專利名稱：一種基于Halbach結(jié)構(gòu)的無鐵心軸向磁場無刷直流電動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種基于Halbach結(jié)構(gòu)的無鐵心軸向磁場無刷直流電動機(jī)。
背景技術(shù)：
環(huán)境污染和能源短缺是當(dāng)今世界的重要問題，事關(guān)人類生存環(huán)境的改善。伴隨著汽車社會的急速發(fā)展，城市范圍內(nèi)的大氣污染問題以及全球范圍內(nèi)的二氧化碳排放等環(huán)境問題以及全球范圍內(nèi)的二氧化碳排放等環(huán)境問題已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注。為了解決上述 問題，研究開發(fā)節(jié)能、環(huán)保和安全的汽車是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。其中，電動汽車以其低公害性、高燃油經(jīng)濟(jì)性、高效化以及對于行駛的靈活性等方面的優(yōu)勢備受重視。在電動汽車領(lǐng)域中，采用輪轂電機(jī)直接驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式日益成為發(fā)展方向，輪轂電機(jī)逐步成為電動汽車領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)的單電機(jī)集中驅(qū)動的電動汽車結(jié)構(gòu)不同，直接驅(qū)動就是將電動機(jī)直接安裝在車輪內(nèi)，每個輪內(nèi)裝有一個電機(jī)，稱為輪轂電機(jī)，直接驅(qū)動車輪帶動汽車行駛。這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是取消了齒輪箱和機(jī)械差動器，減小了驅(qū)動鏈的組件，因而減小了整個驅(qū)動鏈的重量，提高整個系統(tǒng)的可靠性和效率。然而，由于取消了齒輪，驅(qū)動輪軸的轉(zhuǎn)矩都要由電動機(jī)來產(chǎn)生，電機(jī)的體積和重量會增加。因此直驅(qū)系統(tǒng)主要的挑戰(zhàn)是要使安裝在輪內(nèi)的輪轂電機(jī)的體積和重量盡量的小，應(yīng)在電機(jī)的體積、重量和功率之間進(jìn)行平衡。鑒于輪轂電機(jī)本身的特點(diǎn)與要求，軸向磁場無鐵心永磁同步電動機(jī)是一個很好的選擇。現(xiàn)有技術(shù)中也有軸向磁場無鐵心永磁同步電動機(jī)，其能夠減小電機(jī)質(zhì)量，消除齒槽轉(zhuǎn)矩和鐵心損耗，但是其定子采用無鐵心以后，由于有效氣隙變大，氣隙磁密不高，從而引起電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度比較低。為了提高氣隙磁密，采用Halbach型陣列永磁體的永磁電機(jī)正在逐漸被應(yīng)用。現(xiàn)有的基于Halbach結(jié)構(gòu)的軸向磁場無鐵心永磁電機(jī)，為了獲得正弦分布的氣隙磁密，Halbach陣列永磁體充磁方向必須多樣，這樣勢必提高了永磁體的制造成本，從而增加整個電機(jī)的成本，降低了性價比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種永磁體用量少、成本低、重量輕、無鐵耗、效率高，且氣隙磁密大大增加、波形正弦分布的Halbach磁體結(jié)構(gòu)的軸向磁場無鐵心永磁無刷直流電動機(jī)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于Halbach結(jié)構(gòu)的無鐵心軸向磁場無刷直流電動機(jī)，包括定子無鐵心電樞盤、永磁體、轉(zhuǎn)子盤、軸、軸承和轉(zhuǎn)子外殼；
