CN114513074A - 双电枢盘式电机，线圈无外无效边结构及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种永磁双盘式无刷电机及制造方法，涉及永磁盘式电机技术领域。所述转子采用三叠轭盘形成双电机磁路。所述定子采用两个电枢盘结构，电枢线圈直接在铁轭盘两侧同步交替绕制，大大地缩短了线圈无效边的长度，降低了铜耗，提高了电机效率。所述两个电枢盘的外端部边直接短距离互连，在永磁体外圆处磁场作用下，无效边参与做功，成为做功边。采用少极永磁结构，在高速旋转时，如几万转，或十几万转的状态下，能够保证电机驱动频率较低，实现高效率，适合无人机、飞行器、机器人、电动自行车、轻型电动汽车，作为电驱动应用，能够节省10%锂电池的用量。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁盘式无刷电机，具体涉及一种轴向磁场盘式电机。
背景技术
盘式永磁电机由于轴向尺寸短、结构紧凑，外形呈薄饼状，由于多采用无铁芯结构，所以小功率电机能够得到很高的效率。正是其无铁芯电枢绕线空间受限，无骨架，绕线成型难度大，工艺成本高。盘式电机尺寸不能做的很大，所以普遍功率比较小，如果做大功率，提高转速是一种方式。但是盘式电机的绕组外径比较大，导致线圈无效边比较长，尤其是少极电机更加长，铜耗大，导致电机效率下降。如飞行器电机要求很高的转速。传统无刷电机极对数又多，会使驱动频率很高，导致带来的是效率降低；还导致有控制器或逆变器损耗加大的缺点。如何提升电机转速，减少无效边长，降低驱动频率，如控制在几十KHz的高效区域，是高速电机亟待需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双电枢盘式无刷电机，线圈无外圈无效边结构及制造方法，是采用双面线圈实现高功率密度的一种永磁双电枢盘式无铁芯结构电机，以解决上述技术问题。
首先了解盘式无铁芯电机的电枢盘是一个平面结构，两个电枢盘共轴并列，就似两个平行面。折叠空间是将两个平行空间如同虫洞贯通，就得到超预期性能，本发明就是将两个平行的电枢盘外圈连通，来缩短电枢盘外圈线圈无效边的距离。
为实现上述目的本发明采用以下技术方案：
1、本发明无刷电机转子采用三叠轭盘形成双电机磁路共轴结构。所述转子由两个贴有永磁体的轭盘和中间夹心设置的铁轭盘组成，永磁体磁路走单个气隙，能够提高磁密。所述三个磁轭盘间隔形成的E型结构。即，所述转子由第一磁轭盘、第二磁轭盘和中间夹心设置的铁轭盘组成。
永磁体外径处与中心铁轭盘外径处形成旁边新式径向磁路。所述铁轭盘外圈比内圈厚，靠近外圈的气隙比较短，使磁力线向外圈聚集，提升了电机的扭矩。所述电机为轴向主磁路，外圆处局部形成辅助径向磁路。
本发明仅将铁轭盘做成楔形，这样设置能够保证磁轭盘和永磁体两侧与轴向线垂直，使磁轭盘侧面为平面，避免永磁体贴在锅面不平，这样符合生产工艺，降低了成本。而利用楔形铁轭盘使靠近外圈的气隙比较短，来增加外圆处的磁密，有效利用盘式电机绕组在气隙空间中的利用率，提升槽满率。
2、所述转子的铁轭盘当绕线架，在其两侧交替绕线，形成定子的一侧第一电枢盘和另一侧第二电枢盘；所述线圈外端部边直接交替互连。每匝线圈绕到外圆处立即拐弯，变成轴向走线绕到反面的电枢。所述形成第一电枢盘和第二电枢盘外端部边互连形成的第三电枢环。所述电枢为无铁芯结构。
所述线圈在铁轭盘的三个面绕制，盘内圆开放，没有线圈，用于与磁轭盘形成磁路。所述线圈开放式绕制方式可以消除铁轭盘圈内环流，避免形成磁环效应，降低涡流损耗。
所述永磁体外圆比铁轭盘外圈大，所述永磁体在铁轭盘外圆处形成径向磁路，使线圈外端部边轴向走线成为做功边，实现无效边参与做功，成为做功边。电枢盘采用外圈支撑结构，内圈开放，给三叠转子相互连接留下条件。
本发明电枢线圈在铁轭盘的线圈外端部边，形成环绕一周的弧面，称为电枢弧面。所述双电枢外圆弧面套在电机外壳圈内固定，使转子与定子有间隔气隙。
