一种盘式轴向磁通电动机的制作方法

本发明属于电动机技术领域，具体涉及一种轴向永磁电动机。

背景技术：

现在用于电动汽车、电动飞机的电机技术关键是高比功率、大输出功率。现有的传统电机由于结构限制的原因，在大功率情况下功率密度很低，无法满足电动汽车、电动飞机等对功率密度很高的要求，因此在电机设计上遭遇瓶颈。稀土永磁电机和交流同步电机、开关磁阻电机是主要发展方向。稀土永磁电动机在所有电动机中效率最高，这是因为励磁采用了永磁体，没有功率消耗；其磁通密度高，获得高转矩，从而能使电动机体积小而且重量轻。

而其中，轴向永磁电机凭借其在功率密度和效率等方面的优势，更是成为电机领域的研究热点。该种电机气隙呈平面型，气隙磁场沿轴向分布。法拉第发明的世界上第一台电机就是轴向电机，受材料和工艺水平的限制，轴向永磁电机在此后相当长的一段时间未能得到进一步的发展。随着科学技术的进步，新型材料和结构的涌现和工艺水平的改善，传统圆柱式电机存在的功率密度低、铁心利用率低和冷却困难等问题，都可以在轴向永磁电机中找到解决答案。

技术实现要素：

为了进一步降低电机质量、提高电机功率和电机功率密度，本发明提供一种一种盘式轴向磁通电动机。

一种盘式轴向磁通电动机包括环状的机壳4、定子8、第一转子6、第二转子9和转轴5；所述转轴5穿过定子8的轴向中部，两端转动设于机壳4；所述第一转子6、第二转子9镜向对称同轴设于定子8两侧的转轴5上，且随转轴5转动；

所述定子8为无磁轭的分段结构，由十二个以上偶数的定子单元组成；所述定子单元包括定子铁芯82，定子铁芯82的轴向两侧分别设有第一极靴片81和第二极靴片84，所述定子铁芯82上绕设有线圈绕组83；十二个以上偶数的定子单元中相邻第一极靴片81和相邻第二极靴片84分别依次连接形成环状的定子8；

所述第一转子6和第二转子9的结构相同，均为改进的双层海尔贝克结构；

所述第一转子6包括第一铁芯背板65和六组以上偶数的第一永磁体；第一铁芯背板65为圆盘状；每组第一永磁体包括第一永磁块61、第二永磁块62和第三永磁块63，构成截面呈l的l形磁块；其中第一永磁块61和第二永磁块62的径向交错对扣连接，所述第三永磁块63位于第一永磁块61和第二永磁块62连接处的一侧轴向，使第一永磁体形成横截面呈l的l形磁块；六组以上偶数的第一永磁块61和第二永磁块62交错对扣组成磁环，所述磁环同轴固定设于第一铁芯背板65一侧面，六组以上偶数的l形磁块中的第三永磁块63均布在第一铁芯背板65一侧面的圆周边缘处；

所述第二转子9包括第二铁芯背板95和六组以上偶数的第二永磁体；每组第二永磁体包括第四永磁块91、第五永磁块92和第六永磁块93；

十二个以上偶数的定子单元分别与六组以上偶数的第一永磁体、六组以上偶数的第二永磁体一一对应；轴向对应的第一永磁体和第二永磁体极性相反，即第一永磁体为n极时，与之轴向对应的第二永磁体为s极，反之亦然；

所述机壳4的轴向中部同轴固定设有套管7，所述定子8通过套管7固定在机壳4内；

所述盘式轴向磁通电动机的磁通方向为轴向，以额定功率计算的功率密度参数为5～6kg/kw；

工作时，线圈绕组83通电产生磁场，磁场分别与第一永磁体、第二永磁体产生作用；通过不断改变线圈绕组83的通电方向，使线圈绕组83产生的磁场方向不断改变，这样定子8产生的磁场与第一转子6、第二转子9产生的磁场产生连续的相互作用力，继而产生连续的转矩，使第一转子6、第二转子9带动转轴5旋转。

进一步限定的技术方案如下：

所述定子铁芯82为扇形的扁块状；所述第一极靴片81和第二极靴片84的形状相同，均为扇形。

所述第一转子6的第一铁芯背板65中部开设有通孔，所述第二转子9的第二铁芯背板95中部开设有键槽孔；第一转子6通过第一永磁块61、第二永磁块62和第二转子9的第四永磁块91、第五永磁块92的连接形成一个整体，且通过第二铁芯背板95上键槽孔和键配合使固定在转轴5上，第一铁芯背板65上通孔空套在所述套管7上；实现第一转子6和第二转子9随转轴5转动。

所述套管7呈悬臂状固定在机壳4内，且连接着机壳4的一则面，所述定子7上的第一极靴片81的内边缘和第二极靴84片的内边缘固定连接着套管7的悬臂端；所述转轴5的一端通过轴承设于套管7内，转轴5的另一端通过轴承固定连接着机壳4的另一则面。

所述第一永磁体或第二永磁体和定子8轴向之间的间距形成气隙，定子8的外圆直径为100～300㎜时，所述气隙为3～6㎜。

所述机壳4的圆周上均布设有散热孔。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1.本发明的电机从定子、转子、外壳上进行创新结构设计以及拓扑优化设计，使电机质量从原来的15kg降低到10.4kg；同时，提高了电机的功率，从而达到提高电机功率密度的目的，降低了成本且实现了更高的性能要求。

