CN103997145B - 轴向磁通电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机技术领域，尤其是一种轴向磁通电机。其包括一根转轴，转子装配到所述转轴上，至少一个永磁体装配到所述转子上，还包括定子组件，所述定子组件包含朝一个轴向方向的定子模块，每个所述定子模块包括一对由一个轭部分相连的定子齿和多个绕组，每个所述绕组绕在一个所述定子模块上。本发明的轴向磁通电机使用低成本的铁氧体磁铁，而达到其他采用成本较高的钕磁铁达到的更高的功率密度和效率。此外，本发明是一个模块化的结构，这样大大简化和加速了制造流程，并且没有产生齿槽转矩。定子齿尖增加磁通和降低噪声。

Description

轴向磁通电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其是一种轴向磁通电机。

背景技术

电机的应用之一是驱动泵或风机。电机可用来旋转泵和风机中的叶轮，取代流体，产生流体流动。许多燃气设备都带有电机，例如，热水器、锅炉、泳池加热器、小型加热器，燃炉，辐射式加热器。一方面，电机可以驱动风轮来移动设备内的空气或燃料/空气混合物，另一方面，电机可以驱动风轮把设备里的空气散掉。

应用在这类系统中的常用电机是交流(AC)感应电机。通常，交流感应电机是径向磁场电机，磁场从电机的旋转轴径向扩散。另一类应用在这类系统中的电机是电子整流电机(ECM)。ECM电机包含但不限于无刷直流电机(BLDC)、永磁交流电机(PMAC)和可变磁阻电机。通常，这些电机比交流感应电机可以提供更高的电效率。一些ECM电机有一种轴向磁通通过在气隙中形成平行于转子旋转轴的磁场。

发明内容

为了克服现有的径向磁场电机的不足，本发明提供了一种轴向磁通电机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种轴向磁通电机，包括一根转轴，转子装配到所述转轴上，至少一个永磁体装配到所述转子上，还包括定子组件，所述定子组件包含朝一个轴向方向的定子模块，每个所述定子模块包括一对由一个轭部分相连的定子齿和多个绕组，每个所述绕组绕在一个所述定子模块上。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述电机包括多个骨架组合，其中所述骨架组合装配到所述定子模块的齿上，并且绕组绕在骨架上。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述定子组件包含多个定子齿尖，其中所述定子齿尖装配到所述骨架上。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述多个定子模块和多个定子齿尖由多层堆叠冲片制成。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述定子模块为C形，所述定子齿尖为T形。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述定子组件包括一个塑封定子外壳，其中所述的多个定子模块塑封在所述的塑封定子外壳中。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括每个所述绕组沿水平方向绕在所述的定子模块的所述定子轭上。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括每个所述绕组沿垂直方向绕在一个所述的定子模块的一个定子齿上。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述每个定子齿尖匹配所述定子模块的一个定子齿，其中每个所述绕组沿垂直方向绕在一个所述定子齿上并且至少一个所述定子齿尖的一部分结合到所述定子模块的所述定子齿尖上。

本发明的有益效果是，本发明的轴向磁通电机使用低成本的铁氧体磁铁，而达到其他采用成本较高的钕磁铁达到的更高的功率密度和效率。此外，轴向磁通电机包括一个多相定子有较为经济的冲片制成的数个定子模块和数个定子齿尖，成为一个模块化的结构。定子模块的齿相同并且有相同的宽度，这样大大简化和加速了制造流程，并且没有产生齿槽转矩。定子齿尖增加磁通和降低噪声。因此，本发明所描述的一个低成本的轴向磁通电机是一个能快速制造并且对效率和性能影响最小的电机。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是轴向磁通电机的剖视图；

图2是轴向磁通电机的爆炸图；

图3是定子组件的投影视图；

图4是定子组件中定子齿尖94的示意图；

图5是定子组件中骨架组合86的示意图；

图6是定子组件中定子模块84的示意图；

图7是定子齿尖94的主视图；

图8是定子模块84的主视图；

图9是定子模块200的主视图；

图10是骨架组合的立体图；

图11是骨架组合的底部示意图；

图12是骨架的投影视图；

图13是塑封定子的立体图。

图中10、轴向磁通电机，12、第一端，14、第二端，16、外壳，18，转子组件，20、第一轴承组件，22、第二轴承组件，24、定子组件，26、第一端减震圈，28、第二端减震圈，30、转子，32转轴，34、永磁体，35、环形磁铁，36、旋转轴，38、气隙，40、转子外表面，42、定子外表面，46、转子磁极，84、定子模块，86、骨架组合，88、控制板，90、定子外壳，92、塑封定子，94、定子齿尖，96、定子齿，98、定子轭，100、堆叠冲片，101、内部间隙，102、轴向组成，103、外部间隙，104、横向组成，105、堆叠冲片，106、向内扩展部分，108、向外扩展部分，110、凹槽，112、圆形部分，114、骨架，116、骨架开口，120、开口116的另一端，118、开口116的一端，122、绕组，124、线圈，126、针，128、连接器，200、定子模块，202、第一部分，204、第二部分，206、齿，210、横向组成，212、向外扩展部分，214、向内扩展部分。

