专利名称：一种无铁心永磁盘式电机定子及其装配方法
技术领域：
本发明涉及一种盘式电机的定子结构，特别是涉及一种适用于无铁心永磁盘式电机的模块化定子绕组盘结构及其装配方法。
背景技术：
永磁盘式电机的外形呈扁平状，主要由定子和转子两部分组成，通常定子是绕组盘，转子是粘有多块按N、S极性交替排列的永磁体盘。定子和转子分别是若干个圆环形的盘状结构，定子盘和转子盘垂直于电机轴放置，安装时定子绕组盘和转子磁钢盘交替安装在转轴上。盘式电机的绕组经过绕组元件成形及盘型绕组绝缘材料灌注成形，形成整个圆环形的定子绕组盘。永磁盘式电机由于使用了永磁材料而无励磁损耗，定子没有铁心，因此没有铁损耗。且定转子盘平行排列，使得电机效率高，但盘式电机的制作工艺比较复杂，要求较高，特别是定子绕组盘的加工较为关键。盘式电机具有很多优点，体积小、重量轻、结构紧凑、功率密度高、效率高，具有优越的动态性能，使得这种特殊结构的电机成为一种理想的驱动装置，用于对驱动电机的性能有较高要求的场合，特别地，盘式永磁同步电机作为大力矩直接驱动电机和现代高性能伺服电机在机器人等相关机电一体化领域已经得到广泛的使用，并已经开始逐步取代传统的伺服电机产品。近年来，随着稀土永磁材料的发展，盘式电机有了更大的发展空间，也得到了业界越来越多的重视。如图1所示，现有技术中的无铁心永磁盘式电机一般是将多个线圈以适当的方式制成整个定子绕组盘。绕组的绕制有不同的方法，在这里都适用，一般采用常见的叠绕组或波绕组联接方式。电枢绕组的有效导体在空间沿径向呈辐射状分布。对采用无铁心结构的定子，把线圈封装在绝缘材料内，压成盘状，构成无铁心定子绕组盘，绝缘材料可用含聚脂玻璃纤维塑料或酚醛塑料等。多盘式结构的永磁盘式电机，由多个转子与多个定子沿电机轴向交替排列而形成多气隙的结构，可以进一步提高电动机的输出转矩和输出功率，特别适合于大力矩直接传动装置。多盘式结构的永磁盘式电机的基本结构是基于永磁盘式单元电机的，以两个中间定子结构的单兀电机构成的多气隙永磁盘式电机为例来说明，一般将两个单兀盘式电机通过简单拼装直接构成的多盘式电机优化为三转子双定子的盘式电机结构，将外侧的两个转子磁钢盘分别平行固定在两侧的转子外壳上，另外一个转子磁钢盘与外侧两个转子磁钢盘等距固定在中间转轴上，形成两个气隙，两个定子绕组盘放置在两个气隙中，这种结构比由两个单元盘式电机直接构成的多盘式电机减少了一个磁钢盘，减轻了电机重量，但是多盘式结构的永磁盘式电机结构比较复杂，加工工艺也复杂得多。盘式电机定子绕组盘的制造和安装比较困难，这一点在多盘结构的盘式电机上体现的更为明显，多盘式电机的定子盘必须与转子盘交替安装，这就造成了定转子盘的安装和拆卸必须按照一定的顺序进行，造成了安装和拆卸的不方便，当中间的某个定子绕组盘出现故障时，需要将其外侧一端或两端的定转子盘全部取下后才能对其进行拆卸维修或更换，这样就对故障的定子绕组盘的维修造成了很大的困难，工作量较大。针对这一问题，一种方法可以采用电机轴分段的方式，但是电机轴分段不能保证电机的联轴精度，特别是要做定转子盘较多的盘式电机时，这种缺点更为明显，但是倘若轴不分段，多盘电机存在定、转子盘的安装、拆卸、维修不方便的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中多盘式电机安装、维修、拆卸困难的缺点，提出一种模块化的盘式电机定子结构。本发明克服了现有多盘式电机定子盘与转子盘在安装和拆卸时都需要按一定顺序进行，从而造成的在安装、拆卸、维修时较为困难的不足。