本發(fā)明涉及電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及高轉(zhuǎn)矩密度、空間緊湊的開關(guān)磁通盤式電機(jī)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

近年來，盤式永磁電機(jī)因其結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)獲得研究人員越來越多的關(guān)注，已有大量文獻(xiàn)對多種結(jié)構(gòu)的軸向永磁電機(jī)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。開關(guān)磁通電機(jī)由于高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度的優(yōu)點(diǎn)，其與盤式電機(jī)結(jié)合形成開關(guān)磁通盤式電機(jī)，特別適合要求高轉(zhuǎn)矩密度和空間緊湊的場合，如電動車輛、可再生能源系統(tǒng)、飛輪儲能系統(tǒng)等。為了克服單邊磁拉力等問題，研究最為廣泛的是雙邊開關(guān)磁通盤式電機(jī)。傳統(tǒng)開關(guān)磁通盤式電機(jī)采用U型鐵芯疊層段，輸出轉(zhuǎn)矩有限，永磁體效率較低，各繞組之間的磁路通過鐵芯的軛部互相耦合，相與相間的磁場也相互干擾，導(dǎo)致電機(jī)容錯性能較差。針對上述傳統(tǒng)的開關(guān)磁通盤式電機(jī)存在的不足，如何克服上述問題，是目前急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)和系統(tǒng)，以提高永磁體效率和容錯能力，降低永磁體總體成本和每相繞組間的磁路耦合。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)，包括：定子(1)、轉(zhuǎn)子(2)和兩套繞組(3)；所述定子(1)與所述轉(zhuǎn)子(2)同心軸連接；所述定子(1)包括兩個定子盤，兩個所述定子盤分別設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子(2)兩側(cè)且到所述轉(zhuǎn)子(2)的距離相等，兩個所述定子盤同軸心連接；

各所述定子盤均包括k個定子模塊，各所述定子模塊包括m個定子單元(1-1)和m個連接塊(1-4)，所述連接塊(1-4)設(shè)置在任意兩個所述定子單元(1-1)之間，所述定子單元(1-1)與所述連接塊(1-4)沿圓盤圓周方向排列，其中，k為大于等于1的整數(shù)，m為大于等于3的整數(shù)；

所述定子單元(1-1)包括：兩個第一疊層段(1-2)、一個第二疊層段(1-3)以及兩個永磁體(1-5)，所述第二疊層段(1-3)設(shè)置在兩個第一疊層段(1-2)之間；所述永磁體(1-5)設(shè)置在所述第一疊層段(1-2)和所述第二疊層段(1-3)之間；

各套所述繞組(3)包括k個繞組模塊，各所述繞組模塊包括m個繞組單元(3-1)，m個所述繞組單元(3-1)具體為m相繞組；各所述繞組單元(3-1)包括兩個繞組線圈；在所述第一疊層段(1-2)上開設(shè)一個定子槽(1-6)，在所述第二疊層段(1-3)上開設(shè)兩個定子槽(1-6)，各所述定子槽(1-6)的開口朝向轉(zhuǎn)子(2)；各所述繞組單元(3-1)的兩個繞組線圈分別嵌入在所述定子盤中對應(yīng)的定子單元上的四個所述定子槽(1-6)內(nèi)；

所述轉(zhuǎn)子(2)包括多個轉(zhuǎn)子凸極(2-1)、內(nèi)固定環(huán)(2-2)、外固定環(huán)(2-3)；所述內(nèi)固定環(huán)(2-2)置于多個所述轉(zhuǎn)子凸極(2-1)內(nèi)側(cè)；所述外固定環(huán)(2-3)置于多個所述轉(zhuǎn)子凸極(2-1)外側(cè)。

可選的，所述轉(zhuǎn)子凸極(2-1)極距對應(yīng)的圓心角與所述定子盤中參數(shù)應(yīng)滿足如下關(guān)系：θ₁＝nθ_p，其中，θ_p為相鄰的兩個所述轉(zhuǎn)子凸極(2-1)之間對應(yīng)的圓心角，θ₁為同一所述定子單元(1-1)中同一所述永磁體(1-5)兩側(cè)所述第一疊層段(1-2)的所述定子槽(1-6)與所述第二疊層段(1-3)的所述定子槽(1-6)之間對應(yīng)的圓心角，θ₂為同一所述定子單元(1-1)中兩個所述永磁體(1-5)之間對應(yīng)的圓心角，θ₃為相鄰的兩個所述定子單元(1-1)之間對應(yīng)的圓心角，m為所述定子單元(1-1)的相數(shù)，i、j、l、n為參考系數(shù)，i、j、n為非負(fù)整數(shù)，l取值為0或1。