3、所述电机采用少极，采用1对极或2对极，能够保证电机驱动频率较低，实现控制器或逆变器的低损耗，有效降低MOSFET管的开关损耗。
本发明采用铁轭盘表面贴有间隙易失材料，如水溶纸，电机组装后，保证转子与定子线圈的间隙。电枢线圈采用飞叉绕线机绕制。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
1、电枢盘借助铁轭盘作为骨架绕线成型简单；
2、借助平行空间虫洞原理，使线圈外端部边导线改变走向，垂直于电枢盘平面，连接两个电枢盘，缩短了距离，将原来的无效边变成做功边, 得到第三电枢环；
3、双电枢结构使电机功率密度加倍，能够实现电机少极，降低高速电机驱动频率，提高系统效率；
4、创新出新式盘式无刷电机的磁路空间折叠结构。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明的一种双电枢盘式无刷电机结构示意图；
图2为本发明的一种双电枢盘式无刷电机铁轭盘作线架绕线示意图；
图3为本发明的一种双电枢盘式无刷电机电枢绕组分布图；
图4为本发明的一种双电枢盘式无刷电机2对极磁轭盘示意图；
图5为本发明的一种双电枢盘式无刷电机机芯模具压制示意图；
图6为本发明的一种双电枢盘式无刷电机机空间折叠示意图。
其中：1、第一磁轭盘；2、第二磁轭盘；3、铁轭盘；4、第一电枢盘；5、第二电枢盘；6、第三电枢环；7、永磁体；8、外壳；9、绕线架齿环；10、绕线销柱；11、间隙；12、外圆处磁力线；13、输出轴。
具体实施方式
其中，如图1所示，所述铁轭盘(3)是一个钢制的导磁圈，所述无刷电机转子由第一磁轭盘(1)、第二磁轭盘(2)、铁轭盘(3)同轴设置而成。所述转子的三个轭盘共同套接在输出轴(13)上。电机轴上设置输出齿轮。第一磁轭盘(1)、第二磁轭盘(2)上设置的永磁体(7)同极相对与铁轭盘(3)形成轴向磁路。
所述电机输出轴(13)孔内安装轴承，轴承内圈套在外壳(8)的芯柱上固定。
所述第一磁轭盘、第二磁轭盘内圈呈L型，与楔形的铁轭盘(3)内圈相抵，套接在输出轴上。所述两个磁轭盘内圈L型端面与铁轭盘(3) 楔形面拟合，使其三个轭盘共轴同心。所述双电枢外圆弧面套在电机外壳圈内固定。
所述机芯组件两侧同轴组装第一磁轭盘(1)、第二磁轭盘(2)，能够让怕高温的永磁体快速散热。所述转子的三个轭盘和电机轴采用导磁材料制作，优选10#钢。
如图2左剖视图所示，所述车制的铁轭盘(3)外圈比内圈厚，呈楔形结构。
如图2中视图所示，以两对极无刷电机为例，在铁轭盘(3)上设置6个用于绕线定位的孔，在孔中插入绕线销柱(10)，用于飞叉绕线机绕线。如图2右上镜像视图所示，铁轭盘(3)反面的绕线结构图。
所述绕线架齿环(9)内圈比铁轭盘(3)外圈大。
所述在铁轭盘(3)上套上绕线架齿环(9)，利用对应的两根绕线销柱(10)和绕线架齿环(9)上对应的两个凸起的齿，做一组线圈绕线拐弯的定位，实现围绕在铁轭盘(3)两侧，同步交替绕制。所述线圈采用径向绕制，每匝线圈绕到外圆处立即拐弯，变成轴向走线，再绕到反面的电枢上。所述在铁轭盘(3)的外圆径向处形成的线圈称第三电枢环(6)。
如图3所示，以两对极为例，在所述铁轭盘(3)上绕制三相线圈为例，需要一共绕6个线圈单元。线圈外端部边围绕铁轭盘(3)布满一周。
所述在铁轭盘(3)两侧形成第一电枢盘(4)和第二电枢盘(5)，所述两个电枢盘外端部边互连。以上采用普通飞叉绕线机绕制，成本低廉，实现大批量生产。
进一步地，绕线前，在铁轭盘(3)上贴易失材料，如水溶纸，所述失材料包括可以抽离的薄膜、纸或粉体、胶体。所述永磁体和电枢盘用易失材料间隔，电机组装后拆除，使转子与定子间有间隙。
进一步地，将绕制好线圈的铁轭盘(3)，添加封装材料，整体放置在模具中，压制电枢盘成型，成为一个机芯组件。
所述易失材料选用易失纸用于间隔间隙，所述机芯组件组装成电机后，浸泡水，使易失纸消失，露出间隙(11)完成装配，使转子与定子有间隔，保证转子自由转动。
