軸向磁通電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種軸向磁通電機(jī)。其包括一根轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)子裝配到所述轉(zhuǎn)軸上，至少一個(gè)永磁體裝配到所述轉(zhuǎn)子上，還包括定子組件，所述定子組件包含朝一個(gè)軸向方向的定子模塊，每個(gè)所述定子模塊包括一對(duì)由一個(gè)軛部分相連的定子齒和多個(gè)繞組，每個(gè)所述繞組繞在一個(gè)所述定子模塊上。本發(fā)明的軸向磁通電機(jī)使用低成本的鐵氧體磁鐵，而達(dá)到其他采用成本較高的釹磁鐵達(dá)到的更高的功率密度和效率。此外，本發(fā)明是一個(gè)模塊化的結(jié)構(gòu)，這樣大大簡(jiǎn)化和加速了制造流程，并且沒(méi)有產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩。定子齒尖增加磁通和降低噪聲。
【專利說(shuō)明】軸向磁通電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種軸向磁通電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]電機(jī)的應(yīng)用之一是驅(qū)動(dòng)泵或風(fēng)機(jī)。電機(jī)可用來(lái)旋轉(zhuǎn)泵和風(fēng)機(jī)中的葉輪，取代流體，產(chǎn)生流體流動(dòng)。許多燃?xì)庠O(shè)備都帶有電機(jī)，例如，熱水器、鍋爐、泳池加熱器、小型加熱器，燃爐，福射式加熱器。一方面，電機(jī)可以驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪來(lái)移動(dòng)設(shè)備內(nèi)的空氣或燃料/空氣混合物，另一方面，電機(jī)可以驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪把設(shè)備里的空氣散掉。
[0003]應(yīng)用在這類系統(tǒng)中的常用電機(jī)是交流(AC)感應(yīng)電機(jī)。通常，交流感應(yīng)電機(jī)是徑向磁場(chǎng)電機(jī)，磁場(chǎng)從電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸徑向擴(kuò)散。另一類應(yīng)用在這類系統(tǒng)中的電機(jī)是電子整流電機(jī)(ECM)。ECM電機(jī)包含但不限于無(wú)刷直流電機(jī)(BLDC)、永磁交流電機(jī)(PMAC)和可變磁阻電機(jī)。通常,這些電機(jī)比交流感應(yīng)電機(jī)可以提供更高的電效率。一些ECM電機(jī)有一種軸向磁通通過(guò)在氣隙中形成平行于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸的磁場(chǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有的徑向磁場(chǎng)電機(jī)的不足，本發(fā)明提供了一種軸向磁通電機(jī)。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種軸向磁通電機(jī)，包括一根轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)子裝配到所述轉(zhuǎn)軸上，至少一個(gè)永磁體裝配到所述轉(zhuǎn)子上，還包括定子組件，所述定子組件包含朝一個(gè)軸向方向的定子模塊，每個(gè)所述定子模塊包括一對(duì)由一個(gè)軛部分相連的定子齒和多個(gè)繞組，每個(gè)所述繞組繞在一個(gè)所述定子模塊上。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包括所述電機(jī)包括多個(gè)骨架組合，其中所述骨架組合裝配到所述定子模塊的齒上，并且繞組繞在骨架上。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包括所述定子組件包含多個(gè)定子齒尖，其中所述定子齒尖裝配到所述骨架上。