一种环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机，旨在以定、转子相环体为基本部件制造电机，创造定、转子相环体铁心按奇、偶分组的电磁切换方式。定子相环体在左中右环体盒内安装奇、偶2个圆周阵列铁心和串联的2个1／2相绕组；转子相环体铁心分2种：作为永磁电机，奇数铁心左中磁极间嵌入永磁体，中右磁极间嵌入无磁钢结构体，反之亦然；作为磁阻永磁电机，奇数铁心中置入左向中磁极，中右磁极间嵌入无磁钢结构体，偶数铁心中置入右向中磁极，左中磁极间嵌入无磁钢结构体，反之亦然；奇、偶数铁心中嵌入的永磁体或左、右向中磁极磁阻永磁材料叠层体的极性方向相同。定、转子相环体同轴心环套，沿轴向分段装配。本发明具有通用性。
【专利说明】一种环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种横向磁通永磁或磁阻永磁电机，特别涉及一种环体盒结构的横向磁通永磁或磁阻永磁电机。
【背景技术】
[0002]横向磁通永磁电机由于其磁路与电路在空间相互垂直，克服了径向磁通电机磁路与电路，即齿与槽的尺寸在同一个圆柱截面上相互制约的缺点，具有提高电机功率和转矩密度，容易实现多相、多极对数结构的特点，成为电机技术界关注和研究的热点。然而，从上世纪80年代,德国H.Weh教授提出横向磁通永磁电机(tranverse flux permanent magnetmachine)构想以来,横向磁通永磁电机并未能够走出实验室,未能在世界电机市场上占有一席之地。
[0003]经研究发现，阻碍横向磁通永磁电机发展的主要技术问题是:
[0004]第一，在横向磁通电机定子与转子中，一系列呈圆周阵列分布的铁心是离散的；贯穿一系列离散铁心绕组槽的绕组，无论有无骨架，都缺乏机械强度；在定子与转子之间的气隙两侧，定子铁心及其绕组与转子铁心及其包含的永磁体或磁阻永磁材料叠层体之间，存在强大的电磁作用力，要求有相等的机械结构力与之平衡。在定子与转子的结构关系中，以相定子或相转子为基本部件是一种自然选择。需要创造一种机械结构方式，制造整体的相定子或相转子部件，并且应当具有足够的机械强度。
[0005]第二，磁通流向由径向改变为横向，磁力线所在平面转了 90°，这使得原来在径向磁通电机中一直普遍大量使用的硅钢片，在横向磁通电机中难以直接使用了。硅钢片具有令人满意的低成本、低铁耗和在高磁通密度(1.0?2.0T)下的高导磁率等特性。硅钢片的这些优点是现今任何其它电机铁磁材料都不具有的。在径向磁通电机中，硅钢片沿轴向叠装，硅钢片平面即磁力线所在的径向平面与电机的旋转方向平行。在横向磁通电机中，需要创造合适的制造方法，以比较简单的工艺采用硅钢片为主要材料制造横向磁通电机定子或转子铁心，而且，要使铁心硅钢片平面即磁力线所在平面与电机的旋转方向垂直。
[0006]第三，在径向磁通感应电机中，定子或转子的前端和后端存在铁心槽之外的绕组端部，会产生漏磁和电磁干扰；在现有横向磁通电机中，由于定子或转子的铁心都是离散的，在离散铁心间隔处，也存在暴露在铁心绕组槽之外的绕组导体，同样会产生漏磁和电磁干扰。需要在设计横向磁通电机定子或转子机械结构时，同时考虑对离散的铁心和暴露在铁心间隔处的绕组导体采取电磁屏蔽措施。
[0007]第四，对于横向磁通永磁或磁阻永磁电机还有一个专门的技术问题需要解决:现有的横向磁通永磁电机，在定转子气隙两侧，圆周方向，相邻2个转子铁心的永磁体极性方向相反，只轮流对应I个定子铁心(相转子铁心的数量是相定子铁心的2倍)。假如相定子铁心与与相转子铁心极对数相等，而且一一对应，就会造成奇数定子铁心与偶数定子铁心中的磁通方向相反，以及贯穿奇数与偶数定子铁心槽的绕组感应电流因为方向相反相互而抵消，这是不允许的。因此，现有的横向磁通永磁电机的相定子磁路和电路在圆周空间的利用率，以及相转子铁心及其永磁体的利用率都只有50%。需要创造一种对应奇数与偶数相转子铁心的永磁体或磁阻与永磁材料叠层体极性方向，切换对应的奇数与偶数相定子铁心磁路及其绕组的电磁结构方式，使得圆周方向气隙两侧每一个奇数或偶数的相转子铁心都能对应一个奇数或偶数的相定子铁心磁路及其绕组，使得相定子铁心及其绕组对于圆周空间的利用率，以及相转子铁心中的永磁体或磁阻与永磁材料叠层体的利用率都能达到应有的 100%。
