专利名称：一种横向磁场永磁电机的制作方法
技术领域：
本发明属于永磁电机技术领域，具体地说，它涉及一种永磁体轴向磁化的横向磁场电机，这种电机尤其适用于电动车和舰船的直接驱动。
背景技术：
横向磁场永磁电机由德国的H.Weh教授最早提出。该电机的定子齿槽结构和电枢线圈在空间位置上相互垂直，电机中的主磁通沿着电机的轴向流通，因而定子尺寸和通电线圈的大小相互独立，突破了普通永磁电机齿槽相互制约的制约，可获得较高的转矩和功率密度。在此基础上，德国的G.Henneberger教授设计了单边定子的平板式磁场结构横向磁场永磁电机(G.Hennerberger，M.Bork.Development of a New Transverse FluxMotor.New Topologies for Permanent Magnet Machines(Digestno1997/090)，1997，(1)1-6.)。该电机中的永磁体均匀地贴在转子表面，相邻永磁体分别被充磁成不同的极性。U形的定子铁心模块以整倍极距均匀分布在整个圆周上，其两个齿步对应的永磁体极性相反，并在相邻的两个定子铁心之间放置由软铁材料制成的辅助定子磁路，形成闭合磁回路，以减少邻近磁极对工作主磁极的影响。但该电机结构复杂，加工十分困难，且为了减少漏磁，贴在转子表面沿轴向相邻的永磁体之间需留有足够的间距，轴向尺寸较大。因此，该电机在中小功率领域，特别是要求薄形安装的场合，存在很大局限性，难以广泛应用。
发明内容
为克服上述电机的缺陷，本发明提供的一种横向磁场永磁电机，该电机结构简单，加工容易，且轴向尺寸较小。
本发明提供的一种横向磁场永磁电机，包括轴、引出线、左、右轴承、左、右端盖、边墙、电枢绕组、挡板、支架和顶紧螺母、C形硅钢片磁轭和永磁体；其中，同心线圈绕制在C形硅钢片磁轭中构成电枢绕组，各相绕组引出线分别从中空结构的轴中引出；永磁体固定于边墙和左、右端盖之间；左、右轴承套在轴上，左、右端盖分别与左、右轴承相连，左、右端盖、永磁体和边墙共同组成电机转子，支架与轴固定连接，它们与电枢绕组、C形硅钢片磁轭一起组成电机定子；其特征在于C形硅钢片磁轭由C形硅钢片分组叠压而成，每相有p个，p≥1，p个C形硅钢片磁轭沿圆周均匀分布并固定在支架上，各相磁轭在轴向依次排列，并在周向依次错开360°/N电角度，其中当N＝2时，相间错开90°电角度对称分布，N为电机相数，N≥2；永磁体为轴向磁化的p对极的磁环，并衔于各C形硅钢片磁轭之中，两侧气隙均匀；永磁体的p对极周向对齐，各相永磁体相互独立，轴向等间距分布；其中C形硅钢片磁轭或永磁体磁环为等分的二部分构成的整体。
本发明电机采用横向磁场工作原理，可设计成N(N≥2)相电机；电机C形硅钢片磁轭和电枢绕组在空间位置上相互垂直；永磁体被轴向磁化；永磁体衔于C形硅钢片磁轭之中；用永磁体磁环替代分散安装的永磁体；本电机各相定转子在电磁上和结构上均相互独立，可组合式安装；可灵活选择配套的控制系统。具体而言，本发明的具有以下优点有(1)电机定子齿槽结构和电枢线圈在空间位置上相互垂直，定子尺寸和电枢线圈不会互相制约，可在一定范围内任意选取。
(2)改永磁体径向磁化为轴向磁化，使得每相永磁体块数减半，大大缩短电机轴向尺寸，并简化了电机结构。
(3)用轴向磁化的永磁体磁环替代2p个分散安装的永磁体，进一步简化电机结构和加工工艺，缩短装配时间，降低了成本。
(4)构成磁轭的硅钢片只需简单地固定在支架上，且各相磁环间不需辅助连接机构，进一步节约空间，增大转矩密度。
(5)电枢绕组形状规整，容易安装且无端部损耗。
(6)电机各相定转子电磁和结构上均相互独立，可组合式安装。
(7)能在宽广的转速和功率范围内大转矩和高效运行。
图1为本发明的纵向剖面结构示意图(仅以两相结构为例)；图2为本发明的C形硅钢片磁轭、永磁体磁环及电枢绕组的局部立体结构示意图(其中，分界线表示各磁极，箭头表示磁化方向)。
具体实施例方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明如图1所示，横向磁场永磁电机包括轴1、引出线2、左、右轴承3和14、左端盖4、边墙8、右端盖10、C形硅钢片磁轭5、永磁体6、电枢绕组7、挡板11、支架12和顶紧螺母13。
