电机的转矩，进而提高了电机的励磁磁场的调节能力。
49.如图6所示，在一具体实施例中，转子200至少为两个，为了方便理解，将两个转子200分别定义为第一转子和第二转子，且定子100位于第一转子和第二转子之间，第一转子和第二转子分别对称分布于定子100的两侧。具体地，如图7所示，定子100的定子铁芯103具有相对的第一侧面和第二侧面，定子铁芯103的第一侧面交替设置有第一定子齿1031和第二定子齿1032，定子铁芯103的第二侧面交替设置有第一定子齿1031和第二定子齿1032，且电枢线圈101绕置于第一定子齿1031，励磁线圈102绕置于第二定子齿1032。如图8和图9所示，转子200还包括转子背铁203，为了方便理解，将转子背铁203的两个侧面分别定义为第一侧面和第二侧面，且导磁块202和永磁体201交替设置于转子背铁203的第一侧面上。并且，第一转子的第一侧面与定子铁芯103的第一侧面相对，第二转子的第一侧面与定子铁芯103的第二侧面相对，通过设置转子背铁203，以使调制磁场(第一旋转磁场、永磁磁场和第二旋转磁场)形成闭合磁场。具体的电机转矩的调制过程与上述实施例相似，本文在此不再赘述。需要说明的是，第一定子齿1031和第二定子齿1032可等宽设置，也可不等宽设置，且当第一定子齿1031和第二定子齿1032等宽设置时，电枢线圈101和励磁线圈102也可沿定子100的轴向方向分别绕置在定子齿上。同时，转子背铁203与导磁块202可为一体式结构或分体式结构均可。
50.如图12至图14所示，在一具体实施例中，定子100为两个，且定子100至少包括第一定子和第二定子，转子200位于第一定子和第二定子之间，其中，第一定子的定子齿包括第一定子齿1031和第二定子齿1032，电枢线圈101绕置于第一定子齿1031，励磁线圈102绕置于第二定子齿1032，且第一定子齿1031和第二定子齿1032交替排布，第二定子的定子齿上绕置有电枢线圈101，同时，转子200还包括转子背铁203，转子背铁203具有相对的第一侧面和第二侧面，导磁块202设置于转子背铁203的第一侧面上，永磁体201设置于转子背铁203的第二侧面，其中，永磁体201包括n极永磁体和s极永磁体，n极永磁体和s极永磁体交替分布于转子背铁203的第二侧面，且转子背铁203的第一侧面与第一定子相对，转子背铁203的第二侧面与第二定子相对，以使转子背铁203的第二侧面与第二定子形成传统永磁电机，转子背铁203的第一侧面与第一定子形成磁场调制电机，以方便解耦设计，从而减小了磁场的耦合影响，同时对于磁场调制电机的设计也更加简单，只需要设计定子100的电枢线圈101形成的第一旋转磁场，以及导磁块202调制励磁线圈102形成的第二旋转磁场，使得第一旋
转磁场和第二旋转磁场相匹配即可。当然，当第一定子齿1031和第二定子齿1032等宽设置时，电枢线圈101和励磁线圈102也可沿定子100的轴向方向绕置于第一定子的定子齿上。需要说明的是，当电枢线圈101绕置于第一定子齿1031，励磁线圈102绕置于第二定子齿1032，且第一定子齿1031和第二定子齿1032交替排布时，第一定子齿1031和第二定子齿1032也可根据实际情况不等宽设置，当然，导磁块202与转子背铁203可为一体式结构，也可为分体式结构。
51.需要说明的是，上述实施例中的导磁块202和转子背铁203均由导磁材料制成。
52.本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
53.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种轴向磁通混合励磁电机，其特征在于，包括：定子(100)，所述定子(100)包括定子铁芯(103)，所述定子铁芯(103)上设置有定子齿，所述定子齿上绕置有电枢线圈(101)和励磁线圈(102)，所述电枢线圈(101)在通入三相交流电时形成第一旋转磁场，所述第一旋转磁场包括多个不同极对数的磁场分量；转子(200)，所述转子(200)包括永磁体(201)和导磁块(202)，且所述永磁体(201)和所述导磁块(202)配合形成永磁磁场，所述励磁线圈(102)在通入直流电时与所述导磁块(202)配合形成第二旋转磁场；所述定子(100)和所述转子(200)同轴设置，且所述第一旋转磁场的多个磁场分量分别与所述永磁磁场和所述第二旋转磁场作用形成电机的转矩。