本发明总的思路是，将传统的盘式电机的定子绕组盘模块化，多个扇形绕组模块相邻对接组成一个整的定子绕组盘。安装时，可以先将所有的转子磁钢盘全部安装在电机转轴上，再将扇形绕组模块分块对接安装到两个相邻转子磁钢盘之间的电机转轴上，使得整台电机的安装和拆卸变得更为灵活。当某一块定子绕组盘或某个定子绕组模块出现故障时，可单独将这一块拆下来进行维修，或者更换一块新的定子绕组盘或定子绕组模块，保证电机在最短的时间内重新工作。有效解决了现有盘式电机，特别是大功率的多盘式电机的安装、拆卸、维修难的问题。本发明所采用的技术方案是本发明一种模块化的无铁心永磁盘式电机定子，将两个以上扇形定子绕组模块对接安装成一个无铁心定子绕组盘。每个扇形定子绕组模块包括扇形定子绕组及其对应的部分电机外壳。所述扇形定子绕组由一个或多个线圈组成，每个线圈由导线按一定方式缠绕而成。所述的线圈可单层排列，也可双层交叉排列，传统的整盘绕组的线圈排列方式在这里皆适用。扇形定子绕组对应的部分电机外壳位于扇形定子绕组外侧，与扇形定子绕组同处于垂直于电机转轴的同一平面上。两个以上扇形定子绕组模块组合成一个定子绕组盘，组成一个定子绕组盘的多个扇形定子绕组模块具有相同的圆心角，且扇形定子绕组模块的个数及所占的圆心角度应均分整个圆周。每一个扇形定子绕组的两端引出导线，用以和相邻的扇形定子绕组连接。定子绕组盘由两个以上的扇形定子绕组模块组成时，可以将相邻的扇形定子绕组模块的绕组端部导线分别通过扇形定子绕组模块对应的机壳引出到机壳外进行连接。特别地，也可以在扇形定子绕组模块的机壳内部进行连接，将绕组端部导线引到该扇形定子绕组模块对应的机壳内部并固定，相邻的扇形定子绕组模块通过铜柱连接，将绕组端部导线连通，同时固定相邻的两个扇形定子绕组模块，也可以同时附加其他措施来对定子绕组模块进行固连。所有相邻的定子绕组模块连接形成一个定子绕组盘。进一步地，相邻的扇形定子绕组模块通过扇形定子绕组对应的部分电机外壳连接在一起，在连接面对应的两侧机壳部分开连接孔，扇形定子绕组端部导线穿过此连接孔固定在连接孔的底部或内部。铜柱的两端分别插入到需要连接的两个相邻的扇形定子绕组模块的连接孔内，与绕组端部导线连接，并将相邻的两个扇形定子绕组模块连接起来。两个以上的扇形定子绕组模块连接形成一个定子绕组盘。进一步地，多盘式的永磁盘式电机在装配时，先把电机的转子磁钢盘全部或部分安装在盘式电机转轴上的相应位置，待转子磁钢盘固定好之后，然后将两个以上的扇形定子绕组模块对接插入每两个相邻的转子磁钢盘构成的气隙中，安装成完整的定子绕组盘。最后将沿电机轴向将相邻的定子绕组盘连接在一起，装配成整台电机。在盘式电机的定子结构中，现有的技术是以定子绕组整盘结构出现的，本发明一种模块化盘式电机的定子在很大程度上降低了装配的难度，尤其适用于多盘式结构电机。这种模块化的盘式电机定子绕组结构，克服了传统盘式电机必须定转子盘按顺序交替安装从而造成盘式电机安装、拆卸、维修困难的不足。本发明的转子磁钢盘可以是适用于盘式电机转子的任意一种形式。本发明具有的有益效果是本发明一种模块化的无铁心永磁盘式电机的定子，将盘式电机的定子绕组盘模块化，解决了盘式电机，特别是多盘结构的盘式电机的定子绕组盘安装、拆卸、维修难的问题，当中间某一个定子绕组模块出现问题时，也可以及时拆装维修或更换，不影响整台电机的使用，使得整台盘式电机的结构更为灵活。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明进一步说明。