專利名稱：一種軸向磁場盤式電機的制作方法
技術(shù)領域：
本技術(shù)涉及軸向磁場旋轉(zhuǎn)電動裝置，如軸向磁場的電動機和發(fā)電機等。這類裝置 的特點是轉(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下工作。同時，該技術(shù) 還涉及到無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 的磁作用時獲得了一項重大發(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機，證明了導線在 恒定磁場內(nèi)的轉(zhuǎn)動。這種原理性的電機，就是我們今天所稱的軸向磁場電機。100多年來， 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、運動部件少、體積小、 重量輕等結(jié)構(gòu)和機械特性的電機投入產(chǎn)品生產(chǎn)。不得已，才發(fā)展出了異步、同步、直流無刷 等形形色色的電機系列。自上世紀50年代開始，人們開始將軸向磁場電機技術(shù)應用于微型電機的研發(fā)，并 逐步應用在計算機硬盤、微型磁帶錄音機上。進入上世紀80年代，國內(nèi)外電機行業(yè)開始研 究和發(fā)展中小型軸向磁場電機。盡管加工手段已今非昔比，但對于異形的獨立線圈的繞制 成形，以及獨立線圈排列固封所使用的高分子材料，仍然沒有取得突破性的進展。因此，這 些軸向磁場電機，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重的限制。
發(fā)明內(nèi)容為了提高軸向磁場電機電樞繞組的磁效率，進而提高軸向磁場電機效率，同時提 高電機繞組的散熱效果，設計了一種新型的軸向磁場盤式電機。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是使用獨立線圈嵌鎖電磁陣列作為電機電樞繞組，即電機定子，電樞繞組與由磁性 材料制作的轉(zhuǎn)子在軸向上平行且同軸布置。使用特殊制作的模具，將金屬導線緊密且整齊排列繞制成獨立線圈(11)，獨立線 圈(11)軸向截面形狀為一個中空的扇面，四角圓弧過渡。每個獨立線圈有兩個電磁工作段(12)，一個內(nèi)延段(13)和一個外延段(14)。獨立 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。將多個獨立線圈沿圓周方向嵌鎖排列，使用添加導熱體的樹脂材料將圓形電磁陣 列整體固封，形成圓環(huán)狀電磁陣列(15)，下稱電磁陣列環(huán)。使用該電磁陣列環(huán)作為軸向磁 場盤式電機定子。排列后的全部獨立線圈的電磁工作段在圓周方向等分，誤差小于士 1°。用于固封電磁陣列的樹脂或聚氨酯固封材料(18)中添加的導熱體是纖維狀或片 狀的，且不具導電、導磁特性。電機轉(zhuǎn)子(19)是由嵌入軛鐵(16)的永磁材料(17)組成的固定在一個連接輸出 軸上的圓盤。其中，獨立線圈電磁工作段長度(21)與電機轉(zhuǎn)子永磁材料在徑向上的長度(27)相一致，誤差小于士7%。本實用新型的有益效果是，能夠有效地減少電樞繞組的磁間隙，提高磁效率，從而 提高軸向磁場盤式電機的效率。使用添加導熱體的樹脂或聚氨酯固封，對提高電樞繞組的 散熱性能具有決定性的作用，是制作大功率軸向磁場盤式電機的關(guān)鍵。以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型方案示意圖；圖2是獨立線圈示意圖，包括立體示意圖2a，獨立線圈尺寸關(guān)系圖2b和獨立線圈 截面圖2c;圖3是獨立線圈嵌鎖電磁陣列環(huán)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是電機核心結(jié)構(gòu)示意圖，為使用獨立線圈嵌鎖電磁陣列的軸向磁場電機構(gòu)成 不意；圖5是電機原理示意圖，為使用獨立線圈嵌鎖電磁陣列的軸向磁場電機工作原理 不意。圖中11-獨立線圈，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 長度；31-軸向，32-徑向，33-電流方向，34-磁場方向，35-旋轉(zhuǎn)方向。
具體實施方式
圖1是本實用新型的方案示意圖。使用特殊制作的模具，將金屬導線緊密且整齊 排列繞制成獨立線圈(11)，每個獨立線圈有兩個電磁工作段(12)，一個內(nèi)延段(13)和一個 外延段(14)。將多個獨立線圈沿圓周方向嵌鎖排列成一個圓形電磁陣列，使用添加導熱體 的樹脂材料將圓形電磁陣列整體固封成型，形成獨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)作為軸向磁場盤式電機定子。圖2是獨立線圈示意圖，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。獨立線圈是一個具有空間結(jié)構(gòu)的，由金屬導線緊密且整齊排列繞制的線圈。獨 立線圈的軸向截面形狀為一個中空的扇面，四角圓弧過渡。此圓弧過渡的目的是防止線圈 在繞制成型時對金屬導線絕緣形成破壞。