CN111917264B - 一种具有冲压背板的超薄轴向电机定子结构和盘式电机 - Google Patents

Abstract

一种具有冲压背板的超薄轴向电机定子结构和盘式电机，该定子结构包括背板、线圈轴承支座和轴承，所述背板上设有环形阵列的线圈孔，所述线圈安装在线圈孔内，所述背板中心位置设有轴承支座安装孔，所述轴承支座过盈配合插入到轴承支座安装孔内，所述轴承支座为中空结构，所述轴承支座的中空结构内设有两个轴承，所述转轴插入到两个轴承内；所述背板为镂空圆环结构，背板中心圆环内圆面转轴紧密配合。背板镂空部分为固定线圈作用，用以代替线槽；所述背板使用冲压成型的加工方式。由于背板使用冲压的加工成型方式，材质使用电解镀锌钢板，与常规定子铁芯的加工方式与材质比较，材质更便宜，加工方式更容易，可以降低电机的成本。

Description

一种具有冲压背板的超薄轴向电机定子结构和盘式电机

技术领域

本发明涉及盘式电机技术领域，尤其涉及一种具有冲压背板的超薄轴向电机定子结构和盘式电机。

背景技术

盘式电机由于采用轴向磁场设计，定、转子都为圆盘结构，且具有较大的径向尺寸和较小的轴向尺寸，转动惯量大、运行平稳。相较于传统径向磁场电机，其具有轴向尺寸短、体积小、重量轻、功率密度高的特点。同时为了提高永磁材料的利用率，大多采用Halbach阵列来提高磁材的使用效率。盘式电机广泛应用于运输设备及私服系统的驱动电机，具有广阔的市场应用前景。但现有的盘式电机上永磁铁之间间隙处的磁场强度相对较弱，导致电机的功率密度底，达到相同功率的电机转速需要更大体积的盘式电机。现有盘式电机采用齿部结构，体积大，电机功率不高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有冲压背板的超薄轴向电机定子结构和盘式电机。通过在永磁体之间设有辅助永磁体，转子和定子之间的气隙侧的磁场强度大幅度提升，这样可有效地减小电机的体积，提升电机的功率密度。气隙磁场正弦分布程度较高，谐波含量小，可以进一步提高电机的稳定性。同时也可以削弱非气隙侧的磁场强度，起到自我电磁屏蔽的作用，更加适用对于电磁干扰要求严格的场合。

第一方面，本申请提供一种无铁芯超薄轴向电机定子结构，包括背板、线圈、轴承支座和轴承，所述背板上设有环形阵列的线圈孔，所述线圈安装在线圈孔内，所述背板中心位置设有轴承支座安装孔，所述轴承支座过盈配合插入到轴承支座安装孔内，所述轴承支座为中空结构，所述轴承支座7的中空结构内设有两个轴承，所述转轴1插入到两个轴承内；所述背板为镂空圆环结构，背板中心圆环内圆面转轴紧密配合。背板镂空部分为固定线圈作用，用以代替线槽；所述背板使用冲压成型的加工方式。

在一些实施例，所述背板材质可以电解镀锌钢板，也可以是无取向硅钢片或普通钢板；所述背板上线圈的形状可以是扇形、菱形、梯形或三角形。

在一些实施例，所述轴承可以是含油轴承、滚珠轴承或液压轴承。

第二方面，本申请提供一种无铁芯超薄轴向盘式电机，包含转子结构和第一方面所述的定子结构，所述转子结构包括转轴、转子盘、永磁体，所述永磁体呈梯形，每两片永磁体之间存在一定间隙；转子盘通过注塑的加工工艺将转轴和永磁体一体成型构成转子结构；定子结构和转子结构由转轴(1)和背板(6-2)配合固定，气隙可以调整。

在一些实施例，所述无铁芯超薄轴向盘式电机还包括辅助永磁体，所述永磁体成环形阵列分布，相邻所述永磁体之间的间隙处设有多个辅助永磁体，所述永磁体与辅助永磁体的充磁方向形成一定夹角，所述永磁体与辅助永磁体内嵌在转子盘底部，所述转轴1贯穿转子盘中心位置并与其一体成型。

