CN102136771B - 轴向浅表磁路电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轴向浅表磁路电机，包括：转子，转子上设置有转子永磁体组，转子永磁体组中同面相邻的永磁体的磁极性相异，形成轴向分布的浅表磁路；定子，定子的磁轭上设置有定子线圈绕组；定位机构，控制定子的磁轭和定子线圈绕组与转子永磁体组之间的距离L，其中，当L大于第一预定值A₂时，浅表磁路不作用于定子的磁轭和定子线圈绕组，构成轴向浅表磁路电机的非工作状态，此时轴向浅表磁路电机的转子与转子之间基本无磁作用拉力，当L小于第二预定值A₁时，浅表磁路作用于定子的磁轭和定子线圈绕组，构成轴向浅表磁路电机的工作状态，此时轴向浅表磁路电机的工作磁路和普通永磁电机的转子与定子之间的磁路相同。通过本发明，可以在轴向浅表磁路电机的非工作状态时转子与转子之间基本无磁作用拉力，而在工作状态时，轴向浅表磁路电机能够正常工作，最大程度地降低了轴向浅表磁路电机非工作状态时对外部产生的磁滞力。

Description

轴向浅表磁路电机

技术领域

本发明涉及电机领域，具体而言，涉及一种轴向浅表磁路电机。

背景技术

电机是各种设备的动力来源，永磁电机由于结构简单，效率高和调速性能好，在很多领域有着取代普通/传统电机之势。其中，一般的轴向永磁电机，其转子的永磁体布置都是采用同侧磁极极性相同，即：一侧全为N级，另一侧全为S级，永磁体产生的磁场环绕在磁体周围，该磁场具有很大的轴向分布空间；在另一方面，电机的定子线圈绕组中布置有铁心，该铁心与转子的永磁体之间存在着十分强的磁场耦合，不可避免的对电机转子产生磁力拉力，即永磁电机的磁滞力，该磁滞力在电机处于非驱动状态时阻碍电机转子的转动，当永磁电机应用于各种驱动系统时，导致永磁电机非驱动状态时的惯性运转性能低，而不能够充分利用系统的惯性能量，并且对外部产生反拖力，产生能源浪费，这对于电动汽车的影响更加严重。

因此，需要一种新式的永磁电机，能够有效地降低永磁电机的磁滞力，使得轴向电机在非驱动状态时，转子按照惯性旋转，不受到与定子之间的磁力影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种新式的轴向浅表磁路电机，它能够有效避免永磁电机的定子铁芯与转子永磁体之间的磁力拉力，即永磁电机的磁滞力，使得轴向永磁电机在非驱动状态时，不受到永磁电机磁滞力的影响。

有鉴于此，本发明提供一种轴向浅表磁路电机，包括：转子，转子上设置有转子永磁体组，转子永磁体组中同面相邻的永磁体的磁极性相异，形成轴向分布的浅表磁路，转子永磁体组中每个永磁体的纵剖面的宽度为A；定子，定子的磁轭上设置有定子线圈绕组；定位机构，控制定子的磁轭和定子线圈绕组与转子永磁体组之间的距离L，其中，当距离L大于第一预定值A₂时，浅表磁路不作用于定子的磁轭和定子线圈绕组，构成轴向浅表磁路电机的非工作状态，此时轴向浅表磁路电机的转子与转子之间基本无磁作用拉力，当距离L小于第二预定值A₁时，浅表磁路作用于定子的磁轭和定子线圈绕组，构成轴向浅表磁路电机的工作状态，此时轴向浅表磁路电机的工作磁路和普通永磁电机的转子与定子之间的磁路相同。通过该技术方案，可以在轴向浅表磁路电机的非工作状态时转子与转子之间基本无磁作用拉力，而在工作状态时，轴向浅表磁路电机能够正常工作，最大程度地降低了轴向浅表磁路电机非工作状态时对外部产生的磁滞力。

