CN205453447U - 导磁介质结构及具有该结构的定子盘和无铁芯盘式电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种导磁介质结构，用于无铁芯盘式电机定子盘，其中所述定子盘包括具有一轴孔的基板，及设置于所述基板上的线圈绕组，其包括：相互独立的导磁介质结构位于所述基板上，线圈绕组位于所述独立的导磁介质结构周围。本实用新型提供一种内嵌导磁介质结构的无铁芯定子盘盘式电机，无齿槽结构去除了有铁芯电机的转矩脉动，提高电机运行效果，并减少定子盘轴向长度从而减少电机尺寸，使电机能够应用于更多场合，加入导磁介质结构使得磁场强度显著增加，在相同扭矩的情况下能够减少永磁材料的使用量，降低电机的制造成本。

Description

导磁介质结构及具有该结构的定子盘和无铁芯盘式电机

技术领域

本发明涉及机械电机技术领域，特别涉及一种导磁介质结构，以及具有该导磁介质结构的定子盘及无铁芯盘式电机。

背景技术

随着电气设备小型化趋势，对微型电机的需求日益增加，盘式电机具有体积小、重量轻、结构紧凑、效率高等诸多优点，广泛应用于各种工业设备中。在现有技术中，用于盘式电机的定子盘大多是有铁芯或无铁芯结构，根据电磁感应原理，相电流通过线圈能够在其周围产生旋转磁动势，使得永磁体的转子按旋转磁场的方向旋转，从而实现电机运转的目的。

有铁芯结构多是由带形矽钢片冲制间距不等的边槽卷绕构成，通常采用单边齿槽或双边齿槽的结构。由于齿槽的存在给电机带来了齿槽转矩，增加电机的转矩脉动，使电机的运行效果大打折扣。基于磁路的设计，齿槽的轭部需要提供磁通路径，并且中间定子结构的双边磁路都要通过轭部，为了防止轭部磁场密度过高导致过热，影响效率和电机性能，轭部需要保证一定的厚度，同时加上齿本身的厚度，定子部分的厚度较大，致使整个电机的轴向长度较长，不利于在一些结构安装要求紧凑的场合使用。由于厚度的增加，必然需要足够的气隙空间保证电机的正常运转，为了使磁场强度维持在一定范围内，必须增加转子的永磁体厚度，这需要大量的磁钢，极大提高了电机的制造成本。同时，定子部分铁损较多，发热比较严重。中间转子往往将磁钢固定在非导磁材料制成的转子支架上，在高转速、高功率密度的情况下，为确保使用安全，这种结构封装十分困难，批产难度很高。

无铁芯结构又称为注塑或灌注成形结构，该结构是将绕制好的线圈放在模具内，注塑或灌注成一体成型的工艺，绕组制造工艺复杂，采用此工艺制成的定子盘较厚，造成电机等效气隙长度增大，导致所需激磁磁势大，磁场功率密度利用率较低。由于无铁芯结构去除了定子盘中间的铁芯材料，相比使用同等永磁材料的有铁芯结构，产生的扭矩偏小，如果要达到相同的扭矩，则无铁芯结构需要使用更多的永磁材料，必然增加了电机的制造成本。

综上，现有技术存在的主要缺陷是：第一，有铁芯结构齿槽的存在给电机带来了齿槽转矩，增加电机的转矩脉动，使电机的运行效果大打折扣；第二，无铁芯结构虽然没有齿槽，但为了达到与有铁芯结构相同的扭矩，不得不增加永磁体材料使用量，大大增加了电机的制造成本；第三，现有结构对封装的要求很高，制作工艺复杂，批产难度很高；第四，现有结构造成电机的轴向长度较长，不利于紧凑型场合的使用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有盘式电机无铁芯或有铁芯定子盘技术方案中存在的上述问题，提供了一种内嵌导磁介质结构的无铁芯定子盘盘式电机，无齿槽结构去除了有铁芯电机的转矩脉动，提高电机运行效果，并减少定子盘轴向长度从而减少电机尺寸，使电机能够应用于更多场合，加入导磁介质结构使得磁场强度显著增加，在相同扭矩的情况下能够减少永磁材料的使用量，降低电机的制造成本。

