定子盘及轴向磁通永磁动能装置制造方法
【专利摘要】本实用新型揭示了一种定子盘及轴向磁通永磁动能装置，其中该定子盘，包括：基板，多个绕组，至少一个连接导体，和电流终端连接导体；所述基板具有轴孔；所述连接导体形成于所述基板中；所述多个绕组全部或部分独立，位于所述基板上，相互间独立的绕组通过所述连接导体全部或部分连接；所述电流终端连接导体形成于所述基板中，将所述绕组与相电流连接。
【专利说明】定子盘及轴向磁通永磁动能装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电器设备【技术领域】，且特别涉及一种定子盘及轴向磁通永磁动能装置。
【背景技术】
[0002]定子无铁芯的轴向磁通盘式永磁(AFPM)电机，根据电磁感应原理，通电导体周围产生磁场，相电流流过定子的绕组会在电机里产生旋转磁场(旋转磁动势)，而永磁体的转子产生的转子主磁极如同一个磁铁，定子旋转磁场吸着永磁转子，按旋转磁场的旋转方向旋转，从而实现电机运转的目的。由于轴向磁通盘式永磁电机无铁芯，避免了因此造成的铁芯损耗，在此，铁芯损耗简称“铁耗”，又称“磁芯损耗”、“激励损耗”，是指磁性材料中由于存在交变或脉动磁场而引起的功率损耗，以热的形式表现，分为磁滞损耗和涡流损耗两部分，因而比常规的电机运转效率更高，而且其还具有体积小，重量轻，功率密度高，控制性能优良，加工制造简单等优点，此外，轴向磁通盘式永磁电机还可以通过不同数量的定子盘和永磁转子的配置，实现不同的功率要求，因此，轴向磁通盘式永磁电机具有广阔的应用前景。
[0003]然而，轴向磁通盘式永磁电机的气隙很小，为了改善轴向磁通盘式电机的电气特性，要求轴向磁通盘式永磁电机的定子盘厚度很薄且平坦。
[0004]现有的制造定子盘的方法主要包括线圈绕制定子盘和印刷电路板定子盘两种。
[0005]采用线圈绕制定子盘时，由于线圈之间的连接需要通过线圈连续绕制或者导线之间焊接连接来实现，批量 生产的效率低，而且，在制作成定子盘时，内外边缘部分线圈之间的连接导线会与线圈重叠，使得边缘重叠部分厚度明显增加，定子盘不平坦，此外只能采用小线径线圈，电机功率较小。
[0006]而采用印刷电路板定子盘时，如美国专利US7109625，该专利涉及一种可用作将电能转化为机械能的电动机或者将机械能转化为电能的发电机的优化轴向场转动能装置，其定子盘通过堆叠多个其中布置有多个电子部件的电路层，来达到设定功率和效率。由于其采用的定子盘完全由印刷电路板制造工艺制作，起作用的切割磁力线的导体线印刷在电路板上，线径受到较大限制，为了达到设定功率，需要多层电路板，且只能在小功率电机中应用，加工制作成本也较高。
实用新型内容
[0007]有鉴于此，本实用新型解决现有技术中，在轴向磁通盘式永磁电动机或发电机中，定子盘不平坦，导线线径小，功率较小，加工复杂，制作成本较高等技术问题。
[0008]本实用新型提供一种定子盘，其包括:基板，多个绕组，至少一个连接导体，和电流终端导体；所述基板具有轴孔；所述连接导体形成于所述基板中，所述多个绕组全部或部分独立，位于所述基板上，相互间独立的绕组通过所述连接导体全部或部分连接；所述电流终端连接导体形成于所述基板中，将所述绕组与相电流连接。
[0009]进一步的，所述绕组包括:第一绕边及第二绕边，其中所述第一绕边及第二绕边沿所述轴孔径向排布。
[0010]进一步的，所述绕组围绕所述轴孔呈辐射状排列。
[0011]进一步的，所述多个绕组为多个独立线圈。
[0012]进一步的，所述线圈线径为0.25至1.5毫米，每相绕组总匝数具有16至70匝。
[0013]进一步的，所述基板为单面，所述多个绕组分别位于所述基板的一面。
[0014]进一步的，所述基板为双面，所述多个绕组分别位于所述基板的两面。