在上述技术方案中，优选地，在转子永磁体组中，永磁体磁路中心轴线之间的距离A₀根据复合函数A₀＝g(Nm，P，B，r，V，ζ)来确定，其中，其中Nm表示轴向浅表磁路电机的输出扭矩，P表示轴向浅表磁路电机的输出功率，B表示转子永磁体组中永磁体的磁感应强度，r表示转子的半径，V表示转子永磁体组中永磁体的体积，ζ表示加权系数，A₂＞A₀＞A₁，A₂＝2A，A₁＝k*A，1≥k＞0。通过该技术方案，由于A₀关系着浅表磁路的大小，所以通过上述复合函数设置A₀，可确定浅表磁路的合适大小以保证轴向浅表磁路电机的性能。

在上述技术方案中，优选地，同面相邻的永磁体之间夹角α₀根据复合函数α₀＝g(Nm，P，B，r，V，ζ)来确定，其中，其中Nm表示轴向浅表磁路电机的输出扭矩，P表示轴向浅表磁路电机的输出功率，B表示转子永磁体组中永磁体的磁感应强度，r表示转子的半径，V表示转子永磁体组中永磁体的体积，ζ表示加权系数，180°/N＞α₀＞0，N为转子永磁体中永磁体的对数。通过该技术方案，由于相邻永磁体之间的夹角α₀关系着浅表磁路的大小，所以通过上述复合函数设置相邻永磁体之间的夹角α₀，可确定浅表磁路的合适大小以保证轴向浅表磁路电机的性能。

在上述技术方案中，优选地，定子线圈绕组设置于转子永磁体组的左右两侧，即轴向浅表磁路电机的左右两侧，和/或转子永磁体组的外侧，即轴向浅表磁路电机的外径圆周处。

在上述技术方案中，优选地，在定子线圈绕组中，处于同一磁路上的线圈进行串联或并联工作。

在上述技术方案中，优选地，定位机构在轴向浅表磁路电机工作时，控制距离L小于第二预定值A₁；定位机构在轴向浅表磁路电机不工作时，控制距离L大于第一预定值A₂。通过该技术方案，可保证轴向浅表磁路电机不工作时，转子不受浅表磁路产生的磁力影响，可完全按惯性进行转动。

在上述技术方案中，优选地，转子永磁体组中的永磁体按三相或更多相的原则镶嵌在转子的内部。

在上述技术方案中，优选地，转子包括盘状转子和柱状转子。

在上述技术方案中，优选地，转子永磁体组中永磁体的界面包括扇形、圆形、椭圆、和方形。

在上述技术方案中，优选地，定位机构通过电磁铁、机械、直线电机、液压或气动的方式控制距离L。通过合理的方式实现定位机构，可以减少其占用的空间。

通过上述技术方案，可以实现一种轴向浅表磁路电机，其转子上相邻永磁体的磁极性相异，形成浅表磁路，并通过控制定子的磁轭和定子线圈绕组与转子永磁体组的距离L来控制转子是否受到浅表磁路的影响，来保证有效地避免定子铁芯与转子永磁体之间的磁滞力，使得轴向电机在非驱动状态时，转子按照惯性旋转，不受到与定子之间的磁力影响。

附图说明

图1是本发明实施例的轴向浅表磁路电机的示意图；

图2是永磁体的磁场分布图；

图3是普通/传统轴向永磁电机的永磁体形成的磁场分布示意图；

图4是本发明实施例的轴向浅表磁路电机中形成的浅表磁路分布示意图；

图5是本发明实施例的轴向浅表磁路电机在非工作状态形成的浅表磁路分布示意图；

图6是本发明实施例的轴向浅表磁路电机在非工作状态形成的浅表磁路分布示意图；

图7是本发明实施例的轴向浅表磁路电机在工作状态形成的磁场分布示意图；

图8是本发明实施例的轴向浅表磁路电机磁场线圈绕组位置示意图；

图9是本发明实施例的轴向浅表磁路电机的盘状转子结构示意图；

图10是本发明实施例的轴向浅表磁路电机的柱状转子结构示意图；

图11是本发明实施例的轴向浅表磁路电机的线圈绕组吸合原理之一示意图；

图12是本发明实施例的轴向浅表磁路电机的线圈绕组吸合原理之二示意图；

图13是本发明实施例的轴向浅表磁路电机的线圈绕组分离原理之一示意图；

图14是本发明实施例的轴向浅表磁路电机的线圈绕组分离原理之二示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