为此，本发明提供一种导磁介质结构，所述导磁介质结构（1）用于无铁芯盘式电机的定子盘（2），其包括：相互独立的导磁介质结构（1）设置于无铁芯盘式电机定子盘（2）的基板（22）上。

进一步的，相互独立的导磁介质结构（1）包括至少一个凸出的固定位（11），由弹性材料（12）箍住后固定于定子盘（2）的基板（22）预设的安装位（24）中。

进一步的，相互独立的导磁介质结构（1）胶粘于基板（22）上。

进一步的，相互独立的导磁介质结构（1）预留位置传感器缺口（13）。

进一步的，相互独立的导磁介质结构（1）设置于基板（22）的同一面上或两面上。

本发明还提供一种定子盘，所述定子盘（2）包括：具有轴孔（21）的基板（22），如上所述的任一导磁介质结构，其中相互独立的导磁介质结构（1）设置于基板（22）上，及线圈绕组（23）分别独立设置于所述独立的导磁介质结构（1）周围。

进一步的，线圈绕组（23）沿基板（22）径向平面铺开绕制。

进一步的，基板（22）为单面或双面。

进一步的，基板（22）为一个或一个以上，并为轴向叠加排列。

进一步的，线圈绕组（23）为三相，每相线圈个数为至少一个，相邻排布设置于基板（22）的同一面。

进一步的，线圈绕组（23）为三相，每相线圈个数为二的倍数，其中每相线圈数量的一半相邻排布设置于基板（22）的第一表面，另一半按轴向投影相同相位相邻排布设置于基板（22）的第二表面。

本发明还提供一种无铁芯盘式电机，其包括：任一如上所述的导磁介质结构。

综上所述，本发明提供的导磁介质结构及具有该导磁介质结构的定子盘及无铁芯盘式电机。与有铁芯结构相比，由于没有齿槽的存在，克服了有铁芯定子盘齿槽转矩的缺陷，降低了电机的转矩波动，并且定子盘的轴向长度大大缩短，整体结构紧凑，扩大了电机的使用范围。与传统无铁芯结构相比，由于存在导磁介质结构，气隙磁场密度得到极大的提高，大大增加了电机的功率密度，即使气隙长度变大，磁场密度也不会显著减少，降低了传统无铁芯定子盘大量采用磁钢的成本，进而降低了电机的制造成本。与现有成型工艺相比，本发明提供的导磁介质结构加工简单，成本较低，也可以起到精确定位的功能，采用耐高温材料将导磁介质结构、线圈绕组与定子盘基板整体塑封而成，工艺简单，容易实现。

附图说明

图1所示为本发明提供的导磁介质结构示意图。

图2A所示为本发明提供的带有固定位的导磁介质结构仰视图。

图2B所示为本发明提供的带有固定位的导磁介质结构左视图。

图3所示为本发明提供的预留位置传感器缺口的导磁介质结构示意图。

图4A所示为本发明一实施例提供的具有导磁介质结构的定子盘俯视图。

图4B所示为本发明一实施例提供的具有导磁介质结构的定子盘左视图局部放大图。

图4C所示为本发明一实施例提供的具有导磁介质结构的定子盘电机机械特性曲线图。

图4D所示为本发明一实施例提供的具有导磁介质结构的定子盘电机效率曲线图。

图5A所示为本发明另一实施例提供的具有导磁介质结构的定子盘俯视图。

图5B所示为本发明另一实施例提供的具有导磁介质结构的定子盘左视图。

图6所示为本发明一实施例提供的具有导磁介质结构的定子盘俯视图。

图7所示为本发明一实施例提供的具有导磁介质结构的定子盘俯视图。

图8所示为本发明一实施例提供的具有导磁介质结构的无铁芯盘式电机示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例的附图。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，还可以根据这些实施方式获得其他的实施方式。