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包括所述多個(gè)定子模塊和多個(gè)定子齒尖由多層堆疊沖片制成。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包括所述定子模塊為C形，所述定子齒尖為T(mén)形。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包括所述定子組件包括一個(gè)塑封定子外殼，其中所述的多個(gè)定子模塊塑封在所述的塑封定子外殼中。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包括每個(gè)所述繞組沿水平方向繞在所述的定子模塊的所述定子軛上。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包括每個(gè)所述繞組沿垂直方向繞在一個(gè)所述的定子模塊的一個(gè)定子齒上。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包括所述每個(gè)定子齒尖匹配所述定子模塊的一個(gè)定子齒，其中每個(gè)所述繞組沿垂直方向繞在一個(gè)所述定子齒上并且至少一個(gè)所述定子齒尖的一部分結(jié)合到所述定子模塊的所述定子齒尖上。
[0014]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的軸向磁通電機(jī)使用低成本的鐵氧體磁鐵，而達(dá)到其他采用成本較高的釹磁鐵達(dá)到的更高的功率密度和效率。此外，軸向磁通電機(jī)包括一個(gè)多相定子有較為經(jīng)濟(jì)的沖片制成的數(shù)個(gè)定子模塊和數(shù)個(gè)定子齒尖，成為一個(gè)模塊化的結(jié)構(gòu)。定子模塊的齒相同并且有相同的寬度，這樣大大簡(jiǎn)化和加速了制造流程，并且沒(méi)有產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩。定子齒尖增加磁通和降低噪聲。因此，本發(fā)明所描述的一個(gè)低成本的軸向磁通電機(jī)是一個(gè)能快速制造并且對(duì)效率和性能影響最小的電機(jī)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]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。
[0016]圖1是軸向磁通電機(jī)的剖視圖；
圖2是軸向磁通電機(jī)的爆炸圖；
圖3是定子組件的投影視圖；
圖4是定子組件中定子齒尖94的示意圖；
圖5是定子組件中骨架組合86的示意圖；
圖6是定子組件中定子模塊84的示意圖；
圖7是定子齒尖94的主視圖；
圖8是定子模塊84的主視圖；
圖9是定子模塊200的主視圖；
圖10是骨架組合的立體圖；
圖11是骨架組合的底部示意圖；
圖12是骨架的投影視圖；
圖13是塑封定子的立體圖。
[0017]圖中10、軸向磁通電機(jī),12、第一端，14、第二端，16、外殼,18,轉(zhuǎn)子組件,20、第一軸承組件，22、第二軸承組件，24、定子組件，26、第一端減震圈，28、第二端減震圈，30、轉(zhuǎn)子，32轉(zhuǎn)軸，34、永磁體,35、環(huán)形磁鐵,36、旋轉(zhuǎn)軸,38、氣隙,40、轉(zhuǎn)子外表面,42、定子外表面，
46、轉(zhuǎn)子磁極,84、定子模塊,86、骨架組合,88、控制板,90、定子外殼,92、塑封定子,94、定子齒尖，96、定子齒，98、定子軛，100、堆疊沖片，101、內(nèi)部間隙，102、軸向組成，103、外部間隙，104、橫向組成，105、堆疊沖片，106、向內(nèi)擴(kuò)展部分，108、向外擴(kuò)展部分，110、凹槽，112、圓形部分，114、骨架，116、骨架開(kāi)口，120、開(kāi)口 116的另一端，118、開(kāi)口 116的一端，122、繞組，124、線圈，126、針，128、連接器，200、定子模塊，202、第一部分，204、第二部分，206、齒，210、橫向組成，212、向外擴(kuò)展部分，214、向內(nèi)擴(kuò)展部分。