图1现有技术的盘式电机定子绕组盘的示意图；图2本发明实施例的定子绕组模块的示意图；图3本发明实施例的定子绕组盘的示意图；图4组成定子绕组的单个线圈的示意图；图5组成定子绕组的线圈连接示意图；图6定子结构分解图；图7相邻扇形定子绕组模块连接孔以及连接铜柱示意图；图8扇形定子绕组模块铜柱与线圈端部导线连接的剖面示意图；图9转子磁钢盘示意图；图10本发明无铁心永磁盘式电机的总体结构分解图；图1la无铁心永磁盘式电机的总体装配图的侧视图；图1lb无铁心永磁盘式电机的总体装配图的等轴测视图。图中1线圈,2扇形定子绕组,3扇形定子绕组对应的部分电机外壳,4扇形定子绕组模块，5定子绕组盘，6导线，7绕组端部导线，8铜柱，9连接孔，10永磁体，11转子磁钢盘，12端盖，13转轴。
具体实施例方式如图2所示，本发明模块化的无铁心永磁盘式电机定子将两个以上扇形定子绕组模块4对接安装成一个定子绕组盘5。每个扇形定子绕组模块3包括扇形定子绕组2及其对应的部分电机外壳3。其特征在于，所述扇形定子绕组由一个或多个线圈I组成，每个线圈由导线6按一定方式缠绕而成，所述的线圈I间可单层排列，也可双层交叉排列，传统的整盘绕组的线圈排列方式在这里皆适用。扇形定子绕组2对应的部分电机外壳3位于扇形定子绕组2外侧，与扇形定子绕组2同处于垂直于电机转轴13的同一平面上，且所有的扇形定子绕组具有相同的圆心角。一个扇形定子绕组2连同其对应的电机外壳3固连在一起构成一个扇形定子绕组模块4。
如图3所示，两个以上扇形定子绕组模块4组合成一个定子绕组盘5，且组成一个定子绕组盘5的扇形定子绕组模块4的数量及其所占的圆心角度应均分整个圆周。本实施例为两个半圆形的定子绕组模块。两个图2所示的扇形定子绕组模块4对接安装成一个图3所示的定子绕组盘5，在实际制造中可以是两个以上的扇形定子绕组模块4对接安装成一个定子绕组盘5。一个定子绕组盘5由多个扇形定子绕组模块4组成时，可以将相邻的扇形定子绕组的端部导线7分别通过扇形定子绕组模块对应的部分电机外壳3引出到机壳外进行连接。特别地，也可以在扇形定子绕组模块的机壳内部进行连接，将所述的绕组端部导线7引到该模块对应的机壳内部并固定，相邻的扇形定子绕组模块4通过铜柱8连接，并通过铜柱8将绕组端部导线7连通，同时固定相邻的两个扇形定子绕组模块，也可以同时附加其他措施来对定子绕组模块进行固连。所有相邻的扇形定子绕组模块4连接形成图3所示的一个定子绕组盘5。进一步地，如图7所示，相邻的扇形定子绕组模块4通过扇形定子绕组2对应的部分电机外壳3连接在一起，在连接面对应的两侧机壳部分3的端部开有连接孔9，扇形定子绕组端部导线7穿过此连接孔9固定在连接孔9的底部或内部。铜柱8的两端分别插入到需要连接的两个相邻的扇形定子绕组模块4的连接孔9内，与绕组端部导线7连接。图8所示为所述的铜柱8与其中一端的扇形定子绕组模块4的绕组端部导线7连接的示意图，如图7所示将相邻的两个扇形定子绕组模块4连接起来。两个以上的扇形定子绕组模块4连接形成如图3所示的一个定子绕组盘5。图6所示为本实施例所述的两个扇形定子绕组模块4连接形成的定子绕组盘5的分解图。在两个以上扇形定子绕组模块4组成的定子绕组盘5中，铜柱8用于将相邻的两块扇形定子绕组模块4连接起来，并将固定于连接孔9底部或内部的绕组端部导线7连通。进一步地，本实施例通过图10描述了一台由4个定子绕组盘和5个转子磁钢盘组成的多盘式电机的装配结构。