一种A形模块化定子无轴承外转子电机的制作方法

本发明涉及无轴承电机结构，具体是一种混合励磁无轴承外转子电机结构。

背景技术：

现有无轴承电机大多采用内转子结构，而外转子电机大多是机械轴承。机械轴承存在结构复杂、维修不方便、轴承与转子接触磨损剧烈、会产生大量摩擦热影响电机正常工作等问题。有少量的无轴承磁阻外转子电机，仅适用一种励磁方式，并且存在磁路过长等问题，使电机输出转矩不能满足例如飞轮电池等一些需要大转矩的工作条件。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决当前无轴承外转子电机存在输出转矩小的问题，提出了一种较大输出转矩的a形模块化定子混合励磁无轴承外转子电机。

本发明一种a形模块化定子无轴承外转子电机采用的技术方案是：外转子内部同轴心套有一个悬浮十字铁芯，悬浮十字铁芯具有连接成十字形结构的四块相同的悬浮永磁体，每根硅钢片导磁条内固定嵌有一块悬浮永磁体，每根硅钢片导磁条的外端部处绕有悬浮绕组；悬浮十字铁芯将外转子内部的空间划分为四个90°的扇区，每个扇区中都设有三个相同的a形模块化定子、两个相同的10°隔磁卡块8和两个相同的5°隔磁卡块，相邻的两个a形模块化定子之间固定夹有一个10°隔磁卡块，悬浮十字铁芯和最靠近的一个a形模块化定子之间固定夹有一个5°隔磁卡块。

所有的悬浮永磁体均径向充磁，相邻两个悬浮永磁体的充磁方向相反。

每个a形模块化定子都由扇形的定子铝芯、定子铁芯和转矩永磁体组成，定子铝芯外端固定连接定子铁芯，转矩永磁体固定嵌在定子铁芯上，定子铁芯上绕有转矩绕组。

定子铁芯是在正中间的径向上开有u型槽的扇形结构，u型槽的开口朝外且u型槽的两侧壁之间固定镶嵌转矩永磁体。

u型槽的两侧壁上均绕有转矩绕组，同一个u型槽上的转矩绕组的绕线方向相反，转矩绕组位于转矩永磁体的外侧。

每个转矩永磁体均切向充磁，所有的转矩永磁体的充磁方向相同。

本发明采用上述技术方案后具有的优点是：

1、采用a形模块化定子，使用定子铝芯结构，可在减轻电机重量的同时缩短定转子之间的磁路，在减少电机损耗的同时增大电机输出转矩。

2、在a形模块化定子中添加了转矩永磁体，增加了与绕组回路相同的永磁磁路，增大了电机输出转矩。

3、相比于传统无轴承电机，本发明采用悬浮十字铁芯镶嵌悬浮永磁体的结构，将转矩绕组与悬浮绕组位置尽量分离，减少绕组产生的磁场耦合，对转矩影响较小。

附图说明

图1为本发明一种a形模块化定子无轴承外转子电机的结构示意图；

图2为图1中悬浮十字铁芯的结构图；

图3是图2的左视图；

图4是图1中单个a形模块化定子的结构放大图；

图5是图4的左视图；

图6为本发明电机工作时产生转矩原理图；

图7为本发明电机工作时产生悬浮力原理图；

图中：1.外转子；2.转矩永磁体；3.定子铁芯；4.转矩绕组；5.悬浮永磁体；6.悬浮绕组；7.定子铝芯；8.10°隔磁卡块；9.5°隔磁卡块；10.悬浮十字铁芯。

具体实施方式

如图1所示，本发明最外部是一个外转子1，外转子1由硅钢片制成，具有28个转子齿。外转子1内部同轴心套有一个呈十字形的悬浮十字铁芯10，悬浮十字铁芯10位于最中心位置，外转子1的转子齿和悬浮十字铁芯10之间留有径向气隙，径向气隙的大小为0.5mm。

结合图2、3所示，悬浮十字铁芯10由四块相同的悬浮永磁体5和四根相同的硅钢片导磁条组成，四根相同的硅钢片导磁条连接成十字形结构，每根硅钢片导磁条内固定嵌有一块悬浮永磁体5。悬浮十字铁芯10的中心o即本发明的中心，每根硅钢片导磁条的外端面是以中心o为圆心、以半径为r的圆弧面，外端的圆弧面与外转子1之间是径向气隙。

悬浮十字铁芯10的轴向厚度为b，每根硅钢片导磁条在径向上伸出的长度为h，即每根硅钢片导磁条的内端面至外端面之间径向长度是h。在距离每根硅钢片导磁条内端的2/5h处嵌有一块悬浮永磁体5，悬浮永磁体5的切向宽度与轴向厚度与硅钢片导磁条的切向宽度与轴向厚度分别相等，悬浮永磁体5嵌入在硅钢片导磁条中时与硅钢片导磁条相平齐。悬浮永磁体5均径向充磁，相邻两个悬浮永磁体5的充磁方向相反。在悬浮永磁体5的外侧，每根硅钢片导磁条在靠近外端部处都绕有悬浮绕组6。

