一种磁钢交错式多级轴向磁通永磁动能装置的制作方法

本发明涉及电器设备技术领域，且特别涉及一种磁钢交错式多级轴向磁通永磁动能装置。

背景技术：

传统多级叠加式轴向电机有两种，一种是把多个单一轴向电机装在同一根轴上，即无论是永磁体还是导磁背板，都是单一电机用量的整数倍，这样的叠加方案，经济性较差，成本较高，轴向长度较长，同时绕组之间的电气连接很困难，绕组一致性很难保证，不具有批产性；另一种如专利cn203660839u“基于有效磁域技术的模块化多层盘式电机”所描述的以一个盘面固定有多个永久磁铁的盘式转子和紧邻的盘式定子绕组作为一个动能转换单元，多个动能转换单元依次轴向对齐叠加构成，其中每个转子上的永久磁体的形状一致且轴向对齐；在下述长度的轴向距离内安装有至少2组动能转换单元：该长度是所述永久磁体厚度的12～14倍。尽管比第一种类型改善不少，但是由于永磁体是依然是依次轴向对齐叠加构成，绕组之间的电气连接很困难，电机结构和生产工艺复杂，仍然不具有批产性。

技术实现要素：

针对现有技术的上述缺陷，本发明要解决现有叠加式轴向电机结构和生产工艺复杂、经济性较差、生产成本极高或不具有批产性，及在径向尺寸受限的情况下，轴向电机功率无法做大等问题。

为解决上述问题，提供一种交错式磁钢转子组,包括始端转子、末端转子和设置在始端转子与末端转子之间的至少一个中间转子,所述始端转子包括背板和设在背板一面上的磁钢,所述的末端转子包括背板和设在背板一面上的磁钢,所述的中间转子包括背板和设在背板两个面的磁钢,所述的中间转子两面的磁钢的磁体磁化方向在轴向上错开一定角度α;所述磁钢的磁极以交替方式布置于背板上,并在装配时自动与相邻转子中的磁钢的相对磁极对准。

在本发明中，转子的背板为盘式结构，主要有两个主要平面，其中，对面的限制一般只是主要平面。

优选的，包括始端转子、第一中间转子、第二中间转子和末端转子，始端转子的磁钢设在背板第二面上，始端转子的磁钢与第一中间转子第一面的磁钢磁极方向重叠且相反；第一中间转子第一面上磁钢磁极方向与第一中间转子第二面的磁钢磁极方向在轴向上错开一定角度α；第一中间转子第二面的磁钢磁极方向与第二中间转子第一面的磁钢磁极方向重叠且相反；第二中间转子第一面上磁钢磁极方向与第二中间转子第二面的磁钢磁极方向在轴向上错开一定角度α；末端转子的磁钢设在背板第一面上，第二中间转子第二面的磁钢磁极方向与末端转子第一面的磁钢磁极方向重叠且相反。

第一平面和第二平面分别指盘式背板的两个主要平面，第一平面和第二平面主要为体现各转子的第一平面是同一侧的，同理，各转子的第二平面也是同侧的。

一种磁通永磁电机，包括定子组和转子组，所述定子组包括设置在所述转子组的相邻转子之间的绕组盘。

定子组包括多个绕组盘，绕组盘和转子之间间隔排布。

优选的，多个绕组盘上的绕组轴向重叠，相邻绕组盘上的绕组进、出线位置沿周向错开一定角度β。

沿周向错开一定角度：即从轴向看过去，3个绕组盘共3对进出线，这3对在同一个圆周上错开了一定角度

绕组盘可为一相绕组或三相绕组。

轴向重叠是指从轴向方向看，线圈是重叠的。也可以理解为角度是相同的。

优选的，所述的多组绕线组的进、出线位置沿周向依次错开一个线圈位置。

优选的，每个绕组盘由六个线圈依次串联组成。

一个线圈位置为相隔60°。一个绕组盘6个线圈，错开一个线圈，即错开60°

优选的，包括四个转子和三个绕组盘，所述绕组盘与转子间隔分布，所述中间转子的磁钢磁极方向在轴向上错开角度α=20°，相邻绕组盘上绕组进、出线位置沿周向错开的角度β=60°。

