CN115955054B - 一种小型轴向磁通电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机制造技术领域，具体涉及一种小型轴向磁通电机，包括相互平行的转子盘和定子盘，所述转子盘设置于定子盘的上方，两者不相接触且中轴心重合，所述定子盘的下方设置有基座板，所述基座板上设置有定子封装壳并将定子盘封装在内，所述定子盘由PI膜层和铜箔层叠合而成，所述铜箔层雕刻有电感线圈，所述电感线圈包括环绕定子盘轴心间隔设置的A型线圈和B型线圈，所述转子盘的下部设置有永磁瓦；所述基座板的中心设置有斜向上的斜偏转轴，所述斜偏转轴由转子盘驱动；本发明散热性能优异，实现平面高电感线圈设计，输出轴多角度可变化，适用特殊场合，设置更为灵活；可多电机联合使用，扭矩成倍增大，输出轴的朝向角度可不停机热态调节。

Description

一种小型轴向磁通电机

技术领域

本发明涉及电机制造技术领域，具体涉及一种小型轴向磁通电机。

背景技术

在当前对新能源的需求迅速加大背景下，高性能电机的应用大量增加，小型高性能电机可以应用在小型电子器件、高精密自动化器件上，其主要可以分为两大类，即：轴向磁通电机（axial flux motor）和径向磁通电机（radial flux motor），轴向磁通电机相对于径向磁通电机而言，磁场方向和转轴平行，具有可平面化设计、可以达到更高效率的优势，能够安装于空间受限的地方（如超薄间隙），但是其散热设计是一大难点，采用激光蚀刻出线圈的技术能够使电感线圈的线径缩小，从而在有限面积里聚集更大的磁通量，而且较小线圈层的厚度有益于散热；

目前主流的电机结构形式较为固定，其扭矩输出轴心与转子旋转轴心重合或平行且角度固定不变，导致采用此类电机的装备结构设计难以产生突破性革新，且在单个电机动力不足时，难以便捷采取多电机联合使用模式，以多个辅助电机提高主电机的动力并仍从主电机的输出轴输出来增强功率。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的小型轴向磁通电机。

为达到以上之目的，本发明采用的技术方案是：

一种小型轴向磁通电机，包括相互平行的圆环状的转子盘和定子盘，所述转子盘可旋转式设置于定子盘的上方，两者不相接触且中轴心重合，所述定子盘的下方设置有基座板，所述基座板上设置有定子封装壳并将定子盘封装在内，所述定子盘由若干层PI膜层和若干层铜箔层叠合而成，所述铜箔层雕刻有电感线圈且连通控制电路，所述电感线圈包括环绕定子盘轴心间隔设置且数量相等的A型线圈和B型线圈，所述转子盘的下部设置有布局及上下位置与电感线圈相对应的永磁瓦；

所述基座板的中心设置有斜向上的斜偏转轴，所述斜偏转轴的旋转支点位于基座板之上且由转子盘所驱动旋转，所述斜偏转轴的轴心和基座板的垂直中轴心夹角α可变，其变化范围为8.5°～60°。

进一步地，所述斜偏转轴和转子盘之间通过齿轮模组传动，所述齿轮模组包括设置在斜偏转轴轴身的外齿轮和设置在转子盘内环的内齿轮，所述斜偏转轴的底端通过万向球头轴承和基座板活动连接，所述斜偏转轴受旋转架拖拽而与转子盘贴合，所述旋转架包括旋转座和其上方的拉杆，所述旋转座活动设置在基座板上，所述拉杆长度可调并通过其顶端设有的旋转支承与斜偏转轴连接，所述旋转支承套接斜偏转轴轴身且位于外齿轮和万向球头轴承之间，所述旋转座的外围环绕设置有滚子蜗轮，旁侧设置有与滚子蜗轮啮合匹配的横置蜗杆。

进一步地，所述定子封装壳内设置有冷却油液，所述冷却油液由设置在基座板上的油泵输入及输出，所述油泵从转子盘获取旋转动力。

进一步地，所述铜箔层的厚度为0.1mm，其通过厚度为0.04mm的热固胶压合在厚度为0.06mm的PI膜层上或者直接涂布在厚度为0.1mm的PI膜层上。

进一步地，所述铜箔层与PI膜层所形成的复合层厚度之和为0.2mm，1个定子盘内包含≥5层复合层。

进一步地，所述转子盘内嵌入设置有气流鳍片模组，所述气流鳍片模组为多个并环绕定子盘垂直中轴心均匀设置，所述气流鳍片模组包括扇形中空外框，其内设置有可同步转动并锁止的鳍片，每个气流鳍片模组内设置有3～5个鳍片，所述鳍片包括基于其内部旋转轴心对称设置的左半鳍和右半鳍，两者分别由独立的电机控制旋转且夹角β的范围为45°～180°。

