专利名称：一种基于Halbach结构的无铁心轴向磁场无刷直流电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动机技术领域,具体涉及一种基于Halbach结构的无铁心轴向磁场无刷直流电动机。
背景技术：
环境污染和能源短缺是当今世界的重要问题，事关人类生存环境的改善。伴随着汽车社会的急速发展，城市范围内的大气污染问题以及全球范围内的二氧化碳排放等环境问题以及全球范围内的二氧化碳排放等环境问题已经引起人们的广泛关注。为了解决上述 问题，研究开发节能、环保和安全的汽车是实现可持续发展的必由之路。其中，电动汽车以其低公害性、高燃油经济性、高效化以及对于行驶的灵活性等方面的优势备受重视。在电动汽车领域中，采用轮毂电机直接驱动系统结构型式日益成为发展方向，轮毂电机逐步成为电动汽车领域的研究热点。与传统的单电机集中驱动的电动汽车结构不同，直接驱动就是将电动机直接安装在车轮内，每个轮内装有一个电机，称为轮毂电机，直接驱动车轮带动汽车行驶。这种结构的主要优点是取消了齿轮箱和机械差动器，减小了驱动链的组件，因而减小了整个驱动链的重量，提高整个系统的可靠性和效率。然而，由于取消了齿轮，驱动轮轴的转矩都要由电动机来产生，电机的体积和重量会增加。因此直驱系统主要的挑战是要使安装在轮内的轮毂电机的体积和重量尽量的小，应在电机的体积、重量和功率之间进行平衡。鉴于轮毂电机本身的特点与要求，轴向磁场无铁心永磁同步电动机是一个很好的选择。现有技术中也有轴向磁场无铁心永磁同步电动机，其能够减小电机质量，消除齿槽转矩和铁心损耗，但是其定子采用无铁心以后，由于有效气隙变大，气隙磁密不高，从而引起电机的转矩密度比较低。为了提高气隙磁密，采用Halbach型阵列永磁体的永磁电机正在逐渐被应用。现有的基于Halbach结构的轴向磁场无铁心永磁电机，为了获得正弦分布的气隙磁密，Halbach阵列永磁体充磁方向必须多样，这样势必提高了永磁体的制造成本，从而增加整个电机的成本，降低了性价比。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种永磁体用量少、成本低、重量轻、无铁耗、效率高，且气隙磁密大大增加、波形正弦分布的Halbach磁体结构的轴向磁场无铁心永磁无刷直流电动机。本发明采用的技术方案为一种基于Halbach结构的无铁心轴向磁场无刷直流电动机，包括定子无铁心电枢盘、永磁体、转子盘、轴、轴承和转子外壳；
所述定子无铁心电枢盘的两侧设有两个对称转子盘，定子无铁心电枢盘和转子盘安装在轴上，轴通过轴承安装在转子外壳内，所述转子盘上粘贴有永磁体，永磁体粘贴在转子外壳的内表面；所述永磁体采用轴向充磁与切向充磁的Halbach磁体结构,可自行形成闭合磁路,省去了转子背铁，减轻转子重量，所述切向充磁的永磁体中间放置软磁材料，在保证能产生正弦分布的气隙磁密，不减弱气隙磁密的前提下，可减少永磁体用量，降低电机制造成本，每一个转子盘上每一磁极由四部分构成轴向充磁的永磁体，软磁材料和两块切向充磁的永磁体。作为优选，所述定子无铁心电枢盘采用非重叠集中绕组型式，绕组端接部分更短，用量少，铜耗少，而且该种绕组型式构造 简单，加工方便。作为优选，所述转子外壳由高机械强度的非磁性材料所构成。作为优选，所述永磁体选用高磁能积的钕铁硼材料。本发明定子采用无铁心结构，可消除齿槽转矩和铁心损耗，消除定转子之间的轴向磁力，装配方便。通过选择合适的转子永磁材料、软磁材料尺寸以及合适的安放位置，可产生正弦分布的磁场波形，削弱谐波分量。本发明提出的一种Halbach磁体结构的轴向磁场无铁心无刷直流电动机,该电机是对现有Halbach结构永磁电机的改进，Halbach永磁体阵列仅采用轴向充磁和切向充磁两个方向的磁体，在两块切向充磁的磁体中间加入软磁材料，在保证气隙磁密大小一定的基础上，减少永磁体用量，降低电机造价，减轻转子重量，从而提高电机的转矩密度。通过选择合适的永磁材料、软磁材料尺寸及它们的安放位置，还可提高气隙磁密的正弦性，削弱谐波分量。本发明的有益效果I)定子盘采用无铁心结构，消除了齿槽转矩与铁心损耗，提高了电机效率，减轻了电机质量；2)磁钢盘采用轴向与切向相结合的Halbach永磁体阵列，省去了转子背铁，减轻了转子质量，也提高了气隙磁密，从而提高了电机输出转矩，转矩密度增大；3)在相邻两块切向充磁的永磁体中间嵌入软磁材料，减少了高价格的钕铁硼永磁体用量，降低了电机成本；4)通过合理安排永磁材料与软磁材料尺寸以及其位置，在不增加永磁材料用量的基础上，可以很容易地获得正弦分布的气隙磁密，削弱谐波，减小转矩波动。