[0008]第五，横向磁通永磁与磁阻永磁电机的区别应当仅在于其相转子铁心中嵌入的是永磁体或者是磁阻与永磁材料叠层体。
[0009]有必要提及一件发明专利，发明申请号:201010100924.0，发明名称:磁通切换型聚磁式横向磁通永磁风力发电机。该发明为使相定子铁心及其绕组对于圆周空间的利用率从现有的50%达到应有的100%，采取的方法是将一个相转子铁心中嵌入的永磁体由I个改变为极性方向相对的左右2个，数量增加了 I倍，同一个转子铁心中的这2个永磁体中只有I个轮流与对应相定子铁心构成磁回路，另一个冗余休息，相转子铁心嵌入的永磁体的利用率还是同原来一样，是50%，为此却付出了昂贵的成本代价。从电磁结构与机械结构角度来看，该发明也存在明显缺陷。首先，对于由慢速风力机驱动的多极对数的横向磁通风力发电机，径向尺寸比轴向尺寸更宝贵，但是该发明为了进行磁通切换，将相定子的铁心截面从一侧由径向转折为横向到中间，再转折为径向向内，增加了相定子铁心截面无效的径向尺寸。其次，正规制造的相定子绕组，虽然缺乏机械强度，但是其形状是刚性的，不可自由变形，而且其宽度(从该发明申请说明书附图可见)应当大于定子铁心槽的入口宽度，所以，相定子绕组根本无法装入到一系列相定子铁心槽里，更不可能同时或先后从一个相定子铁心槽的左边入口，又从相邻的另一个相定子铁心槽的右边入口装入铁心槽。在径向磁通电机工程中使用的铁心槽人工嵌线工艺，在横向磁通电机工程中很难仿效。第三，关于定子铁心、转子铁心如何安装到电机外壳内或转轴上，这是一个极其重要的关键性问题。但该发明却空虚声称:其特征是:转子铁心安装在非导磁材料的圆筒(8)上，形成一个转子整体；定子铁心安装在非导磁材料的机壳套筒(7)内，形成一个定子整体。该发明只陈述了一点公知的常识，却没有给出具体的技术方案。
【发明内容】
[0010]本发明要解决的技术问题是:
[0011]根据横向磁通电机相定子与相转子铁心是离散的，贯穿离散相定子铁心槽的相绕组缺乏机械强度的电磁结构特征，创造一种机械结构方式，制造整体的、具有足够机械强度的相定子或相转子部件；以娃钢片材料为主，以简单的加工工艺制造横向磁通电机相定子或相转子铁心；解决相定子与相转子部件的电磁屏蔽问题；在不增加相转子铁心中嵌入的永磁体或磁阻与永磁材料叠层体数量的前提下，创造一种对应奇数与偶数相转子铁心中的永磁体或磁阻与永磁材料叠层体极性方向，切换对应的奇数与偶数相定子铁心的磁路及其绕组的电磁结构方式，使得相转子铁心的永磁体或磁阻与永磁材料叠层体的利用率和相定子铁心及其绕组对于圆周空间的利用率都能达到应有的100% ;横向磁通永磁与磁阻永磁电机的区别仅在于其相转子铁心中嵌入的是永磁体或者是磁阻与永磁材料叠层体。
[0012]本发明是通过以下技术方案实现的:[0013]一种环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机，由定子相环体与转子相环体、轴和轴承、散热风叶轮、外壳组成，
[0014]定子或转子相环体盒是用无磁钢材料制造，定子相环体盒分左、中、右3部分，转子相环体盒分左、右2部分；
[0015]定子相环体是将U型截面的铁心分为奇数与偶数2个圆周阵列，分别安装在左、中盒与中、右盒之内，铁心的U型槽口朝向气隙圆弧面，两个圆周阵列铁心U型槽中各贯穿一个相同的I / 2相绕组，两个I / 2相绕组串联成定子相绕组；
[0016]转子相环体是在左、右2部分环体盒内，安装一个圆周阵列E型截面铁心，E型槽口朝向气隙圆弧面，E型铁心有左、中、右3个磁极，左、右磁极连通，分2种情况:
[0017]作为永磁电机，转子相环体中，奇数铁心的左、中磁极之间嵌入永磁体，中、右磁极之间嵌入无磁钢结构体，偶数铁心的中、右磁极之间嵌入永磁体,左、中磁极之间嵌入无磁钢结构体，反之亦然；奇数与偶数铁心中的永磁体的极性方向相同；
[0018]作为磁阻永磁电机，设有由硅钢片和永磁材料叠层体制成的、形状相同、磁极充磁方向相反的2种中磁极:左向中磁极、右向中磁极；转子相环体奇数铁心中设置左向中磁极，与右磁极之间嵌入无磁钢结构体，偶数铁心中设置右向中磁极，与左磁极之间嵌入无磁钢结构体，反之亦然；奇数与偶数铁心中的磁阻永磁材料叠层体的极性方向相同；
[0019]定子与转子相环体隔气隙同轴心环套，沿轴向分段装配。