进一步地，所述转子盘和定子盘之间通过交叉滚子轴承连接，所述交叉滚子轴承位于定子封装壳的内圈之内。

进一步地，所述转子盘分为可拆卸的内盘和外盘，所述内齿轮设置在内盘中心，所述外盘的外缘设置有齿轮并与油泵上设置有的齿轮匹配啮合，所述基座板为正方形，其边缘和外盘的外缘齿轮分度圆相切。

进一步地，所述电感线圈为具有高纵横比结构的铜线条形成的卷绕状线圈，所述电感线圈横截面的宽度小于高度的1/4。

进一步地，所述定子封装壳内设置有导热片，所述导热片包括紧贴定子封装壳内壁的环状部，所述环状部连接有延伸至定子封装壳外围的翅片部。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开的一种小型轴向磁通电机，噪音低、重量轻、体积小、磁能密度大，可用于安装空间受限的地方。

设置多角度可变化输出轴，颠覆传统的电机结构形式，适用特殊场合，设置更为灵活，利于发展制造高端设备；可平面化组合多个电机联合使用，成倍增大扭矩，而电机组的整体厚度同单电机模式保持不变，此外，输出轴的朝向可在转子运转中同时调整，即不停机状态调整；

采用激光在铜箔层雕刻具有高纵横比特征的线条，实现平面高电感线圈设计；

通过在设置冷却油液输送模块，再结合气流鳍片模组，实现在电机运行的同时液冷与风冷综合散热，高效解决轴向磁通电机自身结构限制所带来的散热难题。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为图1中A处的放大示意图；

图3为本发明的俯视结构示意图；

图4为图1中B-B向的剖面示意图；

图5为图4中C处的放大示意图；

图6为图4中D处的放大示意图；

图7为本发明中旋转架的结构示意图；

图8为本发明中定子盘的结构示意图；

图9为本发明中转子盘上永磁瓦的设置示意图；

图10为本发明中导热片的结构示意图；

图11为本发明中鳍片的结构示意图；

图12为多台小型轴向磁通电机联合使用示意图；

图中：1、转子盘；1a、内盘；1b、外盘；2、定子盘；2a、PI膜层；2b、铜箔层；2b-1、A型线圈；2b-2、B型线圈；3、基座板；3a、定子封装壳；3b、斜偏转轴；3c、油泵；4、齿轮模组；4a、外齿轮；4b、内齿轮；5、万向球头轴承；6、交叉滚子轴承；7、旋转架；7a、旋转座；7b、拉杆；7c、旋转支承；7d、滚子蜗轮；7e、横置蜗杆；8、气流鳍片模组；8a、中空外框；8b、鳍片；8b-1、左半鳍；8b-2、右半鳍；9、导热片；9a、环状部；9b、翅片部；10、永磁瓦。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“中”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方向或位置关系为基于附图所示的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1～图12，一种小型轴向磁通电机，包括相互平行的圆环状的转子盘1和定子盘2，转子盘1可旋转式设置于定子盘2的上方，两者不相接触且中轴心重合，定子盘2的下方设置有基座板3，基座板3上设置有定子封装壳3a并将定子盘2封装在内，定子盘2由若干层PI膜层2a和若干层铜箔层2b叠合而成，PI是Polymide的缩写，中文名聚酰亚胺，为一种有机高分子材料，耐高温，柔软性好，是电路软板的主要材料，在耐磨损和绝缘性能方面非常的出色；利用激光技术，在铜箔层2b雕刻电感线圈且连通控制电路，激光技术匹配激光为CO2，或者UV类型、纳秒或者皮秒脉冲激光，如图8所示，电感线圈包括环绕定子盘2轴心间隔设置且数量相等的A型线圈2b-1和B型线圈2b-2，电机通电运转时，A型线圈2b-1和B型线圈2b-2内的电流方向相反，转子盘1的下部按图9所示设置有布局及上下位置与电感线圈相对应的永磁瓦10，其数量为双数且≥6个；