图1是本发明实施例的轴向浅表磁路电机的示意图。

如图1所示，本发明提供一种轴向浅表磁路电机，包括：转子102，转子上设置有转子永磁体组104，转子永磁体组104中同面相邻的永磁体的磁极性相异，形成轴向分布的浅表磁路，转子永磁体组中每个永磁体的纵剖面的宽度为A；定子106，定子的磁轭108上设置有定子线圈绕组110；定位机构112，控制定子106的磁轭108和定子线圈绕组110与永磁体组104之间的距离L，其中，在距离L大于第一预定值A₂时，浅表磁路不作用于定子106的磁轭108和定子线圈绕组110，构成轴向浅表磁路电机的非工作状态，在距离L小于第二预定值A₁时，浅表磁路作用于定子106的磁轭108和定子线圈绕组110，构成轴向浅表磁路电机的工作状态。通过该技术方案，可以在轴向浅表磁路电机的非工作状态时转子与转子之间基本无磁作用拉力，而在工作状态时，轴向浅表磁路电机能够正常工作，最大程度地降低了轴向浅表磁路电机非工作状态时对外部产生的磁滞力。

在上述技术方案中，在转子永磁体组104中，永磁体磁路中心轴线之间的距离A₀根据复合函数A₀＝g(Nm，P，B，r，V，ζ)来确定，其中，其中Nm表示轴向浅表磁路电机的输出扭矩，P表示轴向浅表磁路电机的输出功率，B表示转子永磁体组中永磁体的磁感应强度，r表示转子102的半径，V表示转子永磁体组中永磁体的体积，ζ表示加权系数，A₂＞A₀＞A₁，A₂＝2A，A₁＝k*A，1≥k＞0。通过该技术方案，由于A₀关系着浅表磁路的大小，所以通过上述复合函数设置A₀，可确定浅表磁路的合适大小以保证轴向浅表磁路电机的性能。

在上述技术方案中，同面相邻的永磁体之间夹角α₀根据复合函数α₀＝g(Nm，P，B，r，V，ζ)来确定，其中，其中Nm表示轴向浅表磁路电机的输出扭矩，P表示轴向浅表磁路电机的输出功率，B表示转子永磁体组中永磁体的磁感应强度，r表示转子102的半径，V表示转子永磁体组中永磁体的体积，ζ表示加权系数，180°/N＞α₀＞0，N为所述转子上的永磁体对数。通过该技术方案，由于相邻永磁体之间的夹角α₀关系着浅表磁路的大小，所以通过上述复合函数设置相邻永磁体之间的夹角α₀，可确定浅表磁路的合适大小以保证轴向浅表磁路电机的性能。

在上述技术方案中，定子线圈绕组110设置于转子永磁体组104的左右两侧，即轴向浅表磁路电机的左右两侧，和/或转子永磁体组104的外侧，即轴向浅表磁路电机的外径圆周处。

在上述技术方案中，在定子线圈绕组110中，处于同一磁路上的线圈进行串联或并联工作。

在上述技术方案中，定位机构112在轴向浅表磁路电机工作时，控制距离L小于第二预定值A₁；定位机构112在轴向浅表磁路电机不工作时，控制距离L大于第一预定值A₂。通过该技术方案，可保证轴向浅表磁路电机不工作时，转子不受浅表磁路产生的磁力影响，可完全按惯性进行转动。