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1是軸向磁通電機(jī)的剖視圖，圖2是軸向磁通電機(jī)的爆炸圖。在這個(gè)實(shí)例中，電機(jī)10是一個(gè)有第一端12和第二端14的電機(jī)。另外，電機(jī)10可以作為一個(gè)發(fā)電機(jī)來(lái)運(yùn)行。軸向磁通電機(jī)10包括外殼16、轉(zhuǎn)子組件18，第一軸承組件20，第二軸承組件22，和定子組件24。第一端減震圈26在第一端12安裝到外殼16上，并且第二端減震圈28在第二端14安裝到定子組件24上。[0019]轉(zhuǎn)子組件18包括轉(zhuǎn)軸32和裝配到轉(zhuǎn)軸32的轉(zhuǎn)子30，并且永磁體34安裝到轉(zhuǎn)子30上。所述永磁體34是燒結(jié)釹形成一個(gè)有交變磁化片段的環(huán)形磁鐵35。當(dāng)然，可用來(lái)使電機(jī)10實(shí)現(xiàn)所述功能的任何形狀和材料的永磁體都可以被利用。轉(zhuǎn)子組件18在外殼16內(nèi)部可以旋轉(zhuǎn)，更具體地說(shuō)，可圍繞旋轉(zhuǎn)軸36在第一軸承組件20和第二軸承組件22內(nèi)部旋轉(zhuǎn)。所述轉(zhuǎn)子組件18是由電子控制驅(qū)動(dòng)，例如，一個(gè)正弦或梯形電子控制。所述轉(zhuǎn)子30使用燒結(jié)工藝生產(chǎn)。例如，軟磁合金材料(SMA)或軟磁復(fù)合材料(SMC)。另外，轉(zhuǎn)子30可以用任何合適的材料來(lái)加工和/或鑄造，例如，鐵。
[0020]在轉(zhuǎn)子外表面40和定子外表面42之間形成一個(gè)中間的氣隙38,電機(jī)10內(nèi)的磁通在永磁體34和定子組件24之間并且平行于旋轉(zhuǎn)軸36的方向。
[0021]圖3是圖2所示的定子組件24的透視圖。定子組件24包括數(shù)個(gè)定子模塊84，骨架組合86和控制板88。定子組件24安裝到一個(gè)定子外殼90 (見(jiàn)圖2)，以形成一個(gè)塑封定子92 (見(jiàn)圖13)。定子組件24包括一組定子齒尖94。
[0022]所述定子組件24是一個(gè)多相(超過(guò)一相)軸向磁通定子,最好是一個(gè)三相軸向磁通定子在軸向方向產(chǎn)生磁通(即平行于旋轉(zhuǎn)軸36)。定子模塊84是C形并且包括一對(duì)定子齒96被一段定子軛98連接。所述定子模塊84是朝通常的軸向方向，這樣定子齒96大體上在平行于旋轉(zhuǎn)軸36方向延伸。此外，定子模塊84是由多層堆疊沖片100制成。這樣的一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了制造工藝，使模塊化的定子模塊84能夠快速有效地生產(chǎn)。定子齒96大體上與內(nèi)部的邊緣97到外部邊緣99有相同的寬度W。也就是，定子齒96的寬度W不像一些已知的定子那樣偏移內(nèi)部的邊緣97到外部邊緣99。這使得多層堆疊沖片大體上相同，從而降低生產(chǎn)成本。進(jìn)一步，定子模塊84相互分開(kāi)，并且在內(nèi)部間隙101和外部間隙103之間設(shè)有朝向相臨的定子齒96。另外，定子模塊84可以是立方體。
[0023]所述定子齒尖94是T形并且包含一個(gè)軸向組成102和一個(gè)橫向組成104。每個(gè)橫向組成104包括一個(gè)向內(nèi)擴(kuò)展部分106、一個(gè)向外擴(kuò)展部分108和一個(gè)凹槽110。所述定子齒尖94是由多個(gè)堆疊沖片105制成。這樣的一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了制造工藝，使模塊化的定子齒尖94能夠快速有效地生產(chǎn)。向外延伸的部分108比向內(nèi)延伸的部分106長(zhǎng)，定子齒尖94還包含圓形部分112來(lái)減少背部電磁場(chǎng)(EMF)的諧波量和齒槽轉(zhuǎn)矩，定子齒尖94與相應(yīng)的定子齒96相配，在定子組件24中增加磁密，并且減少定子組件24需要的繞組122 (圖12)的長(zhǎng)度。
[0024]圖7、8、9說(shuō)明了各種延伸的定子模塊實(shí)例包括定子模塊84和定子齒尖94，單獨(dú)的定子模塊84，以及一個(gè)結(jié)構(gòu)類似于定子模塊84和兩個(gè)定子齒尖94的定子模塊200。定子模塊200是由一個(gè)多層堆疊沖片制成，包括一個(gè)第一部分202和一個(gè)第二部分204。每個(gè)部分202，204包括一個(gè)齒206結(jié)合到一個(gè)軛部分208和橫向組成210。每個(gè)橫向組成210包括一個(gè)向外擴(kuò)展部分212和一個(gè)向內(nèi)擴(kuò)展部分214。所述向外擴(kuò)展部分212比向內(nèi)擴(kuò)展部分214更長(zhǎng)。