悬浮十字铁芯10将外转子1内部的空间划分为四个90°的扇区，在每个扇区中都设有三个形状和大小完全相同的a形模块化定子、两个相同的10°隔磁卡块8和两个相同的5°隔磁卡块9。同一个扇区中的a形模块化定子和10°隔磁卡块8具有相同的中心。每个a形模块化定子占用20°扇形区，相邻的两个a形模块化定子之间固定夹有一个10°隔磁卡块8，悬浮十字铁芯10和最靠近的一个a形模块化定子之间固定夹有一个5°隔磁卡块9。即三个a形模块化定子，两个10°隔磁卡块8与两个5°隔磁卡块9共同组成一个90°扇区。每个a形模块化定子的外径等于悬浮十字铁芯10的外径。每个a形模块化定子的轴向厚度与悬浮十字铁芯10的轴向厚度相同，均为b。

如图1、4、5所示，每个a形模块化定子都由一个定子铝芯7、定子铁芯3和转矩永磁体2组成。在定子铁芯3上绕有转矩绕组4。定子铝芯7是一个角度为20°、半径为2/3h的扇形铝块结构，其外端固定连接定子铁芯3，转矩永磁体2固定嵌在定子铁芯3上。定子铁芯3的外径等于悬浮十字铁芯10的外径，定子铁芯3的外端面与外转子1之间是径向气隙。定子铁芯3是在正中间的径向上开有u型槽的扇形结构，扇形角度是20°。u型槽的开口朝外，u型槽的底部与定子铝芯7的外端无缝固定接合在一起，u型槽的底部径向长度为b，u型槽的两侧壁的切向宽度等于底部径向长度，也是b。在u型槽的两侧壁之间固定镶嵌一块转矩永磁体2，转矩永磁体2也是扇形，扇形角度也是20°。转矩永磁体2的轴向厚度等于定子铁芯3的轴向厚度。转矩永磁体2的外径小于定子铁芯3的外径，转矩永磁体2的内径大于定子铁芯3的u型槽的底部外径。每个转矩永磁体2均切向充磁，所有的转矩永磁体2的充磁方向相同。

定子铝芯7与定子铁芯3通过焊接连接。在定子铁芯3的u型槽的两侧壁上均绕有转矩绕组4，且同一个u型槽上的转矩绕组4的绕线方向相反。转矩绕组4位于转矩永磁体2的外侧，转矩永磁体2的内径大于位于悬浮绕组6的外径。

10°隔磁卡块8的外径大于定子铁芯3的内径但小于转矩永磁体2的内径。10°隔磁卡块8与5°隔磁卡块9的外径相同。

如图6所示，本发明的工作原理以其中一个a形模块化定子为例，转矩绕组4通电，形成在定子铁芯3与外转子1中的一个顺时针磁场，即转矩绕组磁场12，转矩绕组磁场12的路径依序是经定子铁芯3、外转子1后回到定子铁心3。与开关磁阻电机原理相同，根据最小磁阻原理，当各个a形模块化定子中的转矩绕组4依次通电后即可产生磁阻转矩。同时，由于转矩永磁体2的存在，会在转矩永磁体2、定子铁芯3和外转子1中形成一个顺时针磁场，即转矩永磁体磁场11，转矩永磁体磁场11由转矩永磁体2经定子铁芯3后进入外转子1，再回到定子铁芯3后进入转矩永磁体2，转矩永磁体磁场11方向与转矩绕组磁场12方向相同，如此能增大电机的总转矩。

如图7所示，x1轴、x2轴是经过悬浮十字铁芯10中心o的水平轴，且x1轴和x2轴的方向相反，y1轴、y2轴是经过悬浮十字铁芯10中心o的垂直轴，且y1轴、y2轴的方向相反。电机悬浮时，悬浮绕组6不通电时，由于悬浮永磁体5的存在，在悬浮十字铁芯10以及外转子1中会产生悬浮永磁体磁场14，悬浮永磁体磁场14分为四路：第一路是从x1方向上的悬浮永磁体5进入外转子1，再沿外转子1后进入y1方向上的悬浮永磁体5，最后回到x1方向上的悬浮永磁体5；第二路是从x1方向上的悬浮永磁体5进入外转子1，再沿外转子1后进入y2方向上的悬浮永磁体5中，最后回到x1方向上的悬浮永磁体5中；第三路是从x2方向上的悬浮永磁体5进入外转子1，再沿外转子1后进入y1方向上的悬浮永磁体5中，最后回到x2方向上的悬浮永磁体5中；第四路是从x2方向上的悬浮永磁体5进入外转子1，沿外转子1后进入y2方向上的悬浮永磁体5，最后回到x2方向上的悬浮永磁体5。当y1和y2方向上的悬浮绕组6通电后，悬浮十字铁芯10内产生悬浮绕组磁场13。在y1方向上的导磁条内，悬浮绕组磁场13方向朝向y2方向，在y2方向上的导磁条内，悬浮绕组磁场13方向朝向y2方向，这样，在y1方向上的悬浮绕组磁场13和悬浮永磁体磁场14相叠加，在y2方向上的悬浮绕组磁场13和悬浮永磁体磁场14相减，因此在y1方向上的磁场强度大于y2方向上的磁场强度，根据麦克斯韦原理，即会产生沿y1方向上的悬浮力fy。同时，y1、y2方向上的悬浮绕组磁场13和悬浮永磁体磁场14在x1、x2方向的上的影响相同，因此不会产生x1、x2方向上的悬浮力。