定子盤及軸向磁通永磁動(dòng)能裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型揭示了一種定子盤及軸向磁通永磁動(dòng)能裝置，其中該定子盤，包括：基板，多個(gè)繞組，至少一個(gè)連接導(dǎo)體，和電流終端連接導(dǎo)體；所述基板具有軸孔；所述連接導(dǎo)體形成于所述基板中；所述多個(gè)繞組全部或部分獨(dú)立，位于所述基板上，相互間獨(dú)立的繞組通過所述連接導(dǎo)體全部或部分連接；所述電流終端連接導(dǎo)體形成于所述基板中，將所述繞組與相電流連接。
【專利說明】定子盤及軸向磁通永磁動(dòng)能裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電器設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，且特別涉及一種定子盤及軸向磁通永磁動(dòng)能裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]定子無鐵芯的軸向磁通盤式永磁(AFPM)電機(jī)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，通電導(dǎo)體周圍產(chǎn)生磁場，相電流流過定子的繞組會(huì)在電機(jī)里產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì))，而永磁體的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子主磁極如同一個(gè)磁鐵，定子旋轉(zhuǎn)磁場吸著永磁轉(zhuǎn)子，按旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。由于軸向磁通盤式永磁電機(jī)無鐵芯，避免了因此造成的鐵芯損耗，在此，鐵芯損耗簡稱“鐵耗”，又稱“磁芯損耗”、“激勵(lì)損耗”，是指磁性材料中由于存在交變或脈動(dòng)磁場而引起的功率損耗，以熱的形式表現(xiàn)，分為磁滯損耗和渦流損耗兩部分，因而比常規(guī)的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率更高，而且其還具有體積小，重量輕，功率密度高，控制性能優(yōu)良，加工制造簡單等優(yōu)點(diǎn)，此外，軸向磁通盤式永磁電機(jī)還可以通過不同數(shù)量的定子盤和永磁轉(zhuǎn)子的配置，實(shí)現(xiàn)不同的功率要求，因此，軸向磁通盤式永磁電機(jī)具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]然而，軸向磁通盤式永磁電機(jī)的氣隙很小，為了改善軸向磁通盤式電機(jī)的電氣特性，要求軸向磁通盤式永磁電機(jī)的定子盤厚度很薄且平坦。
[0004]現(xiàn)有的制造定子盤的方法主要包括線圈繞制定子盤和印刷電路板定子盤兩種。
[0005]采用線圈繞制定子盤時(shí)，由于線圈之間的連接需要通過線圈連續(xù)繞制或者導(dǎo)線之間焊接連接來實(shí)現(xiàn)，批量 生產(chǎn)的效率低，而且，在制作成定子盤時(shí)，內(nèi)外邊緣部分線圈之間的連接導(dǎo)線會(huì)與線圈重疊，使得邊緣重疊部分厚度明顯增加，定子盤不平坦，此外只能采用小線徑線圈，電機(jī)功率較小。
[0006]而采用印刷電路板定子盤時(shí)，如美國專利US7109625，該專利涉及一種可用作將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的電動(dòng)機(jī)或者將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電機(jī)的優(yōu)化軸向場轉(zhuǎn)動(dòng)能裝置，其定子盤通過堆疊多個(gè)其中布置有多個(gè)電子部件的電路層，來達(dá)到設(shè)定功率和效率。由于其采用的定子盤完全由印刷電路板制造工藝制作，起作用的切割磁力線的導(dǎo)體線印刷在電路板上，線徑受到較大限制，為了達(dá)到設(shè)定功率，需要多層電路板，且只能在小功率電機(jī)中應(yīng)用，加工制作成本也較高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]有鑒于此，本實(shí)用新型解決現(xiàn)有技術(shù)中，在軸向磁通盤式永磁電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)中，定子盤不平坦，導(dǎo)線線徑小，功率較小，加工復(fù)雜，制作成本較高等技術(shù)問題。
[0008]本實(shí)用新型提供一種定子盤，其包括:基板，多個(gè)繞組，至少一個(gè)連接導(dǎo)體，和電流終端導(dǎo)體；所述基板具有軸孔；所述連接導(dǎo)體形成于所述基板中，所述多個(gè)繞組全部或部分獨(dú)立，位于所述基板上，相互間獨(dú)立的繞組通過所述連接導(dǎo)體全部或部分連接；所述電流終端連接導(dǎo)體形成于所述基板中，將所述繞組與相電流連接。
[0009]進(jìn)一步的，所述繞組包括:第一繞邊及第二繞邊，其中所述第一繞邊及第二繞邊沿所述軸孔徑向排布。
[0010]進(jìn)一步的，所述繞組圍繞所述軸孔呈輻射狀排列。
[0011]進(jìn)一步的，所述多個(gè)繞組為多個(gè)獨(dú)立線圈。
[0012]進(jìn)一步的，所述線圈線徑為0.25至1.5毫米，每相繞組總匝數(shù)具有16至70匝。
[0013]進(jìn)一步的，所述基板為單面，所述多個(gè)繞組分別位于所述基板的一面。
[0014]進(jìn)一步的，所述基板為雙面，所述多個(gè)繞組分別位于所述基板的兩面。
[0015]進(jìn)一步的，所述基板包括:連接于所述連接導(dǎo)體的貫穿所述基板的第一過孔及連接于所述電流終端連接導(dǎo)體的貫穿所述基板的第二過孔，用以連接位于所述基板上全部或部分繞組。
[0016]進(jìn)一步的，所述基板為兩個(gè)或兩個(gè)以上，所述多個(gè)基板為疊加排列。