β=60°机械角，α=20°机械角；单个磁钢盘共6极，每个极为60°机械角，要错开1/3个磁极位置，即错开20°机械角，由于机械角*极对数=电角度，所以磁极错开20°×3=60°电角度。考虑到线圈错开60°机械角，即错开180°电角度，此时，线圈相对各自的磁极错开180°-60°=120°电角度，正好符合3相绕组电气连接各自错开120角度的原理。上述解释错开如此角度，带来的绕组满足电气连接原理，为满足绕组电气连接为120°电角度连接方式，所以要=60°机械角，α=20°机械角。

优选的，还包括pcb板，所述pcb板上沿周向依次错开一定角度焊接有每个绕组盘的进出线，所述pcb板上沿周向依次错开一定角度设置多个位置传感器。

每个绕组盘的进出线焊接在pcb板上的，焊接位置也是错开一定的角度的，位置传感器也是焊接在pcb板上的，彼此之间的位置也是错开一定的角度的。绕组进出线与位置传感器没有交集，即没有连接关系。

优选的，pcb板上绕组盘的进、出线连接位置间错开角度相同。

一种磁钢交错式多级轴向磁通永磁动能装置,包括多个所述的磁通永磁电机同轴设置。

提供导磁与支撑作用的背板两侧的永磁体磁场方向沿轴向是错开一定的机械角度，上下相对的背板上的永磁体磁场方向沿轴向是重叠的，同时通过设计背板使得两侧的永磁体紧紧吸附在背板上而彼此磁场不干涉，再设计绕组盘的进、出线位置，从而使得绕组盘之间的电气连接非常方便，大幅降低了电机和生产工艺的复杂性。

磁场错开一定的角度，可以使得多个绕组盘进出线不重叠，譬如有三个绕组盘，譬如a盘的两个进出线共和b盘2个线及c盘的2个线之间错开的一定的角度，否则3个盘子的进出线将重叠，现有技术的叠加式盘式电机，均没有提到绕组的电气连接方式，造成进出线重叠，这不仅需要绝缘措施，还会使得径向尺寸增加，径向尺寸增加，却没带来转矩的增加会产生浪费。

尽管错开磁场能够产生该效果，但是磁场错开的角度和绕组盘进出线错开的角度，当满足α=20°，β=60°时，具有最佳工作状态。

本发明采用独特的永磁体排布方式，通过让相关的永磁体错开一定的机械角度，并设计背板使得永磁体安放简单可靠，同时设计绕组盘的进、出线位置，使得绕组盘之间的电气连接非常方便，保证了绕组的对称性，配合装置所需位置传感器，使得叠加式轴向电机结构和生产工艺复杂程度大幅降低，提高了生产效率的同时也大幅降低电机成本，也解决了在径向尺寸受限的情况下，轴向电机功率无法做大等问题。

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施方式)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附图说明

图1是本发明中交错式磁钢转子组的主视图；

图2是一组绕组盘结构示意图；

图3是三组绕组盘结构示意图，途中分别示出、进出线位置；

图4是位置传感器和绕组线连接板的示意图。

具体实施方式

术语解释：

轴向：是指转轴方向。

磁钢：与永磁体表示同样意思。

磁化方向：指磁路方向。

在以下具体实施例的说明中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“轴向”、“径向”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。其中，本文中出现的“一组”中“一”的限定语并非是指对数量的限定。

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。

本文中多个背板中的第一面是同侧的、多个背板的第二面也为同侧。本文中涉及背板采用上层和下层等仅为对背板第一面和第二面另一种形式的描述。

一种交错式磁钢电机，包括转子组和定子组,转子组包括始端转子、末端转子和设置在始端转子与末端转子之间的至少一个中间转子,所述始端转子包括背板和设在背板一面上的磁钢,所述的末端转子包括背板和设在背板一面上的磁钢,所述的中间转子包括背板和设在背板两个面的磁钢,所述的中间转子两面的磁钢的磁体磁化方向在轴向上错开一定角度α;所述磁钢的磁极以交替方式布置于背板上,并在装配时自动与相邻转子中的磁钢的相对磁极对准。定子组包括多个绕组盘，绕组盘和转子之间间隔排布。多个绕组盘上的绕组轴向重叠，相邻绕组盘上的绕组进、出线位置沿周向错开一定角度β。所述中间转子的磁钢磁极方向在轴向上错开角度α=20°，相邻绕组盘上绕组进、出线位置沿周向错开的角度β=60°。β=60°机械角，α=20°机械角；单个磁钢盘共6极，每个极为60°机械角，要错开1/3个磁极位置，即错开20°机械角，由于机械角*极对数=电角度，所以磁极错开20°*3=60°电角度。考虑到线圈错开60°机械角，即错开180°电角度，此时，线圈相对各自的磁极错开180°-60°=120°电角度，正好符合3相绕组电气连接各自错开120角度的原理。上述解释错开如此角度，带来的绕组满足电气连接原理：为满足绕组电气连接为120°电角度连接方式，所以要=60°机械角，α=20°机械角。