在上述技术方案中，转子永磁体组中永磁体按三相或更多相的原则镶嵌在转子102的内部。

在上述技术方案中，转子102包括盘状转子和柱状转子。

在上述技术方案中，转子永磁体组中永磁体的界面包括扇形、圆形、椭圆、和方形。

在上述技术方案中，定位机构112通过电磁铁、机械、直线电机、液压或气动的方式控制距离L。通过合理的方式实现定位机构，可以减少其占用的空间。

以下对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图2所示，是永磁体202在空间所形成的磁场分布示意。传统的永磁电机的永磁体都是均布布置的，其空间内的磁场为图3所示，永磁体302产生的磁场分布包含在较大空间内。永磁体302分布一侧磁极全为N级，另一侧全为S级，永磁体302产生的磁场环绕在转子周围，具有一定的轴向分布空间，它在非驱动状态下与转子相互作用产生磁滞拉力，影响电机转子的惯性转动。而本发明的技术方案的永磁体的空间磁场如图4所示，系统将多个永磁体402按照N-S-N-S交替分布在转子上，即同面相邻永磁体的磁极性相异，它们的磁场由于其相邻为异，故在轴向空间内形成浅表磁路，该浅表磁路在轴向小范围内具有高磁性。永磁体402磁路中线之间的轴线位置A₀关系着浅表磁路的大小，作用范围可以根据复合函数A₀＝g(Nm，P，B，r，V，ζ)来表示，其中Nm表示轴向浅表磁路电机的输出扭矩，P表示轴向浅表磁路电机的输出功率，B表示转子永磁体组中的永磁体磁感应强度，r表示转子的半径，V表示转子永磁体组中单个永磁体的体积，ζ表示加权系数，A₂＞A₀＞A₁，A₂＝2A，A₁＝k*A，1≥k＞0。A₀的取值范围影响着电机的输出特性。可以依此位置来布置转子永磁体组的分布位置。

如图5所示，本发明的技术方案的轴向浅表磁路电机在非工作状态时，定位机构使定子线圈绕组504及其磁轭506与转子上的永磁体502具有一定的距离，使转子的浅表磁路不能够作用于定子，避免了传统永磁电机的磁阻力的影响。整个励磁感应回路如图6所示，左右两组定子线圈绕组604和磁轭606与转子上的永磁体602之间由于间隙过大，在左右两组定子线圈绕组604和磁轭606与转子上的永磁体602之间无法产生闭合的磁回路，并且定子线圈绕组中的铁芯没有受到转子永磁体组602形成的浅表磁路的影响，此时为无磁滞阻力状态。轴向浅表磁路电机工作时，如图7所示，定位机构使左右两侧的定子线圈绕组704及其磁轭706相互靠近转子上的永磁体702，在左右两组定子线圈绕组704和磁轭706与转子上的永磁体702之间构成磁回路，此时为正常工作状态，并且该磁路与传统永磁电机的磁路相同。其中，本发明的技术方案的轴向浅表磁路电机的定子线圈绕组的分布可以如图8所示，定子线圈绕组804的布置位置可以多样，可以布置在转子永磁体组802的左右两处，即轴向浅表磁路电机的左右两侧，如图8中的A处；也可以布置在在转子永磁体组802外侧，如图8中的B处；也可以根据需要同时布置在A，B两处。并且同一个磁回路上的多组定子线圈绕组804可以采用串联或者并联的工作模式。

图9和图10是本发明实施例的轴向浅表磁路电机的转子结构示意图。

电机的转子可以采用盘状转子902结构，也可以采用柱状转子1002结构，永磁体镶嵌在盘状转子902或者柱状转子1002结构内，并且按照三相原则或更多相原则，且相邻两个永磁体的极性交替布置。若需要较大功率，可以增加永磁体的个数。永磁体的截面形状和大小可以采用各种不同的，比如圆形、椭圆、方形或者扇形等等。相邻永磁体之间的夹角α₀关系着路的大小，作用范围可以根据复合函数α₀＝g(Nm，P，B，r，V，ζ)来表示。α₀的取值范围也影响着电机的输出特性。可以依此位置来布置转子永磁体组的分布位置。

图11和图12是本发明实施例的轴向浅表磁路电机的定子线圈绕组吸合原理示意图。如图11和图12所示，定位机构由弹簧1104和合拢线圈1102构成，吸合过程中，电磁铁通电产生拉力两组磁轭克服了弹簧1104的弹性势能，将磁轭拉近。定位机构在分离过程中，合拢线圈1102断电，弹簧1104的弹性势能使得将磁轭分离。

图13和图14是本发明实施例的轴向浅表磁路电机的定子线圈绕组分离原理示意图。如图13和图14所示，定位机构1302也可以安装在磁轭1308后端，以推进磁轭1308和定子线圈绕组1302。此时，定位机构1302将定子线圈绕组1304往转子永磁体组1306工作面方向靠近，两个定子线圈绕组1304通过活动的磁轭1308连接，形成正常的磁路，使电机正常工作。图13中，定子线圈绕组1304及其磁轭1308靠近电机转子，使转子的浅表磁路作用于定子，定子线圈绕组1304受到磁感应力，电机为工作状态。分离磁轭1308和定子线圈绕组1304时，定位机构1302将定子线圈绕组1304往转子永磁体组1306工作面背离的方向拉开，以减小永磁体1306和定子线圈绕组1304中铁心的磁阻力，这时电机可以断电利用惯性运行。图14中，定子线圈绕组1304及其磁轭1308远离电机转子，使转子的浅表磁路不能够作用于定子，定子线圈绕组1304不受到磁滞阻力，为无磁滞阻力状态。