[0017]本實(shí)用新型還提供一種軸向磁通永磁動(dòng)能裝置，包括:多個(gè)具有多永久磁極的轉(zhuǎn)子以及如上所述的任一定子盤。
[0018]進(jìn)一步的，所述多個(gè)轉(zhuǎn)子分別設(shè)置于所述定子盤的兩面，使得所述轉(zhuǎn)子的永磁極磁場方向垂直于所述定子盤面。
[0019]進(jìn)一步的，所述軸向磁通永磁動(dòng)能裝置的功率在50瓦至5000瓦。
[0020]綜上所述，本實(shí)用新型提供的定子盤及軸向磁通永磁動(dòng)能裝置，所述定子盤采用的繞組為單一獨(dú)立線圈，不需要多個(gè)線圈連續(xù)繞制，加工簡單，生產(chǎn)效率高。用于固定連接繞組的基板采用簡單的低成本的單面或雙面設(shè)計(jì)，在該基板上焊接安裝多個(gè)單一線圈、元器件、與控制器連接的插座，安裝工藝簡單。
[0021]其次，利用基板實(shí)現(xiàn)繞組線圈之間的連接和安裝固定，以及其它電子元件和連接器的安裝和連接，避免了繞組線圈之間的連接導(dǎo)線帶來的重疊，有效降低了定子盤的厚度，保證了定子盤的平坦；同時(shí)，增加繞組線圈的線徑，或增加安裝有多個(gè)繞組的基板數(shù)，能提高電機(jī)的功率和功率密度，提高電機(jī)的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的定子盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的繞組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的定子盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的軸向磁通永磁動(dòng)能裝置；
[0026]圖5A所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的適用于單相電流定子盤的正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5B所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的適用于單相電流定子盤的背面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5C所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的適用于單相電流單面定子盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖所示為本實(shí)用新型另一實(shí)施例提供的適用于單相電流單面定子盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖6A所示為本實(shí)用新型另一實(shí)施例提供的適用于兩相電流定子盤的正面結(jié)構(gòu)示意圖；[0031]圖6B所示為本實(shí)用新型另一實(shí)施例提供的適用于兩相電流定子盤的背面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖6C所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的適用于兩相電流單面定子盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖7A所示為本實(shí)用新型另一實(shí)施例提供的適用于三相電流定子盤的正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖7B所示為本實(shí)用新型另一實(shí)施例提供的適用于三相電流定子盤的背面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖7C所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的適用于三相電流單面定子盤的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]為使本實(shí)用新型的目的、特征更明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說明。
[0037]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中，在軸向磁通盤式永磁電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)中，存在定子盤不平坦，導(dǎo)線線徑小，功率較小，加工復(fù)雜，制作成本較高等技術(shù)問題，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)一種定子盤，其根據(jù)功率和電流相數(shù)的需求，利用一基板來連接和固定設(shè)置于基板上的繞組，從而實(shí)現(xiàn)了繞組線圈之間的連接，不僅工藝簡單，降低了制造成本低，而且避免了傳統(tǒng)線圈繞制法中連接導(dǎo)線和線圈間的重疊，有效降低了定子盤的厚度，保證了定子盤的平坦；同時(shí)，在有限的面積上，可以增加繞組線圈的線徑，增加繞組線圈的匝數(shù)，或者增加安裝有多個(gè)繞組的基板數(shù)，提高電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的功率和功率密度，避免了印刷電路板定子盤線徑小，功率小的缺點(diǎn)。
[0038]參見圖1，其所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例的定子盤的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]在本實(shí)施例中，該定子盤，包括:基板110，多個(gè)繞組120，至少一個(gè)連接導(dǎo)體130，和電流終端連接導(dǎo)體140 ;所述基板110具有軸孔111 ;所述連接導(dǎo)體130形成于所述基板110中；所述多個(gè)繞組120全部或部分獨(dú)立，位于所述基板110上，相互間獨(dú)立的繞組120通過所述連接導(dǎo)體130全部或部分連接；所述電流終端連接導(dǎo)體140形成于所述基板110中，將所述繞組120與相電流連接。
