一种多功率单元的盘式永磁电机的制作方法

1.本发明涉及永磁电机技术领域，具体涉及一种多功率单元的盘式永磁电机。


背景技术：

2.永磁电动机由于其功率密度高和效率高的特点，近年来得到了广泛的应用，电动机的输出功率及输出转矩也是越来越大，随之而来的其体积和重量也越来越大，这就给电机的生产和制造带来很大的困难，同时，也给高压控制器的设计、生产带来巨大的困难，例如：目前用于矿山、电力、冶金、水泥等行业的负载主驱电机，基本都在300kw以上，这类电机的电压也基本上以6kv和10kv为主，对电机定子设计和生产来说，就必须采用高压绝缘结构；对电机控制器来说就必须配置高压变频器。而高压电机绝缘结构的成本显然高于低压电机，高压电子元器件及电源也十分昂贵，性能和可靠性都远不及低压变频器。
3.在盘式电机多盘组合领域的研究有很多，例如：专利号为cn107370317a的“多层盘式电机以及具有该电机的汽车”专利，其着重点在于将多盘绕组作星形接法和三角形接法的转换，以便于得到更好的电动机性能和发电机性能，也就是说，它采用多盘结构的目的并不是解决电机和控制器的高压大功率问题，专利号为cn108964389b的“一种低压大功率轴向组合盘式永磁电机”专利，介绍了一种大功率电机采用多电机单元组合设计，但其电机定子盘由定子轭盘和定子齿块组合而成，不利于生产制造。
4.本发明就是将电机大功率拆分成小的功率单元，在工作过程中视负载情况将功率叠加或递减，避免“大马拉小车”的情况出现，进一步地实现过载保护、软启动、调速等功能。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种多功率单元的盘式永磁电机，将电机大功率拆分成小的功率单元，采用低压电机结构和盘式电机结构，使其轴向尺寸短，叠加后不至于导致轴向尺寸过大。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种多功率单元的盘式永磁电机，包括若干个电机功率单元，每个所述电机功率单元为独立的盘式永磁电机，所述盘式永磁电机包括双定子和双永磁转子构成；
8.每个所述电机功率单元独立与外部控制器联接，实现电机功率单元的独立控制或集中控制。
9.作为本发明进一步的方案：多个所述电机功率单元的功率能够相等或不相等。
10.作为本发明进一步的方案：所述盘式永磁电机的定子由开槽卷绕式铁芯和嵌入槽内的线圈绕组构成，且所述双定子a相绕组的中心线对齐。
11.作为本发明进一步的方案：所述盘式永磁电机的永磁转子由轭板和设置在轭板两侧的永磁体构成，且两侧所述永磁体相对面的极性一致，磁铁中心线对齐。
12.作为本发明进一步的方案：多个所述电机功率单元的轭板与转轴固定连接,以输出合成的转矩和功率。
13.作为本发明进一步的方案：所述永磁体在轭板上为n极、s极交替排布。
14.作为本发明进一步的方案：所述线圈绕组采用分数槽集中绕组，绕组节距为1，每极每相槽数q为
15.作为本发明进一步的方案：外部控制器采用低压变频器对盘式永磁电机进行控制。
16.作为本发明进一步的方案：所述盘式永磁电机的定子绕组能够一相或对称联接的多相。
17.作为本发明进一步的方案：所述盘式永磁电机的两个定子盘的定子绕组能够串联连接或并联连接。
18.作为本发明进一步的方案：所述电机功率单元能够采用低电压等级进行设计。
19.本发明的有益效果：
20.(1)本发明将大功率电机拆分成若干小功率电机，使电机功率单元无需采用高电压等级设计，使电机的生产制造简单，结构紧凑，操控自如，能够采用性能和可靠性更好的低压变频器进行控制，成本低且安全性高，并且还增加了过载保护、软启动、调速等功能，实用性强，灵活性高；
21.(2)本发明采用多功率单元，将大功率电机拆分成若干小功率电机来设计、生产，不必采用高压电机绝缘结构，极大地降低了电机的生产难度和生产成本；
22.(3)本发明的多功率单元盘式永磁电机，能够采用性能和可靠性更好的低压变频器来进行控制，极大地提升了控制器的可靠性以及降低了控制器的成本；
23.(4)本发明多功率单元盘式永磁电机，功率单元采用双定子和双转子结构，主动消除了盘式电机固有的轴向力(因为单定子和单转子的盘式电机在原理上存在轴向力)；
24.(5)本发明多功率单元盘式永磁电机，具有更好的容错能力，当某一个功率单元出现问题时，其余功率单元还能正常运行；
25.(6)本发明多功率单元盘式永磁电机，因为盘式电机轴向尺寸短和功率密度高的特点，采用多功率单元后，与径向磁通的电机相比，轴向尺寸更短。