基座板3的中心设置有斜向上的斜偏转轴3b，斜偏转轴3b的旋转支点位于基座板3之上且由转子盘1所驱动旋转，斜偏转轴3b的轴心和基座板3的垂直中轴心夹角α可变，其变化范围为8.5°～60°；斜偏转轴3b和转子盘1之间通过齿轮模组4传动，齿轮模组4包括设置在斜偏转轴3b轴身的外齿轮4a和设置在转子盘1内环的内齿轮4b，转子盘1分为可拆卸的内盘1a和外盘1b，内齿轮4b设置在内盘1a中心，斜偏转轴3b的底端通过万向球头轴承5和基座板3活动连接，斜偏转轴3b受旋转架7拖拽而与转子盘1贴合，具体如图7所示，旋转架7包括旋转座7a和其上方的拉杆7b，旋转座7a活动设置在基座板3上，拉杆7b长度可调可变并通过其顶端设有的旋转支承7c与斜偏转轴3b连接，旋转支承7c套接斜偏转轴3b轴身外且位于外齿轮4a和万向球头轴承5之间，通过改变内盘1a内环的大小及外齿轮4a在斜偏转轴3b轴身的位置，使内齿轮4b和外齿轮4a始终保持可传动啮合，并适应性调整拉杆7b的长度，即可按需调整斜偏转轴3b的轴心和基座板3的垂直中轴心夹角α，最终得到多偏置角度输出轴的电机；旋转座7a的外围环绕设置有滚子蜗轮7d，旁侧设置有与滚子蜗轮7d啮合匹配的横置蜗杆7e，滚子蜗轮7d上均匀分布可绕自身内轴线旋转的滚柱，滚柱的转轴横置，其与横置蜗杆7e传动时摩擦力小、传动性能稳定、传动效率高，通过驱动横置蜗杆7e转动即可使旋转座7a转动，继而改变斜偏转轴3b的倾斜朝向，此调节方式在斜偏转轴3b转动的过程中亦可进行，此项设置效果定义为可不停机热态调节，此外，驱动旋转座7a转动的机构应具备到位后的自锁功能。

转子盘1和定子盘2之间通过交叉滚子轴承6连接，交叉滚子轴承6位于定子封装壳3a的内圈之内，定子封装壳3a内部设置有冷却油液，冷却油液具有不导电、不导磁的特性，可以将其直接充入到电机内部和定子线圈及结构件进行更有效率的热交换，其安全性和散热效果均佳于水冷系统，冷却油液由设置在基座板3上的油泵3c输入及输出，油泵3c从转子盘1获取旋转动力，因而无需从外部提供动力。

铜箔层2b的厚度为0.1mm，其通过厚度为0.04mm的热固胶压合在厚度为0.06mm的PI膜层2a上或者直接涂布在厚度为0.1mm的PI膜层2a上；铜箔层2b与PI膜层2a所形成的复合层厚度之和为0.2mm，1个定子盘2内包含≥5层复合层，进行多层叠加后，层数越多所形成的整体结构强度越高，使定子盘2整体呈硬化状态。

结合参阅图1、图2、图3与图11，转子盘1内嵌入设置有气流鳍片模组8，气流鳍片模组8为多个并环绕定子盘2垂直中轴心均匀设置，气流鳍片模组8包括扇形中空外框8a，其内设置有可同步转动并锁止的鳍片8b，每个气流鳍片模组8内设置有3～5个鳍片8b，鳍片8b包括基于其内部旋转轴心对称设置的左半鳍8b-1和右半鳍8b-2，两者分别由独立的电机控制旋转且夹角β的范围为45°～180°，在使左半鳍8b-1和右半鳍8b-2夹角β为180°的同时使两者同步倾斜一定角度，即可在转子盘1转动时通过气流鳍片模组8处产生自上往下或自下往上流通的散热气流，转子盘1和定子盘2的连接部位设置有气流通道，供气流鳍片模组8产生的散热气流流通至转子盘1和定子盘2之间气隙，实现风冷辅助散热。

电感线圈为具有高纵横比结构的铜线条形成的卷绕状线圈，所述电感线圈横截面的宽度小于高度的1/4，即其呈现“长高度，细线条”特征，实现平面高电感线圈设计，提升电机的能量转化效率。

定子封装壳3a内设置有能进一步降低定子盘2温度的导热片9，详见图10，导热片9包括紧贴定子封装壳3a内壁的环状部9a，导热片9的环状部9a开有流道供冷却油液流通，环状部9a连接有延伸至定子封装壳3a外围的翅片部9b，翅片部9b在基座板3的轮廓范围之内，上述设置不会干扰多电机平面化组合使用。

油泵3c从转子盘1获取旋转动力的实现方法：外盘1b的外缘设置有齿轮并与油泵3c上设置有的齿轮匹配啮合；基座板3俯视图外轮廓为正方形，其边缘和外盘1b的外缘齿轮分度圆相切，使相邻设置的两个电机的外盘1b外缘齿轮匹配啮合传动，该设置应用于具体如图12所示的多个电机联合使用的情况，实现多电机的平面化组合，成倍增大扭矩，横向需要增加设置面积，而电机组的整体厚度和单电机模式相比不变，主电机的斜偏转轴3b保留而旁边辅助电机的斜偏转轴3b可去除，多个电机有效实现动力的叠加。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，进行多种变化、改型或添加，均应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种小型轴向磁通电机，其特征在于：包括相互平行的圆环状的转子盘（1）和定子盘（2），所述转子盘（1）可旋转式设置于定子盘（2）的上方，两者不相接触且中轴心重合，所述定子盘（2）的下方设置有基座板（3），所述基座板（3）上设置有定子封装壳（3a）并将定子盘（2）封装在内，所述定子盘（2）由若干层PI膜层（2a）和若干层铜箔层（2b）叠合而成，所述铜箔层（2b）雕刻有电感线圈且连通控制电路，所述电感线圈包括环绕定子盘（2）轴心间隔设置且数量相等的A型线圈（2b-1）和B型线圈（2b-2），所述转子盘（1）的下部设置有布局及上下位置与电感线圈相对应的永磁瓦（10）；