2.根据权利要求1所述的轴向磁通混合励磁电机，其特征在于，所述定子(100)至少为两个，且所述转子(200)位于两个所述定子(100)之间，所述定子齿包括第一定子齿(1031)和第二定子齿(1032)，所述电枢线圈(101)绕置于所述第一定子齿(1031)，所述励磁线圈(102)绕置于所述第二定子齿(1032)，且所述第一定子齿(1031)和所述第二定子齿(1032)交替排布。3.根据权利要求2所述的轴向磁通混合励磁电机，其特征在于，所述第一定子齿(1031)和所述第二定子齿(1032)等宽设置；或，所述第一定子齿(1031)和所述第二定子齿(1032)不等宽设置。4.根据权利要求3所述的轴向磁通混合励磁电机，其特征在于，所述永磁体(201)和所述导磁块(202)交替排布于所述转子(200)上。5.根据权利要求1所述的轴向磁通混合励磁电机，其特征在于，所述定子铁芯(103)具有相对的第一侧面和第二侧面，所述定子铁芯(103)的第一侧面交替设置有第一定子齿(1031)和第二定子齿(1032)，所述定子铁芯(103)的第二侧面交替设置有第一定子齿(1031)和第二定子齿(1032)，且所述电枢线圈(101)绕置于所述第一定子齿(1031)，所述励磁线圈(102)绕置于所述第二定子齿(1032)。6.根据权利要求5所述的轴向磁通混合励磁电机，其特征在于，所述转子(200)还包括转子背铁(203)，所述转子背铁(203)具有相对的第一侧面和第二侧面，所述导磁块(202)和所述永磁体(201)交替设置于所述转子背铁(203)的第一侧面上。7.根据权利要求6所述的轴向磁通混合励磁电机，其特征在于，所述转子(200)至少包括第一转子和第二转子，所述定子(100)位于所述第一转子和所述第二转子之间，且所述第一转子的第一侧面与所述定子铁芯(103)的第一侧面相对，所述第二转子的第一侧面与所述定子铁芯(103)的第二侧面相对。8.根据权利要求1所述的轴向磁通混合励磁电机，其特征在于，所述定子(100)至少包括第一定子和第二定子，所述转子(200)位于所述第一定子和所述第二定子之间，所述第一定子的定子齿包括第一定子齿(1031)和第二定子齿(1032)，所述电枢线圈(101)绕置于所述第一定子齿(1031)，所述励磁线圈(102)绕置于所述第二定子齿(1032)，且所述第一定子齿(1031)和所述第二定子齿(1032)交替排布，所述第二定子的定子齿上绕置有所述电枢线圈(101)；或，所述定子(100)至少包括第一定子和第二定子，所述转子(200)位于所述第一定子和所述第二定子之间，所述第一定子的定子齿沿所述定子(100)的轴向方向分别绕置有所述电
枢线圈(101)和所述励磁线圈(102)，所述第二定子的定子齿上绕置有所述电枢线圈(101)。9.根据权利要求8所述的轴向磁通混合励磁电机，其特征在于，所述转子(200)还包括转子背铁(203)，所述转子背铁(203)具有相对的第一侧面和第二侧面，所述导磁块(202)设置于所述转子背铁(203)的第一侧面上，所述永磁体(201)设置于所述转子背铁(203)的第二侧面，且所述转子背铁(203)的第一侧面与所述第一定子相对，所述转子背铁(203)的第二侧面与所述第二定子相对。10.根据权利要求1所述的轴向磁通混合励磁电机，其特征在于，所述电枢线圈(101)和所述励磁线圈(102)沿所述定子(100)的轴向方向分别绕置在所述定子齿上。

技术总结
本实用新型实施例公开了一种轴向磁通混合励磁电机，包括：定子包括定子铁芯，定子铁芯上设置有定子齿，定子齿上绕置有电枢线圈和励磁线圈，电枢线圈形成第一旋转磁场，第一旋转磁场包括多个不同极对数的磁场分量；转子包括永磁体和导磁块，永磁体和导磁块配合形成永磁磁场，励磁线圈与导磁块配合形成第二旋转磁场；第一旋转磁场的多个磁场分量分别与永磁磁场和第二旋转磁场作用形成电机的转矩。本实用新型提供的轴向磁通混合励磁电机，通过将电枢线圈和励磁线圈绕置在定子齿上，第一旋转磁场以及第二旋转磁场均直接作用于气隙，通过调节励磁线圈的电流，便可调节第二旋转磁场的磁场强度，从而实现调节电机的转矩，提高电机的励磁磁场的调节能力。磁磁场的调节能力。磁磁场的调节能力。


技术研发人员：梁雨生 何俊明 崔豪杰 王治会
受保护的技术使用者：浙江盘毂动力科技有限公司
技术研发日：2023.03.01
技术公布日：2023/7/28