附图说明
26.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
27.图1是本发明的多功率单元盘式永磁电机的结构示意图。
28.图2是本发明单个功率单元结构示意图。
29.图3是定子盘式卷绕铁芯示意图。
30.图4是本发明实施例功率单元中两个定子绕组串联连接示意图。
31.图5是本发明实施例功率单元中两个定子绕组并联连接示意图。
32.图6是本发明实施例功率单元中开槽的双定子卷绕铁芯a相绕组的中心线对齐示意图。
33.图7是本发明实施例功率单元中轭板两面永磁体的极性和中心线对齐的示意图。
34.图8是本发明实施例两个功率单元集中一个控制器的示意图。
35.图9是本发明实施例两个功率单元的功率不相等示意图。
36.图中：1、转轴；2、开槽卷绕式铁芯；21、线圈绕组；3、轭板；4、永磁体。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
38.实施例1
39.本发明为一种多功率单元的盘式永磁电机，包括若干个电机功率单元，每个所述电机功率单元为独立的盘式永磁电机，每个所述电机功率单元独立与外部控制器联接，实现电机功率单元的独立控制或集中控制；
40.具体参见图2，电机功率单元采用双定子和永磁双转子结构，定子绕组能够是一相或对称联接的多相，本实施例为三相绕组y形接法，在两个定子盘之间，定子绕组能够串联连接(如图4)，也能够并联连接(如图5)；
41.但在实际生产制造中，绕组的相电阻，如a1和a2之间不可能绝对相等，因此并联接法有可能会产生环流，为使功率单元的盘式永磁电机达到最佳效果需要采取以下措施：
42.s1：如图3所示，卷绕式铁芯2为了能够消除齿槽转矩，使卷绕式铁芯2为斜槽或永磁转子斜极(图3中没有斜槽)，且斜槽或斜极能削弱铁芯开槽引起的齿谐波，从而改善气隙磁密波形；
43.s2：线圈绕组21采用分数槽集中绕组，绕组节距为1，每极每相槽数q为与整数槽相比，解决了低速电机的极数多与槽数有限的问题，每对极下的槽数减少，有利于提高槽满率，较少的元件数可简化嵌线和接线工艺，有助于降低成本；增加绕组的短距和分布效应，改善反电势的波形；由于节距为1，每个线圈只绕在一个齿上，缩短了线圈周长和端部伸出长度，减少用铜量，电阻和铜耗也随之降低，进而提高了电机效率；各线圈端部无重叠，不必设置相间绝缘；更便于采用自动化绕线生产工艺；
44.s3：卷绕式铁芯2在交变磁场的作用下表面会产生涡流从而产生损耗，为了最大程度地降低这种损耗，卷绕式铁芯2采用尽量薄的冷轧硅钢片(如：0.35mm、0.2mm厚或更薄)或类似导磁性能好又能减小涡流的材料，并且卷绕的层间绝缘在加工中处理好；
45.s4：如图3所示，卷绕铁芯由于是按一种蜗状线卷制而成，每一层的外圆并非是规则的正圆形，因此，冲制开槽时，其每个相邻槽的中心距并不相等，为保证槽形的整齐，须采用特殊的冲制工艺。
46.s5：如图6所示，盘式永磁电机的定子由开槽卷绕式铁芯2和嵌入槽内的线圈绕组21构成，开槽的双定子卷绕铁芯a相绕组的中心线对齐，即保证a1和a2的中心线对齐；
47.s6：如图7所示，盘式永磁电机的永磁转子由轭板3和设置在轭板3两侧的永磁体4构成，且两侧所述永磁体4相对面的极性一致，磁铁中心线对齐。
48.其中，多个所述电机功率单元的功率能够相等或不相等，提高该多功率单元的盘式永磁电机的使用灵活性。
49.其中，多个所述电机功率单元的轭板3与转轴1固定连接，实现输出合成的转矩和
功率。
50.其中，所述永磁体4在轭板3上为n极、s极交替排布。
51.其中，外部控制器采用低压变频器对盘式永磁电机进行控制，使盘式永磁电机的生产制造简单，能够采用性能和可靠性更好的低压变频器进行控制，成本低且安全性高。
52.实施例2
53.如图1所示，本实施例的实施方式与实施例1的实施方式基本一致，区别在于，本实施中包含两个电机功率单元和两个控制器，电机功率单元为分开控制，且图1中黑圆点表示省略了若干个电机功率单元。
54.实施例3
55.如图8所示，本实施例的实施方式与实施例2的实施方式基本一致，区别在于，本实施例中将两个电机功率单元采用一个控制器控制。
56.实施例4
57.如图9所示，本实施例的实施方式与实施例1的实施方式基本一致，区别在于，两个电机功率单元的功率不相等，且两个电机功率单元通过控制器分开控制。
58.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。