一种气隙可调的轴向磁场电机的制作方法

本发明涉及电机相关技术领域，尤其涉及一种气隙可调的轴向磁场电机。

背景技术：

轴向磁场永磁电机是一种轴向尺寸短、功率密度高且易于组装的新型电机，已被应用于电动汽车、移动发电机组、船舶推进系统等领域。常用的轴向磁场电机有多种形式的结构，其中单转子单定子结构的轴向电机由于制作装配相对简易，价格低廉，更具有推广性。采取带铁芯的定子结构，定子形式基本固定，转子与定子气隙固定，现有的轴向电机控制技术下，电机在高速时弱磁困难。轴向电机磁钢的气隙面常出现不平整的情况，造成气隙厚度不均匀，加上其特殊的结构和磁场，高速运行过程中会存在大量谐波，使永磁体磁场发生畸变，电机的振动、噪声、涡流损耗都会相应增加。因此，轴向磁场电机不做特殊设计不适用于高速化。轴向磁场电机高速化需要解决高速时弱磁困难、涡流损耗大、振动、噪音大等问题。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提供一种气隙可调的轴向磁场电机，至少用于解决现有技术电机气隙不可调使其性能差运行不稳定的技术问题，具体地：

本发明提供一种气隙可调的轴向磁场电机，包括：

壳体；

定子组件，构造为圆环状结构，固定设置在所述壳体内；

主轴，穿设在所述壳体上，并通过轴承与所述壳体可转动连接；

连接器，构造为圆环状结构，套装到所述主轴上，所述连接器和所述主轴之间能够传递扭矩，并且所述连接器能够沿所述主轴的轴向滑动；

转子组件，构造为圆环状结构，与所述连接器固定连接，使所述转子组件能够与所述连接器同步转动；

调节结构，与所述连接器可转动连接，用于在所述主轴的轴向上调节所述连接器的位置，以调节所述转子组件和所述定子组件之间的气隙大小。

进一步可选地，所述连接器的外周壁包括在轴向上分部的：

第一连接部，所述转子组件套装到所述第一连接部上，并与所述第一连接部固定连接；

第二连接部，所述第二连接部与所述调节结构可转动连接；

所述第一连接部和所述第二连接部之间形成限位结构。

进一步可选地，所述连接器的内侧构成连接孔，所述连接孔为非圆形通孔，所述主轴上与所述连接器连接部分的侧壁与所述连接孔形状相同，使所述连接器和所述主轴之间可以传递扭矩，或者，

