一种混合磁通复合结构盘式电机的制作方法

本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种混合磁通复合结构盘式电机。

背景技术：

目前，盘式电机的能量转换效率较低，且转换能量与体积重量的比值都比较低。

因此，如何提高盘式电机的能量转换效率及提高转换能力与体积重量的比值是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种混合磁通复合结构盘式电机，能够提高盘式电机的能量转换效率及提高转换能力与体积重量的比值。

为了实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种混合磁通复合结构盘式电机，包括前定子组件、中间定子组件和转子组件；

所述转子组件包括导磁转子支架、前端面永磁体和中间永磁体，所述前端面永磁体和所述中间永磁体均安装在所述导磁转子支架上，且所述中间永磁体环绕所述前端面永磁体设置；

所述前定子组件与所述前端面永磁体面对面设置；

所述中间永磁体置于所述中间定子组件的定子槽内，且所述中间永磁体的侧壁与所述定子槽的侧壁相距预设的距离。

在一个具体的实施方案中，所述混合磁通复合结构盘式电机还包括后定子组件；

所述转子组件还包括后端面永磁体，所述后端面永磁体安装在所述导磁转子支架上，且与所述前端面永磁体背对背设置；

所述后定子组件与所述后端面永磁体面对面设置。

在另一个具体的实施方案中，所述导磁转子支架包括同轴心设置的第一支撑盘和第二支撑盘；

所述第一支撑盘设置在所述第二支撑盘的第一端面上，且所述第一支撑盘的周向上开设有用于安装所述前端面永磁体的前端面永磁体固定槽；

所述第二支撑盘的周向上开设有用于安装所述中间永磁体的中间永磁体固定通槽。

在另一个具体的实施方案中，所述导磁转子支架还包括与所述第二支撑盘同轴心设置的第三支撑盘；

所述第三支撑盘设置在所述第二支撑盘的第二端面上，且所述第三支撑盘的周向上开设有用于安装所述后端面永磁体的后端面永磁体固定槽。

在另一个具体的实施方案中，所述转子组件还包括前端面永磁体紧固环；

所述前端面永磁体紧固环套设在所述第一支撑盘上，用于限位所述前端面永磁体；

和/或

所述转子组件还包括中间永磁体紧固环；

所述中间永磁体紧固环外套所述第二支撑盘，用于限位所述中间永磁体；

和/或

所述转子组件还包括后端面永磁体紧固环；

所述后端面永磁体紧固环套设在所述第三支撑盘上，用于限位所述后端面永磁体。

在另一个具体的实施方案中，所述前定子组件包括前定子铁芯和前定子绕组；

所述前定子铁芯上开设有前绕组安装槽，所述前定子绕组绕设在所述前绕组安装槽内；

和/或

所述中间定子组件包括中间定子铁芯和中间定子绕组；

所述中间定子铁芯的定子槽包括中间绕组安装槽，所述中间定子绕组绕设在所述中间绕组安装槽内；

和/或

所述后定子组件包括后定子铁芯和后定子绕组；

所述后定子铁芯上开设有后绕组安装槽，所述后定子绕组绕设在所述后绕组安装槽内。

在另一个具体的实施方案中，所述中间定子铁芯的个数为多个，且环绕所述前端面永磁体设置；

所述中间定子铁芯的定子槽还包括容纳槽，所述容纳槽的槽底与所述中间绕组安装槽的槽顶导通，所述中间永磁体置于所述容纳槽内，且所述中间永磁体的侧壁与所述容纳槽的侧壁相距预设的距离。

在另一个具体的实施方案中，所述中间绕组安装槽的槽顶与所述容纳槽的槽底的连接处设置有防脱限位台；

所述防脱限位台限位所述中间定子绕组。

在另一个具体的实施方案中，所述中间定子铁芯的宽度沿着所述容纳槽的槽底到槽顶的方向逐渐变小；

所述中间定子铁芯的宽度方向是指中间定子铁芯垂直所述中间定子绕组的方向。

在另一个具体的实施方案中，所述前定子铁芯为电工钢片绕设而成或者磁性金属粉末压制而成；

和/或

所述中间定子铁芯为电工钢片制成或者磁性金属粉末压制而成；

和/或

所述后定子铁芯为电工钢片绕设而成或者磁性金属粉末压制而成；

和/或

所述导磁转子支架为电工钢片制成或者磁性金属粉末压制而成；

和/或

所述中间定子绕组的线圈横截面呈矩形；

和/或

所述前定子绕组的线圈横截面呈三角形；

和/或

所述后定子绕组的线圈横截面呈三角形；

和/或

所述前端面永磁体紧固环的外壁平齐或者低于所述中间永磁体固定通槽的槽底；

和/或

所述后端面永磁体紧固环的外壁平齐或者低于所述中间永磁体固定通槽的槽底；

和/或

前端面永磁体固定槽、中间永磁体固定槽和后端面永磁体固定槽的个数均相等。

根据本发明的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本发明范围内，是本发明具体实施方式的一部分。

