本發(fā)明涉及盤式無鐵芯永磁電機，尤其是涉及一種盤式halbach磁體陣列轉(zhuǎn)子盤的結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、盤式無鐵芯永磁電機因具有高功率/轉(zhuǎn)矩密度、高效率、低轉(zhuǎn)矩波動、運行平穩(wěn)等優(yōu)勢，目前已在直驅(qū)發(fā)電系統(tǒng)、飛輪蓄能、高精度伺服系統(tǒng)、全電推進裝置系統(tǒng)等行業(yè)中得到了快速的推廣應(yīng)用。

2、根據(jù)定轉(zhuǎn)子數(shù)量、相對位置和主磁路分類，現(xiàn)有的盤式永磁電機主要有4種拓撲結(jié)構(gòu)，依次為單定子單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、雙定子單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、單定子雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和多盤式結(jié)構(gòu)。其中，單定子雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)定子在中間為無鐵芯無齒槽的繞組盤，轉(zhuǎn)子在兩側(cè)通常采用halbach磁體陣列，具有更高的功率/轉(zhuǎn)矩密度和效率、無齒槽轉(zhuǎn)矩波動、體積小、重量輕等優(yōu)良性能，具有更高的發(fā)展和推廣潛力。

3、盡管單定子雙轉(zhuǎn)子halbach磁體陣列無鐵芯永磁電機已有近20年的理論研究、電磁仿真和樣機制作，但在制造技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備和工藝等方面還不夠成熟，難于進行批量化生產(chǎn)，產(chǎn)品性能品質(zhì)不夠穩(wěn)定。尤其是由于轉(zhuǎn)子盤間存在軸向電磁吸力，以及電機運行時轉(zhuǎn)子盤存在徑向離心力，導(dǎo)致定子盤兩側(cè)的氣隙長度周向不均勻，轉(zhuǎn)子盤變形并與定子盤刮碰以及徑向竄動，振動噪聲增大。

4、另外從原理上講，halbach磁體陣列可以使電機面向氣隙的一側(cè)磁場增強，另一側(cè)磁場減弱，因此可以不用鐵芯背軛，但這樣會導(dǎo)致永磁體得不到充分利用，電機氣隙一側(cè)的磁場不夠強，同時halbach磁體陣列還需要由其它部件提供定位和支撐保護。

5、現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利cn109713819a公開一種高強度halbach永磁陣列轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，該方案在永磁塊軸向中心之間設(shè)置半圓形凹槽，在拼成的圓形凹槽中插入固定銷以實現(xiàn)周向和軸向定位以及轉(zhuǎn)子的高強度，但由于固定銷會占據(jù)永磁體空間，這無疑會降低磁動勢并引入高次諧波，此外，該方案的加工裝配難度也較大，難以在實際中推廣應(yīng)用。

6、因此當前亟需解決轉(zhuǎn)子盤halbach磁體陣列的周向、軸向和徑向的定位支撐、以及如何提升永磁體利用率和增強電機氣隙磁場的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種盤式halbach磁體陣列轉(zhuǎn)子盤的結(jié)構(gòu)及其制造方法，能夠可靠實現(xiàn)halbach磁體陣列的支撐保護和周向、軸向、徑向定位，并且提高永磁體利用率、增強電機氣隙磁場。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種盤式halbach磁體陣列轉(zhuǎn)子盤的結(jié)構(gòu)，包括面向電機氣隙側(cè)依次軸向排列連接的轉(zhuǎn)子支架、halbach磁體陣列、磁性背板，所述轉(zhuǎn)子支架、halbach磁體陣列、磁性背板的外側(cè)纏繞有纖維環(huán)帶，所述轉(zhuǎn)子支架和磁性背板之間通過沉頭螺釘緊固連接，所述轉(zhuǎn)子支架和磁性背板用于對halbach磁體陣列進行安裝定位，以及提供電機運行時的支撐保護，所述纖維環(huán)帶和沉頭螺釘用于實現(xiàn)轉(zhuǎn)子盤的軸向緊固，以及提供電機運行時的徑向保護。

3、進一步地，所述halbach磁體陣列由多個異性磁極依次拼裝組成，每個磁極均由2～6塊充磁方向由軸向正方向到周向、再到軸向反方向的永磁體排列而成，其中，軸向充磁的永磁體位于磁極中心，在靠近磁性背板的一側(cè)的周向中心表面設(shè)置有徑向第二凹槽，用于與磁性背板嵌合連接；

4、周向充磁的永磁體位于相鄰的異性磁極周向中心，在靠近轉(zhuǎn)子支架的一側(cè)的周向中心表面設(shè)置有徑向第一凹槽，用于與轉(zhuǎn)子支架嵌合連接。

5、進一步地，所述磁極由2、4或6塊永磁體排列而成時，相鄰磁極間的周向中心為周向充磁的永磁體，所述徑向第一凹槽設(shè)置在周向充磁的永磁體中心面向電機氣隙的一側(cè)；