C形硅钢片磁轭5由C形硅钢片分组叠压而成，每相有p个，p≥1。p个C形硅钢片磁轭5沿圆周均匀分布并固定在支架12上，各相磁轭在轴向依次排列，并在周向依次错开360°/N电角度，其中当N＝2时，相间错开90°电角度对称分布，N为电机相数，N≥2。各相C形硅钢片磁轭通过挡板11和顶紧螺母13固定其轴向位置。如图2所示，同心线圈绕制在C形硅钢片磁轭5中构成电枢绕组7。支架12与轴1固定连接，它们与电枢绕组7、C形硅钢片磁轭5一起组成电机定子。轴1为中空结构，各相绕组引出线2分别从轴1中引出。永磁体6为轴向磁化的p对极的磁环，被固定于边墙8和左、右端盖4、10之间，永磁体6的p对极周向对齐，各相永磁体6相互独立，轴向等间距分布。永磁体6衔于各C形硅钢片磁轭5之中，两侧气隙均匀。左、右轴承3、14套在轴1上，左、右端盖4、10分别与左、右轴承3、14相连，左、右端盖4、10、永磁体6和边墙8共同组成电机转子。
这种结构的电机各相完全独立，可方便做成p对极N相，N≥2。引出线2从轴1的空心部分引出，并与控制器相接。控制器既可采用传统方式，也可采用先进的DSP技术构建。
在具体实施过程中又可分为二种方案一、C形硅钢片磁轭对分，而永磁体为整体磁环方案。如图1中所示。此时，电机各相磁轭对分为两层，共2N层，先固定左侧的磁轭和电枢绕组，然后放置磁环，再安装右侧磁轭，接着依次安装下一相，直至安装完毕。二、永磁体磁环对分，而C形硅钢片磁轭为一整体。此时，首先将各相C形硅钢片磁轭通过支架与轴固定一起，然后将电枢绕组绕制在C形槽中，整个定子先制作完毕。接着，依次将电机外壳和各相永磁体磁环(已对分成两块)固定。
不管采用何种方案，本电机各相定转子在电磁上和结构上均相互独立，可组合式安装，极大降低了电机装配难度，增加了设计的灵活性。
此外，本发明还可在位于C形硅钢片磁轭5上接近永磁体磁极6的位置设置霍尔位置传感器9，对电机进行闭环控制。其中位置传感器也可采用其他种类，如光电编码器、旋转变压器等等，只要能够灵敏地检测电机转子位置即可。
权利要求
1.一种横向磁场永磁电机，包括轴(1)、引出线(2)、左、右轴承(3、14)、左、右端盖(4、10)、边墙(8)、电枢绕组(7)、挡板(11)、支架(12)和顶紧螺母(13)、C形硅钢片磁轭(5)和永磁体(6)；其中，同心线圈绕制在C形硅钢片磁轭(5)中构成电枢绕组(7)，各相绕组引出线(2)分别从中空结构的轴(1)中引出；永磁体(6)固定于边墙(8)和左、右端盖(4、10)之间；左、右轴承(3、14)套在轴(1)上，左、右端盖(4、10)分别与左、右轴承(3、14)相连，左、右端盖(4、10)、永磁体(6)和边墙(8)共同组成电机转子，支架(12)与轴(1)固定连接，它们与电枢绕组(7)、C形硅钢片磁轭(5)一起组成电机定子；其特征在于C形硅钢片磁轭(5)由C形硅钢片分组叠压而成，每相有p个，p≥1，p个C形硅钢片磁轭(5)沿圆周均匀分布并固定在支架(12)上，各相磁轭在轴向依次排列，并在周向依次错开360°/N电角度，其中当N＝2时，相间错开90°电角度对称分布，N为电机相数，N≥2；永磁体(6)为轴向磁化的p对极的磁环，并衔于各C形硅钢片磁轭(5)之中，两侧气隙均匀；永磁体(6)的p对极周向对齐，各相永磁体(6)相互独立，轴向等间距分布；其中C形硅钢片磁轭(5)或永磁体(6)的磁环为等分的二部分构成的整体。
2.根据权利要求1所述的横向磁场永磁电机，其特征在于在位于C形硅钢片磁轭(5)上接近永磁体磁极(6)的位置设置有霍尔位置传感器(9)。
全文摘要
一种横向磁场永磁电机，包括轴、引出线、左、右轴承、左、右端盖、边墙、电枢绕组、挡板、支架和顶紧螺母、C形硅钢片磁轭和永磁体；其中，C形硅钢片磁轭由硅钢片分组叠压而成，p个磁轭沿圆周均匀分布并，各相磁轭在轴向依次排列，在周向错开360°/N电角度；永磁体为轴向磁化的p对极的磁环，并衔于各C形硅钢片磁轭之中，两侧气隙均匀；永磁体的p对极周向对齐，轴向等间距分布；C形硅钢片磁轭或永磁体的磁环为等分的二部分构成的整体。本发明采用横向磁场工作原理，设计成N相电机；C形硅钢片磁轭和电枢绕组在空间上相互垂直；用永磁体磁环替代分散安装的永磁体；本电机各相定转子均相互独立，可组合式安装；可灵活选择配套的控制系统。
文档编号H02K1/27GK101075771SQ200710051870
公开日2007年11月21日 申请日期2007年4月13日 优先权日2007年4月13日
发明者辜承林, 褚文强 申请人:华中科技大学