專利名稱：一種軸向磁場(chǎng)盤式電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)涉及軸向磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)裝置，如軸向磁場(chǎng)的電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)等。這類裝置的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子和定子在軸向上同軸平行布置，即在洛倫茨定律的磁場(chǎng)下工作。同時(shí)，該技術(shù) 還涉及到無(wú)鐵芯電樞繞組的固封材料組成。
背景技術(shù)：
1821年，法拉第在研究奧斯特發(fā)現(xiàn)的電流的磁作用時(shí)獲得了一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)磁作 用的方向是與產(chǎn)生磁作用的電流的方向垂直的。他由此制成了一種電動(dòng)機(jī)，證明了導(dǎo)線在 恒定磁場(chǎng)內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。這種原理性的電機(jī)，就是我們今天所稱的軸向磁場(chǎng)電機(jī)。100多年來(lái)， 由于材料和加工能力的限制，人們始終不能將這種具有高功率密度、運(yùn)動(dòng)部件少、體積小、 重量輕等結(jié)構(gòu)和機(jī)械特性的電機(jī)投入產(chǎn)品生產(chǎn)。不得已，才發(fā)展出了異步、同步、直流無(wú)刷 等形形色色的電機(jī)系列。自上世紀(jì)50年代開(kāi)始，人們開(kāi)始將軸向磁場(chǎng)電機(jī)技術(shù)應(yīng)用于微型電機(jī)的研發(fā)，并 逐步應(yīng)用在計(jì)算機(jī)硬盤、微型磁帶錄音機(jī)上。進(jìn)入上世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)外電機(jī)行業(yè)開(kāi)始研 究和發(fā)展中小型軸向磁場(chǎng)電機(jī)。盡管加工手段已今非昔比，但對(duì)于異形的獨(dú)立線圈的繞制 成形，以及獨(dú)立線圈排列固封所使用的高分子材料，仍然沒(méi)有取得突破性的進(jìn)展。因此，這 些軸向磁場(chǎng)電機(jī)，因結(jié)構(gòu)和材料的原因，其電磁效率和散熱能力均受到嚴(yán)重的限制。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高軸向磁場(chǎng)電機(jī)電樞繞組的磁效率，進(jìn)而提高軸向磁場(chǎng)電機(jī)效率，同時(shí)提 高電機(jī)繞組的散熱效果，發(fā)明了一種新型的軸向磁場(chǎng)盤式電機(jī)。其核心技術(shù)是獨(dú)立線圈的 形狀特征和線圈嵌鎖排列固封成形后的電磁陣列特征。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是使用特殊制作的模具，將金屬導(dǎo)線緊密且整齊排列繞制成獨(dú)立線圈11，每個(gè)獨(dú)立 線圈有兩個(gè)電磁工作段12，一個(gè)內(nèi)延段13和一個(gè)外延段14。將多個(gè)獨(dú)立線圈沿圓周方向嵌 鎖排列成一個(gè)圓形電磁陣列，使用添加導(dǎo)熱體的樹(shù)脂材料將圓形電磁陣列整體固封成型， 形成圓環(huán)狀的獨(dú)立線圈嵌鎖電磁陣列15(下稱電磁陣列環(huán))。使用該電磁陣列環(huán)作為軸向 磁場(chǎng)盤式電機(jī)定子。本發(fā)明的有益效果是，能夠有效地減少電樞繞組的磁間隙，提高磁效率，從而提高 軸向磁場(chǎng)盤式電機(jī)的效率。使用添加導(dǎo)熱體的樹(shù)脂或聚氨酯固封，對(duì)提高電樞繞組的散熱 性能具有決定性的作用，是制作大功率軸向磁場(chǎng)盤式電機(jī)的關(guān)鍵。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明方案示意圖；圖2是獨(dú)立線圈示意圖，包括立體示意圖2a，獨(dú)立線圈尺寸關(guān)系圖2b和獨(dú)立線圈截面圖2c;圖3是獨(dú)立線圈嵌鎖電磁陣列環(huán)(定子)示意圖，包括電磁陣列環(huán)立體結(jié)構(gòu)示意 圖3a和封裝剖面示意圖3b;圖4是電機(jī)核心結(jié)構(gòu)示意圖，為使用獨(dú)立線圈嵌鎖電磁陣列的軸向磁場(chǎng)電機(jī)構(gòu)成 不意；圖5是電機(jī)原理示意圖，為使用獨(dú)立線圈嵌鎖電磁陣列的軸向磁場(chǎng)電機(jī)工作原理 不意。圖中11-獨(dú)立線圈，12-線圈電磁工作段，13-線圈內(nèi)延段，14-線圈外延段，15-獨(dú)立線 圈嵌鎖電磁陣列環(huán)，16-軛鐵，17-磁材料，18-固封材料，19-轉(zhuǎn)子；21-線圈工作段長(zhǎng)度，22-線圈工作段厚度，23-線圈隆起厚度，24-相鄰電磁工作 段圓周向夾角角度，25-電磁陣列外延段軸向厚度，26-電磁陣列中間段軸向厚度，27-磁鐵 長(zhǎng)度；31-軸向，32-徑向，33-電流方向，34-磁場(chǎng)方向，35-旋轉(zhuǎn)方向。
