專利名稱：橫向磁通永磁電機及其定子制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)新穎的永磁電機，確切地說，涉及一種橫向磁通永磁電機及
其定子制造方法，屬于永磁電機技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著機器人技術(shù)和航空航天領(lǐng)域的科技發(fā)展，人們對高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度或 直接驅(qū)動的電機的要求日益迫切和強烈。 在傳統(tǒng)的電機結(jié)構(gòu)中，磁通經(jīng)過的齒部和電樞繞組所在的凹槽位于同一截面，磁 力線所在平面平行于電機的旋轉(zhuǎn)方向，凹槽的寬度與齒部寬度互相制約。如果需要流經(jīng)較 大的電流，就要有較大的線圈截面空間，齒的寬度就受到影響(且因磁飽和的作用，會使磁 通減小)；反之亦然。如果齒寬和凹槽寬度同時增大，則會增大電機的半徑，使電機的轉(zhuǎn)矩 密度降低。如此，輸出轉(zhuǎn)矩難以得到根本的提高。因此，如何在不增大電機外徑尺寸的前提 下，進一步提高電機的轉(zhuǎn)矩密度而提高其驅(qū)動力，就成為業(yè)內(nèi)科技人員關(guān)注的新焦點。
近年來，逐漸成為研究熱點的橫向磁通永磁電機，成為解決上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷的 突破，該電機的結(jié)構(gòu)組成獨特、巧妙，具有較高的功率和轉(zhuǎn)矩密度。在高功率、低速大轉(zhuǎn)矩的 應用領(lǐng)域受到業(yè)內(nèi)的深切關(guān)注。 參見圖l，介紹目前國內(nèi)外研制的橫向磁通永磁電機的定子結(jié)構(gòu)，其基本上都是采 用U形鐵心在圓周方向均勻分布的方式，每兩個定子鐵心之間存在較大的間隙，因而在一 定程度上浪費了 U形鐵心之間的空間，增加了電機的體積。這個不足之處急需改進和提高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種定子鐵心結(jié)構(gòu)新穎的橫向磁通永磁電機及其 定子制造方法，本發(fā)明電機的定子鐵心采用一體化結(jié)構(gòu)，通過計算選擇合適的齒形與壁厚， 使得磁力線所通過的面積近似相等，這樣就能夠減小該電機的外徑和體積，進一步增加電 機的轉(zhuǎn)矩密度。 為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種橫向磁通永磁電機，設有定子、轉(zhuǎn)子、電機 軸、殼體和端蓋，其中定子包括用硅鋼片制成的定子鐵心和線圈繞組；由定子與轉(zhuǎn)子組成的 多相電磁感應部件沿著電機的軸向設置；其特征在于 該電機的定子鐵心是由左、中、右三部分裝配組成，該三部分定子鐵心的接合面是 以電機軸為對稱軸的圓錐面；其中左、右兩個部分的定子鐵心采用多個外徑相等的圓環(huán)形 硅鋼片疊加再經(jīng)加工制成，該兩個定子鐵心中間為周邊設有對稱齒形的通孔，外部形狀為 一個向中間傾斜、半徑逐漸減小的圓錐體面；中間部分的定子鐵心是用一個相等寬度的硅
