本發(fā)明涉及電器設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，且特別涉及一種磁鋼交錯式多級軸向磁通永磁動能裝置。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)多級疊加式軸向電機(jī)有兩種，一種是把多個單一軸向電機(jī)裝在同一根軸上，即無論是永磁體還是導(dǎo)磁背板，都是單一電機(jī)用量的整數(shù)倍，這樣的疊加方案，經(jīng)濟(jì)性較差，成本較高，軸向長度較長，同時繞組之間的電氣連接很困難，繞組一致性很難保證，不具有批產(chǎn)性；另一種如專利cn203660839u“基于有效磁域技術(shù)的模塊化多層盤式電機(jī)”所描述的以一個盤面固定有多個永久磁鐵的盤式轉(zhuǎn)子和緊鄰的盤式定子繞組作為一個動能轉(zhuǎn)換單元，多個動能轉(zhuǎn)換單元依次軸向?qū)R疊加構(gòu)成，其中每個轉(zhuǎn)子上的永久磁體的形狀一致且軸向?qū)R；在下述長度的軸向距離內(nèi)安裝有至少2組動能轉(zhuǎn)換單元：該長度是所述永久磁體厚度的12～14倍。盡管比第一種類型改善不少，但是由于永磁體是依然是依次軸向?qū)R疊加構(gòu)成，繞組之間的電氣連接很困難，電機(jī)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝復(fù)雜，仍然不具有批產(chǎn)性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明要解決現(xiàn)有疊加式軸向電機(jī)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝復(fù)雜、經(jīng)濟(jì)性較差、生產(chǎn)成本極高或不具有批產(chǎn)性，及在徑向尺寸受限的情況下，軸向電機(jī)功率無法做大等問題。

為解決上述問題，提供一種交錯式磁鋼轉(zhuǎn)子組,包括始端轉(zhuǎn)子、末端轉(zhuǎn)子和設(shè)置在始端轉(zhuǎn)子與末端轉(zhuǎn)子之間的至少一個中間轉(zhuǎn)子,所述始端轉(zhuǎn)子包括背板和設(shè)在背板一面上的磁鋼,所述的末端轉(zhuǎn)子包括背板和設(shè)在背板一面上的磁鋼,所述的中間轉(zhuǎn)子包括背板和設(shè)在背板兩個面的磁鋼,所述的中間轉(zhuǎn)子兩面的磁鋼的磁體磁化方向在軸向上錯開一定角度α;所述磁鋼的磁極以交替方式布置于背板上,并在裝配時自動與相鄰轉(zhuǎn)子中的磁鋼的相對磁極對準(zhǔn)。

在本發(fā)明中，轉(zhuǎn)子的背板為盤式結(jié)構(gòu)，主要有兩個主要平面，其中，對面的限制一般只是主要平面。

優(yōu)選的，包括始端轉(zhuǎn)子、第一中間轉(zhuǎn)子、第二中間轉(zhuǎn)子和末端轉(zhuǎn)子，始端轉(zhuǎn)子的磁鋼設(shè)在背板第二面上，始端轉(zhuǎn)子的磁鋼與第一中間轉(zhuǎn)子第一面的磁鋼磁極方向重疊且相反；第一中間轉(zhuǎn)子第一面上磁鋼磁極方向與第一中間轉(zhuǎn)子第二面的磁鋼磁極方向在軸向上錯開一定角度α；第一中間轉(zhuǎn)子第二面的磁鋼磁極方向與第二中間轉(zhuǎn)子第一面的磁鋼磁極方向重疊且相反；第二中間轉(zhuǎn)子第一面上磁鋼磁極方向與第二中間轉(zhuǎn)子第二面的磁鋼磁極方向在軸向上錯開一定角度α；末端轉(zhuǎn)子的磁鋼設(shè)在背板第一面上，第二中間轉(zhuǎn)子第二面的磁鋼磁極方向與末端轉(zhuǎn)子第一面的磁鋼磁極方向重疊且相反。

第一平面和第二平面分別指盤式背板的兩個主要平面，第一平面和第二平面主要為體現(xiàn)各轉(zhuǎn)子的第一平面是同一側(cè)的，同理，各轉(zhuǎn)子的第二平面也是同側(cè)的。

一種磁通永磁電機(jī)，包括定子組和轉(zhuǎn)子組，所述定子組包括設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子組的相鄰轉(zhuǎn)子之間的繞組盤。

定子組包括多個繞組盤，繞組盤和轉(zhuǎn)子之間間隔排布。

優(yōu)選的，多個繞組盤上的繞組軸向重疊，相鄰繞組盤上的繞組進(jìn)、出線位置沿周向錯開一定角度β。

沿周向錯開一定角度：即從軸向看過去，3個繞組盤共3對進(jìn)出線，這3對在同一個圓周上錯開了一定角度

繞組盤可為一相繞組或三相繞組。

軸向重疊是指從軸向方向看，線圈是重疊的。也可以理解為角度是相同的。

優(yōu)選的，所述的多組繞線組的進(jìn)、出線位置沿周向依次錯開一個線圈位置。

優(yōu)選的，每個繞組盤由六個線圈依次串聯(lián)組成。

一個線圈位置為相隔60°。一個繞組盤6個線圈，錯開一個線圈，即錯開60°

優(yōu)選的，包括四個轉(zhuǎn)子和三個繞組盤，所述繞組盤與轉(zhuǎn)子間隔分布，所述中間轉(zhuǎn)子的磁鋼磁極方向在軸向上錯開角度α=20°，相鄰繞組盤上繞組進(jìn)、出線位置沿周向錯開的角度β=60°。