2.传统的电机功率密度都很低，最高只能达到2.0kg/kw，这对于电动直升机、无人机、赛车等对功率密度要求很高的产品的发展来说是一个很大的制约，本发明轴向永磁电机以额定功率计算，其功率密度参数为5～6kg/kw，可以极大的提高产品性能和未来发展。

3.所述永磁电机的转子采用改进的双层海尔贝克结构，能产生更高的轴向磁场，并在空间进行重新布置，在有限的空间内进一步提高了磁场强度，磁场强度提高50%，而且能将磁力线进一步导向集中在内部磁场，在结构尺寸一定的情况下，大大提高了电机的功率密度，而且转子连接成一个整体，也增强了转子的强度，能够承受更高的转速。

附图说明

图1为本发明轴侧图。

图2为图1的轴向剖视图。

图3为去掉机壳和第一转子的结构示意图。

图4为第一转子结构示意图。

图5为第二转子结构示意图。

图6为定子结构示意图。

图7为第一端盖2、套管7和定子8配合安装示意图。

图8为第一永磁块61和第二永磁块62配合连接示意图。

图9为第四永磁块91和第五永磁块92配合连接示意图。

图10为第三永磁块63和第一铁芯背板65配合安装示意图。

图11为第六永磁块93和第二铁芯背板95配合安装示意图。

上图中序号：1-电机整体、2-第一端盖、3-第二端盖、4-机壳、5-旋转轴、6-转子、7-套筒、8-定子、11-第一轴承、12-第二轴承、61-第一永磁块、62-第二永磁块、63-第三永磁块、65-第一铁芯背板、81-第一极靴、82-定子铁芯、83-线圈绕组、84-第二极靴、91-第四永磁块、92-第五永磁块、93-第六永磁块、95-第二铁芯背板。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

实施例

参见图1和图2，一种盘式轴向磁通电动机包括环状的机壳4、定子8、第一转子6、第二转子9和转轴5；转轴5穿过定子8的轴向中部，两端转动设于机壳4；第一转子6、第二转子9镜向对称同轴设于定子8两侧的转轴5上，且随转轴5转动。

具体的结构改进如下：

参见图6，定子8为无磁轭的分段结构，由十二个定子单元组成。每个定子单元包括定子铁芯82，定子铁芯82为扇形的扁块状；第一极靴片81和第二极靴片84的形状相同，均为扇形。第一极靴片81和第二极靴片84分别安装于定子铁芯82的轴向两侧，定子铁芯82上绕装有线圈绕组83。十二个定子单元中相邻第一极靴片81和相邻第二极靴片84分别依次连接形成环状的定子8。

第一转子6和第二转子9的结构相同，均为改进的双层海尔贝克结构。

参见图4，第一转子6包括第一铁芯背板65和六组偶数的第一永磁体。第一铁芯背板65为圆盘状，中部开设有通孔；每组第一永磁体包括第一永磁块61、第二永磁块62和第三永磁块63，构成截面呈l的l形磁块；参见图8，其中第一永磁块61和第二永磁块62的径向对扣连接，六组中的第一永磁块61和第二永磁块62依次对扣组成磁环；磁环同轴固定安装于第一铁芯背板65一侧面；第三永磁块63位于第一永磁块61和第二永磁块62连接处的一侧轴向，且固定安装于第一铁芯背板65一侧面的圆周边缘处，参见图9，六组中的六块第三永磁块63均布在第一铁芯背板65一侧面的圆周边缘处。

参见图5、图10和图11，第二转子9包括第二铁芯背板95和六组第二永磁体；第二转子9的第二铁芯背板95中部开设有键槽孔；每组第二永磁体包括第四永磁块91、第五永磁块92和第六永磁块93。

参见图2，第一转子6通过第一永磁块61、第二永磁块62和第二转子9的第四永磁块91、第五永磁块92的连接形成一个整体，且通过第二铁芯背板95上键槽孔和键的配合固定安装在转轴5上，第一铁芯背板65上通孔空套在套管7上，实现第一转子6和第二转子9随转轴5转动。

六个定子单元分别与六组第一永磁体、六组第二永磁体一一对应；轴向对应的第一永磁体和第二永磁体极性相反，即第一永磁体为n极时，与之轴向对应的第二永磁体为s极，反之亦然。

第一永磁体或第二永磁体和定子8轴向之间的间距形成气隙，定子8的外圆直径为300㎜时，气隙为6㎜。

本实施例的盘式轴向磁通电动机的磁通方向为轴向，以额定功率计算其功率密度参数为5.5kg/kw。

参见图7，套管7呈悬臂状固定在机壳4内，且连接着机壳4的一则面，定子7上的第一极靴片81的内边缘和第二极靴84片的内边缘固定连接着套管7的悬臂端；参见图2和图3，转轴5的一端通过轴承安装于套管7内，转轴5的另一端通过轴承固定连接着机壳4的另一则面。机壳4的圆周上均布开设有散热孔，改善了电机的散热效果。

本发明的工作原理详细说明如下：

参见图2，本发明的磁路为：其由第一转子的第三永磁块63的s级开始，穿过第一永磁块61、第二永磁块62和第四永磁块61、第五永磁块62后，沿着第二转子的第六永磁块93从s极穿过定子8的线圈83，进入第一转子的第三永磁块63的n级，完成回路。

工作时，线圈绕组83通电产生磁场，磁场分别与第一永磁体6、第二永磁体9产生作用；通过不断改变线圈绕组83的通电方向，使线圈绕组83产生的磁场方向不断改变，这样定子8产生的磁场与第一转子6、第二转子9产生的磁场产生连续的相互作用力，继而产生连续的转矩，使第一转子6、第二转子9带动转轴5旋转。