[0020]本发明技术方案进一步概述如下:
[0021]在定子相环体的左、中、右环体盒内，设置安装奇数与偶数圆周阵列铁心和两个I / 2相绕组及其定位环的凹凸型构造，以及3部分环体盒拼合连接孔和相绕组出线孔；3部分环体盒的拼合面设有绝缘隔离层，左、右环体盒环形外表面为散热器形状，3部分环体盒采用绝缘螺钉或螺栓拼合固定。
[0022]相定子铁心由U型硅钢片的槽口边沿气隙定子侧圆弧面平行粘贴叠装，U型硅钢片平面垂直于电机旋转方向；组成一个铁心的U型硅钢片外形一致，U型槽深度依贯穿其中绕组的圆环形状，由铁心中部向两端，分2?3个阶段加深；U型硅钢片两侧边设有2个定位缺口，叠装后在铁心两侧形成2道弧形凹槽，与左盒与中盒或右盒与中盒内壁对应的两道凸起吻合；相定子奇数与偶数铁心分左、右两个圆周阵列安装在左盒与中盒或者右盒与中盒之内，奇数铁心的右磁极与偶数铁心的左磁极在气隙圆周面上的投影等间隔交错，相定子环体的3列铁心端面露出环体盒内圈。
[0023]定子相环体内，2个I / 2相绕组内圈设有由无磁钢材料制造的定位环。
[0024]2部分对称的转子相环体盒内，设置安装一个圆周阵列E型铁心及其2道定位环的凹凸型构造，以及2部分环体盒拼合连接孔；2部分环体盒拼合面设有绝缘隔离层，环体盒环形外表面为散热器形状，两部分环体盒采用绝缘螺钉或螺栓拼合固定。
[0025]转子相环体的铁心外形截面为E字型，对于永磁电机，铁心由4部分组成:连通的左-右磁极、中磁极、永磁体、无磁钢结构体；对于磁阻永磁电机,铁心由3部分组成:连通的左-右磁极、左向中磁极或右向中磁极、无磁钢结构体；
[0026]对于永磁电机，连通的左-右磁极、中磁极由对应硅钢片的槽口边，沿气隙转子侧圆弧面平行粘贴叠装制成，硅钢片平面垂直于电机旋转方向；连通的左-右磁极硅钢片两侧边设有2个定位缺口，叠装后在铁心两侧形成2道弧形凹槽，与2部分环体盒内壁对应的两道凸起吻合；
[0027]对于磁阻永磁电机,左向中磁极或右向中磁极由娃钢片叠层与永磁材料层沿气隙转子侧圆弧面平行交替粘贴、叠装制成，硅钢片和永磁材料叠层体的平面垂直于电机旋转方向；
[0028]贯穿转子铁心E型截面2个凹槽处，设有由无磁钢材料制造的定位环；
[0029]转子相环体的3列铁心端面露出环体盒外圈。
[0030]当设定定子或者转子各相环体的铁心轴向对齐，则转子或者定子各相环体铁心绕轴心线相互错开的空间角度等于360°除以相数与极对数的乘积。
[0031]定子与转子的相对位置以及定子与转子相环体的结构形式可以互换。
[0032]在转子相环体间隔处的转轴上设置散热风叶轮。
[0033]本发明的显著优点和有益效果:
[0034]电机是电磁结构与机械结构的统一体。结构问题是阻碍横向磁通电机发展的第一大难题。因为这个难题阻碍，自德国H.Weh教授提出横向磁通永磁电机的构想以来，横向磁通永磁电机未能走出实验室，未有批量产品问世。
[0035]环体盒结构方法第一次成功解决了横向磁通永磁或磁阻永磁电机的结构问题。定子或转子相环体盒由无磁钢材料制造。定子相环体是将奇数与偶数2个圆周阵列离散的相定子铁心与贯穿铁心U型槽的2个I / 2相绕组及其定位环安装、固定在3部分环体盒内的凹凸型构造中。转子相环体是将一个圆周阵列离散的转子铁心，包含嵌入铁心中的永磁体或磁阻与永磁材料叠层体，还有无磁钢结构体，以及2道转子铁心定位环，安装、固定在2部分环体盒内的凹凸型构造中。定子相环体盒与转子相环体盒内，电磁结构、机械结构切实稳固，便于散热，环体盒机械强度可根据需要进行设计。定子相环体与转子相环体各自成为紧密、精密、机械强度足够的整体部件。
[0036]定子相环体与转子相环体各自内部的电路、磁路系统完全独立，除了两者对应的3列铁心磁极端面外，所有零部件，包括铁心、绕组、永磁体或磁阻与永磁材料叠层体、无磁钢结构体、绕组定位环、转子铁心定位环都完全封闭在高磁阻、高电阻的定子相环体盒与转子相环体盒内，能有效减少漏磁及谐波干扰。相环体盒内所有电磁零部件之间以及电磁零部件与相环体盒之间的间隙都可以用绝缘减震材料封填，增强电磁零件的绝缘性能，降低电机噪声。