在一些实施例，所述永磁体与辅助永磁体的充磁方向夹角范围为45-135°。

在一些实施例，所述永磁体与辅助永磁体的充磁方向夹角为45°、90°或135°。

在一些实施例，相邻所述永磁体之间的间隙处设有1-3个辅助永磁体。

在一些实施例，所述永磁体形状为梯形、扇形或长方形，所述辅助永磁体形状为长方形、椭圆形或圆柱形。

在一些实施例，所述永磁体和辅助永磁体为烧结钕铁硼磁铁、粘接钕铁硼磁铁、铁氧体磁铁、注塑磁或橡胶磁中的一种。

本发明中，1、盘式电机具有6mm高度的超薄结构，背板材质由导磁材质更换为PCB材质，取消定子齿部结构，同时当永磁体与辅助永磁体的充磁方向夹角为90°时，磁场排列采用Halbach阵列，达到提高电机效率和旋转精度的目的。在永磁体之间设有辅助永磁体，气隙侧的磁场强度大幅度提升，这样可有效地减小电机的体积，提升电机的功率密度。

2、在永磁体之间设有辅助永磁体，转子和定子之间的气隙侧的磁场强度大幅度提升，这样可有效地减小电机的体积，提升电机的功率密度。气隙磁场正弦分布程度较高，谐波含量小，可以进一步提高电机的稳定性。同时也可以削弱非气隙侧的磁场强度，起到自我电磁屏蔽的作用，更加适用对于电磁干扰要求严格的场合。

3、电机的超薄结构会使电机漏磁通的最大值减小，同时永磁体和辅助永磁体排列采用Halbach阵列，可以使电机经过绕组线圈的主磁通增多至有齿部结构时的状态。同时电机无定子齿部带来的齿槽转矩影响，最终达到提高电机效率和旋转精度的目的。

4、将转轴与转子盘一体浇注而成，然后将永磁体与辅助永磁体内嵌在转子盘底部，这样四个部件形成一体结构，在装配时减少了电机装配工序，提升了电机的生产效率，降低了电机的生产成本。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提出的一种实施例的无铁芯超薄轴向盘式电机的爆炸结构示意图；

图2为本发明提出的一种实施例的无铁芯超薄轴向盘式电机的装配后的结构示意图；

图3为本发明提出的一种实施例的无铁芯超薄轴向电机转子结构的爆炸结构示意图；

图4为本发明提出的一种实施例的无铁芯超薄轴向电机的背板结构示意图；

图5为本发明提出的一种实施例的无铁芯超薄轴向电机定子结构的爆炸结构示意图；

图6为本发明提出的另一种实施例的无铁芯超薄轴向盘式电机的爆炸结构示意图。

图中：1、转轴；2、转子盘；3、永磁体；3-1、辅助永磁体；4、线圈；6-1、背板；7、轴承支座；8、轴承。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一：

如图1、图2所示，本发明实施例盘式电机结构包括转子结构和定子结构。

如图3所示，转子结构包括转轴1，转子盘2，永磁体3。其中永磁体3呈梯形，每两片永磁体3之间存在一定间隙。转子盘2通过注塑的方式将转轴1和永磁体3一体成型，既能有效防止转子在旋转的过程中永磁体发生位置偏移，保证电机的可靠性。减少电机装配工序，降低人工成本。

如图4所示，定子结构包括线圈4，背板6-1，轴承支座7，轴承8。线圈4通过注塑或浇筑成型等方式固定在背板6-1上，可以起到固定线圈作用，也可以增强线圈与背板之间的绝缘性。背板可以在只产生微弱齿槽转矩的情况下起到增强气隙磁场强度的作用，也可以增强转子结构的结构强度。轴承支座7外圆面与背板6-1内圆面通过紧配的方式固定在一起。轴承8从轴承支座7中心的两端压入，可以在轴承支座7内圆面中间设计一台阶，固定两端轴承不发生碰撞和摩擦，减少不必要的机械损耗。