鋼片沿軸向纏繞組成的薄壁圓筒狀構(gòu)件再經(jīng)加工制成，其中間通孔兩端設有與左、右兩個 部分的定子鐵心外徑圓錐體面相吻合的內(nèi)圓錐體面。 該電機的轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心和多個條狀釹鐵硼永磁體，轉(zhuǎn)子鐵心為外徑設有多個 U型凹槽的薄壁圓筒狀構(gòu)件，多個條狀永磁體均勻地緊固在轉(zhuǎn)子鐵心外徑的各個U型凹槽中，組成表面式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，與該電機的定子相配合，有效減小電機的外徑和體積，提高電 機的轉(zhuǎn)矩密度。 所述緊固在轉(zhuǎn)子鐵心外徑的各個u型凹槽內(nèi)的條狀永磁體，彼此相鄰的兩個條狀
永磁體的極性相反。 該電機設有兩相或三相沿軸向分布的定子線圈繞組，每相定子線圈繞組嵌固在其 定子鐵心內(nèi)，各相定子之間在圓周方向相差相同的電角度；沿著電機軸向設置的各相轉(zhuǎn)子 是藉由電機軸上的鍵槽定位的。 為了達到上述目的，本發(fā)明還提供了一種橫向磁通永磁電機的定子制造方法，其 特征在于先分別制造左、右兩個部分和中間部分的定子鐵心，再將纏繞好的線圈繞組嵌入 該中間部分的定子鐵心內(nèi)部，然后將左、右兩個部分定子鐵心分別緊固在中間部分的定子 鐵心的左、右兩側(cè)內(nèi)圓錐體內(nèi)，構(gòu)成一體化的定子組件。 所述方法中，制造左、右兩個部分的定子鐵心的操作包括下列步驟 (1)將多個涂有絕緣漆的、外徑相等的圓環(huán)形硅鋼片根據(jù)設定的厚度疊加在一起，
分別構(gòu)成左、右兩個部分的定子鐵心的毛胚件； (2)根據(jù)定子鐵心的設計參數(shù)，分別在定子鐵心的毛胚件上加工兩個對稱的螺孔， 并用螺釘將其螺固為一體； (3)把該兩個定子鐵心的毛胚件的中間通孔加工為直徑相等、周邊設有多個對稱 齒形的通孔，并將該毛胚件外徑形狀加工為一個向中間傾斜、半徑逐漸減小的圓錐體面；
所述方法中，制造中間部分的定子鐵心的操作包括下列步驟 (1)將一條具有設定相同寬度及其相應長度、并涂有絕緣漆的硅鋼片沿著圓柱形 模具纏繞成薄壁圓筒狀； (2)根據(jù)設計參數(shù)，在該薄壁圓筒狀定子鐵心的毛胚件上加工兩個對稱的螺孔，并 用螺釘將其螺固為一體； (3)把該薄壁圓筒狀定子鐵心的左、右兩端分別加工成為與左、右兩個部分的定子 鐵心外徑形狀相吻合的圓錐體面。 所述線圈繞組的加工和裝配操作包括下列步驟 (1)根據(jù)電機和定子鐵心的設計參數(shù)，將繞組纏繞成圓環(huán)狀并浸泡絕緣漆；
(2)將該線圈繞組嵌入到中間部分的定子鐵心內(nèi)孔，再將左、右兩個部分的定子鐵 心藉由圓錐體面對稱地緊固在線圈繞組的兩側(cè)，構(gòu)成一相完整的定子。 本發(fā)明橫向磁通永磁電機的結(jié)構(gòu)特點是采用硅鋼片制成的定子鐵心是由左、中、 右三部分零件裝配制成，因此加工工藝和裝配都較為簡單、容易左、右兩個部分的定子鐵 心是用圓環(huán)形硅鋼片疊加并經(jīng)機加工制成，中間通孔周邊設有等徑、對稱的齒形，其外形為 一個圓錐體面；中間部分的定子鐵心是用硅鋼片沿軸向纏繞成薄壁筒狀，并加工生成與左、 右部分定子鐵心相配合的圓錐面。這種定子鐵心結(jié)構(gòu)能充分利用電機空間，減小電機體積。 繞組線圈形狀為纏繞而成的圓環(huán)，圓環(huán)外徑與定子鐵心中間通孔的內(nèi)徑相等，繞組線圈鑲 嵌在定子鐵心中間。轉(zhuǎn)子由釹鐵硼永磁體和轉(zhuǎn)子鐵心組成，轉(zhuǎn)子采用表面式結(jié)構(gòu)，永磁體均 勻地分布在轉(zhuǎn)子鐵心外表面上，相鄰的永磁體呈現(xiàn)不同極性。這種定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)能夠有效減 小電機的外徑和體積，具有較高的功率和電機的轉(zhuǎn)矩密度。同時，因定子鐵心為疊加的硅鋼 片，線圈通電時，磁力線沿著硅鋼片方向分布和傳播，降低了電機的渦流損耗。