[0037]以环体盒装配容器为前提条件，由U型硅钢片沿气隙定子侧圆弧面(利用特制的靠准模具)，平行粘贴叠装，制造定子相环体的铁心。转子相环体铁心外形截面为E字型，分为2种:对于永磁电机，由4部分组成:连通的左-右磁极、中磁极、永磁体、无磁钢结构体；对于磁阻永磁电机，铁心由3部分组成:连通的左-右磁极、左向中磁极或右向中磁极、无磁钢结构体。将经冲裁的连通的左-右磁极、中磁极这2种形状的硅钢片的槽口边，分别沿气隙转子侧圆弧面(利用特制的靠准模具)平行粘贴叠装，硅钢片平面垂直于电机旋转方向。永磁体、左向中磁极、右向中磁极、无磁钢结构体是另外专门制作的。再用粘贴、压制等方法装配永磁电机转子铁心或磁阻永磁电机转子铁心。定、转子相环体铁心的制造方法简单实用，所需材料为:硅钢片、永磁体或磁阻与永磁材料叠层体、无磁钢结构体和绝缘粘结剂。
[0038]定子相环体的铁心按奇数或偶数分为左右2个圆周阵列，相应地，两个I / 2相绕组分别贯穿奇数和偶数圆周阵列铁心的U型槽。转子相环体铁心外形截面为E字形，左-右磁极连通，以永磁电机为例,奇数铁心的左、中磁极之间嵌入永磁体，中、右磁极之间嵌入无磁钢结构体,偶数铁心的中、右磁极之间嵌入永磁体,左、中磁极之间嵌入无磁钢结构体,反之亦然；奇数与偶数铁心中永磁体的极性方向相同。磁阻永磁电机的转子相环体铁心与永磁电机的转子相环体铁心构造类似。在转子转动的任何时刻，所有定子相环体铁心与转子相环体铁心构成的磁回路的磁通流向一致，假设在0°?180°电角度期间(一个转子铁心转过一个定子铁心)是逆时针方向，那么，在180°?360°电角度期间(一个转子铁心转过另一个定子铁心)就是顺时针方向。该方案虽然增加了定子相环体与转子相环体的轴向尺寸，但是节约了更宝贵的电机径向尺寸。相转子环体的铁心极对数等于相定子环体的铁心极对数，每一个相转子铁心对应一个相定子铁心。相定子铁心及其绕组对于圆周空间的利用率由现有的50%增加到100%。相转子铁心中嵌入的永磁体或磁阻与永磁材料叠层体的数量没有增加，而利用率由现有的50%增加到100%。
[0039]横向磁通永磁与磁阻永磁电机的区别仅在于其转子相环体铁心中嵌入的是永磁体或者是磁阻与永磁材料叠层体。
[0040]径向同步磁阻永磁电机(SynchronousReluctance Permanent Magnetic Motors)是磁阻同步电机与永磁同步电机的结合体。其优点在于:宽广的弱磁调速范围，良好的逆变器利用率，高效率，以及自然同步特性。横向磁通磁阻永磁电机继承了径向同步磁阻永磁电机的优点，又克服了径向磁通磁阻永磁电机的结构局限，增强了横向磁通电机特有的与电机极对数的平方成正比的高功率和高转矩密度，以及容易实现多相、多极对数结构设计，实现直接驱动的特点。
[0041]散热风叶轮设置在转子相环体间隔处的转轴上，散热效果好。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1转子相环体奇数、偶数铁心与定子相环体奇数、偶数铁心及其两个I / 2相绕组的动态对应关系与同步切换原理图(在转子转动的前半周期，磁通是逆时针方向)。
[0043]图2转子相环体奇数、偶数铁心与定子相环体奇数、偶数铁心及其两个I / 2相绕组的动态对应关系与同步切换原理图(在转子转动的后半周期，磁通是顺时针方向)。
[0044]图3实施例，相数=3，极对数=3，以永磁电机为例，定子相环体与转子相环体电磁结构图。
[0045]图4实施例,相数=3,极对数=3,永磁电机转子相环体中奇数、偶数铁心结构图。
[0046]图5转子相环体铁心中嵌入的永磁体形状示意图。
[0047]图6实施例，相数=3，极对数=3，磁阻永磁电机的转子相环体中奇数、偶数铁心结构图。
[0048]图7转子相环体铁心中嵌入的磁阻与永磁材料叠层体一左向中磁极形状示意图。
[0049]图8转子相环体铁心中嵌入的磁阻与永磁材料叠层体——右向中磁极形状示意图。
[0050]图9实施例,相数=3,极对数=3,定子相环体。
[0051]图10实施例,相数=3,极对数=3,组成定子相环体的零部件。
[0052]图11实施例,相数=3,极对数=3,转子相环体。[0053]图12实施例，相数=3，极对数=3，组成转子相环体的零部件。
[0054]图13实施例，相数=3，极对数=3，定子构造，定子相环体相位设置示意图。
[0055]图14实施例，相数=3，极对数=3，转子构造，转子相环体相位设置示意图。
[0056]图15实施例，相数=3，极对数=3，定子与转子装配图、剖面图。