通过以上的技术方案，可以实现一种轴向浅表磁路电机，其转子上相邻永磁体的磁极性相异，形成浅表磁路，并通过控制定子上定子线圈绕组与转子永磁体的距离来控制转子是否受到浅表磁路的影响，来保证有效避免定子铁芯与转子永磁体之间的磁力拉力，使得轴向浅表磁路电机在非驱动状态时，转子按照惯性旋转，不受到与定子之间的磁力影响。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种轴向浅表磁路电机，其特征在于，包括：

转子，所述转子上设置有转子永磁体组，所述转子永磁体组中同面相邻的永磁体的磁极性相异，形成轴向分布的浅表磁路，所述转子永磁体组中每个永磁体的纵剖面的宽度为A；

定子，所述定子的磁轭上设置有定子线圈绕组；

定位机构，控制所述定子的磁轭和所述定子线圈绕组与所述转子永磁体组之间的距离L，其中，在所述距离L大于第一预定值A₂时，所述浅表磁路不作用于所述定子的磁轭和所述定子线圈绕组，构成所述轴向浅表磁路电机的非工作状态，在所述距离L小于第二预定值A₁时，所述浅表磁路作用于所述定子的磁轭和所述定子线圈绕组，构成所述轴向浅表磁路电机的工作状态，

在所述转子永磁体组中，永磁体磁路中心轴线之间的距离A₀根据复合函数A₀＝g(Nm，P，B，r，V，ζ)来确定，其中Nm表示所述轴向浅表磁路电机的输出扭矩，P表示所述轴向浅表磁路电机的输出功率，B表示所述转子永磁体组中永磁体的磁感应强度，r表示所述转子的半径，V表示所述转子永磁体组中永磁体的体积，ζ表示加权系数，A₂＞A₀＞A₁，A₂＝2A，A₁＝k*A，1≥k＞0。

2.根据权利要求1所述的轴向浅表磁路电机，其特征在于，所述同面相邻的永磁体之间夹角α₀根据复合函数α₀＝g(Nm，P，B，r，V，ζ)来确定，其中Nm表示所述轴向浅表磁路电机的输出扭矩，P表示所述轴向浅表磁路电机的输出功率，B表示所述转子永磁体组中永磁体的磁感应强度，r表示所述转子的半径，V表示所述转子永磁体组中永磁体的体积，ζ表示加权系数，180°/N＞α₀＞0，N为所述转子永磁体组中的永磁体对数。

3.根据权利要求1所述的轴向浅表磁路电机，其特征在于，所述定子线圈绕组设置于所述转子永磁体组的左右两侧，即所述轴向浅表磁路电机的左右两侧，和/或所述转子永磁体组的外侧，即所述轴向浅表磁路电机的外径圆周处。

4.根据权利要求1所述的轴向浅表磁路电机，其特征在于，在所述定子线圈绕组中，处于同一磁路上的线圈进行串联或并联工作。

5.根据权利要求1所述的轴向浅表磁路电机，其特征在于，所述定位机构在所述轴向浅表磁路电机工作时，控制所述距离L小于所述第二预定值A₁；所述定位机构在所述轴向浅表磁路电机不工作时，控制所述距离L大于所述第一预定值A₂。

6.根据权利要求1所述的轴向浅表磁路电机，其特征在于，所述转子永磁体组中的永磁体按三相或更多相的原则镶嵌在所述转子的内部。

7.根据权利要求1所述的轴向浅表磁路电机，其特征在于，所述转子包括盘状转子和柱状转子。

8.根据权利要求1所述的轴向浅表磁路电机，其特征在于，所述转子永磁体组中永磁体的截面包括扇形、圆形、椭圆或者方形。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的轴向浅表磁路电机，其特征在于，所述定位机构通过电磁铁、直线电机、液压或气动的方式控制所述距离L的变化。

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