轴向磁通电机的制造的制作方法

本发明涉及轴向磁通永磁电机的制造方法。

背景技术：

1、本文中，轴向磁通永磁电机可以为电动机或发电机。一般情况下，此类电机具有绕轴线设置的盘状或环状转子和定子结构。定子包括一组线圈，每一线圈均与轴线平行。转子上设置一组永磁体，并安装于轴承上，以使得其能够在定子线圈的磁场驱动下绕轴线转动。

2、图1a所示为一种定子s两侧设有一对转子r1，r2的例示轴向磁通电机的一般构造，该构造还可简化为省略其中的一个转子。转子与定子之间设有气隙g，而且在轴向磁通电机中，通过气隙的磁通方向基本上为轴向。在这一结构基础上扩展出的另一构造(未图示)设有三个定子和两个转子。图1b所示为设有单个转子(该转子可具有分别暴露于两侧的永磁体面)和两个定子的例示构造，所述两个定子分别位于转子两侧。除此之外，还存在其他构造形式。

3、此外，例如，根据转子南北极设置方式的不同，还存在各种不同的轴向磁通永磁电机构造。图1b所示为torus-ns型电机、torus-nn型电机(由于nn型磁极设置方式要求磁通沿磁轭的厚度方向流过，因此torus-nn型电机的磁轭较厚)以及yasa(无轭分段电枢)型拓扑结构的基本构造。yasa型拓扑结构的分图为两个线圈的截面，其中，交叉阴影区域为各个线圈周围的绕组。其中，当省去定子磁轭时，能够显著减小重量及铁耗，但也有缺点。其中的一项缺点为，定子损失了所省铁质本来应该提供的结构强度，与此相对，yasa型拓扑结构因较为紧凑且可能会导致非常大的应力而可能会需要更大强度。另一项缺点为，失去了供热量从定子线圈逸出的路径，从而可能需要在电机中进行冷却剂的环流。

4、在此类电机中，需要最大程度减少热量的过度产生。更具体而言，从图1b可以看出，为了实现高效运行，即为了最大程度减小高磁阻气隙引起的损耗，应该尽可能减小转子与定子之间的间隙。然而，如此会导致热量难以从该区域散去的问题。该问题对于yasa型拓扑结构尤为严重。此外，一般还需要实现更为紧凑的设计，并需要提高电力效率。背景现有技术见ep2760112a、jph04169205a及jp2003303728a的描述。

技术实现思路

1、解决上述冷却问题的一种方法为减少转子与定子之间区域产生的热量。这一点可通过减小每一永磁体内的涡流的方式实现，所述永磁体一般由导电的铁等金属、铁基材料或合金制成。

2、由于永磁体内的磁通一般沿轴向，因此涡流倾向于在与轴向垂直的平面内环流。相应地，可以通过在永磁体内切出非导电通槽，即沿处于轴向的厚度方向贯通磁体的开槽的方式，减小涡流。此类通槽应该起到抑制涡流在面向定子的磁体平面中环流的作用。然而，由于电动机内的永磁体众多，因此还存在如何快速且高效地切出一组能够有效减小涡流的通槽的问题。

3、因此，在第一方面，描述一种制造永磁体，尤其轴向磁通永磁电机的永磁体的方法。

4、所述轴向磁通永磁电机可包括定子，该定子包括一组线圈，该组线圈例如分别绕于相应的定子齿上，且绕电机轴线周向间隔设置。在一些拓扑结构(如yasa型拓扑结构)中，所述定子齿的形式为定子线棒。所述轴向磁通永磁电机可进一步包括以用于绕所述电机轴线旋转的方式安装的转子。该转子上设有绕所述电机轴线周向间隔设置的一组永磁体，该组永磁体例如设于环状背板上。每一永磁体沿与所述电机轴线垂直的平面延伸，并具有面向所述定子的第一面，以及面向所述背板的相对第二面。所述转子和定子沿所述电机轴线彼此间隔，以形成间隙，在该间隙内，所述电机的磁通总体沿轴向。

5、针对每一(永)磁体，该方法可包括：将该磁体安装于磁体固定件中，该磁体固定件处于与用于沿切割线阵列切割的切割机相对的切割位置。该方法可进一步包括：使该磁体与所述切割线阵列彼此相对移动，以在该永磁体内同时形成相应的切口阵列。每一切口延伸通过该永磁体自所述第一面至所述第二面的一定厚度。