所述基座板（3）的中心设置有斜向上的斜偏转轴（3b），所述斜偏转轴（3b）的旋转支点位于基座板（3）之上且由转子盘（1）所驱动旋转，所述斜偏转轴（3b）的轴心和基座板（3）的垂直中轴心夹角α可变，其变化范围为8.5°～60°；

所述斜偏转轴（3b）和转子盘（1）之间通过齿轮模组（4）传动，所述齿轮模组（4）包括设置在斜偏转轴（3b）轴身的外齿轮（4a）和设置在转子盘（1）内环的内齿轮（4b），所述斜偏转轴（3b）的底端通过万向球头轴承（5）和基座板（3）活动连接，所述斜偏转轴（3b）受旋转架（7）拖拽而与转子盘（1）贴合，所述旋转架（7）包括旋转座（7a）和其上方的拉杆（7b），所述旋转座（7a）活动设置在基座板（3）上，所述拉杆（7b）长度可调并通过其顶端设有的旋转支承（7c）与斜偏转轴（3b）连接，所述旋转支承（7c）套接斜偏转轴（3b）轴身且位于外齿轮（4a）和万向球头轴承（5）之间，所述旋转座（7a）的外围环绕设置有滚子蜗轮（7d），旁侧设置有与滚子蜗轮（7d）啮合匹配的横置蜗杆（7e）。

2.根据权利要求1所述的一种小型轴向磁通电机，其特征在于：所述定子封装壳（3a）内设置有冷却油液，所述冷却油液由设置在基座板（3）上的油泵（3c）输入及输出，所述油泵（3c）从转子盘（1）获取旋转动力。

3.根据权利要求1所述的一种小型轴向磁通电机，其特征在于：所述铜箔层（2b）的厚度为0.1mm，其通过厚度为0.04mm的热固胶压合在厚度为0.06mm的PI膜层（2a）上或者直接涂布在厚度为0.1mm的PI膜层（2a）上。

4.根据权利要求3所述的一种小型轴向磁通电机，其特征在于：所述铜箔层（2b）与PI膜层（2a）所形成的复合层厚度之和为0.2mm，1个定子盘（2）内包含≥5层复合层。

5.根据权利要求1所述的一种小型轴向磁通电机，其特征在于：所述转子盘（1）内嵌入设置有气流鳍片模组（8），所述气流鳍片模组（8）为多个并环绕定子盘（2）垂直中轴心均匀设置，所述气流鳍片模组（8）包括扇形中空外框（8a），其内设置有可同步转动并锁止的鳍片（8b），每个气流鳍片模组（8）内设置有3～5个鳍片（8b），所述鳍片（8b）包括基于其内部旋转轴心对称设置的左半鳍（8b-1）和右半鳍（8b-2），两者分别由独立的电机控制旋转且夹角β的范围为45°～180°。

6.根据权利要求1所述的一种小型轴向磁通电机，其特征在于：所述转子盘（1）和定子盘（2）之间通过交叉滚子轴承（6）连接，所述交叉滚子轴承（6）位于定子封装壳（3a）的内圈之内。

7.根据权利要求6所述的一种小型轴向磁通电机，其特征在于：所述转子盘（1）分为可拆卸的内盘（1a）和外盘（1b），所述内齿轮（4b）设置在内盘（1a）中心，所述外盘（1b）的外缘设置有齿轮并与油泵（3c）上设置有的齿轮匹配啮合，所述基座板（3）为正方形，其边缘和外盘（1b）的外缘齿轮分度圆相切。

8.根据权利要求1所述的一种小型轴向磁通电机，其特征在于：所述电感线圈为具有高纵横比结构的铜线条形成的卷绕状线圈，所述电感线圈横截面的宽度小于高度的1/4。

9.根据权利要求1所述的一种小型轴向磁通电机，其特征在于：所述定子封装壳（3a）内设置有导热片（9），所述导热片（9）包括紧贴定子封装壳（3a）内壁的环状部（9a），所述环状部（9a）连接有延伸至定子封装壳（3a）外围的翅片部（9b）。

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