背板6-1为镂空圆环结构，背板6-1中心圆环内圆面与轴承8支座外圈紧密配合。背板6-1镂空部分为固定线圈作用，用以代替线槽。

转子盘2中心为圆环结构，转子盘2中心圆环内圆面与转轴1紧密配合。

转轴1底部有一凹槽，凹槽与轴承固定配合，固定定转子结构之间的气隙大小。

在一些实施例，转子盘2使用注塑方式，将永磁体3和转轴1一体成型固定，保证转子部分在旋转的过程中永磁体不发生位置偏移。减少电机装配工序，降低人工成本。

如图5所示，背板使用冲压的加工成型方式，材质使用电解镀锌钢板，与常规定子铁芯的加工方式与材质比较，材质更便宜，加工方式更容易，可以降低电机的成本。

背板材质导磁，但背板齿部高度低于线圈高度，大幅度减小齿槽转矩，依据合理的计算，设计不同截面和匝数以及高度的绕组线圈，可以降低电机的震动和噪声，可以实现更高的控制精度。

背板齿部是中空结构，齿部中间的空白位置可以容纳hall等位置感应元器件，充分利用电机内部空间，可以实现电机的微型化。

转子结构通过转轴1上的凹槽与定子结构中的轴承8紧密配合，可以通过调整凹槽位置或宽度以及增加垫片来控制气隙大小。

实施例二：

参考图6，本发明提出的一种无铁芯超薄轴向电机转子结构，包括转子盘2、转轴1和永磁体3，还包括辅助永磁体3-1，所述永磁体3成环形阵列分布，相邻所述永磁体3之间的间隙处设有多个辅助永磁体3-1，所述永磁体3与辅助永磁体3-1的充磁方向形成一定夹角，所述永磁体3与辅助永磁体3-1内嵌在转子盘底部，所述转轴1贯穿转子盘2中心位置并与其一体成型。

定子齿部结构的作用是引导由永磁体产生的磁通从绕组线圈中通过，减小电机的漏磁通，可以提高电机的扭矩和效率。但定子齿部结构的存在也会使电机产生齿槽转矩的负面影响，导致电机的旋转精度降低。取消定子齿部结构，电机经过绕组线圈的主磁通减少，漏磁通增多，电机效率会降低。但电机的超薄结构会使电机漏磁通的最大值减小，同时增加了辅助永磁体3-1，可以使电机经过绕组线圈的主磁通增多至有齿部结构时的状态。同时降低电机有定子齿部带来的齿槽转矩影响，最终达到提高电机效率和旋转精度的目的。

还可以通过将永磁体3和转轴一体成型固定，保证转子部分在旋转的过程中永磁体3不发生位置偏移。

背板使用PCB材质，减轻电机重量，实现电机的轻便化。

所述永磁体3与辅助永磁体3-1的充磁方向夹角范围为45-135°。

而永磁体3与辅助永磁体3-1的充磁方向夹角为90°时，所述永磁体3与辅助永磁体3-1磁场排列为Halbach阵列，可以使电机经过绕组线圈的主磁通增多至有齿部结构时的状态。气隙侧的磁场强度大幅度提升，这样可有效地减小电机的体积，提升电机的功率密度。气隙磁场正弦分布程度较高，谐波含量小，可以进一步提高电机的稳定性

相邻所述永磁体3之间的间隙处设有1-3个辅助永磁体3-1。优选一个。

所述永磁体3形状为梯形、扇形或长方形，所述辅助永磁体3-1形状为长方形、椭圆形或圆柱形。

所述永磁体3和辅助永磁体3-1为烧结钕铁硼磁铁、粘接钕铁硼磁铁、铁氧体磁铁、注塑磁或橡胶磁中的一种。两者在选择上采用同一种材料，优选烧结汝铁硼磁铁。

本发明该提出一种无铁芯超薄轴向电机定子结构，一种能将上述的转子结构安装的定子结构，包括背板6-1、线圈4、轴承支座7和轴承8，所述背板6-1上设有环形阵列的线圈孔，所述线圈4安装在线圈孔内，所述背板6-1中心位置设有轴承支座安装孔，所述轴承支座7过盈配合插入到轴承支座安装孔内，所述轴承支座7为中空结构，所述轴承支座7的中空结构内设有两个轴承8，所述转轴1插入到两个轴承8内。