[0025]圖10和11分別顯示了包含在電機(jī)10內(nèi)部的骨架組合86的頂部和底部投影視圖。骨架組合86包括連接到控制板88上的數(shù)個(gè)骨架114。雖然圖10所示為十二個(gè)骨架114，但是骨架組合86可以包括任意數(shù)量的骨架使得電機(jī)10實(shí)現(xiàn)所述功能。每個(gè)骨架114包括一個(gè)開(kāi)口 116，緊密地貼合著定子模塊齒96和定子齒尖的軸向組成102。例如，定子模塊齒96為至少一部分放置在開(kāi)口 116的一端118內(nèi)部，并且齒尖的軸向組成102，為至少一部分放置在開(kāi)口 116的另一端120內(nèi)部。電機(jī)10的每個(gè)定子模塊齒96包括一個(gè)骨架114，一個(gè)骨架114放置在每個(gè)定子模塊齒96上，并且/或者每個(gè)骨架114放置在每個(gè)定子軛98上。
[0026]圖12是骨架114的投影視圖。骨架組合86還包含數(shù)個(gè)線圈124的繞組122。所述繞組122是由十二個(gè)線圈124組成并且形成一個(gè)十二極的定子。每個(gè)線圈124是分別繞在各自的骨架114上，骨架把線圈124與定子?？?4和定子齒尖94電絕緣?；蛘?，每個(gè)線圈直接繞在一個(gè)一般的垂直方向(即，一般平行于旋轉(zhuǎn)軸36)，繞在至少一個(gè)定子模塊齒96和定子齒尖的軸向組成102上,和/或直接繞在一個(gè)一般的水平方向(即，一般垂直與旋轉(zhuǎn)軸36)，繞在定子定子軛98上
所述線圈124繞在骨架114上，并且每個(gè)線圈124包括兩個(gè)線頭，分別是線圈的一個(gè)起點(diǎn)和一個(gè)終點(diǎn)。骨架114通過(guò)針126連接到控制板88上?？刂瓢?8是一個(gè)印刷電路板(PCB)，每個(gè)線圈124的每個(gè)線頭通過(guò)一個(gè)絕緣剝離的端子設(shè)計(jì)為直接焊接到控制板88上來(lái)連接到控制板88上。另外，可包含被用來(lái)使得多個(gè)骨架114連接到控制板88上的任何其他合適的連接器。所述控制板88包括使控制板88直接連到電動(dòng)機(jī)控制板上的連接器128。在另一個(gè)實(shí)例中，控制板88是包含在一個(gè)電機(jī)控制板中，從而排除冗余的安裝和連接器。
[0027]本文描述了一個(gè)電機(jī)10安裝的典型方法。該方法包括裝配轉(zhuǎn)子組件18和裝配定子組件24。在一個(gè)實(shí)例中，裝配的轉(zhuǎn)子組件18包括安裝至少一個(gè)永磁體34和轉(zhuǎn)子30，轉(zhuǎn)子30是裝配到轉(zhuǎn)軸32的。
[0028]裝配定子組件24包括把線圈122繞到數(shù)個(gè)骨架114上，骨架114安裝在控制板88上。多個(gè)定子模塊84有一對(duì)連接一個(gè)定子軛98的定子模塊齒96，并且安裝到一個(gè)或多個(gè)骨架114。具體地說(shuō)，至少部分的定子模塊齒96插入一個(gè)骨架開(kāi)口 116。多數(shù)定子齒尖94有一個(gè)軸向組成102和一個(gè)橫向組成104連接到一個(gè)或多個(gè)骨架114。具體地說(shuō)，至少軸向組成102部分插入骨架開(kāi)口 116。定子模塊84和定子齒尖94可由多層堆疊沖片100制成。定子組件24然后放到定子外殼90。定子組件24是放置在一個(gè)有定位特征的模具上，定子齒尖94包括一個(gè)凹槽110，其使得模具的定位特征正確地在模具里排列定子組件24。一種合適的材料(如，樹(shù)脂)成型包裹定子組件24形成一個(gè)塑封定子92 (圖13所示)。進(jìn)一步包括安裝轉(zhuǎn)子30到轉(zhuǎn)軸32并且定位一個(gè)轉(zhuǎn)子外表面40到相鄰的一個(gè)定子外表面42來(lái)形成一個(gè)在其中間的氣隙38。