[0040]該定子盤采用基板用于固定繞組，并通過設(shè)置于基板中的導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)全部或部分繞組的連接，不僅工藝簡單，成本低廉，而且避免了繞組的重疊，有效降低了定子盤的厚度，保證了定子盤的平坦。
[0041]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，連接導(dǎo)體形成于基板中的方式可以但不限于下述方式:
[0042]( I)將連接導(dǎo)體按設(shè)計(jì)要求加工好之后嵌合或排布在基板中；
[0043](2)在采用印刷電路板做為基板的情況下，使設(shè)計(jì)好的連接導(dǎo)體圖案形成于印刷電路板中。
[0044]在采用上述(2)中所述的基板的情況下，由于印刷電路板加工簡便，可以進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和工藝穩(wěn)定性。
[0045]參見圖2，其所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的繞組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，在定子盤中的所述繞組包括:第一繞邊210及第二繞邊220，其中所述第一繞邊210及第二繞邊220沿所述軸孔111徑向排布，本實(shí)用新型實(shí)施例所述的沿軸孔徑向的第一繞邊及第二繞邊是指在定子盤中起到作用的有效繞邊，例如:繞組線圈可以是扇形、也可繞制成接近于橢圓形或方形，但其均有等效的沿所述軸孔的徑向分布的垂直于磁場方向的起到作用的有效繞邊，例如在電動(dòng)裝置應(yīng)用領(lǐng)域中，當(dāng)繞組通電時(shí)，在磁場中產(chǎn)生以軸孔為中心的磁場扭力，從而帶動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使電動(dòng)裝置工作。而在發(fā)電裝置應(yīng)用領(lǐng)域中，當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與繞組線圈交鏈的旋轉(zhuǎn)磁轉(zhuǎn)，從而在繞組線圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。
[0047]參見圖3，其所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例的定子盤的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述繞組圍繞310所述軸孔111呈輻射狀排列，在提升繞組有效工作區(qū)域的同時(shí)避免了繞組的重疊，使各相電流互不干擾，避免交叉，且進(jìn)一步降低了定子盤的厚度，保證了定子盤的平坦。
[0049]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述多個(gè)繞組為多個(gè)獨(dú)立線圈，在生產(chǎn)加工過程中，可以分別單獨(dú)加工，使加工更加容易，避免了在現(xiàn)有技術(shù)中連續(xù)線圈繞制的難度，提高了生產(chǎn)效率，保證了加工質(zhì)量，并且在保證電氣特性的前提下，減小了多相電流之間的相互干擾，并且避免了繞組的重疊，有效降低了定子盤的厚度，保證了定子盤的平坦。
[0050]在本實(shí)施例中，繞組線圈可以根據(jù)功率的要求進(jìn)行調(diào)整，在大功率電機(jī)的配備上可以增加繞組線圈的線徑，增加繞組線圈的匝數(shù)，進(jìn)而提高電機(jī)的功率和功率密度，提高電機(jī)的效率，擴(kuò)大了其適用范圍。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述線圈線徑為0.25至1.5毫米，每相繞組的總匝數(shù)為16至70匝數(shù)。
[0051]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述基板為單面，所述多個(gè)繞組分別位于所述基板的一面。
[0052]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述基板為雙面，所述多個(gè)繞組分別位于所述基板的兩面。
[0053]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，當(dāng)所述基板為雙面時(shí)，所述基板包括:連接于所述連接導(dǎo)體的第一過孔及連接于所述電流終端連接導(dǎo)體的第二過孔，以連接位于所述基板上全部或部分繞組。通過第一及第二過孔，使基板兩面的全部或部分繞組線圈連接在一起，充分利用基板的容納空間，提高功率密度。
[0054]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，為了達(dá)到更大功率的使用要求，定子盤的所述基板為兩個(gè)或兩個(gè)以上，并且所述多個(gè)基板為疊加排列。由此可在多個(gè)基板上安裝固定更多繞組，在工作時(shí)，輸出更大的功率，以滿足更大功率電機(jī)配置的需求。
[0055]參見圖4，所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的軸向磁通永磁動(dòng)能裝置
[0056]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，該軸向磁通永磁動(dòng)能裝置，包括:多個(gè)具有多永久磁極的轉(zhuǎn)子410以及如上實(shí)施例所述的任一定子盤420。所述定子盤的結(jié)構(gòu)如上述實(shí)施例所述，在此不再贅述。