6、该方法的各种实现形式有利于快速制造轴向磁通永磁电机的多个永磁体。此外，该方法可促进其他技术难以实现的多条精微密布切口的制造，从而与某些其他方法相比，其所制造的结构更为接近叠层结构。

7、虽然并非必要步骤，但是在该方法的实现形式中，为了便于处理，所述电机的永磁体通过在磁化之前进行切割的方式制造。相应地，该方法可包括：在切割之后，将所述永磁体磁化。这一步骤可包括：将所述磁体安装于所述转子上；然后，将所述磁体原位磁化。

8、因此，“永磁体”应理解为在纳入所述轴向磁通永磁电机内时为永磁体但在形成切口时不一定为永磁体的磁体。相应地，在本文中，永磁体可以为或包括永磁体的前体。

9、在本文所述方法以及相应电机中，由所述切割线阵列切割形成的永磁体为实心永磁体。此类实心磁体一般以烧结工艺制成，起始材料为所谓的生坯。该生坯物理质地柔软且由粉末形成，并随后烧制为实心硬质材料。通过这种方式制成的磁体包括基于稀土过渡金属的金属间化合物(包括ndfeb和smco)磁体以及基于六角晶系铁氧体的磁体。虽然生坯的切割难度要低得多，但是在烧制过程中，生坯的形状可能会发生轻微变化。为了实现在上述轴向磁通永磁电机中的使用，一种有利做法为，使永磁体具有确切的形状。这是因为，该做法有助于减小公差，进而能够使得电机更为有效，而且效率更高。因此，在上述方法中，由切割线阵列对实心永磁体进行切割，而非对生坯进行切割。如上所述，在该方法的实施方式中，所述实心永磁体在切割时尚未磁化。

10、所述切割线阵列中的切割线可沿切割线轴线所在的方向延伸。在该方法的实施方式中，将所述永磁体安装于所述磁体固定件中可包括：以使所述切割线轴线垂直于所述第一面和第二面所在平面的方式安装所述永磁体。例如，每一所述永磁体可包括成形的磁性材料板。该板可竖直安装，而且所述切割线可自上而下移动。所述永磁体可由铁、铁基材料或合金制成，和/或可包括钕等其他磁性材料。

11、如上所述，所述永磁体可绕所述转子(尤其该转子的背板)限定出的环形匹配装入。在各实施方式中，每一永磁体具有供匹配装入所述环形的一个扇区内的形状，但是此处所谓的匹配装入可并非为确切的匹配装入。此外，在一些实施方式中，各磁体的形状可彼此略有不同。每一永磁体可具有径向(即以所述电机轴线为起点的径向)限定的一对侧缘，并且可具有与所述环形的内缘和外缘相匹配的内缘和外缘。因此，在某些情况下，永磁体可描述为形状为环形的一个扇形部分(近似于截头三角形)的磁性材料板。

12、沿每一切口的长度方向，各切口之间的距离可保持不变。在一些实施方式中，各切割线彼此相隔相同的距离，即等间距设置。在一些其他实施方式中，各切割线彼此相隔不同的距离。例如，各切割线可按照离外缘越近(每单位长度的)切口密度越大且离内缘越近切口密度越小的方式设置。也就是说，离电机轴线的径向距离越远，切口可间隔得越为紧密。其原因在于，由于离电机轴线的径向距离越大，涡流损耗可能越大，因此这一做法能够更佳地减小损耗。

13、在一些实施方式中，使所述永磁体相对于所述切割线阵列移动包括：使所述永磁体和所述切割线阵列当中的至少一者沿第一方向朝另一者平移。这一运动自由度可以为仅有的运动自由度。

14、在一些实施方式中，该方法可包括：形成起自其中一个所述侧缘以及起自所述外缘一部分的单个切口阵列(如直线切口阵列)。各切口可几乎延伸至另一侧缘，并沿该另一侧缘保留一窄条的永磁体，以在一端连接各切口所分割出的单元，从而实现结构完整性。通过使切口不但起自其中一个所述侧缘，而且起自所述外缘的一部分，有助于将更大面积的永磁体分割成相互分隔的单元，以免留下较大的未分割区域，从而有利于提高涡流减小效果。

