一种聚磁式盘式永磁电机及其安装方法

本发明涉及一种聚磁式盘式永磁电机及其安装方法。

背景技术：

1、盘式永磁电机作为电动车辆轮毂动力的动力源，能够简化电动车辆的机械部分，提高效率和功率密度。

2、但是，由于盘式永磁电机特殊的结构，其永磁体均为表贴式结构，其交直轴电感接近相等，弱磁性能较差，且弱磁扩速能力受限于逆变器输出的最大定子电压。当定子电压达到最大值后，无法再提高转速，只能通过降低永磁磁通来实现弱磁控制，这样会导致转矩下降和效率降低。

3、所以，盘式永磁电机在基速以上高速运行时需要进行弱磁控制，这也限制了它的使用范围。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是为了提供一种聚磁式盘式永磁电机及其安装方法，减少磁通损失，提高磁场在气隙内的均匀程度，从而提高电机的弱磁扩速能力。

2、本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

3、一种聚磁式盘式永磁电机，其特征在于：包括定子机构和转子机构；

4、所述定子机构包括定子铁心，所述定子铁心上绕有电枢绕组；

5、所述转子机构包括转子组件，转子组件包括转子铁心、环形halbach阵列的永磁体和矩形永磁体；

6、其中转子铁心呈环形，其外周面沿圆周方向均匀插入有多个呈v型的矩形永磁体，所述呈v型的矩形永磁体为两个矩形永磁体左右间隔呈v型布置；

7、所述环形halbach阵列的永磁体固定在所述转子铁心的内侧，所述环形halbach阵列的永磁体一侧靠近所述定子机构，且与所述定子铁心之间留有气隙；

8、所述呈v型的矩形永磁体沿宽度方向充磁，沿转子铁心圆周方向相邻的两个所述呈v型的矩形永磁体之间的充磁方向相反。

9、优选的，所述转子铁心外周面沿圆周方向均匀插入有多个呈v+1型的矩形永磁体，所述呈v+1型的矩形永磁体由两个左右间隔呈v型布置的矩形永磁体且两者之间横放有另一矩形永磁体构成，所述v+1型的矩形永磁体结构代替所述呈v型的矩形永磁体。

10、优选的，所述转子铁心外周面沿圆周方向均匀插入有多个呈u型的矩形永磁体，所述呈u型的矩形永磁体为两个矩形永磁体左右间隔且相互平行布置，所述呈u型的矩形永磁体代替所述呈v型的矩形永磁体。

11、优选的，所述转子铁心外周面沿圆周方向均匀插入有多个呈u+1型的矩形永磁体，所述呈u+1型的矩形永磁体由两个矩形永磁体左右相互平行布置且两者之间横放有另一矩形永磁体构成，所述呈u+1型的矩形永磁体代替所述呈v型的矩形永磁体。

12、优选的，所述环形halbach阵列的永磁体沿圆周方向按一定规律充磁，每个分段旋转一个角度，以形成一个正弦波型的磁场分布。

13、优选的，所述环形halbach阵列的永磁体极数与多个所述呈v型的矩形永磁体极数相同。

14、优选的，所述多个呈v型的矩形永磁体的充磁方向和环形halbach阵列的永磁体的充磁方向相结合，以形成磁场聚磁，每个所述呈v型的矩形永磁体中心线与环形halbach阵列的永磁体磁极中心线对齐。

15、优选的，所述定子铁心呈i型。

16、优选的，所述定子机构包括多个沿圆周方向均匀分布的多个定子铁心，所述转子组件设有两个，且它们沿所述定子机构轴向中心线对称。

17、一种聚磁式盘式永磁电机的安装方法，所述安装方法包括以下步骤：

18、步骤1、在将转子组件与定子组件组装前，首先对电机的磁场分布进行有限元分析，以评估磁场在气隙内的分布情况，根据分析结果调整呈v型矩形永磁体和环形halbach阵列的永磁体的布置和充磁方向，以实现更均匀的磁场分布；

19、步骤2、将定子铁心的电枢绕组与电机控制器连接，并确保连接稳定可靠，同时，优化定子铁心的几何形状和电枢绕组的布置，以减小铁损和铜损，提高电机效率；

20、步骤3、在组装过程中，确保转子铁心上的呈v型矩形永磁体与环形halbach阵列的永磁体正确对齐，以便在气隙内形成均匀磁场，通过实验或仿真方法，研究呈v型矩形永磁体之间的角度范围对电机性能的影响，确定最佳角度范围，以提高电机磁通利用率和输出性能，同时，分析矩形永磁体与环形halbach阵列的永磁体的磁场相互作用，计算气隙磁密，以便优化磁路设计；