所述背板6-1为镂空圆环结构，背板6-1中心圆环内圆面与轴承支座7外圈紧密配合。背板镂空部分为固定线圈作用，用以代替线槽。

线圈4通过注塑加工工艺固定在背板6-1上，轴承支座7外圆面与背板6-1内圆面通过紧配的方式固定在一起。轴承8从轴承支座7中心的两端压入，可以在轴承支座7内圆面中间设计一台阶，固定两端轴承不发生碰撞和摩擦，减少不必要的机械损耗。两个轴承8之间留有一段距离，提高转轴1安装在两个轴承8上的稳定性。

所述转轴1底部有一凹槽，凹槽与轴承8固定配合，固定定转子盘之间气隙大小，转子结构通过转轴1上的凹槽与定子结构中的轴承8紧密配合，可以通过调整凹槽位置或宽度以及增加垫片来控制气隙大小。

本发明该提出一种无铁芯超薄轴向盘式电机，包含上述的转子结构和上述的定子结构的盘式电机。盘式电机具有6mm高度的超薄结构，背板材质由导磁材质更换为PCB材质，取消定子齿部结构。在永磁体之间设有辅助永磁体，气隙侧的磁场强度大幅度提升，这样可有效地减小电机的体积，提升电机的功率密度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有冲压背板的超薄轴向电机定子结构，其特征在于：包括背板(6-1)、线圈(4)、轴承支座(7)和轴承(8)，所述背板(6-1)上设有环形阵列的线圈孔，所述线圈(4)安装在线圈孔内，所述背板(6-1)中心位置设有轴承支座安装孔，所述轴承支座(7)过盈配合插入到轴承支座安装孔内，所述轴承支座(7)为中空结构，所述轴承支座(7)的中空结构内设有两个轴承(8)，转轴(1)插入到两个轴承(8)内；所述背板为镂空圆环结构，背板中心圆环内圆面转轴紧密配合；背板镂空部分为固定线圈作用，用以代替线槽；所述背板(6-1)使用冲压成型的加工方式；所述背板(6-1)材质为电解镀锌钢板、无取向硅钢片或普通钢板；所述背板(6-1)上线圈的形状是扇形、菱形、梯形或三角形；所述轴承(8)是含油轴承、滚珠轴承或液压轴承。

2.一种具有冲压背板的超薄轴向盘式电机，包含权利要求1所述的定子结构和转子结构，所述转子结构包括转轴(1)，转子盘(2)，永磁体(3)，所述永磁体(3)呈梯形，每两片永磁体(3)之间存在一定间隙；转子盘(2)通过注塑的加工工艺将转轴(1)和永磁体(3)一体成型构成转子结构；定子结构和转子结构由转轴(1)和背板(6-2)配合固定，气隙可以调整。

3.根据权利要求2所述的具有冲压背板的超薄轴向盘式电机，其特征在于：所述永磁体(3)成环形阵列分布，相邻所述永磁体(3)之间的间隙处设有多个辅助永磁体(3-1)，所述永磁体(3)与辅助永磁体(3-1)的充磁方向形成一定夹角，所述永磁体(3)与辅助永磁体(3-1)内嵌在转子盘底部，所述转轴(1)贯穿转子盘(2)中心位置并与其一体成型。

4.根据权利要求2所述的具有冲压背板的超薄轴向盘式电机，其特征在于：所述永磁体(3)与辅助永磁体(3-1)的充磁方向夹角范围为45-135°。

5.根据权利要求4所述的具有冲压背板的超薄轴向盘式电机，其特征在于：所述永磁体(3)与辅助永磁体(3-1)的充磁方向夹角为45°、90°或135°。

6.根据权利要求2所述的具有冲压背板的超薄轴向盘式电机，其特征在于：相邻所述永磁体(3)之间的间隙处设有1-3个辅助永磁体(3-1)。

7.根据权利要求2所述的具有冲压背板的超薄轴向盘式电机，其特征在于：所述永磁体(3)和辅助永磁体(3-1)为烧结钕铁硼磁铁、粘接钕铁硼磁铁、铁氧体磁铁、注塑磁或橡胶磁中的一种。