[0015]进一步的，所述基板包括:连接于所述连接导体的贯穿所述基板的第一过孔及连接于所述电流终端连接导体的贯穿所述基板的第二过孔，用以连接位于所述基板上全部或部分绕组。
[0016]进一步的，所述基板为两个或两个以上，所述多个基板为叠加排列。
[0017]本实用新型还提供一种轴向磁通永磁动能装置，包括:多个具有多永久磁极的转子以及如上所述的任一定子盘。
[0018]进一步的，所述多个转子分别设置于所述定子盘的两面，使得所述转子的永磁极磁场方向垂直于所述定子盘面。
[0019]进一步的，所述轴向磁通永磁动能装置的功率在50瓦至5000瓦。
[0020]综上所述，本实用新型提供的定子盘及轴向磁通永磁动能装置，所述定子盘采用的绕组为单一独立线圈，不需要多个线圈连续绕制，加工简单，生产效率高。用于固定连接绕组的基板采用简单的低成本的单面或双面设计，在该基板上焊接安装多个单一线圈、元器件、与控制器连接的插座，安装工艺简单。
[0021]其次，利用基板实现绕组线圈之间的连接和安装固定，以及其它电子元件和连接器的安装和连接，避免了绕组线圈之间的连接导线带来的重叠，有效降低了定子盘的厚度，保证了定子盘的平坦；同时，增加绕组线圈的线径，或增加安装有多个绕组的基板数，能提高电机的功率和功率密度，提高电机的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1所示为本实用新型一实施例提供的定子盘的结构示意图；
[0023]图2所示为本实用新型一实施例提供的绕组的结构示意图；
[0024]图3所示为本实用新型一实施例提供的定子盘的结构示意图；
[0025]图4所示为本实用新型一实施例提供的轴向磁通永磁动能装置；
[0026]图5A所示为本实用新型一实施例提供的适用于单相电流定子盘的正面结构示意图；
[0027]图5B所示为本实用新型一实施例提供的适用于单相电流定子盘的背面结构示意图；
[0028]图5C所示为本实用新型一实施例提供的适用于单相电流单面定子盘的结构示意图；
[0029]图所示为本实用新型另一实施例提供的适用于单相电流单面定子盘的结构示意图；
[0030]图6A所示为本实用新型另一实施例提供的适用于两相电流定子盘的正面结构示意图；[0031]图6B所示为本实用新型另一实施例提供的适用于两相电流定子盘的背面结构示意图；
[0032]图6C所示为本实用新型一实施例提供的适用于两相电流单面定子盘的结构示意图；
[0033]图7A所示为本实用新型另一实施例提供的适用于三相电流定子盘的正面结构示意图；
[0034]图7B所示为本实用新型另一实施例提供的适用于三相电流定子盘的背面结构示意图；
[0035]图7C所示为本实用新型一实施例提供的适用于三相电流单面定子盘的结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]为使本实用新型的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步的说明。
[0037]鉴于现有技术中，在轴向磁通盘式永磁电动机或发电机中，存在定子盘不平坦，导线线径小，功率较小，加工复杂，制作成本较高等技术问题，本实用新型设计一种定子盘，其根据功率和电流相数的需求，利用一基板来连接和固定设置于基板上的绕组，从而实现了绕组线圈之间的连接，不仅工艺简单，降低了制造成本低，而且避免了传统线圈绕制法中连接导线和线圈间的重叠，有效降低了定子盘的厚度，保证了定子盘的平坦；同时，在有限的面积上，可以增加绕组线圈的线径，增加绕组线圈的匝数，或者增加安装有多个绕组的基板数，提高电动机和发电机的功率和功率密度，避免了印刷电路板定子盘线径小，功率小的缺点。
[0038]参见图1，其所示为本实用新型一实施例的定子盘的结构示意图。