【具体实施方式】
[0057]下面结合附图与实施例，对本发明作进一步说明。
[0058]首先说明转子相环体奇数、偶数铁心与定子相环体奇数、偶数铁心及其两个I / 2相绕组的动态对应关系与同步切换原理。
[0059]转子相环体铁心与定子相环体铁心的极对数P相等，极数2p也相等。转子相环体铁心与定子相环体铁心在气隙圆周两侧等间隔一一对应。将转子相环体铁心与定子相环体铁心沿圆周方向编号，如图1、图2所示，转子相环体奇数、偶数铁心与定子相环体奇数、偶数铁心及其两个I / 2相绕组的动态对应关系与同步切换原理图。定子相环体奇数铁心
10、偶数铁心20;贯穿定子相环体奇数铁心的I / 2相绕组50，贯穿偶数铁心的I / 2相绕组60 ;转子相环体奇数铁心30、偶数铁心40 ;转子相环体铁心中嵌入有磁极体:永磁体01、磁阻与永磁材料叠层体——左向中磁极03或右向中磁极04，作为磁路隔断材料，转子铁心中还嵌入无磁钢结构体00。
[0060]只存在两种情形:第一种，转子相环体奇数铁心30与定子相环体奇数铁心10隔气隙相遇，必然的，转子相环体偶数铁心40与定子相环体偶数铁心20隔气隙相遇；第二种，转子相环体偶数铁心40与定子相环体奇数铁心10隔气隙相遇，必然的，转子相环体奇数铁心
30与定子相环体偶数铁心20隔气隙相遇。
[0061]考虑到这两种情形，E型截面的转子相环体铁心左-右磁极连通，以永磁电机为例，转子相环体奇数铁心30的中、左磁极之间嵌入永磁体01，中、右磁极之间嵌入无磁钢结构体00，转子相环体偶数铁心40的中、右磁极之间嵌入永磁体，左、中磁极之间嵌入无磁钢结构体00，反之亦然；奇数铁心30与偶数铁心40中永磁体的极性方向相同。磁阻永磁电机的转子相环体铁心与永磁电机的转子相环体铁心构造类似，其中，左向中磁极03相当于永磁电机转子铁心的中磁极左侧加永磁体OI，右向中磁极04相当于中磁极右侧加永磁体OI。将定子相环体奇数铁心10与偶数铁心20分列左右两侧，定子相绕组分为串联的2个I /2相绕组:1/2相绕组50贯穿奇数铁心10左侧的U型槽，I / 2相绕组60贯穿偶数铁心20右侧的U型槽。
[0062]在转子旋转时，转子相环体的奇数或偶数铁心与定子相环体奇数或偶数铁心及其2个I / 2相绕组动态对应同步切换。如图1所示，在0°?180°电角度期间，出现第一种情形:转子相环体奇数铁心30与定子相环体奇数铁心10隔气隙相遇，必然的，转子相环体偶数铁心40与定子相环体偶数铁心20隔气隙相遇，该相定转子相环体的所有磁回路的磁通流向都是逆时针方向，感应电流方向流出纸面；如图2所示，在180°?360°电角度期间，出现第二种情形:转子相环体偶数铁心40与定子相环体奇数铁心10隔气隙相遇，必然的，转子相环体奇数铁心30与定子相环体偶数铁心20隔气隙相遇，该相定转子相环体的所有磁回路的磁通流向都是顺时针方向，感应电流方向流入纸面。两种情形轮流重复。
[0063]实施例，为3相，极对数=3，图3显示了实施例定子与转子电磁空间结构。为便于观察，图3中隐藏了转子相环体铁心的2道定位环。
[0064]实施例的【具体实施方式】可按以下步骤进行；
[0065]1.制造零部件
[0066]I)制作铁心
[0067]铁心的制作与安装都是以环体盒装配容器及其结构为前提条件。铁心分2种:相定子铁心与相转子铁心。所需材料为:硅钢片、永磁体或磁阻与永磁材料叠层体、无磁钢结构体和绝缘粘结剂。硅钢片的技术参数及品质要求与常规径向磁通电机相同。粘结剂推荐使用无机绝缘粘结剂，应具备高强度和设计要求的高低温特性。永磁体可采用Nd-Fe-B系纳米复合永磁材料或其他永磁材料。
[0068]定子相环体铁心制作:是将经过冲裁的U型硅钢片，在特制的靠准模具中以手工或机械方式制作的。铁心端面的弧长量化为硅钢片的片数。组成一个相定子铁心的U型硅钢片外形一致，U型槽深度依贯穿其中的相绕组的圆环形状，由铁心中部向两端，分2?3个阶段加深；U型硅钢片两个侧边冲裁有2个定位缺口，缺口尺寸根据定位强度要求设计。这2个定位缺口在硅钢片叠装后，形成两道弧形凹槽，与左盒与中间盒或右盒与中间盒内壁对应的两道凸起吻合。将经过冲裁的U型硅钢片的铁心端边，即U型槽开口边沿，沿靠准模具的圆弧面(与电机气隙定子侧圆弧面的半径相等)靠准，涂刷绝缘粘结剂粘贴，叠装，经过整形压制，晾干或烘干制成。