15、在本文所述的方法中，各切口分割成的单元类似于叠片，并且可称之为叠片。

16、在一些实施方式中，该方法可包括在所述永磁体内形成起自其中一个所述侧缘的第一切口阵列(如直线切口阵列)，并在该永磁体内形成起自另一侧缘的第二切口阵列(如直线切口阵列)，该形成方式使得所述第一和第二切口阵列内的切口彼此不相交。通过这种方式形成的切口可构成“鱼骨”图案，即各切口可以以延长线彼此相交的方式对齐。在该情形中，中央的一条永磁体可将各切口形成的单元连于一起。或者，各切口也可例如使切口分割出的单元形成之字形图案的方式彼此交错。

17、在一些实施方式中，使所述永磁体相对于所述切割线阵列移动可包括：使所述永磁体和所述切割线阵列当中的至少一者沿与所述第一方向和所述切割线轴线均垂直的第二方向平移。此类方法涉及两个自由度。因此，该方法可使得永磁体和所述切割线阵列沿两个方面同时相对于彼此进行平移，以形成弯曲切口。

18、相应地，该方法的一些实施方式包括：形成起自其中一个所述侧缘的单个弯曲切口阵列。由于切割线间距可保持恒定，因此在垂直于所述切割线轴线的方向上，各切口可沿每一切口的长度，彼此保持恒定的距离。然而，沿切口长度，相邻切口之间的径向距离可以变化，以下将对此进行进一步详细说明。在通过该方法形成的弧形叠片极薄的情形中，这一做法可对分割单元(叠片)的薄度进行限制。

19、与上述类似，各切口可几乎延伸至另一侧缘，并保留一窄条的永磁体，以在一端连接各分割单元，从而实现结构完整性。在此类方法中，每一切口可具有相同的弯曲半径。然而，每一切口形成的弯曲可以为圆弧，而且可具有不同的原点，也就是说，各圆弧对应的圆可具有不同的圆心。形成弯曲切口的一项优点在于，针对上述永磁体(即轴向磁通永磁电机中的永磁体)的形状，可使得切口能够分割更大的面积，从而有利于提高涡流减小效果。

20、在一些实施方式中，使所述永磁体相对于所述切割线阵列移动包括：使所述永磁体和所述切割线阵列当中的至少一者绕切割轴线朝另一者转动。所述切割轴线可平行于所述切割线轴线。

21、相应地，该方法可包括：形成起自其中一个所述侧缘的第一弯曲切口阵列。同样地，沿每一切口的长度，所述第一弯曲切口阵列中的弯曲切口彼此之间可保持恒定的距离。除此之外，当切割过程中的切割线间距保持不变时，沿切口的长度，相邻切口之间的径向距离也保持不变。与上述相同，各切口可几乎延伸至另一侧缘，并保留一窄条的永磁体，以在一端连接各分割单元，从而实现结构完整性。在此类方法中，每一切口为圆弧，且各圆弧对应的圆具有相同的圆心(共同原点)。这一方法除了实现弯曲切口的上述优点之外，还可能会简化机械结构，并有可能能够形成更为密布的切口。

22、在一些实施方式中，该方法包括：形成起自另一侧缘的第二弯曲切口阵列。与所述第一弯曲切口阵列中的弯曲切口类似，该第二弯曲切口阵列中的弯曲切口可沿每一切口的长度，彼此之间具有恒定的径向距离。

23、所述第一和第二弯曲切口阵列中的各切口可以彼此不相交的方式形成。例如，与以上针对直线切口描述的方式一致，各切口可形成“鱼骨”图案，也就是说，各切口可以以延长线彼此相交的方式对齐。或者，所述第一和第二弯曲切口阵列中的各切口可以以起自一个侧缘的切口延伸于起自另一侧缘的切口之间的方式交错，以例如使得各切口分割出的单元(叠片)形成之字形图案。这一做法可通过采用上述旋转运动方式而得到促进。

24、该方法的一些实施方式包括：以环氧树脂等非磁性材料填充各切口，以提高结构稳定性。然而，这一步骤并非必须步骤，而且结构稳定性可通过将所述永磁体安装于所述转子上(例如，通过将所述永磁体附于所述转子背板上)的方式实现。