21、步骤4、在组装过程中，确保气隙6的宽度在整个电机周长上保持一致，根据有限元分析结果，调整气隙宽度，以实现高效磁场传输；

22、步骤5、将转子组件与定子组件对齐并组装在一起，完成聚磁式盘式永磁电机的组装；

23、步骤6、进行电机的初步测试，检查电机转子和定子之间是否存在摩擦，如有摩擦，调整气隙宽度，确保电机正常运转，在运行过程中，持续监测和优化电机性能，以确保高效、稳定的运行。

24、优选的，所述步骤3的实验方法分为以下几个步骤：

25、制作一系列不同v型矩形永磁体之间角度范围的电机转子样品，确保每个样品都使用相同的永磁体材料、转子铁心材料和制造工艺；

26、搭建一个测试平台，包括一个可调节转速的驱动电机、一个测量扭矩和转速的传感器、一个测量电机电压和电流的电参数测量装置，以及一个实时采集和分析数据的计算机系统；

27、将不同角度范围的电机转子样品分别安装到实验平台上的驱动电机，并连接电机电压和电流测量装置；

28、对每个样品进行测试，分别记录在不同工况下的扭矩、转速、电压和电流参数，在实验过程中，需要确保操作条件和测量方法的一致性；

29、将收集到的实验数据输入计算机系统进行分析，绘制扭矩、转速、电压和电流参数随v型矩形永磁体之间角度范围变化的曲线图，根据曲线图，找出使电机性能达到最优的角度范围；

30、根据数据分析结果，选取最佳角度范围的电机转子样品进行进一步测试，验证其性能是否满足预期要求，如果需要，可以对实验参数和条件进行调整，以获得更准确和可靠的结果。

31、本发明的有益技术效果：本发明采用了呈v型布置的矩形永磁体和环形halbach阵列的永磁体相组合，可以改善气隙内磁场分布，提高磁通利用率和输出性能，进而提高了电机转矩和功率密度。

技术特征：

1.一种聚磁式盘式永磁电机，其特征在于：包括定子机构和转子机构；

2.根据权利要求1所述的聚磁式盘式永磁电机，其特征在于：所述转子铁心（1）外周面沿圆周方向均匀插入有多个呈v+1型的矩形永磁体（5），所述呈v+1型的矩形永磁体（5）由两个左右间隔呈v型布置的矩形永磁体且两者之间横放有另一矩形永磁体构成，所述v+1型的矩形永磁体结构代替所述呈v型的矩形永磁体（5）。

3.根据权利要求1所述的聚磁式盘式永磁电机，其特征在于：所述转子铁心（1）外周面沿圆周方向均匀插入有多个呈u型的矩形永磁体（5），所述呈u型的矩形永磁体（5）为两个矩形永磁体左右间隔且相互平行布置，所述呈u型的矩形永磁体（5）代替所述呈v型的矩形永磁体（5）。

4.根据权利要求1所述的聚磁式盘式永磁电机，其特征在于：所述转子铁心（1）外周面沿圆周方向均匀插入有多个呈u+1型的矩形永磁体（5），所述呈u+1型的矩形永磁体（5）由两个矩形永磁体左右相互平行布置且两者之间横放有另一矩形永磁体构成，所述呈u+1型的矩形永磁体（5）代替所述呈v型的矩形永磁体（5）。

5.根据权利要求1所述的聚磁式盘式永磁电机，其特征在于：所述环形halbach阵列的永磁体（4）沿圆周方向按一定规律充磁，每个分段旋转一个角度，以形成一个正弦波型的磁场分布。

6.根据权利要求1所述的聚磁式盘式永磁电机，其特征在于：所述环形halbach阵列的永磁体（4）极数与多个所述呈v型的矩形永磁体（5）极数相同。

7.根据权利要求1所述的聚磁式盘式永磁电机，其特征在于：所述定子铁心（3）呈i型。

8.根据权利要求1所述的聚磁式盘式永磁电机，其特征在于：所述定子机构包括多个沿圆周方向均匀分布的多个定子铁心（3），所述转子组件设有两个，且它们沿所述定子机构轴向中心线对称。

9.一种聚磁式盘式永磁电机的安装方法，所述聚磁式盘式永磁电机为如权利要求1~8任一项所述的聚磁式盘式永磁电机，其特征在于： 所述安装方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的聚磁式盘式永磁电机的安装方法，其特征在于：所述步骤3的实验方法分为以下几个步骤：

技术总结
本发明公开了一种聚磁式盘式永磁电机及其安装方法，聚磁式盘式永磁电机包括定子机构和转子机构；定子机构包括定子铁心，定子铁心上绕有电枢绕组；转子机构包括转子组件，转子组件包括转子铁心、环形Halbach阵列的永磁体和矩形永磁体；其中转子铁心呈环形，其外周面沿圆周方向均匀插入有多个呈V型的矩形永磁体。本发明采用了呈V型布置的矩形永磁体和环形Halbach阵列的永磁体相组合，可以改善气隙内磁场分布，提高磁通利用率和输出性能，进而提高了电机转矩和功率密度。

技术研发人员：王晨,刘杰,江明
受保护的技术使用者：安徽工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13