所述定子無鐵心電樞盤的兩側(cè)設(shè)有兩個對稱轉(zhuǎn)子盤，定子無鐵心電樞盤和轉(zhuǎn)子盤安裝在軸上，軸通過軸承安裝在轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子盤上粘貼有永磁體，永磁體粘貼在轉(zhuǎn)子外殼的內(nèi)表面；所述永磁體采用軸向充磁與切向充磁的Halbach磁體結(jié)構(gòu),可自行形成閉合磁路,省去了轉(zhuǎn)子背鐵，減輕轉(zhuǎn)子重量，所述切向充磁的永磁體中間放置軟磁材料，在保證能產(chǎn)生正弦分布的氣隙磁密，不減弱氣隙磁密的前提下，可減少永磁體用量，降低電機(jī)制造成本，每一個轉(zhuǎn)子盤上每一磁極由四部分構(gòu)成軸向充磁的永磁體，軟磁材料和兩塊切向充磁的永磁體。作為優(yōu)選，所述定子無鐵心電樞盤采用非重疊集中繞組型式，繞組端接部分更短，用量少，銅耗少，而且該種繞組型式構(gòu)造 簡單，加工方便。作為優(yōu)選，所述轉(zhuǎn)子外殼由高機(jī)械強(qiáng)度的非磁性材料所構(gòu)成。作為優(yōu)選，所述永磁體選用高磁能積的釹鐵硼材料。本發(fā)明定子采用無鐵心結(jié)構(gòu)，可消除齒槽轉(zhuǎn)矩和鐵心損耗，消除定轉(zhuǎn)子之間的軸向磁力，裝配方便。通過選擇合適的轉(zhuǎn)子永磁材料、軟磁材料尺寸以及合適的安放位置，可產(chǎn)生正弦分布的磁場波形，削弱諧波分量。本發(fā)明提出的一種Halbach磁體結(jié)構(gòu)的軸向磁場無鐵心無刷直流電動機(jī),該電機(jī)是對現(xiàn)有Halbach結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)的改進(jìn)，Halbach永磁體陣列僅采用軸向充磁和切向充磁兩個方向的磁體，在兩塊切向充磁的磁體中間加入軟磁材料，在保證氣隙磁密大小一定的基礎(chǔ)上，減少永磁體用量，降低電機(jī)造價，減輕轉(zhuǎn)子重量，從而提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。通過選擇合適的永磁材料、軟磁材料尺寸及它們的安放位置，還可提高氣隙磁密的正弦性，削弱諧波分量。本發(fā)明的有益效果I)定子盤采用無鐵心結(jié)構(gòu)，消除了齒槽轉(zhuǎn)矩與鐵心損耗，提高了電機(jī)效率，減輕了電機(jī)質(zhì)量；2)磁鋼盤采用軸向與切向相結(jié)合的Halbach永磁體陣列，省去了轉(zhuǎn)子背鐵，減輕了轉(zhuǎn)子質(zhì)量，也提高了氣隙磁密，從而提高了電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩密度增大；3)在相鄰兩塊切向充磁的永磁體中間嵌入軟磁材料，減少了高價格的釹鐵硼永磁體用量，降低了電機(jī)成本；4)通過合理安排永磁材料與軟磁材料尺寸以及其位置，在不增加永磁材料用量的基礎(chǔ)上，可以很容易地獲得正弦分布的氣隙磁密，削弱諧波，減小轉(zhuǎn)矩波動。


圖I是本發(fā)明的電機(jī)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意 圖2是圖I的剖視 圖3是本發(fā)明平均半徑處電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的展開圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖I和2所不,一種基于Halbach結(jié)構(gòu)的無鐵心軸向磁場無刷直流電動機(jī),包括定子無鐵心電樞盤I、永磁體2、轉(zhuǎn)子盤3、軸5、軸承4和轉(zhuǎn)子外殼6 ;所述定子無鐵心電樞盤I的兩側(cè)設(shè)有兩個對稱轉(zhuǎn)子盤3，定子無鐵心電樞盤I和轉(zhuǎn)子盤3安裝在軸5上，軸5通過軸承4安裝在轉(zhuǎn)子外殼6內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子盤3上粘貼有永磁體2，永磁體2粘貼在轉(zhuǎn)子外殼6的內(nèi)表面；所述永磁體2采用軸向充磁7與切向充磁8的Halbach磁體結(jié)構(gòu)，自行形成閉合磁路，切向充磁8的永磁體2中間放置軟磁材料9。如圖3所不,每一個轉(zhuǎn)子盤3上每一磁極由四部分構(gòu)成一塊軸向充磁7的永磁體,兩塊90度切向充磁8的永磁體及一塊軟磁材料9。