在本发明的一个具体实施例中，本发明公开混合磁通复合结构盘式电机，前定子组件与前端面永磁体间及中间永磁体与中间定子组件间分别形成闭合的磁场回路，提高了能量转换效率，进而提高了能量转换能力与盘式电机的体积重量比值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的混合磁通复合结构盘式电机的待装配结构示意图；

图2为本发明提供的转子组件的结构示意图；

图3为本发明提供的中间定子绕组其中一个线圈的结构示意图；

图4为本发明提供的前定子绕组其中一个线圈的结构示意图；

图5为本发明提供的前定子铁芯的结构示意图；

图6为本发明提供的中间定子铁芯的结构示意图；

图7为本发明提供的前端面永磁体排布的结构示意图；

图8为本发明提供的转子支架的结构示意图。

其中，图1-8中：

混合磁通复合结构盘式电机1000、前定子组件100、中间定子组件200、转子组件300、导磁转子支架30、前端面永磁体31、中间永磁体32、定子槽20、后定子组件400、后端面永磁体33、第一支撑盘30a、第二支撑盘30b、前端面永磁体固定槽34、中间永磁体固定通槽35、第三支撑盘30c、后端面永磁体固定槽36、前端面永磁体紧固环37、中间永磁体紧固环38、后端面永磁体紧固环39、前定子铁芯10、前定子绕组11、前绕组安装槽12、中间定子铁芯21、中间定子绕组22、后定子铁芯40、后定子绕组41、后绕组安装槽42、中间绕组安装槽20a、容纳槽20b、防脱限位台23。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图1-8和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

如图1所示，本发明提供了一种混合磁通复合结构盘式电机1000，其中，混合磁通复合结构盘式电机1000包括前定子组件100、中间定子组件200和转子组件300。

如图2所示，转子组件300包括导磁转子支架30、前端面永磁体31和中间永磁体32，前端面永磁体31和中间永磁体32均安装在导磁转子支架30上，且中间永磁体32环绕前端面永磁体31设置。具体地，前端面永磁体31和中间永磁体32的个数均为多个，且前端面永磁体31和中间永磁体32分别沿着不同的半径周向均布在导磁转子支架30上，中间永磁体32的分布半径大于前端面永磁体31的分布半径，即中间永磁体32环绕前端面永磁体31分布。

前定子组件100与前端面永磁体31面对面设置，即前定子组件100的前定子铁芯10面向前端面永磁体31设置，以便于前定子组件100的前定子铁芯10与前端面永磁体31能够形成闭合的磁场回路。

中间永磁体32置于中间定子组件200的定子槽20内，具体地，中间定子组件200的定子槽20为通槽，导磁转子支架30转动时，带动中间永磁体32从一个定子槽20穿出后，进入下一个定子槽20。中间永磁体32的侧壁与定子槽20的侧壁相距预设的距离，以避免中间永磁体32随着导磁转子支架30转动时碰撞到定子槽20的侧壁。预设的距离是指在旋转过程中中间永磁体32与中间定子组件200的中间定子铁芯21重合时产生足够小的气隙，使得中间永磁体32与中间定子铁芯21形成短磁路，中间永磁体32与中间定子铁芯21错开时气隙足够大，使得中间永磁体32与中间定子铁芯21不能形成磁场回路，中间永磁体32与中间定子组件200之间没有吸力，以实现混合磁通复合结构盘式电机1000的持续旋转。

本发明中，前定子组件100与前端面永磁体31间及中间永磁体32与中间定子组件200间分别形成闭合的磁场回路，相对于现有技术中盘式电机仅形成1个磁场回路，本发明2个磁场回路提高了能量转换效率。此外，中间永磁体32和前端面永磁体31共用1个导磁转子支架30，提高了能量转换能力与盘式电机的体积重量比值。

需要说明的是，混合磁通复合结构盘式电机1000也可以是包括后定子组件400、中间定子组件200和转子组件300，还可以是包括前定子组件100、后定子组件400和转子组件300，也可以是同时包括前定子组件100、中间定子组件200、后定子组件400和转子组件300。

实施例二

在本发明提供的第二实施例中，本实施例中的混合磁通复合结构盘式电机1000和实施例一中的混合磁通复合结构盘式电机1000的结构类似，对相同之处就不再赘述了，仅介绍不同之处。

在本实施例中，本发明具体公开了混合磁通复合结构盘式电机1000还包括后定子组件400，转子组件300还包括后端面永磁体33，后端面永磁体33安装在导磁转子支架30上，且与前端面永磁体31背对背设置，后定子组件400与后端面永磁体33面对面设置，即后定子组件400的后定子铁芯40面向后端面永磁体33。