可選的，所述轉(zhuǎn)子凸極(2-1)由鐵磁材料制成。

可選的，所述內(nèi)固定環(huán)(2-2)、外固定環(huán)(2-3)均由非磁性材料制成。

可選的，永磁體(1-5)采用切向充磁，且相鄰的兩個永磁體(1-5)的充磁方向相反。

可選的，各所述兩個定子盤可在周向上錯開一定角度。

本發(fā)明還提供了一種模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)系統(tǒng)，所述模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)系統(tǒng)包括p個權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)，相鄰的兩個所述模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)上的定子盤的無槽面連接。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明將每個定子盤分成分成k個定子模塊，每個設(shè)置m個定子單元，降低了每相繞組間的磁路耦合，提高盤式電機(jī)容錯能力；每個定子單元都由兩個所述第一疊層段和一個所述第二疊層段組成，提高了永磁體利用效率，降低永磁體總體成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(a)-(b)為本發(fā)明實(shí)施例模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)的定子盤結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4(a)-(b)為本發(fā)明實(shí)施例模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)的定子盤與繞組相組合的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖說明

定子 1 定子單元 1-1

第一疊層段 1-2 第二疊層段 1-3

連接塊 1-4 永磁體 1-5

定子槽 1-6 一號定子盤 1-7

二號定子盤 1-8 轉(zhuǎn)子 2

轉(zhuǎn)子凸極 2-1 內(nèi)固定環(huán) 2-2

外固定環(huán) 2-3 繞組 3

繞組單元 3-1 第一繞組線圈 3-1-1

第二繞組線圈 3-1-2

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)和系統(tǒng)，以提高永磁體效率和盤式電機(jī)容錯能力，降低每相繞組間的磁路耦合和永磁體總體成本。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

本發(fā)明提供一種模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)系統(tǒng)，包括p個模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)，相鄰的兩個所述模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)上的定子盤的無槽面連接。

一種模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)，具體包括定子1、轉(zhuǎn)子2和兩套繞組3；所述定子1包括兩個定子盤；各所述定子盤均包括k個定子模塊，各所述定子模塊包括m個定子單元1-1和m個連接塊1-4，所述連接塊1-4設(shè)置在任意兩個所述定子單元1-1之間，所述定子單元1-1與所述連接塊1-4沿圓盤圓周方向排列，其中，k為大于等于1的整數(shù)，m為大于等于3的整數(shù)。各套所述繞組3包括k個繞組模塊，各繞組模塊包括m個繞組單元3-1，m個所述繞組單元3-1具體為m相繞組。

本發(fā)明以k＝1,m＝3為例進(jìn)行詳細(xì)說明，詳見圖1-4。圖1為本發(fā)明實(shí)施例模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(a)-(b)為本發(fā)明實(shí)施例模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖2(a)為轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)立體圖，(b)為轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)左視圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)的定子盤結(jié)構(gòu)示意圖；圖4(a)-(b)為本發(fā)明實(shí)施例模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)的定子盤與繞組相組合的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖4(a)為組合結(jié)構(gòu)前視圖，(b)為組合結(jié)構(gòu)后視圖。根據(jù)圖1-圖4可知，所述模塊化開關(guān)磁通盤式電機(jī)包括定子1、轉(zhuǎn)子2、兩套繞組3，所述轉(zhuǎn)子2與所述定子1同心軸連接。

所述定子1包括兩個定子盤，所述兩個定子盤分別為一號定子盤1-7、二號定子盤1-8，所述一號定子盤1-7和所述二號定子盤1-8分別設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子2兩側(cè)且到所述轉(zhuǎn)子2的距離相等，所述一號定子盤1-7和所述二號定子盤1-8同軸心連接。

