轴向磁路中间定子环形铁芯结构

　　在轴向磁通电机的结构开发过程中，中间定子的设计是决定整机功率密度、散热效率与装配公差的核心环节，不同于传统径向磁通电机的定子沿机壳内壁周向布置的方案，轴向磁通结构的定子需要同时兼顾两侧气隙的磁路对称、绕组端部的空间占用以及铁芯叠片的导磁效率，本次呈现的中间定子结构，正是针对双转子轴向磁通电机的应用场景完成的结构设计。从实际应用场景来看，这类中间定子结构多用于对轴向安装尺寸有严格限制的高功率密度驱动场合，比如分布式驱动的电动车辆轮边驱动单元、工业伺服直驱转台、小型风力发电的直驱发电机组，这类场景往往要求驱动部件在有限的轴向厚度内输出足够的扭矩，同时减少传动链路的机械损耗，中间定子双转子的结构恰好可以通过两侧转子同时与定子作用，缩短磁路长度，提升单位体积的扭矩输出能力。从功能特性来看，该定子采用环形分体式齿槽结构，每个定子齿独立成型后与环形磁轭完成装配，齿部的导磁截面经过优化，在保证绕组嵌放空间的前提下，尽可能缩减齿顶的漏磁区域，齿身的开槽结构用于嵌放集中式绕组，相比分布式绕组能够大幅缩减端部的铜线用量，降低绕组铜耗，同时每个定子齿的外侧设置有定位凸台，用于与外部的定子支撑结构完成径向与轴向的定位，避免电机运行过程中定子受磁拉力作用出现偏移，保证两侧气隙的均匀度。

　　设计过程中首先需要确定的是定子的内外径边界，这一参数直接决定了电机的扭矩输出能力，在给定的安装外径限制下，需要平衡齿部的导磁面积与绕组的嵌放空间，齿宽过大会导致绕组槽面积不足，线径受限带来电流密度过高、温升超标的问题，齿宽过小则会导致齿部磁密饱和，铁耗急剧上升，效率下降，该结构的齿部宽度与槽口宽度经过多轮磁路仿真迭代，将额定工况下的齿部磁密控制在硅钢片材料的线性导磁区间内，避免局部饱和带来的损耗激增。安装边界方面，该定子的轴向定位依靠磁轭两侧的端面与支撑结构的配合面完成，径向定位则依靠每个定子齿外侧的定位凸台与支撑环的卡槽配合，装配时可以先将绕组预先绕制在绝缘骨架上，再逐个套入定子齿，最后完成磁轭与支撑结构的组装，相比整体式定子铁芯的嵌线工艺，分体式齿结构的嵌线难度大幅降低，绕组的槽满率可以提升至更高水平，同时也便于后期对单个损坏的齿部绕组进行更换，降低维护成本。

　　磁路设计上，该定子采用双气隙对称磁路，定子齿的两个端面分别对应两侧转子的永磁体，磁通从一侧转子的永磁体N极出发，轴向穿过气隙进入定子齿，沿定子齿径向传导至环形磁轭，再通过相邻的定子齿轴向穿过另一侧气隙进入对应转子的S极，形成闭合磁路，这种磁路结构的轭部磁路长度更短，轭部所需的导磁截面积更小，能够进一步缩减定子的整体重量。需要注意的是，这类中间定子结构的散热设计是工程化过程中的重点，因为定子处于两个转子之间，空气流动的空间有限，绕组产生的热量难以通过转子的转动带动空气对流散出，因此在结构设计时，在定子齿与支撑结构的配合位置预留了导热路径，可以将绕组的热量通过定子齿传导至外部的支撑壳体，再通过壳体的散热结构完成热交换，避免长期运行下绕组温升过高导致绝缘老化加速。

　　另外，定子齿的端面加工精度直接影响气隙的均匀度，加工过程中需要保证所有定子齿的端面平面度在同一公差范围内，否则会导致气隙磁密分布不均，带来额外的齿槽转矩与振动噪声，因此在装配完成后需要对定子的两个端面进行一次性精磨，保证两侧端面的平行度与平面度满足气隙设计要求。绕组的绝缘处理也需要考虑轴向结构的特点，因为绕组的两个端面都临近气隙侧，需要做好端部的绝缘固定，避免电机运行过程中绕组受电磁力作用出现松动，同时防止粉尘、水汽进入绕组间隙造成绝缘故障。