本發(fā)明的橫向磁通永磁電機設有沿電機轉(zhuǎn)軸的軸向均勻分布的兩相或三相電磁 感應部件，每相電磁感應部件均由定子和轉(zhuǎn)子組成。兩相或三相的定子在徑向均勻分布而 間隔相同的電角度，各相轉(zhuǎn)子也沿著軸向?qū)R，通過電機軸上的鍵槽來準確定位。每相轉(zhuǎn)子 的磁極在其軸向前后形成兩個磁極環(huán)，彼此極性相差180。電角度。這種結(jié)構(gòu)的電機，每相 磁路各自獨立，相互影響較小。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中典型的采用U形鐵心的橫向磁通電機結(jié)構(gòu)組成示意圖。 圖2是本發(fā)明的三相橫向磁通電機整體結(jié)構(gòu)組成示意圖。 圖3(A) 、 (B) 、 (C)分別是本發(fā)明電機的定子鐵心的左、中、右三部分立體圖。 圖4是本發(fā)明電機的定子鐵心單個齒部的局部放大剖視圖。 圖5是本發(fā)明電機的定子繞制成圓環(huán)形狀的線圈示意圖。 圖6是本發(fā)明電機的單相定子鐵心結(jié)構(gòu)組成示意圖。 圖7是本發(fā)明電機的轉(zhuǎn)子鐵心組成結(jié)構(gòu)圖 圖8是本發(fā)明電機的轉(zhuǎn)子組成結(jié)構(gòu)示意圖，其中永磁體均勻分布在轉(zhuǎn)子鐵心外表 面上。 圖9是本發(fā)明電機的電機軸的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步 的詳細描述。 參見圖1，介紹本發(fā)明橫向磁通永磁電機組成結(jié)構(gòu)特點是在電機的兩側(cè)端蓋1與 7和殼體4的內(nèi)部，由用硅鋼片制成的定子鐵心2和線圈繞組6組成的定子與由轉(zhuǎn)子鐵心9 和永磁體8組成的轉(zhuǎn)子組成的多相電磁感應部件沿著電機的電機軸5軸向設置，10為電機 軸承，3為鍵槽及鍵。其中，電機的定子鐵心2是由左、中、右三部分裝配組成(參見圖3和 圖4所示)，該三部分定子鐵心2A、2B、2C的接合面是以電機軸5為對稱軸的圓錐面；其中 左、右兩個部分的定子鐵心2A、2C是用多個外徑相等的圓環(huán)形硅鋼片疊加再經(jīng)加工制成， 該兩個定子鐵心中間為周邊設有對稱齒形的通孔，外部形狀為一個向中間傾斜、半徑逐漸 減小的圓錐體面。中間部分的定子鐵心2B是用一個相等寬度的硅鋼片沿軸向纏繞組成的 薄壁圓筒狀構(gòu)件再經(jīng)加工制成，其中間通孔兩端設有與左、右兩個部分的定子鐵心外徑圓 錐體面相吻合的內(nèi)圓錐體面。 參見圖5和圖6，該電機設有兩相或三相沿軸向分布的定子線圈繞組6，每相定子 線圈繞組6嵌固在其定子鐵心2內(nèi)，各相定子2之間在圓周方向相差相同的電角度；沿著電 機軸向設置的各相轉(zhuǎn)子是藉由電機軸上的鍵槽3定位的。 參見圖7和圖8，本發(fā)明電機的轉(zhuǎn)子鐵心9為外徑設有多個U型凹槽的薄壁圓筒狀
構(gòu)件，多個條狀永磁體8均勻地緊固在轉(zhuǎn)子鐵心9外徑的各個U型凹槽中，組成表面式結(jié)構(gòu)
的轉(zhuǎn)子。且轉(zhuǎn)子鐵心9外徑的各個U型凹槽內(nèi)彼此相鄰的條狀永磁體8的極性相反。該電