[0039]在本实施例中，该定子盘，包括:基板110，多个绕组120，至少一个连接导体130，和电流终端连接导体140 ;所述基板110具有轴孔111 ;所述连接导体130形成于所述基板110中；所述多个绕组120全部或部分独立，位于所述基板110上，相互间独立的绕组120通过所述连接导体130全部或部分连接；所述电流终端连接导体140形成于所述基板110中，将所述绕组120与相电流连接。
[0040]该定子盘采用基板用于固定绕组，并通过设置于基板中的导体实现全部或部分绕组的连接，不仅工艺简单，成本低廉，而且避免了绕组的重叠，有效降低了定子盘的厚度，保证了定子盘的平坦。
[0041]在本实用新型实施例中，连接导体形成于基板中的方式可以但不限于下述方式:
[0042]( I)将连接导体按设计要求加工好之后嵌合或排布在基板中；
[0043](2)在采用印刷电路板做为基板的情况下，使设计好的连接导体图案形成于印刷电路板中。
[0044]在采用上述(2)中所述的基板的情况下，由于印刷电路板加工简便，可以进一步提高生产效率和工艺稳定性。
[0045]参见图2，其所示为本实用新型一实施例提供的绕组的结构示意图。
[0046]在本实用新型实施例中，在定子盘中的所述绕组包括:第一绕边210及第二绕边220，其中所述第一绕边210及第二绕边220沿所述轴孔111径向排布，本实用新型实施例所述的沿轴孔径向的第一绕边及第二绕边是指在定子盘中起到作用的有效绕边，例如:绕组线圈可以是扇形、也可绕制成接近于椭圆形或方形，但其均有等效的沿所述轴孔的径向分布的垂直于磁场方向的起到作用的有效绕边，例如在电动装置应用领域中，当绕组通电时，在磁场中产生以轴孔为中心的磁场扭力，从而带动电机的转子发生转动，使电动装置工作。而在发电装置应用领域中，当永磁体转子转动时，会产生与绕组线圈交链的旋转磁转，从而在绕组线圈中感应出电动势。
[0047]参见图3，其所示为本实用新型一实施例的定子盘的结构示意图。
[0048]在本实用新型实施例中，所述绕组围绕310所述轴孔111呈辐射状排列，在提升绕组有效工作区域的同时避免了绕组的重叠，使各相电流互不干扰，避免交叉，且进一步降低了定子盘的厚度，保证了定子盘的平坦。
[0049]在本实用新型实施例中，所述多个绕组为多个独立线圈，在生产加工过程中，可以分别单独加工，使加工更加容易，避免了在现有技术中连续线圈绕制的难度，提高了生产效率，保证了加工质量，并且在保证电气特性的前提下，减小了多相电流之间的相互干扰，并且避免了绕组的重叠，有效降低了定子盘的厚度，保证了定子盘的平坦。
[0050]在本实施例中，绕组线圈可以根据功率的要求进行调整，在大功率电机的配备上可以增加绕组线圈的线径，增加绕组线圈的匝数，进而提高电机的功率和功率密度，提高电机的效率，扩大了其适用范围。优选地，在本实用新型实施例中，所述线圈线径为0.25至1.5毫米，每相绕组的总匝数为16至70匝数。
[0051]在本实用新型实施例中，所述基板为单面，所述多个绕组分别位于所述基板的一面。
[0052]在本实用新型实施例中，所述基板为双面，所述多个绕组分别位于所述基板的两面。
[0053]在本实用新型实施例中，当所述基板为双面时，所述基板包括:连接于所述连接导体的第一过孔及连接于所述电流终端连接导体的第二过孔，以连接位于所述基板上全部或部分绕组。通过第一及第二过孔，使基板两面的全部或部分绕组线圈连接在一起，充分利用基板的容纳空间，提高功率密度。
[0054]在本实用新型实施例中，为了达到更大功率的使用要求，定子盘的所述基板为两个或两个以上，并且所述多个基板为叠加排列。由此可在多个基板上安装固定更多绕组，在工作时，输出更大的功率，以满足更大功率电机配置的需求。
[0055]参见图4，所示为本实用新型一实施例提供的轴向磁通永磁动能装置