具體實(shí)施例方式圖1是本發(fā)明的方案示意圖。使用特殊制作的模具，將金屬導(dǎo)線緊密且整齊排列 繞制成獨(dú)立線圈11，每個(gè)獨(dú)立線圈有兩個(gè)電磁工作段12，一個(gè)內(nèi)延段13和一個(gè)外延段14。 將多個(gè)獨(dú)立線圈沿圓周方向嵌鎖排列成一個(gè)圓形電磁陣列，使用添加導(dǎo)熱體的樹(shù)脂材料將 圓形電磁陣列整體固封成型，形成獨(dú)立線圈嵌鎖電磁陣列環(huán)15 (下稱電磁陣列環(huán))。使用該 電磁陣列環(huán)作為軸向磁場(chǎng)盤式電機(jī)定子。圖2是獨(dú)立線圈示意圖，包括立體示意圖2a，軸向線圈尺寸關(guān)系圖2b和軸向線圈 截面圖2c。獨(dú)立線圈是一個(gè)具有空間結(jié)構(gòu)的，由金屬導(dǎo)線緊密且整齊排列繞制的線圈。獨(dú) 立線圈的軸向截面形狀為一個(gè)中空的扇面，四角圓弧過(guò)渡。此圓弧過(guò)渡的目的是防止線圈 在繞制成型時(shí)對(duì)金屬導(dǎo)線絕緣形成破壞。電磁工作段12是獨(dú)立線圈在扇面形狀上的兩直線邊，每個(gè)獨(dú)立線圈有兩個(gè)電磁 工作段。21是電磁工作段12的徑向長(zhǎng)度；內(nèi)延段13和外延段14是電磁工作段在扇形徑 向32上的內(nèi)、外連接延伸段。內(nèi)延段13和外延段14在獨(dú)立線圈11軸向31上隆起，其隆 起的高度23為電磁工作段12軸向厚度22的0. 5-1倍。圖3a是電磁陣列圓環(huán)立體結(jié)構(gòu)示意圖。獨(dú)立線圈嵌鎖電磁陣列是由若干如圖2a 所示的獨(dú)立線圈按照一定秩序分組排列組成的。獨(dú)立線圈嵌鎖電磁陣列通常是三組、但不 限于三組相嵌排列，并由獨(dú)立線圈的內(nèi)延段13和外延段14的隆起結(jié)構(gòu)予以鎖定。排列后 的線圈具有如下特征各相鄰的電磁工作段在圓周向夾角的角度24是相等的(允許士 Γ 的誤差)，即組成電磁陣列的全部電磁工作段在圓周向等分布置(允許士 1°的誤差)。然 后使用添加導(dǎo)熱體的樹(shù)脂材料將電磁陣列整體固封成電磁陣列環(huán)。圖3b是電磁陣列環(huán)的封裝剖面示意圖(未標(biāo)出線圈)。電磁陣列環(huán)中間段軸向厚 度26較電磁陣列外沿和內(nèi)沿軸向厚度25小。該外形的優(yōu)點(diǎn)是使包裹電磁工作段12的厚 度盡可能小，從而使電磁陣列具有最小的磁間隙，以提高電磁效率。其中，用于固封電磁陣 列的樹(shù)脂或聚氨酯固封材料中添加纖維狀或片狀的、不具導(dǎo)電、導(dǎo)磁特性的導(dǎo)熱體。該導(dǎo)熱體在樹(shù)脂或聚氨酯材料固化后形成熱橋，用以提高電磁陣列工作時(shí)的熱傳導(dǎo)效率。圖4是不包括外殼、輸出軸等部件的軸向磁場(chǎng)電機(jī)的核心結(jié)構(gòu)組成示意圖，它使 用電磁陣列環(huán)15作為定子，電機(jī)轉(zhuǎn)子19是由嵌入軛鐵16的永磁材料17組成的固定在一 個(gè)連接輸出軸上的圓盤。其中，獨(dú)立線圈電磁工作段長(zhǎng)度21與電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁材料在徑向上 的長(zhǎng)度(磁鐵長(zhǎng)度)27相一致(士7%)。圖5是按照?qǐng)D4所示結(jié)構(gòu)組成的軸向磁場(chǎng)電機(jī)的工作原理示意圖(添加導(dǎo)熱體的 樹(shù)脂或聚氨酯材料未畫(huà)出)。其中，33是某瞬間流過(guò)作為定子的獨(dú)立線圈嵌鎖電磁陣列環(huán) 15中一個(gè)或一組電磁工作段的電流方向，34是轉(zhuǎn)子19上一組永磁體構(gòu)成的磁場(chǎng)方向，35是 轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)方向(即電機(jī)輸出軸旋轉(zhuǎn)方向)。