鉴于现有技术中，采用有铁芯结构会产生齿槽转矩，降低电机的运行效果，无铁芯结构虽然没有齿槽转矩，但产生的扭矩偏小，需要大量增加永磁体材料才能达到与有铁芯结构相同的电机效果，电机的制造成本较高。因此，本发明提供了一种导磁介质结构，能够在无铁芯结构基础上以较少的永磁体材料达到与有铁芯结构相当的电机效果，同时导磁介质结构能够起到精准定位的作用，使得线圈绕组的安装工艺更加简便。

参见图1，为本发明提供的一种导磁介质结构示意图。

所述导磁介质结构用于无铁芯盘式电机定子盘，其材料不限于硅钢片、软磁复合材料或非晶合金等，形状不限于扇形、矩形、梯形、圆形等，以及上述形状的中心镂空形状。导磁介质结构（1）能够通过胶水粘合在定子盘基板上，起到定位作用，线圈绕组能够均匀围绕在导磁介质结构（1）的周边。

参见图2A与2B，分别为本发明提供的一种带有固定位的导磁介质结构仰视图与左视图。

由于导磁介质材料的自身特征导致其无法加工成带有螺纹的结构再进行安装，因此，除采用胶水粘合在基板上的方法外，本发明还提供了一种带有固定位（11）的结构，所述导磁介质结构（1）包括至少一个凸出的固定位（11），由弹性材料（12）箍住后固定于定子盘（2）的基板（22）预设的安装位（24）中，定位更加准确，牢固程度也更高。

参见图3，为本发明提供的预留位置传感器缺口的导磁介质结构示意图。

带有位置传感器的电机能够更准确地检测电机的磁性相位，本发明提供了一种预留位置传感器缺口（13）的导磁介质结构，该缺口形状不限于矩形、扇形、梯形、圆形、以及任何不规则形状，用于位置传感器的安装和正常工作。

实施例一

请结合参见图4A与图4B，分别为本发明实施例中提供的具有导磁介质结构的定子盘俯视图与左视图局部放大图，以及参见图4C与图4D，分别为本发明实施例中提供的具有导磁介质结构的定子盘电机机械特性曲线图和电机效率曲线图。

本实施例所述定子盘（2），包括：

轴孔（21）；

基板（22），在本实施例中，基板（22）表面以30度相位差均匀设置12对安装位（24），所述安装位（24）可以是凹槽，也可以是通孔；

导磁介质结构（1），在本实施例中，导磁介质结构（1）位于基板（22）两个面上，材料为软磁复合材料，形状为扇形，每个所述导磁介质结构（1）带有2个凸出的台阶式固定位（11），相互独立的所述导磁介质结构（1）以30度相位差依次交替正反安装于定子盘（2）基板（22）的两面，由弹性材料（12）箍住凸出的固定位（11）后，安装于所述基板（22）设置的安装位（24）内；

线圈绕组（23），在本实施例中，所述线圈绕组（23）采用漆包线圆线，裸线径为0.55mm，每相4个线圈绕组，每相绕组总匝数为36匝，共12个线圈绕组，分别沿基板（22）径向方向均匀围绕于相互独立的所述导磁介质结构（1）周围。

采用高导热系数的耐高温材料将所述基板（22）、线圈绕组（23）、导磁介质结构（1）整体塑封，在本实施例中，所述耐高温材料为热塑性材料或热固性材料的耐高温配方。

在采用等量永磁体材料、以同等结构安装的情况下，本实施例提供的内嵌导磁介质盘式电机与传统无铁芯盘式电机、有铁芯盘式电机的实测机械特性曲线、电机效率曲线分别如说明书附图中图4C、图4D所示。

由图4C中的电机初始转速和曲线的斜率可知，与无铁芯盘式电机相比，嵌入导磁介质后，磁场强度明显增强，电机特性更稳定，更接近于有铁芯电机的机械特性曲线中的数值。

由图4D可知，有铁芯盘式电机的损耗很大，与内嵌导磁介质盘式电机相比，效率下降约15%，而内嵌导磁介质盘式电机的电机由于没有铁芯的存在，损耗较低，其效率曲线与无铁芯电机的效率曲线几乎完全重合，电机效率较高。