所述连接器的内侧构成连接孔，所述连接孔与所述主轴通过键连接结构进行连接。

进一步可选地，所述调节结构构造为环状结构，其径向内侧设置有轴承，

所述轴承的外圈与所述调节结构固定连接，所述轴承的内圈与所述连接器的第二连接部固定连接，

所述调节结构上设置有操作部，所述操作部的一部分伸出到所述壳体外侧，用于控制所述连接器在所述主轴的周向上移动。

进一步可选地，所述壳体的径向侧壁上开设调节孔，所述调节孔沿所述壳体的轴向延伸，

所述操作部沿着所述调节结构的径向设置，并从所述调节孔伸出到所述壳体外部，所述调节结构能够在所述调节孔内滑动。

进一步可选地，所述转子组件包括转子盘、磁钢和卡箍，

所述卡箍内设置有卡槽，所述磁钢能够从所述卡箍轴向上的第一端装入到所述卡槽内，

所述转子盘连接在所述卡箍的第一端，用于将所述磁钢固定在所述卡槽内。

进一步可选地，所述卡箍包括同轴设置的卡箍内圈和卡箍外圈，所述卡箍内圈和卡箍外圈之间沿周向分布地设置有多个连接板，所述连接板同时与所述卡箍内圈和所述卡箍外圈连接，

相邻的两个所述连接板以及所述卡箍内圈和卡箍外圈围成所述卡槽。

进一步可选地，所述连接板的两个侧壁构造为向不同方向倾斜的两个斜面，使所述卡槽构造为沿着所述卡箍的轴向，从所述卡箍的第一端向第二端尺寸逐渐缩小的结构。

进一步可选地，所述磁钢至少与所述连接板接触的面构造为斜面。

进一步可选地，所述卡槽构造为扇形结构，

所述扇形结构包括两个相互平行的圆弧段和设置在两个圆弧段之间的直线段，两个所述直线段的长度不同，使两个所述直线段的延长线交点与所述圆弧段的圆心不重合。

进一步可选地，所述磁钢包括多个磁钢块，多个所述磁钢块在所述卡箍的径向上相互独立设置。

进一步可选地，所述磁钢包括从所述卡箍的径向外侧向内侧依次设置的第一磁钢块、第二磁钢块和第三磁钢块，

所述第一磁钢块和所述第二磁钢块之间的间隙为t1，所述第二磁钢块和所述第三磁钢块之间的间隙为t2，t2＜t1。

本发明转子组件通过连接器与主轴连接，连接器和主轴通过连接件结构进行连接，使连接器能够在主轴上沿轴向滑动，又设置调节结构，通过调节结构对连接器进行控制，使连接器在主轴上的位置发生改变，从而改变转子组件与定子组件之间的气隙，从而使气隙能够适应电机的不同转速，特别是可以通过调大转子组件与定子组件间隙，减少气隙磁密大小，从而电机可以在更高转速工况运行，提高电机的性能。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明实施例气隙可调的轴向磁场电机的爆炸结构示意图；

图2示出本发明实施例气隙可调的轴向磁场电机装配状态截面示意图；

图3示出本发明实施例调节结构示意图；

图4示出本发明实施例转子组件爆炸状态示意图；

图5示出本发明实施例卡箍与磁钢装配状态示意图。

图中：

11、前盖；12、后盖；20、定子组件；21、定子铁芯；22、线圈；23、铁芯套；24、固化胶；30、转子组件；31、卡箍；311、卡箍外圈；312、卡箍内圈；313、连接板；32、磁钢；321、第一磁钢块；322、第二磁钢块；323、第三磁钢块；40、连接器；41、键槽；50、主轴；51、连接键；60、调节结构；61、操作部；62、轴承。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

本发明转子组件通过连接器与主轴连接，连接器和主轴通过连接件结构进行连接，使连接器能够在主轴上沿轴向滑动，又设置调节结构，通过调节结构对连接器进行控制，使连接器在主轴上的位置发生改变，从而改变转子组件与定子组件之间的气隙，从而使气隙能够适应电机的不同转速，提高电机的性能。以下结合具体实施方式对本发明进行介绍。

如图1、图2所示，本发明提供一种气隙可调的轴向磁场电机，包括：

壳体，包括前盖11和后盖12，前盖11和后盖12，前盖11和后盖12盖合到一起在两者之间形成容纳腔；

定子组件20，构造为圆环状结构，固定设置在壳体内，具体为固定设置在后盖12内；

主轴50，穿设在壳体上，前盖11和后盖12上都设置有安装孔，两个安装孔的轴线共线，并且两个安装孔内都设置有用于主轴50安装的轴承，主轴50通过轴承与壳体转动连接，即主轴50同时与前盖11和后盖12转动连接；

连接器40，构造为圆环结构，套装在主轴50上，连接器40能够与主轴50传递扭矩，使主轴50和连接器40同步转动，并且，连接器40还能够在主轴50上沿主轴50的轴向滑动。

转子组件30，构造为圆环状结构，套装到连接器40上，其内周壁与连接器40固定连接，使转子组件30能够与连接器40同步转动；

调节结构60，与连接器40连接转动连接，用于在主轴50的轴向上调节连接器40的位置，以调节转子组件30和定子组件20之间的气隙大小。

调节结构60和连接器40的设置使转子组件30和定子组件20之间的气隙可调，从而使气隙能够适应电机的不同转速，提高电机的性能。

定子组件20包括定子铁芯21、线圈22、铁芯套23，定子铁芯21构造为圆环结构，在其轴向的一个端面上，沿其径向开设有多个线圈槽，多个线圈槽沿定子铁芯21的周向均匀分部，线圈22嵌入到线圈槽内形成铁芯组件。铁芯套23套装到铁芯组件上，优选地，在定子铁芯21和铁芯套23之间设置固化胶24，将定子铁芯21和铁芯套23固定到一起形成定子组件20。定子组件20嵌入到后盖12内，优选地，铁芯套23与后盖12采用过盈配合的方式固定连接到一起。

主轴50两端分别从前盖11和后盖12上的安装孔穿出，并通过轴承转动连接到前盖11和后盖12上。主轴50上靠近前盖11的位置设置有连接键51，使其可以通过连接键51传递扭矩。