在同一轉(zhuǎn)子盤上,軸向充磁的永磁體7N、S相隔,磁通沿軸向，由一磁鋼盤上的軸向充磁N極永磁體7—?dú)庀兑欢ㄗ訜o鐵心電樞盤I一另一磁鋼盤上軸向充磁N極永磁體一切向充磁永磁體、軟磁材料一軸向充磁S極永磁體一氣隙一軸向充磁S極永磁體一切向充磁永磁體、軟磁材料一軸向充磁N極永磁體，如此形成一個閉合回路,無需轉(zhuǎn)子背鐵構(gòu)成閉合磁路。所述定子無鐵心電樞盤I采用非重疊集中繞組型式，直接由非重疊集中繞組直接注塑而成，該繞組型式具有端接部分短、加工方便的優(yōu)點(diǎn)，定子上A、B、C三相繞組對稱放置，設(shè)有引出線，用以施加三相交流電。所述轉(zhuǎn)子外殼6由高機(jī)械強(qiáng)度的非磁性材料所構(gòu)成，所述永磁體2選用高磁能積的釹鐵硼材料。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說 ，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種基于Halbach結(jié)構(gòu)的無鐵心軸向磁場無刷直流電動機(jī),其特征在于包括定子無鐵心電樞盤、永磁體、轉(zhuǎn)子盤、軸、軸承和轉(zhuǎn)子外殼； 所述定子無鐵心電樞盤的兩側(cè)設(shè)有兩個對稱轉(zhuǎn)子盤，定子無鐵心電樞盤和轉(zhuǎn)子盤安裝在軸上，軸通過軸承安裝在轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子盤上粘貼有永磁體，永磁體粘貼在轉(zhuǎn)子外殼的內(nèi)表面； 所述永磁體采用軸向充磁與切向充磁的Halbach磁體結(jié)構(gòu)，自行形成閉合磁路,所述切向充磁的永磁體中間放置軟磁材料，每一個轉(zhuǎn)子盤上每一磁極由四部分構(gòu)成軸向充磁的永磁體，軟磁材料和兩塊切向充磁的永磁體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于Halbach結(jié)構(gòu)的無鐵心軸向磁場無刷直流電動機(jī)，其特征在于所述定子無鐵心電樞盤采用非重疊集中繞組型式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于Halbach結(jié)構(gòu)的無鐵心軸向磁場無刷直流電動機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子外殼由高機(jī)械強(qiáng)度的非磁性材料所構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于Halbach結(jié)構(gòu)的無鐵心軸向磁場無刷直流電動機(jī)，其特征在于所述永磁體選用高磁能積的釹鐵硼材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于Halbach結(jié)構(gòu)的無鐵心軸向磁場無刷直流電動機(jī)，包括定子無鐵心電樞盤、永磁體、轉(zhuǎn)子盤、軸、軸承和轉(zhuǎn)子外殼；所述定子無鐵心電樞盤的兩側(cè)設(shè)有兩個對稱轉(zhuǎn)子盤，定子無鐵心電樞盤和轉(zhuǎn)子盤安裝在軸上，軸通過軸承安裝在轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子盤上粘貼有永磁體，永磁體粘貼在轉(zhuǎn)子外殼的內(nèi)表面；所述永磁體采用軸向充磁與切向充磁的Halbach磁體結(jié)構(gòu)，自行形成閉合磁路，所述切向充磁的永磁體中間放置軟磁材料。本發(fā)明在不使用更多永磁體的基礎(chǔ)上，可獲得較大氣隙磁密，磁密呈正弦分布，輸出轉(zhuǎn)矩高、轉(zhuǎn)矩密度大，效率高、結(jié)構(gòu)簡單、裝配容易，適用于電動汽車輪轂電機(jī)等結(jié)構(gòu)緊湊的相關(guān)驅(qū)動場合。
文檔編號H02K1/12GK102904404SQ201210286829
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月13日
發(fā)明者黃允凱, 曹永娟, 金龍 申請人:東南大學(xué)