所述一號定子盤1-7與所述二號定子盤1-8的組成結(jié)構(gòu)完全相同。

所述一號定子盤1-7一個定子模塊，所述定子模塊包括包括三個定子單元1-1、三個連接塊1-4，所述連接塊1-4設(shè)置在任意兩個所述定子單元之間，所述連接塊1-4的材料為非磁性材料，降低各相繞組之間的電磁干擾。另外，所述定子單元的數(shù)量與繞組相數(shù)m相對應(yīng)，其中m為大于零的整數(shù)，所述定子單元的個數(shù)可以根據(jù)電機(jī)相數(shù)的要求進(jìn)行設(shè)計。

進(jìn)一步地，所述定子單元1-1包括：鐵芯疊層段，兩塊永磁體1-5。

所述鐵芯疊層段，用于減小電機(jī)渦流損耗，所述鐵芯疊層段包括兩個第一疊層段1-2和一個第二疊層段1-3，所述第二疊層段1-3設(shè)置在相鄰兩個第一疊層段1-2之間，在所述第一疊層段1-2上開設(shè)一個開口朝向轉(zhuǎn)子2的定子槽1-6，在所述第二疊層段1-3上開設(shè)兩個開口朝向轉(zhuǎn)子2的定子槽1-6。所述第一疊層段1-2即可為類似開口朝向轉(zhuǎn)子2類似C型形狀的C型疊層段，還可為類似開口朝向轉(zhuǎn)子2類似V型形狀的V型疊層段，還可為類似開口朝向轉(zhuǎn)子2的U型形狀的U型疊層段；所述第二疊層段1-3即可為開口朝向轉(zhuǎn)子2類似E型形狀的E型疊層段，還可為類似開口朝向轉(zhuǎn)子2類似W形狀的W型疊層段，還可為開口朝向轉(zhuǎn)子2類似m型形狀的m型疊層段；各所述定子槽1-6為半開口槽或全開口槽。本發(fā)明附圖1-4以C型疊層段與E型疊層段組合為例進(jìn)行繪制，其它的組合方式圖形不再一一畫出。

所述永磁體1-5設(shè)置在所述第一疊層段1-2與第二疊層段1-3之間，相鄰的所述永磁體1-5的周向充磁方向相反；所述永磁體1-5的材質(zhì)為釹鐵硼、杉鈷及鐵氧體中至少一者。

所述轉(zhuǎn)子2包括內(nèi)固定環(huán)2-2、外固定環(huán)2-3和轉(zhuǎn)子凸極2-1；所述內(nèi)固定環(huán)2-2置于所述轉(zhuǎn)子凸極2-1內(nèi)側(cè)；所述外固定環(huán)2-3置于所述轉(zhuǎn)子凸極2-1外側(cè)；所述內(nèi)固定環(huán)2-2、所述外固定環(huán)2-3為非磁性材料；所述轉(zhuǎn)子凸極2-1為鐵磁材料。

所述轉(zhuǎn)子凸極(2-1)極距對應(yīng)的圓心角與所述定子盤中參數(shù)應(yīng)滿足如下關(guān)系：θ₁＝nθ_p，其中，θ_p為相鄰的兩個所述轉(zhuǎn)子凸極2-1之間對應(yīng)的圓心角，θ₁為同一所述定子單元1-1中同一所述永磁體1-5兩側(cè)所述第一疊層段1-2的所述定子槽1-6與所述第二疊層段1-3的所述定子槽1-6之間對應(yīng)的圓心角，θ₂為同一所述定子單元1-1中兩個所述永磁體1-5之間對應(yīng)的圓心角，θ₃為相鄰的兩個所述定子單元1-1之間對應(yīng)的圓心角，m為所述定子單元1-1的相數(shù)，i、j、l、n為參考系數(shù)，i、j、n為非負(fù)整數(shù)，l取值為0或1。

各套所述繞組3包括一個繞組模塊，該繞組模塊包括三個繞組單元3-1，所述三個繞組單元3-1分別為A相繞組單元、B相繞組單元、C相繞組單元；各所述繞組單元3-1包括第一繞組線圈3-1-1、第二繞組線圈3-1-2，所述第一繞組線圈3-1-1、所述第二繞組線圈3-1-2分別依次嵌入在所述一號定子盤1-7或所述二號定子盤1-8中對應(yīng)的所述定子單元1-1上的四個所述定子槽1-6內(nèi)。

本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。