25、在一些实施方式中，可同时在多个永磁体内形成切口。相应地，该方法可包括：将多个永磁体安装于所述磁体固定件内，以使得所述切割线阵列横跨所述多个永磁体；以及使所述多个永磁体以及所述切割线阵列彼此相对移动，以同时在所述多个永磁体当中的每一永磁体内形成切口阵列。

26、在一些实施方式中，所述切割机为设有切割丝阵列的线切割机，而且上述切割线由该切割机内的所述切割丝限定。

27、在一些实施方式中，所述线切割机例如为多线锯机。在此类机器中，所述切割丝可较细，从而可使得所形成的切口较窄。如此，有利于形成多条密布的切口，进而有利于提高涡流损耗减小效果。

28、在一些实施方式中，所述线切割机为通过电火花腐蚀的方式形成所述切口的电火花加工(edm)机。

29、在一些实施方式中，所述切割机为激光切割机，而且上述切割线由激光束限定。

30、在一些实施方式中，所述切割机为水射流切割机，而且上述切割线由水射流限定。该水射流可含有磨料，但并不一定含有磨料。

31、此外，还提供一种制造轴向磁通永磁电机的方法，制造方式为先制造该电机的上述永磁体，然后利用所述永磁体制造所述电机。

32、在另一方面中，描述一种轴向磁通永磁电机，包括：定子，该定子包括一组线圈，该组线圈例如分别绕于相应的定子线棒上，且绕电机轴线周向间隔设置；以及以用于绕所述电机轴线旋转的方式安装的转子。该转子具有绕所述电机轴线周向间隔设置的一组永磁体。每一永磁体可沿与所述电机轴线垂直的平面延伸，并且可具有面向所述定子的第一面以及相对的第二面。所述转子和所述定子沿所述电机轴线彼此间隔，以形成间隙，在该间隙内，所述电机的磁通总体沿轴向。所述永磁体可绕所述转子限定出的环形匹配装入。每一永磁体可具有供匹配装入所述环形的一个扇区内的形状，该形状具有径向限定的一对侧缘以及与所述环形的内缘和外缘相匹配的内缘和外缘。每一所述永磁体具有切口阵列。每一切口可延伸通过该永磁体自所述第一面至所述第二面的一定厚度。

33、在一种实施方式中，单个切口阵列(如直线切口阵列)自其中一个所述侧缘且自所述外缘的一部分向内延伸，并尤其沿另一侧缘保留用于连接切割单元的桥接件。

34、在一种实施方式中，第一切口阵列(如直线切口阵列)自其中一个所述侧缘向内延伸，第二切口阵列(如直线切口阵列)自另一侧缘向内延伸，以使得所述第一和第二切口阵列中的切口彼此不相交。所述第一和第二切口阵列中的切口可以以延长线彼此相交的方式对齐，从而例如使得一个阵列中的每一切口与另一阵列中的相应切口处于同一直线上。或者，所述第一和第二切口阵列中的切口可彼此交错。

35、在一种实施方式中，单个弯曲切口阵列自其中一个所述侧缘向内延伸。然而，如上所述，在一些方法中，相邻切口之间的径向距离沿切口长度变化，而在其他方法中，沿每一切口的长度，各弯曲切口彼此之间可保持恒定的距离。在每一类方法中，可沿另一侧缘保留桥接件，以使切割单元之间保持连接。

36、在一种实施方式中，第一弯曲切口阵列自其中一个所述侧缘向内延伸，第二弯曲切口阵列自另一侧缘向内延伸。取决于每一弯曲切口阵列内弯曲切口的形成方式，沿每一切口的长度，各弯曲切口彼此之间可保持恒定的距离，或者这一距离可以变化。所述第一和第二弯曲切口阵列内的切口彼此不相交。如上所述，所述切口可形成“鱼骨”图案，即各切口的延长线彼此相交。或者，切口可以彼此交错的方式布置，即起自一个侧缘的切口延伸于起自另一侧缘的切口之间。

37、所述轴向磁通永磁电机可以为电动机或发电机。在各实施方式中，该电机具有无轭分段电枢(yasa)型拓扑结构。