所述绕线架齿环套在铁轭盘上，所述线圈在铁轭盘两侧和绕线架齿环外穿越绕线，形成所述第一电枢盘、第二电枢盘、第三电枢环，实现定子电枢圈裹住转子铁轭盘的机芯结构。
所述双电枢外圆弧面套在电机外壳圈内固定，即第三电枢环(6)套在电机外壳(8)圈内固定。
本发明无刷电机采用1对极。如图4所示，优选地，本发明电机采用2对极，第一磁轭盘(1)、第二磁轭盘(2)一侧分别贴有4片永磁体（7）。所述电机只有1或2对极。
所述永磁体（7）外圆比铁轭盘(3)外圈大，使磁力线向外圈聚集效果好。
如图5所示，所述铁轭盘(3)和绕制好线圈的组件，放入封装模具中整体压制，成为电机机芯组件。所述封装材料包括采用BMC、塑料、环氧树脂。
如图1-5所示，一种双电枢盘式无刷电机制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
步骤1：制作铁轭盘，兼作绕线支撑骨架；
步骤2：在铁轭盘上设置易失材料间隔层，再在其两侧交替同步绕线；
步骤3：绕制好线圈的铁轭盘，整体放入封装模具中压制成型，成为机芯组件；
步骤4：机芯组件内铁轭盘的内圈处分别与第一磁轭盘、第二磁轭盘内圈相抵组装成电机；
步骤5：去除间隔材料露出间隙，使转子与定子有间隔气隙。
所述制造方法包括：所述铁轭盘采用轴向穿绕线销柱作绕线骨架，完成机芯组件制作后去除绕线销柱。
如图6所示，本发明的转子磁路空间折叠原理。定子线圈的导线电流走向做功原理。
以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的启示教导，在不脱离本发明的原理的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双电枢盘式无刷电机制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
步骤1：制作铁轭盘，兼作绕线支撑骨架；
步骤2：在铁轭盘上设置易失材料间隔层，再在其两侧交替同步绕线；
步骤3：绕制好线圈的铁轭盘，整体放入封装模具中压制成型，成为机芯组件；
步骤4：机芯组件内铁轭盘的内圈处分别与第一磁轭盘、第二磁轭盘内圈相抵组装成电机。
2.根据权利要求1所述一种双电枢盘式无刷电机制造方法，其特征在于，所述铁轭盘采用轴向穿绕线销柱作绕线骨架。
3.一种双电枢盘式无刷电机，包括第一磁轭盘、第二磁轭盘、铁轭盘、第一电枢盘、第二电枢盘，其特征在于：所述转子的铁轭盘当绕线架，在其两侧交替绕线，形成定子的一侧第一电枢盘和另一侧第二电枢盘；所述线圈外端部边直接交替互连。
4.根据权利要求3所述一种双电枢盘式无刷电机，其特征在于：所述转子由第一磁轭盘、第二磁轭盘和中间夹心设置的铁轭盘组成，永磁体磁路走单个气隙。
5.据权利要求3所述一种双电枢盘式无刷电机，其特征在于：所述第一磁轭盘、第二磁轭盘，永磁体同极相对与铁轭盘形成轴向磁路，所述电机只有1或2对极。
6.根据权利要求3所述一种双电枢盘式无刷电机，其特征在于：所述铁轭盘外圈比内圈厚。
7.根据权利要求3所述一种双电枢盘式无刷电机，其特征在于：所述永磁体外圆比铁轭盘外圈大，所述永磁体在铁轭盘外圆处形成径向磁路，使线圈外端部边轴向走线成为做功边。
8.根据权利要求3所述一种双电枢盘式无刷电机，其特征在于：所述第一磁轭盘、第二磁轭盘内圈呈L型，与楔形的铁轭盘(3)内圈相抵，套接在输出轴上，所述双电枢外圆弧面套在电机外壳圈内固定。
9.一种双电枢盘式无刷电机，包括铁轭盘、绕线架齿环，其特征在于：所述绕线架齿环套在铁轭盘上，所述线圈在铁轭盘两侧和绕线架齿环外穿越绕线，形成所述第一电枢盘、第二电枢盘、第三电枢环，实现定子电枢圈裹住转子铁轭盘的机芯结构。
10.根据权利要求3-9中任一项，所述一种双电枢盘式无铁芯结构电机。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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