[0069]转子相环体铁心外形截面为E字型，对于永磁电机，铁心由4部分组成:连通的左-右磁极、中磁极、永磁体、无磁钢结构体；对于磁阻永磁电机,铁心由3部分组成:连通的左-右磁极、左向中磁极或右向中磁极、无磁钢结构体。
[0070]作为横向磁通永磁电机的转子相环体铁心，连通的左-右磁极和中磁极制作:将经冲裁的连通的左-右磁极和中间磁极这2种形状的硅钢片的槽口边，分别沿气隙转子侧圆弧面(利用特制的靠准模具)平行粘贴叠装，硅钢片平面垂直于电机旋转方向，制造2部分相转子铁心，制作方法与相定子铁心类似。用叠装和粘结方法，在奇数铁心的中、左磁极之间嵌入永磁体，中、右磁极之间嵌入无磁钢结构体；在偶数铁心的中、右磁极之间嵌入永磁体，左、中磁极之间嵌入无磁钢结构体。反之亦然。奇数与偶数转子铁心中的永磁体的极性方向相同。图5，转子相环体铁心中嵌入的永磁体01形状示意图。图4，实施例，相数=3，极对数=3，永磁电机转子相环体中奇数铁心30、偶数铁心40结构图。
[0071]作为横向磁通磁阻永磁电机,设有由娃钢片与永磁材料叠层体制成的、形状相同、磁极充磁方向相反的2种中磁极:左向中磁极、右向中磁极；转子相环体奇数铁心中设置左向中磁极，与右磁极之问嵌入无磁钢结构体，偶数铁心中设置右向中磁极，与左磁极之间嵌入无磁钢结构体，反之亦然；奇数与偶数铁心中的磁阻永磁材料叠层体的极性方向相同。磁阻与永磁材料叠层体的永磁层是用永磁材料制成，可使用廉价的铁氧体永磁体。磁阻与永磁材料叠层体是用硅钢片或其他软磁材料与永磁材料层交替粘贴层叠制造，叠层之间绝缘。硅钢片和永磁材料叠层体的平面垂直于电机旋转方向。图7，转子相环体铁心中嵌入的磁阻与永磁材料叠层体一左向中磁极03形状示意图。图8，转子相环体铁心中嵌入的磁
阻与永磁材料叠层体-右向中磁极04形状示意图。图6,实施例,相数=3,极对数=3,磁
阻永磁电机的转子相环体中奇数铁心30、偶数铁心40结构图。
[0072]2)制作相定子绕组[0073]一个定子相绕组分为2个相同的I / 2相绕组制作。绕组可以有骨架，也可以无骨架。绕组是在针对特定产品而设计的圆环形绕线机构上绕制的，方法简单。绕组的内圈定位环由无磁钢材料制造，可以作为绕组的内环骨架一起绕制。定子相环体中2个I / 2相绕组的形状见图10的101、102。
[0074]3)制作定子相环体盒与转子相环体盒
[0075]定子与转子相环体环体盒由无磁钢材料，采用铸造、金加工等工艺制造。
[0076]定子相环体的左、中、右环体盒制作:左、右环体盒，由镜像对称性质，只要制作一种。相定子环体盒内设安装奇数与偶数2个圆周阵列相定子铁心及其绕组和定位环的凹凸型构造，左盒与中盒或右盒与中盒的环体盒内壁的一系列弧形凸起与对应铁心两侧的弧形凹槽相吻合。相定子环体盒上设置3部分环体盒拼合连接孔以及相定子绕组出线孔。左、右环体盒环形外表面设有散热器形状。3部分环体盒的拼合面设有绝缘隔离层，采用绝缘螺钉或螺栓拼合固定。
[0077]环体盒的机械强度可根据需要设计。
[0078]转子相环体的左、右环体盒，由镜像对称性质，只要制作一种。转子相环体盒内设置安装转子相环体的一个圆周阵列铁心(包含永磁体或磁阻与永磁材料叠层体、无磁钢结构体。)及其2道定位环的凹凸型构造。左、右环体盒内壁一系列弧形凸起与对应的左-右磁极铁心两侧弧形凹槽相吻合。相转子环体盒上设有2部分环体盒拼合连接孔。左、右环体盒环形外表面设有散热器形状。2部分环体盒的拼合面设有绝缘隔离层，采用绝缘螺钉或螺栓拼合固定。环体盒的机械强度可根据需要设计。
[0079]2.由零部件装配定子相环体、转子相环体
[0080]定子相环体安装:将左侧奇数系列呈圆周阵列分布的相定子铁心的U型槽口朝向气隙圆弧面，与一个贯穿铁心U型槽的I / 2相绕组及其定位环一起(铁心与绕组之间必须绝缘)，安装、固定到中间定子相环体盒的左侧凹凸型构造中。同样地，将右侧偶数系列呈圆周阵列分布的相定子铁心的U型槽口朝向气隙圆弧面，与另一个贯穿铁心U型槽的I /2相绕组及其定位环一起(铁心与绕组之间必须绝缘)，安装、固定到中间相定子环体盒的右侧凹凸型构造中。一系列铁心两侧的弧形凹槽与与中间环体盒内壁对应的一系列凸起吻合。将2个I / 2相绕组按对于轴线相同的绕行方向，串联成一个相绕组。把相绕组的首、尾接线端从左、右环体盒出线孔中拉出，再盖上左环体盒与右环体盒，将3部分环体盒用绝缘螺钉或螺栓与螺母拼合固定。3部分环体盒拼合后，定子相环体的3列铁心端面露出环体盒内圈。