进一步地，本发明公开了导磁转子支架30包括同轴心设置的第一支撑盘30a和第二支撑盘30b，如图8所示。第一支撑盘30a设置在第二支撑盘30b的第一端面上，具体地，第一支撑盘30a和第二支撑盘30b一体成型连接。

第一支撑盘30a的周向上开设有前端面永磁体固定槽34，前端面永磁体固定槽34用于安装前端面永磁体31。具体地，前端面永磁体固定槽34的形状与前端面永磁体31的形状契合。

第二支撑盘30b的周向上开设有中间永磁体固定通槽35，中间永磁体固定通槽35用于安装中间永磁体32。具体地，中间永磁体固定通槽35的形状与中间永磁体32的形状契合。

进一步地，本发明公开了导磁转子支架30还包括第三支撑盘30c，第三支撑盘30c与第二支撑盘30b同轴心设置，第三支撑盘30c设置在第二支撑盘30b的第二端面上，具体地，第三支撑盘30c与第一支撑盘30a及第二支撑盘30b一体成型连接。

第三支撑盘30c的周向上开设有后端面永磁体固定槽36，后端面永磁体固定槽36用于安装后端面永磁体33。具体地，后端面永磁体固定槽36的形状与后端面永磁体33的形状契合。

需要说明的是，前端面永磁体固定槽34和后端面永磁体固定槽36可以是两端均封闭的封闭槽，也可以是至少一端封闭的槽。

进一步地，本发明公开了导磁转子支架30为电工钢片制成或者磁性金属粉末压制而成。

进一步地，本发明公开了转子组件300还包括前端面永磁体紧固环37，前端面永磁体紧固环37套设在第一支撑盘30a上，用于限位前端面永磁体31。具体地，前端面永磁体固定槽34的一端封闭，另一端开放，前端面永磁体31的一端与前端面永磁体固定槽34的封闭端抵接，前端面永磁体31的另一端与前端面永磁体紧固环37抵接。本实施例中，以前端面永磁体固定槽34远离中间永磁体固定槽35的那端为封闭端为例。

进一步地，本发明公开了前端面永磁体紧固环37的外壁平齐或者低于中间永磁体固定通槽35的槽底，避免前端面永磁体紧固环37影响中间永磁体32。需要说明的是，前端面永磁体紧固环37的外壁低于中间永磁体固定通槽35的槽底是指沿着导磁转子支架30的径向，前端面永磁体紧固环37的外壁低于中间永磁体固定通槽35的槽底。本实施例中以前端面永磁体紧固环37的外壁平齐于中间永磁体固定通槽35的槽底为例，美化外观，且能够在较小的导磁转子支架30尺寸下，实现较大尺寸的前端面永磁体31的安装。

进一步地，本发明公开了转子组件300还包括中间永磁体紧固环38，中间永磁体紧固环38外套第二支撑盘30b，用于限位中间永磁体32。具体地，中间永磁体32的一端与中间永磁体固定通槽35的槽底抵接，中间永磁体32的另一端与中间永磁体紧固环38抵接。

进一步地，本发明公开了转子组件300还包括后端面永磁体紧固环39，后端面永磁体紧固环39套设在第三支撑盘30c上，用于限位后端面永磁体33。具体地，后端面永磁体固定槽36的一端封闭，另一端开放，后端面永磁体33的一端与后端面永磁体固定槽36的封闭端抵接，后端面永磁体33的另一端与后端面永磁体紧固环39抵接。本实施例中，以后端面永磁体固定槽36远离中间永磁体固定槽35的那端为封闭端为例。

进一步地，本发明公开了后端面永磁体紧固环39的外壁平齐或者低于中间永磁体固定通槽35的槽底，避免后端面永磁体紧固环39影响中间永磁体32。需要说明的是，后端面永磁体紧固环39的外壁低于中间永磁体固定通槽35的槽底是指沿着导磁转子支架30的径向，后端面永磁体紧固环39的外壁低于中间永磁体固定通槽35的槽底。本实施例中以后端面永磁体紧固环39的外壁平齐于中间永磁体固定通槽35的槽底为例，美化外观，且能够在较小的导磁转子支架30尺寸下，实现较大尺寸的后端面永磁体33的安装。

进一步地，本发明公开了前端面永磁体固定槽34、中间永磁体固定通槽35和后端面永磁体固定槽36的个数均相等，且前端面永磁体固定槽34和后端面永磁体固定槽36向第二支撑盘30b的投影重合，中间永磁体固定通槽35与前端面永磁体固定槽34的对称线重合，便于加工制造。