具体实施方式

图1是轴向磁通电机的剖视图，图2是轴向磁通电机的爆炸图。在这个实例中，电机10是一个有第一端12和第二端14的电机。另外，电机10可以作为一个发电机来运行。轴向磁通电机10包括外壳16、转子组件18，第一轴承组件20，第二轴承组件22，和定子组件24。第一端减震圈26在第一端12安装到外壳16上，并且第二端减震圈28在第二端14安装到定子组件24上。

转子组件18包括转轴32和装配到转轴32的转子30，并且永磁体34安装到转子30上。所述永磁体34是烧结钕形成一个有交变磁化片段的环形磁铁35。当然，可用来使电机10实现所述功能的任何形状和材料的永磁体都可以被利用。转子组件18在外壳16内部可以旋转，更具体地说, 可围绕旋转轴36在第一轴承组件20和第二轴承组件22内部旋转。所述转子组件18是由电子控制驱动，例如，一个正弦或梯形电子控制。所述转子30使用烧结工艺生产。例如，软磁合金材料（SMA）或软磁复合材料（SMC）。另外，转子30可以用任何合适的材料来加工和/或铸造，例如，铁。

在转子外表面40和定子外表面42之间形成一个中间的气隙38，电机10内的磁通在永磁体34和定子组件24之间并且平行于旋转轴36的方向。

图3是图2所示的定子组件24的透视图。定子组件24包括数个定子模块84，骨架组合86和控制板88。定子组件24安装到一个定子外壳90（见图2），以形成一个塑封定子92（见图13）。定子组件24包括一组定子齿尖94。

所述定子组件24是一个多相（超过一相）轴向磁通定子，最好是一个三相轴向磁通定子在轴向方向产生磁通（即平行于旋转轴36）。定子模块84是C形并且包括一对定子齿96被一段定子轭98连接。所述定子模块84是朝通常的轴向方向，这样定子齿96大体上在平行于旋转轴36方向延伸。此外，定子模块84是由多层堆叠冲片100制成。这样的一个结构简化了制造工艺，使模块化的定子模块84能够快速有效地生产。定子齿96大体上与内部的边缘97到外部边缘99有相同的宽度W。也就是，定子齿96的宽度W不像一些已知的定子那样偏移内部的边缘97到外部边缘99。这使得多层堆叠冲片大体上相同，从而降低生产成本。进一步，定子模块84相互分开，并且在内部间隙101和外部间隙103之间设有朝向相临的定子齿96。另外，定子模块84可以是立方体。

所述定子齿尖94是T形并且包含一个轴向组成102和一个横向组成104。每个横向组成104包括一个向内扩展部分106、一个向外扩展部分108和一个凹槽110。所述定子齿尖94是由多个堆叠冲片105制成。这样的一个结构简化了制造工艺，使模块化的定子齿尖94能够快速有效地生产。向外延伸的部分108比向内延伸的部分106长，定子齿尖94还包含圆形部分112来减少背部电磁场（EMF）的谐波量和齿槽转矩，定子齿尖94与相应的定子齿96相配，在定子组件24中增加磁密，并且减少定子组件24需要的绕组122（图12）的长度。

图7、8、9说明了各种延伸的定子模块实例包括定子模块84和定子齿尖94，单独的定子模块84，以及一个结构类似于定子模块84和两个定子齿尖94的定子模块200。定子模块200是由一个多层堆叠冲片制成,包括一个第一部分202和一个第二部分204。每个部分202，204包括一个齿206结合到一个轭部分208和横向组成210。每个横向组成210包括一个向外扩展部分212和一个向内扩展部分214。所述向外扩展部分212比向内扩展部分214更长。

图10和11分别显示了包含在电机10内部的骨架组合86的顶部和底部投影视图。骨架组合86包括连接到控制板88上的数个骨架114。虽然图10所示为十二个骨架114，但是骨架组合86可以包括任意数量的骨架使得电机10实现所述功能。每个骨架114包括一个开口116，紧密地贴合着定子模块齿96和定子齿尖的轴向组成102。例如，定子模块齿96为至少一部分放置在开口116的一端118内部，并且齿尖的轴向组成102，为至少一部分放置在开口116的另一端120内部。电机10的每个定子模块齿96包括一个骨架114，一个骨架114放置在每个定子模块齿96上，并且/或者每个骨架114放置在每个定子轭98上。

图12是骨架114的投影视图。骨架组合86还包含数个线圈124的绕组122。所述绕组122是由十二个线圈124组成并且形成一个十二极的定子。每个线圈124是分别绕在各自的骨架114上，骨架把线圈124与定子模快84和定子齿尖94电绝缘。或者，每个线圈直接绕在一个一般的垂直方向（即，一般平行于旋转轴36），绕在至少一个定子模块齿96和定子齿尖的轴向组成102上，和/或直接绕在一个一般的水平方向（即,一般垂直与旋转轴36），绕在定子定子轭98上