多盘式的永磁盘式电机在装配时，先把电机的转子磁钢盘11全部或部分安装在盘式电机转轴13上的相应位置，待转子磁钢盘11固定好之后，然后将两个以上的扇形定子绕组模块4对接插入每两个相邻的转子磁钢盘11构成的气隙中，安装成完整的定子绕组盘5。最后沿电机轴向将相邻的定子绕组盘5连接在一起，装配成整台电机，如图1la和图1lb所示。本发明的转子磁钢盘11可以是适用于盘式电机转子的任意一种形式。本实施例中的转子磁钢盘结构如图9所示。将盘式电机的定子绕组盘模块化，分别进行制造，然后对接安装在电机转轴上，这种模块化的盘式电机定子结构便于安装、维修、拆卸，特别适用于多盘式结构的盘式电机。
权利要求
1.一种无铁心永磁盘式电机定子，其特征在于，所述的电机定子的无铁心定子绕组盘(5)由两个以上扇形定子绕组模块(4)对接安装而成；每个扇形定子绕组模块(4)包含扇形定子绕组(2)及其对应的部分电机外壳(3);所述扇形定子绕组(2)由一个或多个线圈(I)组成，扇形定子绕组(2)对应的部分电机外壳(3)位于扇形定子绕组(2)外侧，与扇形定子绕组同处于垂直于电机转轴(13)的同一平面上；两个以上的扇形定子绕组模块(4)组合成一个定子绕组盘(5);每一个扇形定子绕组(2)的两端引出定子绕组端部导线(7)，用以和相邻的扇形定子绕组连接。
2.按照权利要求1所述的无铁心永磁盘式电机定子，其特征在于，组成所述的定子绕组盘(5)的多个扇形定子绕组模块(4)具有相同的圆心角，且扇形定子绕组模块(4)的数量及所占的圆心角度均分整个圆周。
3.按照权利要求1所述的无铁心永磁盘式电机定子，其特征在于，相邻的所述的扇形定子绕组模块(4)通过铜柱(8)连接，并通过铜柱(8)将定子绕组端部导线(7)连通，并固定相邻的两个扇形定子绕组模块。
4.按照权利要求1所述的无铁心永磁盘式电机定子，其特征在于，相邻的所述的扇形定子绕组模块(4)在扇形定子绕组(2)对应的部分电机外壳(3)的端部开有连接孔(9)，扇形定子绕组端部导线(7)穿过此连接孔(9)固定在连接孔的底部或内部；铜柱(8)的两端分别插入到两个相邻的扇形定子绕组模块(4)的连接孔(9)内，与定子绕组端部导线(7)连接。
5.权利要求1所述的无铁心永磁盘式电机定子的装配方法，其特征在于，装配时，先把所述的无铁心永磁盘式电机的转子磁钢盘(11)安装在盘式电机转轴(13)上的相应位置，固定转子磁钢盘(11)，然后将两个以上的扇形定子绕组模块(4)对接插入每两个相邻的转子磁钢盘(11)构成的气隙中，装配成完整的定子绕组盘(5);最后沿电机轴向将相邻的扇形定子绕组模块(4)连接在一起。
全文摘要
一种无铁心永磁盘式电机定子，其定子绕组盘(5)由多个扇形定子绕组模块(4)对接安装而成。每个扇形定子绕组模块(4)包含扇形定子绕组(2)及其对应的部分电机外壳(3)。所述的部分电机外壳(3)与扇形定子绕组(2)处于垂直于电机转轴(13)的同一平面上。两个以上的扇形定子绕组模块(4)组合成一个定子绕组盘(5)；铜柱(8)的两端分别插入到两个相邻的扇形定子绕组模块(4)的连接孔(9)内，与定子绕组端部导线(7)连接。装配时，两个以上的扇形定子绕组模块(4)对接插入每两个相邻的转子磁钢盘(11)构成的气隙中，装配成完整的定子绕组盘(5)。
文档编号H02K1/12GK103036325SQ201210507838
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月2日 优先权日2012年12月2日
发明者王又珑, 陈晨, 温旭辉 申请人:中国科学院电工研究所