连接器40的外周壁包括在其轴向上分布的：第一连接部和第二连接部，第一连接部用于与转子组件30固定连接，第二连接部用于与调节结构60可转动连接，优选通过轴承连接。优选地，在第一连接部和第二连接部之间形成限位结构，对转子组件30和/或调节结构60的安装进行限位，限位结构例如可以设置沿周向设置的环形凸起结构，或者，还可以使第一连接部和第二连接部之间形成阶梯结构，在本实施例中，第二连接部外径大于第一连接部外径，在第一连接部和第二连接部之间形成阶梯结构，阶梯结构构成限位结构，对转子组件30进行限位。

连接器40的内侧构成连接孔，连接孔优选为非圆形孔，例如为方形孔，多边形孔，优选为正多边形孔，相对应地，主轴50上与连接孔连接的部分外壁形状与连接孔形状相同，使连接器40和主轴50之间可以传递扭矩。

优选地，连接孔和主轴50之间通过键连接结构进行连接，通过键连接结构传递扭矩，使连接器40和主轴50能够同步转动，并且连接器40能够沿着主轴50的轴向移动，键连接结构对连接器40移动进行导向。例如，连接孔的内壁上设置有与主轴50上的连接键51配合的键槽41，从而实现与主轴50通过键连接结构进行连接，优选地，在其他实施方式中，还可以在主轴50上设置键槽，在连接孔内设置连接键，进一步地，主轴50和连接孔之间设置花键结构，使其传递扭矩的能力更强，可靠性更好。

如图3所示，调节结构60构造为环状结构，其径向内侧设置有轴承62，轴承62的外圈与调节结构60固定连接，轴承62的内圈与连接器40的第二连接部固定连接，调节结构60通过轴承62与连接器40的第二连接部转动连接，使连接器40可以相对调节结构60转动。并且通过调节结构60对连接器40施加轴向力的时候，连接器40能够随着调节结构60沿主轴50的轴向移动，移动过程中主轴50和连接器40上的键连接结构对连接器40进行导向和限位，使连接器40沿着主轴50的轴向移动，但是不能相对主轴50发生转动。

调节结构60上设置有操作部61，操作部61的一部分伸出到壳体外侧，用于控制连接器40在主轴50的周向上移动。优选地，操作部61构造为设置在调节结构60上的细长结构，优选设置在调节结构60的径向侧壁上，例如可以沿调节结构60的径向延伸，并从壳体的侧部伸出，优选可以同时设置多个操作部61，例如设置两个，以方便对调节结构60进行操作。

优选地，在本实施例中，操作部61可通过手动调节，或者，可以设置驱动机构来控制操作部61的移动。

壳体的径向侧壁上开设调节孔，调节孔沿壳体的轴向延伸，具体地，调节孔设置在前盖11的侧壁上，调节结构60能够在调节孔内滑动。

优选地，操作部61还可以设置在调节结构60的轴向端面上，具体设置在靠近前盖11的端面上，并从前盖11的端面伸出。

如图4、图5所示，转子组件30包括转子盘、磁钢32和卡箍31，卡箍31内设置有卡槽，磁钢32能够从卡箍31轴向上的第一端装入到卡槽内，转子盘连接在卡箍31的第一端，用于将磁钢32固定在卡槽内。

优选地，卡箍31包括同轴设置的卡箍内圈312和卡箍外圈311，卡箍内圈312与连接器40的第一连接部过盈配合。卡箍内圈312和卡箍外圈311之间沿周向分布地设置有多个连接板313，连接板313同时与卡箍内圈312和卡箍外圈311连接，连接板313的两端分别与卡箍内圈312的径向外侧壁和卡箍外圈311的径向内侧壁连接，相邻的两个连接板313以及卡箍内圈312和卡箍外圈311围成卡槽，卡槽沿卡箍31的周向设置有多个。

优选地，卡槽构造为从卡箍31的第一端向第二端横截面的尺寸逐渐减小的结构，相对应地，磁钢32与卡槽接触的面构造为斜面，从而使磁钢32的斜面与卡槽内壁贴合设置，使磁钢32只能从卡箍31的第一端装入到卡槽内，或从第一端将磁钢32从卡槽内取出，磁钢32不能从卡箍31的第二端穿过卡槽。