所述线圈124绕在骨架114上，并且每个线圈124包括两个线头，分别是线圈的一个起点和一个终点。骨架114通过针126连接到控制板88上。控制板88是一个印刷电路板（PCB），每个线圈124的每个线头通过一个绝缘剥离的端子设计为直接焊接到控制板88上来连接到控制板88上。另外，可包含被用来使得多个骨架114连接到控制板88上的任何其他合适的连接器。所述控制板88包括使控制板88直接连到电动机控制板上的连接器128。在另一个实例中，控制板88是包含在一个电机控制板中，从而排除冗余的安装和连接器。

本文描述了一个电机10安装的典型方法。该方法包括装配转子组件18和装配定子组件24。在一个实例中,装配的转子组件18包括安装至少一个永磁体34和转子30，转子30是装配到转轴32的。

装配定子组件24包括把线圈122绕到数个骨架114上，骨架114安装在控制板88上。多个定子模块84有一对连接一个定子轭98的定子模块齿96，并且安装到一个或多个骨架114。具体地说，至少部分的定子模块齿96插入一个骨架开口116。多数定子齿尖94有一个轴向组成102和一个横向组成104连接到一个或多个骨架114。具体地说，至少轴向组成102部分插入骨架开口116。定子模块84和定子齿尖94可由多层堆叠冲片100制成。定子组件24然后放到定子外壳90。定子组件24是放置在一个有定位特征的模具上，定子齿尖94包括一个凹槽110，其使得模具的定位特征正确地在模具里排列定子组件24。一种合适的材料（如，树脂）成型包裹定子组件24形成一个塑封定子92（图13所示）。进一步包括安装转子30到转轴32并且定位一个转子外表面40到相邻的一个定子外表面42来形成一个在其中间的气隙38。

本发明的轴向磁通电机包括一个转子和在轴向嵌入的永久磁铁。转子轴向的嵌入式设计允许使用低成本的铁氧体磁铁，而达到其他设计采用成本较高的钕磁铁达到的更高的功率密度和效率。此外，轴向磁通电机包括一个多相定子有较为经济的冲片制成的数个大体上类似的定子模块和数个大体上类似的定子齿尖，成为一个模块化的结构。定子模块的齿大体上类似并且大体上有相同的宽度，这样大大简化和加速制造流程，并且没有产生齿槽转矩。定子齿尖增加磁通和降低噪声。因此，本发明所描述的一个低成本的轴向磁通电机是一个能快速制造并且对效率和性能影响最小的电机。

轴向磁通电机及其组件并不局限于这边所描述的特定的实例中，而是，系统的组件可被单独的利用并且从这边描述的其他组件中分离开来。例如，组件也可被用来结合到其他电机系统、方法和装置，并且不局限于应用在本申请描述的系统和装置。相反，这个典型实例可以被实施和利用到许多相关的用途。

Claims (8)

1.一种轴向磁通电机，包括一根转轴（32），其特征是，转子（30）装配到所述转轴（32）上，至少一个永磁体（34）装配到所述转子（30）上，还包括定子组件（24），所述定子组件（24）包含朝一个轴向方向的定子模块（84），每个所述定子模块（84）包括一对由一个轭部分相连的定子齿（96）和多个绕组（122），每个所述绕组（122）绕在一个所述定子模块（84）上，每个绕组（122）沿平行于定子轭（98）的方向绕在定子模块（84）的定子轭（98）上。

2.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其特征是，所述电机包括多个骨架组合（86），其中所述骨架组合（86）装配到所述定子模块（84）的齿上，并且绕组（122）绕在骨架（114）上。

3.根据权利要求2所述的轴向磁通电机，其特征是，所述定子组件（24）包含多个定子齿尖（94），其中所述定子齿尖（94）装配到所述骨架（114）上。

4.根据权利要求3所述的轴向磁通电机，其特征是，所述定子模块（84）和多个定子齿尖（94）由多层堆叠冲片制成。

5.根据权利要求4所述的轴向磁通电机，其特征是，所述定子模块（84）为C形，所述定子齿尖（94）为T形。

6.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其特征是，所述定子组件（24）包括一个塑封定子外壳（90），其中定子模块（84）塑封在塑封定子外壳（90）中。

7.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其特征是，每个绕组（122）沿垂直于定子轭（98）的方向绕在一个定子模块（84）的一个定子齿（96）上。

8.根据权利要求4所述的轴向磁通电机，其特征是，所述定子齿尖（94）匹配定子模块（84）的一个定子齿（96），其中每个所述绕组（122）沿垂直于定子轭（98）的方向绕在一个所述定子齿（96）上并且至少一个所述定子齿尖（94）的一部分结合到所述定子模块（84）的所述定子齿尖（94）上。