機的轉(zhuǎn)子與定子相互配合，能有效減小電機的外徑和體積，提高電機的轉(zhuǎn)矩密度。 本發(fā)明電機沿軸向分布的定子線圈繞組6有兩相或三相，每相定子線圈繞組6都嵌固在定子鐵心2內(nèi)，各相定子2在圓周方向均勻設置而間隔相同的電角度；沿著電機軸5 的軸向設置的各相轉(zhuǎn)子是藉由電機軸上的鍵槽3定位的(參見圖9)。 下面介紹本發(fā)明橫向磁通永磁電機的定子制造方法先分別制造左、右兩個部分 和中間部分的定子鐵心，再將纏繞好的線圈繞組嵌入該中間部分的定子鐵心內(nèi)部，然后將 左、右兩個部分定子鐵心分別緊固在中間部分的定子鐵心的左、右兩側(cè)內(nèi)圓錐體內(nèi)，構(gòu)成一 體化的定子組件。 其中制造左、右兩個部分的定子鐵心2A、2C的操作包括下列步驟 (1)將多個涂有絕緣漆的、外徑相等的圓環(huán)形硅鋼片根據(jù)設定厚度疊加在一起，分
別構(gòu)成左、右兩個部分的定子鐵心的毛胚件； (2)根據(jù)定子鐵心的設計參數(shù)，在定子鐵心的毛胚件上加工兩個對稱的螺孔，并用 螺釘將其螺固為一體； (3)把該兩個定子鐵心的毛胚件的中間通孔加工為直徑相等、周邊設有多個對稱 齒形的通孔，并將該毛胚件外徑形狀加工為一個向中間傾斜、半徑逐漸減小的圓錐體面；
本發(fā)明制造中間部分的定子鐵心2B的操作包括下列步驟 (1)將一條具有設定相同寬度及其相應長度、并涂有絕緣漆的硅鋼片沿著圓柱形 模具纏繞成薄壁圓筒狀； (2)根據(jù)設計參數(shù)，在該薄壁圓筒狀定子鐵心的毛胚件上加工兩個對稱的螺孔，并 用螺釘將其螺固為一體； (3)把該薄壁圓筒狀定子鐵心的左、右兩端分別加工成為與左、右兩個部分的定子 鐵心外徑形狀相吻合的圓錐體面。 本發(fā)明定子線圈繞組6的加工和裝配操作包括下列操作步驟 (1)根據(jù)電機和定子鐵心的設計參數(shù)，將線圈繞組纏繞成圓環(huán)狀并浸泡絕緣漆； (2)將該線圈繞組嵌入到中間部分的定子鐵心內(nèi)孔，再將左、右兩個部分的定子鐵
心藉由圓錐體面對稱地緊固在線圈繞組的兩側(cè)，構(gòu)成一相完整的定子。 申請人:已經(jīng)為本發(fā)明試驗研制了一臺三相橫向磁通永磁電機，并作了多次運轉(zhuǎn)試 驗實施，試驗的結(jié)果是成功的實現(xiàn)了發(fā)明目的。
權(quán)利要求
一種橫向磁通永磁電機，設有定子、轉(zhuǎn)子、電機軸、殼體和端蓋，其中定子包括用硅鋼片制成的定子鐵心和線圈繞組；由定子與轉(zhuǎn)子組成的多相電磁感應部件沿著電機的軸向設置；其特征在于該電機的定子鐵心是由左、中、右三部分裝配組成，該三部分定子鐵心的接合面是以電機軸為對稱軸的圓錐面；其中左、右兩個部分的定子鐵心采用多個外徑相等的圓環(huán)形硅鋼片疊加再經(jīng)加工制成，該兩個定子鐵心中間為周邊設有對稱齒形的通孔，外部形狀為一個向中間傾斜、半徑逐漸減小的圓錐體面；中間部分的定子鐵心是用一個相等寬度的硅鋼片沿軸向纏繞組成的薄壁圓筒狀構(gòu)件再經(jīng)加工制成，其中間通孔兩端設有與左、右兩個部分的定子鐵心外徑圓錐體面相吻合的內(nèi)圓錐體面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向磁通永磁電機，其特征在于該電機的轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵 心和多個條狀釹鐵硼永磁體，轉(zhuǎn)子鐵心為外徑設有多個U型凹槽的薄壁圓筒狀構(gòu)件，多個 條狀永磁體均勻地緊固在轉(zhuǎn)子鐵心外徑的各個U型凹槽中，組成表面式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，與該 電機的定子相配合，有效減小電機的外徑和體積，提高電機的轉(zhuǎn)矩密度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的橫向磁通永磁電機，其特征在于所述緊固在轉(zhuǎn)子鐵心外徑 的各個U型凹槽內(nèi)的條狀永磁體，彼此相鄰的兩個條狀永磁體的極性相反。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向磁通永磁電機，其特征在于該電機設有兩相或三相沿 軸向分布的定子線圈繞組，每相定子線圈繞組嵌固在其定子鐵心內(nèi)，各相定子之間在圓周 方向相差相同的電角度；沿著電機軸向設置的各相轉(zhuǎn)子是藉由電機軸上的鍵槽定位的。