进一步地，本发明公开了前定子组件100包括前定子铁芯10和前定子绕组11，前定子铁芯10上开设有前绕组安装槽12，前定子绕组11绕设在前绕组安装槽12内。在前定子绕组11内通入外部交流电流，交流电流产生的磁场经过前定子铁芯10的导磁路径，并穿过前定子铁芯10和前端面永磁体31之间的空气，与其中一个前端面永磁体31的磁场汇合后经过导磁转子支架30的导磁作用流入另一个前端面永磁体31内，并再次穿过空气回到前定子铁芯10，形成封闭的回路。

进一步地，本发明公开了前定子绕组11的线圈横截面呈三角形，如图4所示。需要说明的是，前定子绕组11的线圈横截面也可以是圆形或者矩形等。前定子绕组11由铝或者铜等高导电率材料制作而成，并按照一定的形状卷绕成矩形、三角形或者圆形等，最终装配进前定子铁芯10的定子槽20内。

进一步地，本发明公开了后定子组件400包括后定子铁芯40和后定子绕组41，后定子铁芯40上开设有后绕组安装槽42，后定子绕组41绕设在后绕组安装槽42内。在后定子绕组41内通入外部交流电流，交流电流产生的磁场经过后定子铁芯40的导磁路径，并穿过后定子铁芯40和后端面永磁体33之间的空气，与其中一个后端面永磁体33的磁场汇合后经过导磁转子支架30的导磁作用流入另一个后端面永磁体33内，并再次穿过空气回到后定子铁芯40，形成封闭的回路。

进一步地，本发明公开了后定子绕组41的线圈横截面呈三角形，需要说明的是，后定子绕组41的线圈横截面也可以是圆形或者矩形等。后定子绕组41由铝或者铜等高导电率材料制作而成，并按照一定的形状卷绕成矩形、三角形或者圆形等，最终装配进后定子铁芯40的定子槽20内。

进一步地，本发明公开了中间定子组件200包括中间定子铁芯21和中间定子绕组22，中间定子铁芯21的定子槽20包括中间绕组安装槽20a，中间定子绕组22绕设在中间绕组安装槽20a内。

进一步地，本发明公开了中间定子绕组22的线圈横截面呈矩形，如图3所示。需要说明的是，中间定子绕组22的线圈横截面也可以是圆形或者三角形等。中间定子绕组22由铝或者铜等高导电率材料制作而成，并按照一定的形状卷绕成矩形、三角形或者圆形等，最终装配进中间定子铁芯21的定子槽20内。

进一步地，本发明公开了中间定子铁芯21的个数为多个，且环绕前端面永磁体31设置，中间定子铁芯21的定子槽20还包括容纳槽20b，容纳槽20b的槽底与中间绕组安装槽20a的槽顶导通，中间永磁体32置于容纳槽20b内，且中间永磁体32的侧壁与容纳槽20b的侧壁相距预设的距离。中间定子绕组22通入外部交流电流，交流电流产生的磁场经过中间定子铁芯21的一端并穿过中间定子铁芯21与中间永磁体32之间的空气进入中间永磁体32，并最终到达中间定子铁芯21的另一端，从而形成闭合的回路。

进一步地，本发明公开了中间绕组安装槽20a的槽顶与容纳槽20b的槽底的连接处设置有防脱限位台23，防脱限位台23限位中间定子绕组22。

进一步地，本发明公开了中间定子铁芯21的宽度沿着容纳槽20b的槽底到槽顶的方向逐渐变小，一方面，减轻整个中间定子铁芯21的重量，另一方面，减小了中间定子铁芯21占用的空间，避免和其它部件发生干涉。需要说明的是，中间定子铁芯21的宽度方向是指中间定子铁芯21垂直中间定子绕组22的方向。

进一步地，本发明公开了前定子铁芯10为电工钢片绕设而成或者磁性金属粉末压制而成，前定子铁芯10为空心圆环，且前定子铁芯10的端面上沿径向开有一定数量的定子槽20，用于安装前定子绕组11，定子槽20的槽数是三的整数倍，如图5所示。

进一步地，本发明公开了中间定子铁芯21为电工钢片制成或者磁性金属粉末压制而成。中间定子铁芯21的结构整体形状呈c形，每个中间定子铁芯21上装配一个中间定子绕组22，中间定子铁芯21的数量是三的整数倍，如图6所示。

进一步地，本发明公开了后定子铁芯40为电工钢片绕设而成或者磁性金属粉末压制而成，前后定子铁芯40的结构相同，对称安装。

本发明中，前端面永磁体31、后端面永磁体33和中间永磁体32均装配在导磁转子支架30上，向各定子组件通入交流电能驱动转子组件300转动，实现电能向机械能的转换。当有外部机械作用于转子组件300带动转子组件300旋转，则各定子组件中将产生电能，即实现机械能向电能的转换。

本发明在有限的体积空间下，集成了三条能量流动路径，提高了单位体积下的能量转换效率。

需要说明的是，本文中表示方位的词，例如上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言，仅是为了描述的方便，并不具有其它特定含义。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。