优选地，连接板313的两个侧壁构造为沿着宽度方向逐渐向两侧倾斜的两个斜面，使卡槽构造为沿着卡箍31的轴向，从卡箍31的第一端向第二端尺寸逐渐缩小的结构。进一步地，卡箍内圈312的径向外侧壁和卡箍外圈311的径向内侧壁构造为具有一定锥度的曲面。

卡槽的端面构造为扇形结构，扇形结构包括两个相互平行的圆弧段和设置在两个圆弧段之间的直线段，两个直线段的长度不同，使两个直线段的延长线交点与圆弧段的圆心不重合。具体地，连接板313在卡箍外圈311和卡箍内圈312之间的延伸方向与卡箍31的径向形成夹角，多个连接板313沿卡箍31的周向朝向同一侧倾斜，使卡槽形成非标准扇形，即卡槽为非对称形状，两个连接板313的延伸线相较于点b，卡箍31的圆心为位于点a，a和b不重合，相对应地，磁钢32的形状与卡槽形状相同，从而可以降低整个电机空载反电动势的谐波含量，减少转矩脉动。

优选地，卡箍31的第一端的端面上设置有连接孔，相对应的转子盘上设置有通孔，通过螺钉等连接件将转子盘固定连接在卡箍31的第一端。具体地，连接孔可以设置在连接板313上，或者，连接孔还可以设置在卡箍内圈312和卡箍外圈311上。进一步地，卡箍31上还可以设置减重孔，可以构造为设置在卡箍内圈312和卡箍外圈311和/或连接板313上的通孔，以减轻卡箍31重量，以及调节电机动平衡。

优选地，磁钢32包括多个磁钢块，多个磁钢块在卡箍31的径向上相互独立设置，每个磁钢块均构造为弧状结构，且根据各自在卡槽内的位置设置成大小不同的形状，即每个卡槽内沿卡箍31的径向分布有多个磁钢块，位于同一个卡槽内的多个磁钢块构成一个磁钢。

在本实施例中，磁钢32包括从卡箍31的径向外侧向内侧依次设置的第一磁钢块321、第二磁钢块322和第三磁钢块323，第一磁钢块321和第二磁钢块322之间的间隙为t1，第二磁钢块322和第三磁钢块323之间的间隙为t2，t2和t1均小于0.1mm，磁钢块之间的间隙可以减小涡流损耗，使电机效率更高，优选地，通过仿真分析，当t2＜t1＜0.1mm时，整体磁钢的涡流损耗降低效果较好。

优选地，磁钢的外缘半径为r1内缘半径为r2，也即第一磁钢块的外缘半径为r1，第三磁钢323的内缘半径为r2，其中，r1和r2由电机功率大小确定，优选地，其中，bδav为气隙磁密平均值，n为电枢绕组总导体数，i为电枢电流，n为电机转速。

转子盘构造为圆盘结构，封盖到卡箍31的第一端，用于将卡槽进行封堵，将磁钢32固定在卡槽内，并且，转子盘抵靠在磁钢32上，并对磁钢32施加压力，使磁钢32固定在卡槽内，不能移动，转子盘由磁性材料构成。

在电机其他结构不变的情况下，气隙的大小决定了气隙磁密的大小，气隙磁密增大、转速增加电机的端电压增加，当端电压增加到电源电压大小时，电源无法再向电机输入功率，电机的转速无法再增加。本发明定子组件20和转子组件30的气隙是可调的，因此在最高转速无法再扩速的情况下，可以通过调小气隙，使得端电压减少，从而可以继续扩速。

优选地，气隙选取的大小主要与电机的最高转速有关，在电机设计初期，仿真出满足不同大小的气隙对应电机的不同的最高转速。在电机运行时根据最高转速的大小来调节气隙大小。例如，本实施例中，在电机最高转速8000rpm时对应的气隙为0.8mm，在电机最高转速10000rpm时对应的气隙为0.9mm。

本发明提供的气隙可调的轴向磁场电机，定子组件20和转子组件30的气隙可以调整，当电机运行在高速阶段，调大转子组件30与定子组件20间的距离，使得气隙磁密减少，电机能够提升到更高转速运转，当电机运行在低速阶段，调小转子与定子间的距离，电机在低速阶段运行，能够有效减少电机的谐波含量，降低电机的振动、噪声，同时解决了轴向磁场电机高速化需要解决高速时弱磁困难、涡流损耗大、振动、噪音大等问题。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。