5. —種橫向磁通永磁電機的定子制造方法，其特征在于先分別制造左、右兩個部分 和中間部分的定子鐵心，再將纏繞好的線圈繞組嵌入該中間部分的定子鐵心內(nèi)部，然后將 左、右兩個部分定子鐵心分別緊固在中間部分的定子鐵心的左、右兩側(cè)內(nèi)圓錐體內(nèi)，構(gòu)成一 體化的定子組件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的定子制造方法，其特征在于所述方法中，制造左、右兩個部 分的定子鐵心的操作包括下列步驟(1) 將多個涂有絕緣漆的、外徑相等的圓環(huán)形硅鋼片根據(jù)設定的厚度疊加在一起，分別 構(gòu)成左、右兩個部分的定子鐵心的毛胚件；(2) 根據(jù)定子鐵心的設計參數(shù)，分別在定子鐵心的毛胚件上加工兩個對稱的螺孔，并用 螺釘將其螺固為一體；(3) 把該兩個定子鐵心的毛胚件的中間通孔加工為直徑相等、周邊設有多個對稱齒形 的通孔，并將該毛胚件外徑形狀加工為一個向中間傾斜、半徑逐漸減小的圓錐體面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的定子制造方法，其特征在于所述方法中，制造中間部分的定 子鐵心的操作包括下列步驟(1) 將一條具有設定相同寬度及其相應長度、并涂有絕緣漆的硅鋼片沿著圓柱形模具 纏繞成薄壁圓筒狀；(2) 根據(jù)設計參數(shù)，在該薄壁圓筒狀定子鐵心的毛胚件上加工兩個對稱的螺孔，并用螺 釘將其螺固為一體；(3) 把該薄壁圓筒狀定子鐵心的左、右兩端分別加工成為與左、右兩個部分的定子鐵心 外徑形狀相吻合的圓錐體面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的定子制造方法，其特征在于，所述線圈繞組的加工和裝配操作包括下列步驟(1) 根據(jù)電機和定子鐵心的設計參數(shù)，將繞組纏繞成圓環(huán)狀并浸泡絕緣漆；(2) 將該線圈繞組嵌入到中間部分的定子鐵心內(nèi)孔，再將左、右兩個部分的定子鐵心藉 由圓錐體面對稱地緊固在線圈繞組的兩側(cè)，構(gòu)成一相完整的定子。
全文摘要
一種橫向磁通永磁電機及其定子制造方法，該電機的軸向設有兩相或三相電磁感應部件，每相電磁感應部件都由定子和轉(zhuǎn)子組成。其中定子鐵心由左、中、右三部分裝配組成，該三部分定子鐵心的接合面是以電機軸為對稱軸的圓錐面。左、右兩個部分的定子鐵心是用多個外徑相等的圓環(huán)形硅鋼片疊加再經(jīng)加工制成，該兩個定子鐵心中間為周邊設有對稱齒形的通孔，外部形狀為一個向中間傾斜、半徑逐漸減小的圓錐體面；中間部分的定子鐵心是用一個等寬硅鋼片沿軸向纏繞組成的薄壁圓筒狀構(gòu)件再經(jīng)加工制成，其中間通孔兩端設有與左、右兩部分的定子鐵心外徑圓錐體面相吻合的內(nèi)圓錐體面。本發(fā)明的定子結(jié)構(gòu)能夠有效減小電機的體積，提高電機的功率和轉(zhuǎn)矩密度。
文檔編號H02K1/27GK101694955SQ200910235798
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月15日
發(fā)明者廖啟征, 毛征財, 魏世民 申請人:北京郵電大學;