[0057]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述多個(gè)轉(zhuǎn)子分別設(shè)置于所述定子盤的兩面，使得所述轉(zhuǎn)子的永磁極磁場方向垂直于所述定子盤面，當(dāng)該軸向磁通永磁動(dòng)能裝置應(yīng)用于電動(dòng)裝置領(lǐng)域時(shí)，定子盤通電時(shí)產(chǎn)生洛倫茲力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，使電動(dòng)裝置工作；當(dāng)該軸向磁通永磁動(dòng)能裝置應(yīng)用于發(fā)電裝置領(lǐng)域時(shí)，當(dāng)永磁極轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與繞組線圈交鏈的旋轉(zhuǎn)磁轉(zhuǎn)，從而在繞組線圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。[0058]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述軸向磁通永磁動(dòng)能裝置的功率在50瓦至5000瓦。
[0059]以盤式永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)為例，根據(jù)給定條件，確定樣機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸；結(jié)合工程設(shè)計(jì)需要及電磁分析結(jié)果選定氣隙、磁軛厚度、極弧系數(shù)等相關(guān)參數(shù)；基于靜磁場電磁分析獲取相關(guān)磁密及磁通數(shù)值；空載反電勢(shì)是基于降低定子電流，提高電機(jī)效率，降低電動(dòng)機(jī)的溫升并兼顧與額定電壓的比值在一定的合理范圍內(nèi)選擇的；由反電勢(shì)公式算出每相繞組匝數(shù)，并考慮到繞組線圈個(gè)數(shù)的選擇，最終確定匝數(shù)，并確定出反電勢(shì)；線徑及繞組匝數(shù)綜合考慮電密、電負(fù)荷、熱負(fù)荷及槽滿率等情況確定；依據(jù)電勢(shì)常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)，確定輸出功率；軸承摩擦損耗和電樞對(duì)空氣摩擦的損耗基于經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，銅耗基于電流、電阻計(jì)算；最后求出效率。根據(jù)確定的一系列參數(shù)，制作定子盤及樣機(jī)并校驗(yàn)效率。
[0060]以下是根據(jù)上述設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的50瓦、1200瓦的具有上述實(shí)施例提供的定子盤的盤式永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的具體參數(shù):
[0061]
【權(quán)利要求】
1.一種定子盤，其特征在于，包括: 基板，多個(gè)繞組，至少一個(gè)連接導(dǎo)體，和電流終端連接導(dǎo)體； 所述基板具有軸孔； 所述連接導(dǎo)體形成于所述基板中； 所述多個(gè)繞組全部或部分獨(dú)立，位于所述基板上，相互間獨(dú)立的繞組通過所述連接導(dǎo)體全部或部分連接； 所述電流終端連接導(dǎo)體形成于所述基板中，將所述繞組與相電流連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子盤，其特征在于，所述繞組包括:第一繞邊及第二繞邊，其中所述第一繞邊及第二繞邊沿所述軸孔徑向排布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子盤，其特征在于，所述繞組圍繞所述軸孔呈輻射狀排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子盤，其特征在于，所述多個(gè)繞組為多個(gè)獨(dú)立線圈或部分獨(dú)立線圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的定子盤，其特征在于，所述線圈線徑為0.25至1.5毫米，每相繞組的總匝數(shù)具有16至70匝。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子盤，其特征在于，所述基板為單面，所述多個(gè)繞組分別位于所述基板的一面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子盤，其特征在于，所述基板為雙面，所述多個(gè)繞組分別位于所述基板的兩面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子盤，其特征在于，所述基板包括:連接于所述連接導(dǎo)體的貫穿所述基板的第一過孔及連接于所述電流終端連接導(dǎo)體的貫穿所述基板的第二過孔，用以連接位于所述基板上全部或部分繞組。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子盤，其特征在于，所述基板為兩個(gè)或兩個(gè)以上，所述多個(gè)基板為疊加排列。
10.一種軸向磁通永磁動(dòng)能裝置，其特征在于，包括:多個(gè)具有多永久磁極的轉(zhuǎn)子以及如權(quán)利要求1至9所述的任一定子盤。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的軸向磁通永磁動(dòng)能裝置，其特征在于，所述多個(gè)轉(zhuǎn)子分別設(shè)置于所述定子盤的兩面，使得所述轉(zhuǎn)子的永磁極磁場方向垂直于所述定子盤面。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的軸向磁通永磁動(dòng)能裝置，其特征在于，所述軸向磁通永磁動(dòng)能裝置的功率在50瓦至5000瓦。
【文檔編號(hào)】H02K3/28GK203617810SQ201320853542
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】段建華, 程國勝, 游力軍, 吳小青, 陽小飛, 趙立忠, 趙巍 申請(qǐng)人:湖北海山科技有限公司上海分公司, 珠海市和鴻企業(yè)有限公司