6、所述磁極由3或5塊永磁體排列而成時，相鄰磁極間的周向中心為兩塊永磁體的徑向分界線，所述徑向第一凹槽設(shè)置在兩塊永磁體的徑向分界線面向電機氣隙的一側(cè)。

7、進一步地，所述轉(zhuǎn)子支架套設(shè)安裝在電機轉(zhuǎn)軸上，包括支撐部和磁鋼安裝部，所述支撐部和磁鋼安裝部沿徑向由內(nèi)至外分布，所述沉頭螺釘穿設(shè)連接于支撐部與磁性背板之間，所述磁鋼安裝部與halbach磁體陣列中周向充磁的永磁體相互嵌合連接。

8、進一步地，所述磁鋼安裝部面向永磁體的一側(cè)徑向上設(shè)置有第一凸條，所述第一凸條與halbach磁體陣列的徑向第一凹槽對應(yīng)嵌合連接，以實現(xiàn)halbach磁體陣列的軸向定位。

9、進一步地，所述支撐部的軸向厚度等于磁鋼安裝部和永磁體軸向厚度之和，所述磁鋼安裝部的徑向長度等于永磁體的徑向長度。

10、進一步地，所述支撐部上開設(shè)有用于散熱的通風(fēng)孔、用于安裝沉頭螺釘?shù)拿た滓约坝糜谶B接電機轉(zhuǎn)軸的軸孔。

11、進一步地，所述磁性背板包括位于徑向中心的環(huán)形粘貼磁鋼部和位于徑向外圓的圍板，所述粘貼磁鋼部上設(shè)置有第二凸條，所述第二凸條與halbach磁體陣列的徑向第二凹槽對應(yīng)嵌合連接，以實現(xiàn)halbach磁體陣列的軸向定位；

12、所述圍板用于實現(xiàn)halbach磁體陣列的徑向定位；

13、所述粘貼磁鋼部上開設(shè)有用于安裝沉頭螺釘?shù)穆菘住?/p>

14、進一步地，所述圍板的軸向高度為永磁體軸向厚度的1/3。

15、一種盤式halbach磁體陣列轉(zhuǎn)子盤的制造方法，包括以下步驟：

16、s1、并行獨立加工轉(zhuǎn)子支架、磁性背板以及永磁體的充磁、切割和研磨；

17、s2、在轉(zhuǎn)子支架的磁鋼安裝部和永磁體的結(jié)合面處涂膠粘貼，并依靠第一凸條和徑向第一凹槽的配合實現(xiàn)永磁體的軸向定位，形成halbach磁體拼裝陣列；

18、s3、在磁性背板的粘貼磁鋼部和永磁體的結(jié)合面處涂膠粘貼，并依靠第二凸條和徑向第二凹槽的配合實現(xiàn)永磁體的進一步軸向定位，依靠磁性背板外圓的圍板實現(xiàn)永磁體的徑向定位，之后安裝沉頭螺釘；

19、s4、纏繞纖維環(huán)帶，進行裝配質(zhì)量檢測。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

21、本發(fā)明設(shè)計面向電機氣隙側(cè)依次軸向排列連接的轉(zhuǎn)子支架、halbach磁體陣列、磁性背板，并在轉(zhuǎn)子支架、halbach磁體陣列、磁性背板的外側(cè)纏繞纖維環(huán)帶，在轉(zhuǎn)子支架和磁性背板之間通過沉頭螺釘緊固連接，利用轉(zhuǎn)子支架和磁性背板對halbach磁體陣列進行安裝定位，并提供電機運行時的支撐保護；利用纖維環(huán)帶和沉頭螺釘實現(xiàn)轉(zhuǎn)子盤的軸向緊固，并提供電機運行時的徑向保護。由此一方面通過轉(zhuǎn)子支架實現(xiàn)halbach磁體陣列的支撐保護和周向、軸向定位；另一方面通過磁性背板提高永磁體利用率、增強電機氣隙磁場并實現(xiàn)halbach磁體陣列的支撐保護和軸向、徑向定位；此外，還通過纖維環(huán)帶實現(xiàn)halbach磁體陣列徑向定位，并克服轉(zhuǎn)子運行時的離心力，從而有效保護轉(zhuǎn)子盤。

22、本發(fā)明在halbach磁體陣列中設(shè)計徑向第一凹槽和徑向第二凹槽，以分別與轉(zhuǎn)子支架上的第一凸條和磁性背板上的第二凸條相對應(yīng)嵌合連接，能夠確保轉(zhuǎn)子支架和磁性背板實現(xiàn)對拼裝的halbach磁體陣列的周向、軸向安裝定位。

23、本發(fā)明在磁性背板的徑向外圓設(shè)置圍板，圍板的軸向高度為永磁體厚度的1/3，能夠可靠實現(xiàn)halbach磁體陣列安裝時的徑向定位。