实施例二

请结合参见图5A及图5B，分别为本发明实施例中提供的具有导磁介质结构的定子盘俯视图与左视图。

本实施例所述定子盘，包括：

轴孔（21）；

基板（22）；

导磁介质结构（1），在本实施例中，导磁介质结构（1）位于基板同一面，材料为软磁复合材料，形状为扇形，相互独立的所述导磁介质结构（1）以30度相位差依次安装于定子盘（2）基板（22）的同一面，由胶水粘贴固定于所述基板上；

线圈绕组（23），在本实施例中，所述线圈绕组（23）采用漆包线圆线，裸线径为0.55mm，每相4个线圈绕组，每相绕组总匝数为9匝，共12个线圈绕组，分别沿所述基板（22）径向方向均匀围绕于相互独立的所述导磁介质结构（1）周围。

采用高导热系数的耐高温材料将将所述基板（22）、线圈绕组（23）、导磁介质结构（1）整体塑封，在本实施例中，所述耐高温材料为热塑性材料或热固性材料的耐高温配方。

实施例三

请参见图6，为本发明实施例中提供的具有导磁介质结构的定子盘俯视图。

本实施例所述定子盘，包括：

轴孔（21）；

基板（22），在本实施例中，基板表面以40度相位差均匀设置9对安装位，所述安装位可以是凹槽，也可以是通孔；

导磁介质结构（1），在本实施例中，导磁介质结构（1）位于基板（22）同一面，材料为软磁复合材料，形状为扇形，每个所述导磁介质结构（1）带有2个凸出的台阶式固定位，相互独立的所述导磁介质结构（1）以40度相位差依次安装于定子盘（2）基板（22）的同一面，由弹性材料箍住凸出的固定位后，安装于所述基板（22）设置的所述安装位内；

线圈绕组（23），在本实施例中，所述线圈绕组（23）采用漆包线圆线，裸线径为0.55mm，共三相，每相3个线圈绕组相邻排布，共9个线圈绕组，每个线圈绕组总匝数为9匝，分别沿所述基板（22）径向方向均匀设置于相互独立的所述导磁介质结构（1）周围。

采用高导热系数的耐高温材料将将所述基板（22）、线圈绕组（23）、导磁介质结构（1）整体塑封，在本实施例中，所述耐高温材料为热塑性材料或热固性材料的耐高温配方。

实施例四

请参见图7，为本发明实施例中提供的具有导磁介质结构的定子盘俯视透视图。

本实施例所述定子盘，包括：

轴孔（21）；

基板（22）；

导磁介质结构（1），在本实施例中，导磁介质结构（1）位于基板（22）两面，材料为软磁复合材料，形状为扇形，相互独立的所述导磁介质结构（1）以40度相位差分别依次用耐高温胶粘于定子盘（2）基板（22）的第一表面与第二表面，轴向投影重合；

线圈绕组（23），在本实施例中，所述线圈绕组（23）采用漆包线圆线，裸线径为0.55mm，共三相，每相6个线圈绕组，基板（22）第一表面与第二表面分别安装3个线圈绕组，同相线圈绕组相邻排布，共18个线圈绕组，轴向投影相位相同，每个独立的线圈绕组（23）匝数为9匝，分别沿所述基板（22）径向方向均匀设置于相互独立的所述导磁介质结构（1）周围。

采用高导热系数的耐高温材料将将所述基板（22）、线圈绕组（23）、导磁介质结构（1）整体塑封，在本实施例中，所述耐高温材料为热塑性材料或热固性材料的耐高温配方。

实施例五

请结合参见图8，为本发明实施例提供的一种盘式电机俯视图。

本实施例提供一种无铁芯盘式电机（3），其包括：如上述任意实施例中所述的导磁介质结构（1）及定子盘（2），所述导磁介质结构（1）及定子盘（2）的具体结构在此不再赘述。