[0056]在本实用新型实施例中，该轴向磁通永磁动能装置，包括:多个具有多永久磁极的转子410以及如上实施例所述的任一定子盘420。所述定子盘的结构如上述实施例所述，在此不再赘述。
[0057]在本实用新型实施例中，所述多个转子分别设置于所述定子盘的两面，使得所述转子的永磁极磁场方向垂直于所述定子盘面，当该轴向磁通永磁动能装置应用于电动装置领域时，定子盘通电时产生洛伦兹力驱动转子转动，使电动装置工作；当该轴向磁通永磁动能装置应用于发电装置领域时，当永磁极转子转动时，会产生与绕组线圈交链的旋转磁转，从而在绕组线圈中感应出电动势。[0058]在本实用新型实施例中，所述轴向磁通永磁动能装置的功率在50瓦至5000瓦。
[0059]以盘式永磁无刷直流电动机为例，根据给定条件，确定样机的结构尺寸；结合工程设计需要及电磁分析结果选定气隙、磁轭厚度、极弧系数等相关参数；基于静磁场电磁分析获取相关磁密及磁通数值；空载反电势是基于降低定子电流，提高电机效率，降低电动机的温升并兼顾与额定电压的比值在一定的合理范围内选择的；由反电势公式算出每相绕组匝数，并考虑到绕组线圈个数的选择，最终确定匝数，并确定出反电势；线径及绕组匝数综合考虑电密、电负荷、热负荷及槽满率等情况确定；依据电势常数和转矩常数，确定输出功率；轴承摩擦损耗和电枢对空气摩擦的损耗基于经验系数，铜耗基于电流、电阻计算；最后求出效率。根据确定的一系列参数，制作定子盘及样机并校验效率。
[0060]以下是根据上述设计方法设计的50瓦、1200瓦的具有上述实施例提供的定子盘的盘式永磁无刷直流电动机的具体参数:
[0061]
【权利要求】
1.一种定子盘，其特征在于，包括: 基板，多个绕组，至少一个连接导体，和电流终端连接导体； 所述基板具有轴孔； 所述连接导体形成于所述基板中； 所述多个绕组全部或部分独立，位于所述基板上，相互间独立的绕组通过所述连接导体全部或部分连接； 所述电流终端连接导体形成于所述基板中，将所述绕组与相电流连接。
2.根据权利要求1所述的定子盘，其特征在于，所述绕组包括:第一绕边及第二绕边，其中所述第一绕边及第二绕边沿所述轴孔径向排布。
3.根据权利要求1所述的定子盘，其特征在于，所述绕组围绕所述轴孔呈辐射状排列。
4.根据权利要求1所述的定子盘，其特征在于，所述多个绕组为多个独立线圈或部分独立线圈。
5.根据权利要求4所述的定子盘，其特征在于，所述线圈线径为0.25至1.5毫米，每相绕组的总匝数具有16至70匝。
6.根据权利要求1所述的定子盘，其特征在于，所述基板为单面，所述多个绕组分别位于所述基板的一面。
7.根据权利要求1所述的定子盘，其特征在于，所述基板为双面，所述多个绕组分别位于所述基板的两面。
8.根据权利要求1所述的定子盘，其特征在于，所述基板包括:连接于所述连接导体的贯穿所述基板的第一过孔及连接于所述电流终端连接导体的贯穿所述基板的第二过孔，用以连接位于所述基板上全部或部分绕组。
9.根据权利要求1所述的定子盘，其特征在于，所述基板为两个或两个以上，所述多个基板为叠加排列。
10.一种轴向磁通永磁动能装置，其特征在于，包括:多个具有多永久磁极的转子以及如权利要求1至9所述的任一定子盘。
11.根据权利要求10所述的轴向磁通永磁动能装置，其特征在于，所述多个转子分别设置于所述定子盘的两面，使得所述转子的永磁极磁场方向垂直于所述定子盘面。
12.根据权利要求10所述的轴向磁通永磁动能装置，其特征在于，所述轴向磁通永磁动能装置的功率在50瓦至5000瓦。
【文档编号】H02K3/28GK203617810SQ201320853542
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】段建华, 程国胜, 游力军, 吴小青, 阳小飞, 赵立忠, 赵巍 申请人:湖北海山科技有限公司上海分公司, 珠海市和鸿企业有限公司