[0081]图9,实施例,相数=3,极对数=3,定子相环体100。图10,实施例,相数=3,极对数=3，组成定子相环体的零部件。图中，定子相环体左侧奇数系列铁心及其I / 2相绕组101，定子相环体右侧偶数系列铁心及其I / 2相绕组102，定子相环体左盒103 ;定子相环体中盒104 ;定子相环体右盒105。
[0082]转子相环体安装:将呈圆周阵列分布的相转子铁心的E型槽口朝向气隙圆弧面，与贯穿铁心E型凹槽的2个定位环一起，安装、固定到一侧环体盒内凹凸型构造中。一系列铁心的左-右磁极两侧的弧形凹槽与环体盒内壁对应的一系列凸起吻合。2道定位环分别插进左、右环体盒的卡槽中。盖上另一侧环体盒，将2部分环体盒用绝缘螺钉或螺栓与螺母拼合固定。2部分环体盒拼合后，转子相环体的3列铁心端面露出环体盒外圈。[0083]图11实施例,相数=3,极对数=3,转子相环体200。图12实施例,相数=3,极对数=3，组成转子相环体的零部件。图中，一个圆周阵列相转子铁心及其E型凹槽处2道转子铁心定位环201，转子相环体左盒202 ;转子相环体右盒203。
[0084]3.由相定子环体与相转子环体安装定子与转子
[0085]定子相环体与转子相环体隔气隙同轴心环套，沿轴以相分段装配。实施例，定子相环体与转子相环体以及散热风叶轮的安装次序从左至右设定如下:
[0086]B相定子与转子相环体，散热风叶轮I，A相定子与转子相环体，散热风叶轮2，C相定子与转子相环体。
[0087]只有将定子相环体装配到电机固定外壳中，定子相环体才具有相位属性，也只有将转子相环体装配到电机转轴上，转子相环体才具有相位属性。定子相环体与转子相环体的相位设置原则是:
[0088]当定子相环体装配到固定外壳中，设定各相定子相环体的铁心轴向对齐，则各相转子相环体装配到转轴上，转子相环体的铁心绕轴心线相互错开的空间度等于360°除以相数与极对数的乘积。
[0089]当转子相环体装配到转轴上，设定各相转子相环体的铁心轴向对齐，则各相定子相环体装配到固定外壳中，定子相环体的铁心绕轴心线相互错开的空间度等于360°除以相数与极对数的乘积。
[0090]实施例，定转子环体为3相，极对数=3，定子与转子各相环体的相位设置:设定B、A、C3相定子相环体的铁心轴向对齐，则设定B、A、C3相转子相环体的铁心绕轴心线相互错开 40。。
[0091]图13实施例，相数=3，极对数=3，定子构造，3相定子环体相位设置示意图。图14实施例，相数=3,极对数=3,转子构造,3相转子环体相位设置示意图。
[0092]4.总装
[0093]图15实施例，相数=3，极对数=3，定子与转子装配图的剖面图。
[0094]以上虽然结合实施例与附图描述了本发明的【具体实施方式】，但是本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内作出各种变形或修改。
【权利要求】
1.一种环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机，由定子相环体与转子相环体、轴和轴承、散热风叶轮、外壳组成，其特征在于， 定子或转子相环体盒是用无磁钢材料制造，定子相环体盒分左、中、右3部分，转子相环体盒分左、右2部分； 定子相环体是将U型截面的铁心分为奇数与偶数2个圆周阵列，分别安装在左、中盒与中、右盒之内，铁心的U型槽口朝向气隙圆弧面，两个圆周阵列铁心U型槽中各贯穿一个相同的I / 2相绕组，两个I / 2相绕组串联成定子相绕组； 转子相环体是在左、右2部分环体盒内，安装一个圆周阵列E型截面铁心，E型槽口朝向气隙圆弧面，E型铁心有左、中、右3个磁极，左、右磁极连通，分2种情况: 作为永磁电机,转子相环体中，奇数铁心的左、中磁极之间嵌入永磁体，中、右磁极之间嵌入无磁钢结构体,偶数铁心的中、右磁极之间嵌入永磁体,左、中磁极之间嵌入无磁钢结构体，反之亦然；奇数与偶数铁心中的永磁体的极性方向相同； 作为磁阻永磁电机，设有由硅钢片和永磁材料叠层体制成的、形状相同、磁极充磁方向相反的2种中磁极:左向中磁极、右向中磁极；转子相环体奇数铁心中设置左向中磁极，与右磁极之间嵌入无磁钢结构体，偶数铁心中设置右向中磁极，与左磁极之间嵌入无磁钢结构体，反之亦然；奇数与偶数铁心中的磁阻永磁材料叠层体的极性方向相同； 定子与转子相环体隔气隙同轴心环套，沿轴向分段装配。