图I是本发明的电机实施例的结构示意 图2是图I的剖视 图3是本发明平均半径处电机内部结构的展开图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。如图I和2所不,一种基于Halbach结构的无铁心轴向磁场无刷直流电动机,包括定子无铁心电枢盘I、永磁体2、转子盘3、轴5、轴承4和转子外壳6 ;所述定子无铁心电枢盘I的两侧设有两个对称转子盘3，定子无铁心电枢盘I和转子盘3安装在轴5上，轴5通过轴承4安装在转子外壳6内，所述转子盘3上粘贴有永磁体2，永磁体2粘贴在转子外壳6的内表面；所述永磁体2采用轴向充磁7与切向充磁8的Halbach磁体结构，自行形成闭合磁路，切向充磁8的永磁体2中间放置软磁材料9。如图3所不,每一个转子盘3上每一磁极由四部分构成一块轴向充磁7的永磁体,两块90度切向充磁8的永磁体及一块软磁材料9。在同一转子盘上,轴向充磁的永磁体7N、S相隔,磁通沿轴向，由一磁钢盘上的轴向充磁N极永磁体7—气隙一定子无铁心电枢盘I一另一磁钢盘上轴向充磁N极永磁体一切向充磁永磁体、软磁材料一轴向充磁S极永磁体一气隙一轴向充磁S极永磁体一切向充磁永磁体、软磁材料一轴向充磁N极永磁体，如此形成一个闭合回路,无需转子背铁构成闭合磁路。所述定子无铁心电枢盘I采用非重叠集中绕组型式，直接由非重叠集中绕组直接注塑而成，该绕组型式具有端接部分短、加工方便的优点，定子上A、B、C三相绕组对称放置，设有引出线，用以施加三相交流电。所述转子外壳6由高机械强度的非磁性材料所构成，所述永磁体2选用高磁能积的钕铁硼材料。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说 ，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
权利要求
1.一种基于Halbach结构的无铁心轴向磁场无刷直流电动机,其特征在于包括定子无铁心电枢盘、永磁体、转子盘、轴、轴承和转子外壳； 所述定子无铁心电枢盘的两侧设有两个对称转子盘，定子无铁心电枢盘和转子盘安装在轴上，轴通过轴承安装在转子外壳内，所述转子盘上粘贴有永磁体，永磁体粘贴在转子外壳的内表面； 所述永磁体采用轴向充磁与切向充磁的Halbach磁体结构，自行形成闭合磁路,所述切向充磁的永磁体中间放置软磁材料，每一个转子盘上每一磁极由四部分构成轴向充磁的永磁体，软磁材料和两块切向充磁的永磁体。
2.根据权利要求I所述的一种基于Halbach结构的无铁心轴向磁场无刷直流电动机，其特征在于所述定子无铁心电枢盘采用非重叠集中绕组型式。
3.根据权利要求I所述的一种基于Halbach结构的无铁心轴向磁场无刷直流电动机，其特征在于所述转子外壳由高机械强度的非磁性材料所构成。
4.根据权利要求I所述的一种基于Halbach结构的无铁心轴向磁场无刷直流电动机，其特征在于所述永磁体选用高磁能积的钕铁硼材料。
全文摘要
本发明公开了一种基于Halbach结构的无铁心轴向磁场无刷直流电动机，包括定子无铁心电枢盘、永磁体、转子盘、轴、轴承和转子外壳；所述定子无铁心电枢盘的两侧设有两个对称转子盘，定子无铁心电枢盘和转子盘安装在轴上，轴通过轴承安装在转子外壳内，所述转子盘上粘贴有永磁体，永磁体粘贴在转子外壳的内表面；所述永磁体采用轴向充磁与切向充磁的Halbach磁体结构，自行形成闭合磁路，所述切向充磁的永磁体中间放置软磁材料。本发明在不使用更多永磁体的基础上，可获得较大气隙磁密，磁密呈正弦分布，输出转矩高、转矩密度大，效率高、结构简单、装配容易，适用于电动汽车轮毂电机等结构紧凑的相关驱动场合。
文档编号H02K1/12GK102904404SQ201210286829
公开日2013年1月30日 申请日期2012年8月13日 优先权日2012年8月13日
发明者黄允凯, 曹永娟, 金龙 申请人:东南大学