[0029]本發(fā)明的軸向磁通電機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子和在軸向嵌入的永久磁鐵。轉(zhuǎn)子軸向的嵌入式設(shè)計(jì)允許使用低成本的鐵氧體磁鐵，而達(dá)到其他設(shè)計(jì)采用成本較高的釹磁鐵達(dá)到的更高的功率密度和效率。此外，軸向磁通電機(jī)包括一個(gè)多相定子有較為經(jīng)濟(jì)的沖片制成的數(shù)個(gè)大體上類似的定子模塊和數(shù)個(gè)大體上類似的定子齒尖，成為一個(gè)模塊化的結(jié)構(gòu)。定子模塊的齒大體上類似并且大體上有相同的寬度，這樣大大簡(jiǎn)化和加速制造流程，并且沒(méi)有產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩。定子齒尖增加磁通和降低噪聲。因此，本發(fā)明所描述的一個(gè)低成本的軸向磁通電機(jī)是一個(gè)能快速制造并且對(duì)效率和性能影響最小的電機(jī)。
[0030]軸向磁通電機(jī)及其組件并不局限于這邊所描述的特定的實(shí)例中，而是，系統(tǒng)的組件可被單獨(dú)的利用并且從這邊描述的其他組件中分離開(kāi)來(lái)。例如，組件也可被用來(lái)結(jié)合到其他電機(jī)系統(tǒng)、方法和裝置，并且不局限于應(yīng)用在本申請(qǐng)描述的系統(tǒng)和裝置。相反，這個(gè)典型實(shí)例可以被實(shí)施和利用到許多相關(guān)的用途。
【權(quán)利要求】
1.一種軸向磁通電機(jī)，包括一根轉(zhuǎn)軸(32)，其特征是，轉(zhuǎn)子(30)裝配到所述轉(zhuǎn)軸(32)上，至少一個(gè)永磁體(34)裝配到所述轉(zhuǎn)子(30)上，還包括定子組件(24)，所述定子組件(24)包含朝一個(gè)軸向方向的定子模塊(84)，每個(gè)所述定子模塊(84)包括一對(duì)由一個(gè)軛部分相連的定子齒(96)和多個(gè)繞組(122)，每個(gè)所述繞組(122)繞在一個(gè)所述定子模塊(84)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向磁通電機(jī)，其特征是，所述電機(jī)包括多個(gè)骨架組合(86)，其中所述骨架組合(86)裝配到所述定子模塊(84)的齒上，并且繞組(122)繞在骨架(114)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向磁通電機(jī)，其特征是，所述定子組件(24)包含多個(gè)定子齒尖(94)，其中所述定子齒尖(94)裝配到所述骨架(114)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向磁通電機(jī)，其特征是，所述多個(gè)定子模塊(84)和多個(gè)定子齒尖(94)由多層堆疊沖片制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軸向磁通電機(jī)，其特征是，所述定子模塊(84)為C形，所述定子齒尖(94)為T(mén)形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向磁通電機(jī)，其特征是，所述定子組件(24)包括一個(gè)塑封定子外殼(90)，其中所述的多個(gè)定子模塊(84)塑封在所述的塑封定子外殼(90)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向磁通電機(jī)，其特征是，每個(gè)所述繞組(122)沿水平方向繞在所述的定子模塊的所述定子軛(98)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向磁通電機(jī)，其特征是，每個(gè)所述繞組(122)沿垂直方向繞在一個(gè)所述的定子模塊的一個(gè)定子齒(96)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向磁通電機(jī)，其特征是，所述每個(gè)定子齒尖(94)匹配所述定子模塊(84)的一個(gè)定子齒(96)，其中每個(gè)所述繞組(122)沿垂直方向繞在一個(gè)所述定子齒(96 )上并且至少一個(gè)所述定子齒尖(94 )的一部分結(jié)合到所述定子模塊(84 )的所述定子齒尖(94)上。
【文檔編號(hào)】H02K1/27GK103997145SQ201410086458
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】陳彬, 方為兵, 王定誠(chéng) 申請(qǐng)人:常州里戈勃?jiǎng)谝撂匦聛嗠姍C(jī)有限公司