2.根据权利要求1所述的环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机，其特征在于， 在定子相环体的左、中、 右环体盒内，设置安装奇数与偶数圆周阵列铁心和两个I / 2相绕组及其定位环的凹凸型构造，以及3部分环体盒拼合连接孔和相绕组出线孔；3部分环体盒的拼合面设有绝缘隔离层，左、右环体盒环形外表面为散热器形状，3部分环体盒采用绝缘螺钉或螺栓拼合固定。
3.根据权利要求1所述的环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机，其特征在于， 相定子铁心由U型硅钢片的槽口边沿气隙定子侧圆弧面平行粘贴叠装，U型硅钢片平面垂直于电机旋转方向；组成一个铁心的U型硅钢片外形一致，U型槽深度依贯穿其中绕组的圆环形状，由铁心中部向两端，分2~3个阶段加深；U型硅钢片两侧边设有2个定位缺口，叠装后在铁心两侧形成2道弧形凹槽，与左盒与中盒或右盒与中盒内壁对应的两道凸起吻合；奇数与偶数铁心分为两个圆周阵列，分别安装在左、中盒或者右、中盒之内，奇数铁心的右磁极与偶数铁心的左磁极在气隙圆周面上的投影等间隔交错，定子相环体的3列铁心端面露出环体盒内圈。
4.根据权利要求1所述的环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机，其特征在于， 定子相环体内，2个1/2相绕组内圈设有由无磁钢材料制造的定位环。
5.根据权利要求1所述的环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机，其特征在于， 2部分对称的转子相环体盒内，设置安装一个圆周阵列E型铁心及其2道定位环的凹凸型构造，以及2部分环体盒拼合连接孔；2部分环体盒拼合面设有绝缘隔离层，环体盒环形外表面为散热器形状，两部分环体盒采用绝缘螺钉或螺栓拼合固定。
6.根据权利要求1所述的环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机，其特征在于， 转子相环体的铁心外形截面为E字型，对于永磁电机，铁心由4部分组成:连通的左-右磁极、中磁极、永磁体、无磁钢结构体；对于磁阻永磁电机,铁心由3部分组成:连通的左-右磁极、左向中磁极或右向中磁极、无磁钢结构体； 对于永磁电机，连通的左-右磁极、中磁极由对应硅钢片的槽口边，沿气隙转子侧圆弧面平行粘贴叠装制成，硅钢片平面垂直于电机旋转方向；连通的左-右磁极硅钢片两侧边设有2个定位缺口，叠装后在铁心两侧形成2道弧形凹槽，与2部分环体盒内壁对应的两道凸起吻合； 对于磁阻永磁电机，左向中磁极或右向中磁极由娃钢片叠层与永磁材料层沿气隙转子侧圆弧面平行交替粘贴、叠装制成，硅钢片和永磁材料叠层体的平面垂直于电机旋转方向； 贯穿转子铁心E型截面2个凹槽处，设有由无磁钢材料制造的定位环； 转子相环体的3列铁心端面露出环体盒外圈。
7.根据权利要求1所述的环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机，其特征在于， 当设定定子或转子各相环体的铁心轴向对齐，则转子或定子各相环体铁心绕轴心线相互错开的空间角度等于360°除以相数与极对数的乘积。
8.根据权利要求1所述的环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机，其特征在于， 定子与转子的相对位置以及定子与转子相环体的结构形式可以互换。
9.根据权利要求1所述的环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机，其特征在于， 在转子相环体间隔处的转轴上设置散热风叶轮。
【文档编号】H02K1/12GK103795158SQ201410066561
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2013年6月6日
【发明者】王新 申请人:王新