图1为交错式磁钢的磁路结构，包括始端转子、第一中间转子、第二中间转子和末端转子，始端转子的磁钢12设在背板11第二面上，始端转子的磁钢12与第一中间转子第一面的磁钢22磁极方向重叠且相反；第一中间转子背板21的第一面上磁钢22磁极方向与第一中间转子第二面的磁钢23磁极方向在轴向上错开一定角度α；第一中间转子第二面的磁钢23磁极方向与第二中间转子第一面的磁钢32磁极方向重叠且相反；第二中间转子背板31的第一面上磁钢32磁极方向与第二中间转子第二面的磁钢33磁极方向在轴向上错开一定角度α；第二中间转子第二面的磁钢33磁极方向与末端转子背板41第一面的磁钢42磁极方向重叠且相反。

图中可见共四部分组成，从上往下看，第一和四部分各自均由背板和一组永磁体构成，第二和三部分各自均由背板和两组永磁体构成。第一部分永磁体和第二部分上层永磁体，磁化方向重叠且相反，第二部分的上层永磁体和下层永磁体的磁化方向是错开一定的机械角度，第三部分的上层永磁体和第二部分的下层永磁体，磁化方向重叠且相反，第三部分的上层永磁体和下层永磁体的磁化方向是错开一定的机械角度，该角度与第二部分上、下层永磁体错开的机械角度是相同的，第四部分永磁体和第三部分下层永磁体，磁化方向重叠且相反。基于上述磁路结构，为了减少第二部分上、下层永磁体之间的磁场干扰及第三部分上、下层永磁体之间的磁场干扰，同时为了降低电机结构和生产工艺复杂程度，合理设计第二部分和第三部分的背板尺寸在一定的范围内。该背板尺寸，即厚度是需要设计的：过薄则背板磁密饱和、发热严重，背板两侧的磁场会相互干扰；过厚，浪费背板材质，增加重量，不利于功率密度的提升，背板尺寸通过电磁软件合理设计出来的。图1中的箭头所示方向均为磁场方向，背板中间的虚线表示上、下层永磁体的磁场互不干扰，即上层永磁体的磁场没有穿过虚线进入下层永磁体的磁场，下层永磁体的磁场也没有穿过虚线进入上层永磁体的磁场。

图2为一组绕组盘结构，即一相绕组，共由六个线圈依次串联而成，每个线圈均为若干等匝数绕制组成。图示线圈为扇形结构，但不限于矩形、梯形、圆形等。

图3为三组绕组盘结构，即三相绕组结构，从轴向位置望过去，三相绕组是重叠的。黑色箭头表示绕组线的进、出线位置，三相绕组的进、出线位置沿周向依次错开一个线圈位置，即一定的机械角度。在生产过程中，这可以极大提高生产效率，保证加工质量，并且在保证电气特性的前提下，减小了多相电流之间的相互干扰，并且避免了多组绕组盘出线沿轴向的重叠，以致增加了无效的径向尺寸。进、出线位置错开的角度结合永磁体错开的角度，正好满足电机基本原理所需要的角度。同时，三相绕组盘的进、出线位置互不干涉，这使得电机结构和生产工艺复杂程度大幅降低，提高了生产效率的同时也大幅降低电机成本。

图4为pcb板，沿轴向固定在定子机壳内，用于安放位置传感器和实现绕组盘与控制器的电气连接功能。三个位置传感器在pcb板上沿周向依次错开一定的机械角度，第一组绕组盘的进、出线在pcb板的位置1处实现连接，第二组绕组盘的进、出线在pcb板的位置2处实现连接，第三组绕组盘的进、出线在pcb板的位置3处实现连接,因此pcb板上的3处位置之间错开的角度与三相绕组盘的进、出线位置沿周向依次错开的角度是相同的。

如无特别说明，本文中出现的类似于“第一”、“第二”的限定语并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。同样地，本文中出现的类似于“一”的限定语并非是指对数量的限定，而是描述在前文中未曾出现的技术特征。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了解本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。