本实施例所述电机，包括：轴（31）、轴承（32）、永磁体磁极（33）、背铁（34）、定子盘（2）、机壳（35），所述永磁体磁极（33）固定在背铁（34）上，所述背铁（34）固定在轴（31）上，所述机壳（35）与所述轴承（32）相连，定子盘（2）中的线圈绕组（23）设置于相互独立的所述导磁介质结构（1）周围，所述线圈绕组（23）通入三相交流电后，形成三相旋转磁动势，带动永磁体磁极（33）旋转。

为了更好阐述本发明实施例的有益效果，本发明实施例中提供的盘式电机与现有技术中的盘式电机的电气参数对比数据请参见下表。

由表格数据可知，定子盘（2）嵌入上述导磁介质结构（1），如硅钢片后，与无导磁介质相比，绕组电流降低，输出转矩增加，即气隙磁场密度增加。同时可知，嵌入导磁介质结构（1）后，电机功率密度提高了50%；与有铁芯盘式电机相比，内嵌导磁介质结构（1）盘式电机的功率密度略高些，同时轴向长度大大缩短，整体结构更加紧凑，进而成本更低。

综上所述，本发明实施例提供的导磁介质结构（1）及具有该导磁介质结构（1）的定子盘（2）及无铁芯盘式电机（3），与传统无铁芯结构相比，由于存在导磁介质，气隙磁场密度得到极大的提高，大大增加了电机的功率密度，即使气隙长度变大，磁场密度也不会显著减少，这可以大大减少磁钢成本的增加。与有铁芯结构相比，本发明的技术方案不存在齿槽，使得定子轴向长度大大缩短，电机整体结构大大缩小，扩大了电机的使用范围。导磁介质加工简单，也可起到精确定位线圈绕组的作用，定子部件与导磁介质塑封而成，成本较低。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本发明的保护范围应当以权利要求书所界定者为准。

Claims (12)

1.一种导磁介质结构，所述导磁介质结构（1）用于无铁芯盘式电机定子盘（2），其特征在于，所述导磁介质结构（1）设置于无铁芯盘式电机定子盘（2）的基板（22）上。

2.根据权利要求1所述的导磁介质结构，其特征在于，导磁介质结构（1）包括至少一个凸出的固定位（11），弹性材料（12）箍住固定位（11）后固定于基板（22）预设的安装位（24）中。

3.根据权利要求1所述的导磁介质结构，其特征在于，导磁介质结构（1）胶粘于基板（22）上。

4.根据权利要求1至3任意一项权利要求所述的导磁介质结构，其特征在于，导磁介质结构（1）预留位置传感器缺口（13）。

5.根据权利要求1至3任意一项权利要求所述的导磁介质结构，其特征在于，相互独立的导磁介质结构（1）设置于基板（22）的同一面上或两面上。

6.一种定子盘，包括：具有轴孔（21）的基板（22），其特征在于，还包括如权利要求1至5任一所述的导磁介质结构，及线圈绕组（23）分别独立设置于所述独立的导磁介质结构（1）周围。

7.根据权利要求6所述的定子盘，其特征在于，线圈绕组（23）沿基板（22）径向平面铺开布置。

8.根据权利要求6所述的定子盘，其特征在于，基板（22）为单面或双面。

9.根据权利要求6所述的定子盘，其特征在于，基板（22）为一个或一个以上，沿轴向叠加排列。

10.根据权利要求6所述的定子盘，其特征在于，线圈绕组（23）为三相，每相线圈个数为至少一个，相邻排布设置于基板（22）的同一面。

11.根据权利要求6所述的定子盘，其特征在于，线圈绕组（23）为三相，每相线圈个数为二的倍数，其中每相线圈数量的一半相邻排布设置于基板（22）的第一表面，另一半按轴向投影相同相位排布设置于基板（22）的第二表面。

12.一种无铁芯盘式电机，其特征在于，包括：如权利要求1至5任一所述的导磁介质结构。