電磁工作段(12)是獨立線圈在扇面形狀上的兩直線邊，每個獨立線圈有兩個電 磁工作段。(21)是電磁工作段(12)的徑向長度；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。獨立線圈嵌鎖電磁陣列是由若干如圖2a所示的獨立線圈按照一定秩序分組排列組成的。獨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，誤差 小于士 1°，即組成電磁陣列的全部電磁工作段在圓周向等分布置，誤差小于士 1°。然后 使用添加導熱體的樹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 磁陣列的樹脂或聚氨酯固封材料中添加纖維狀或片狀的、不具導電、導磁特性的導熱體。該 導熱體在樹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的熱傳導效率。圖4是不包括外殼、輸出軸等部件的軸向磁場電機的核心結(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 固定在一個連接輸出軸上的圓盤。其中，獨立線圈電磁工作段長度(21)與電機轉(zhuǎn)子永磁材 料在徑向上的長度27相一致，誤差小于士7%。圖5是按照圖4所示結(jié)構(gòu)組成的軸向磁場電機的工作原理示意圖(添加導熱體 的樹脂或聚氨酯材料未畫出)。其中，(33)是某瞬間流過作為定子的獨立線圈嵌鎖電磁陣 列環(huán)(15)中一個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 場方向，(35)是轉(zhuǎn)子(19)的旋轉(zhuǎn)方向，即電機輸出軸旋轉(zhuǎn)方向。順序或成組順序?qū)Κ毩⒕€ 圈嵌鎖電磁陣列上的電磁工作段施加電流，定子上成對的磁場在洛倫茨力的作用下，按照 (35)所指示的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。獨立線圈嵌鎖電磁陣列(IndividualCoil Interlock Electro Magnetic Array) 作為軸向磁場盤式電機的核心部件——電樞繞組，是對軸向磁場電機制造工藝和材料的重 要革新。獨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；在樹脂或聚氨酯中添加導熱體極大地改善了電樞繞組的熱傳導能力。這些技術(shù)的應用， 使采用獨立線圈嵌鎖電磁陣列作為電樞繞組的軸向磁場電機，具有運動部件少、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，是一種結(jié)構(gòu) 簡單、可靠性高、可低速大扭矩直接驅(qū)動的高品質(zhì)電機。由于其高效節(jié)能和直接驅(qū)動的特 點，具有可替代傳統(tǒng)電機的廣泛市場前景。
權(quán)利要求一種軸向磁場盤式電機，其特征是使用獨立線圈嵌鎖電磁陣列作為電機電樞繞組，即電機定子，電樞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所述的一種軸向磁場盤式電機，其特征是獨立線圈(11)軸向截面 形狀為一個中空的扇面，四角圓弧過渡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種軸向磁場盤式電機，其特征是獨立線圈內(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所述的一種軸向磁場盤式電機，其特征是多個獨立線圈沿圓周方 向嵌鎖排列，使用添加導熱體的樹脂或聚氨酯材料固封，形成圓環(huán)狀電磁陣列，排列后的全 部獨立線圈的電磁工作段在圓周方向等分，誤差小于士 1°。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種軸向磁場盤式電機，其特征是用于固封電磁陣列的樹 脂或聚氨酯固封材料(18)中添加的導熱體是纖維狀或片狀的，且不具導電、導磁特性。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種軸向磁場盤式電機，其特征是電機轉(zhuǎn)子(19)是由嵌入 軛鐵(16)的永磁材料(17)組成的固定在一個連接輸出軸上的圓盤，其中，獨立線圈電磁工 作段長度(21)與電機轉(zhuǎn)子永磁材料在徑向上的長度(27)相一致，誤差小于士7%。
專利摘要本實用新型涉及一種新型軸向磁場盤式電機。使用獨立線圈嵌鎖電磁陣列作為電機電樞繞組，即電機定子，電樞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。本實用新型的有益效果是，能夠有效減少電樞繞組磁間隙，提高磁效率，從而提高電機效率。使用添加導熱體的樹脂或聚氨酯固封，對提高電樞繞組的散熱性能具有決定性的作用。
文檔編號H02K1/27GK201733151SQ20102000045
公開日2011年2月2日 申請日期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 申請人:北京眾仁智杰科技發(fā)展有限公司