順序或成組順序?qū)Κ?dú)立線圈嵌鎖電磁陣列 上的電磁工作段施加電流，定子上成對(duì)的磁場(chǎng)在洛倫茨力的作用下，按照35所指示的方向 連續(xù)向轉(zhuǎn)。獨(dú)立線圈嵌鎖電磁陣列(IndividualCoil Interlock Electro Magnetic Array) 作為軸向磁場(chǎng)盤式電機(jī)的核心部件——電樞繞組，是對(duì)軸向磁場(chǎng)電機(jī)制造工藝和材料的重 要革新。獨(dú)立線圈的特殊立體造型，是形成電磁陣列的布局、位置鎖定和減小磁間隙的關(guān) 鍵；在樹(shù)脂或聚氨酯中添加導(dǎo)熱體極大地改善了電樞繞組的熱傳導(dǎo)能力。這些技術(shù)的應(yīng)用， 使采用獨(dú)立線圈嵌鎖電磁陣列作為電樞繞組的軸向磁場(chǎng)電機(jī)具有運(yùn)動(dòng)部件少、重量輕、體 積小等特征，以及高功率密度、高控制精確度、高效率、低損耗、低噪聲等優(yōu)勢(shì)，是一種結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、可靠性高、可低速大扭矩直接驅(qū)動(dòng)的高品質(zhì)電機(jī)。由于其高效節(jié)能和直接驅(qū)動(dòng)的特 點(diǎn)，具有可替代傳統(tǒng)電機(jī)的廣泛市場(chǎng)前景。
權(quán)利要求
一種軸向磁場(chǎng)電機(jī)，其特征是使用獨(dú)立線圈嵌鎖電磁陣列作為電機(jī)電樞繞組(定子)，電磁繞組與由磁性材料制作的轉(zhuǎn)子在軸向上平行且同軸布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向磁場(chǎng)電機(jī)，其特征是獨(dú)立線圈11軸向截面形狀為一個(gè) 中空的扇面，四角圓弧過(guò)渡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸向磁場(chǎng)電機(jī)，其特征是獨(dú)立線圈內(nèi)延段13和外延段14在 軸向31上隆起，其隆起高度23為電磁工作段12軸向厚度22的0. 5-1倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軸向磁場(chǎng)電機(jī)，其特征是多個(gè)獨(dú)立線圈沿圓周方向嵌鎖排 列，使用添加導(dǎo)熱體的樹(shù)脂或聚氨酯材料固封，形成圓環(huán)狀電磁陣列，排列后的全部獨(dú)立線 圈的電磁工作段在圓周方向等分(士 1° )。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軸向磁場(chǎng)電機(jī)，其特征是用于固封電磁陣列的樹(shù)脂或聚氨 酯固封材料18中添加的導(dǎo)熱體是纖維狀或片狀的，且不具導(dǎo)電、導(dǎo)磁特性。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軸向磁場(chǎng)電機(jī)，其特征是電機(jī)轉(zhuǎn)子19是由嵌入軛鐵16的永 磁材料17組成的固定在一個(gè)連接輸出軸上的圓盤。其中，獨(dú)立線圈電磁工作段長(zhǎng)度21與 電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁材料在徑向上的長(zhǎng)度(磁鐵長(zhǎng)度)27相一致(士7% )。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型軸向磁場(chǎng)盤式電機(jī)。其核心技術(shù)是獨(dú)立線圈的形狀特征和線圈嵌所排列固封成形后的電磁陣列特征。獨(dú)立線圈11是一個(gè)扇形的中空線圈，每個(gè)獨(dú)立線圈有兩個(gè)電磁工作段12在徑向上為一平面。線圈內(nèi)延段13和外延段14在軸向上隆起，其隆起高度為電磁工作段軸向厚度的0.5-1倍。由多個(gè)獨(dú)立線圈沿圓周方向嵌鎖排列成一個(gè)圓環(huán)形電磁陣列，使用添加導(dǎo)熱體的樹(shù)脂或聚氨酯材料整體固封，形成獨(dú)立線圈嵌鎖電磁陣列環(huán)15，用做軸向磁場(chǎng)盤式電機(jī)的定子。本發(fā)明的有益效果是，能夠有效減少電樞繞組磁間隙，提高磁效率，從而提高電機(jī)效率。使用添加導(dǎo)熱體的樹(shù)脂或聚氨酯固封，對(duì)提高電樞繞組的散熱性能具有決定性的作用。
文檔編號(hào)H02K15/04GK101873021SQ20101000067
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者任良平, 劉廣喜, 張彬, 畢麗蘊(yùn) 申請(qǐng)人:北京眾仁智杰科技發(fā)展有限公司