β=60°機(jī)械角，α=20°機(jī)械角；單個磁鋼盤共6極，每個極為60°機(jī)械角，要錯開1/3個磁極位置，即錯開20°機(jī)械角，由于機(jī)械角*極對數(shù)=電角度，所以磁極錯開20°×3=60°電角度?？紤]到線圈錯開60°機(jī)械角，即錯開180°電角度，此時，線圈相對各自的磁極錯開180°-60°=120°電角度，正好符合3相繞組電氣連接各自錯開120角度的原理。上述解釋錯開如此角度，帶來的繞組滿足電氣連接原理，為滿足繞組電氣連接為120°電角度連接方式，所以要=60°機(jī)械角，α=20°機(jī)械角。

優(yōu)選的，還包括pcb板，所述pcb板上沿周向依次錯開一定角度焊接有每個繞組盤的進(jìn)出線，所述pcb板上沿周向依次錯開一定角度設(shè)置多個位置傳感器。

每個繞組盤的進(jìn)出線焊接在pcb板上的，焊接位置也是錯開一定的角度的，位置傳感器也是焊接在pcb板上的，彼此之間的位置也是錯開一定的角度的。繞組進(jìn)出線與位置傳感器沒有交集，即沒有連接關(guān)系。

優(yōu)選的，pcb板上繞組盤的進(jìn)、出線連接位置間錯開角度相同。

一種磁鋼交錯式多級軸向磁通永磁動能裝置,包括多個所述的磁通永磁電機(jī)同軸設(shè)置。

提供導(dǎo)磁與支撐作用的背板兩側(cè)的永磁體磁場方向沿軸向是錯開一定的機(jī)械角度，上下相對的背板上的永磁體磁場方向沿軸向是重疊的，同時通過設(shè)計背板使得兩側(cè)的永磁體緊緊吸附在背板上而彼此磁場不干涉，再設(shè)計繞組盤的進(jìn)、出線位置，從而使得繞組盤之間的電氣連接非常方便，大幅降低了電機(jī)和生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性。

磁場錯開一定的角度，可以使得多個繞組盤進(jìn)出線不重疊，譬如有三個繞組盤，譬如a盤的兩個進(jìn)出線共和b盤2個線及c盤的2個線之間錯開的一定的角度，否則3個盤子的進(jìn)出線將重疊，現(xiàn)有技術(shù)的疊加式盤式電機(jī)，均沒有提到繞組的電氣連接方式，造成進(jìn)出線重疊，這不僅需要絕緣措施，還會使得徑向尺寸增加，徑向尺寸增加，卻沒帶來轉(zhuǎn)矩的增加會產(chǎn)生浪費。

盡管錯開磁場能夠產(chǎn)生該效果，但是磁場錯開的角度和繞組盤進(jìn)出線錯開的角度，當(dāng)滿足α=20°，β=60°時，具有最佳工作狀態(tài)。

本發(fā)明采用獨特的永磁體排布方式，通過讓相關(guān)的永磁體錯開一定的機(jī)械角度，并設(shè)計背板使得永磁體安放簡單可靠，同時設(shè)計繞組盤的進(jìn)、出線位置，使得繞組盤之間的電氣連接非常方便，保證了繞組的對稱性，配合裝置所需位置傳感器，使得疊加式軸向電機(jī)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝復(fù)雜程度大幅降低，提高了生產(chǎn)效率的同時也大幅降低電機(jī)成本，也解決了在徑向尺寸受限的情況下，軸向電機(jī)功率無法做大等問題。

應(yīng)理解，在本發(fā)明范圍內(nèi)中，本發(fā)明的上述各技術(shù)特征和在下文(如實施方式)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中交錯式磁鋼轉(zhuǎn)子組的主視圖；

圖2是一組繞組盤結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是三組繞組盤結(jié)構(gòu)示意圖，途中分別示出、進(jìn)出線位置；

圖4是位置傳感器和繞組線連接板的示意圖。

具體實施方式

術(shù)語解釋：

軸向：是指轉(zhuǎn)軸方向。

磁鋼：與永磁體表示同樣意思。

磁化方向：指磁路方向。

在以下具體實施例的說明中，為了清楚展示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及工作方式，將借助諸多方向性詞語進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)將“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“內(nèi)”、“向外”、“向內(nèi)”、“軸向”、“徑向”等詞語理解為方便用語，而不應(yīng)當(dāng)理解為限定性詞語。其中，本文中出現(xiàn)的“一組”中“一”的限定語并非是指對數(shù)量的限定。

轉(zhuǎn)子是粘有多塊按n、s極性交替排列的永磁體盤定子和轉(zhuǎn)子分別是若干個圓環(huán)形的盤狀結(jié)構(gòu)，定子盤和轉(zhuǎn)子盤垂直于電機(jī)軸放置，安裝時定子繞組盤和轉(zhuǎn)子磁鋼盤交替安裝在轉(zhuǎn)軸上。

本文中多個背板中的第一面是同側(cè)的、多個背板的第二面也為同側(cè)。本文中涉及背板采用上層和下層等僅為對背板第一面和第二面另一種形式的描述。

一種交錯式磁鋼電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子組和定子組,轉(zhuǎn)子組包括始端轉(zhuǎn)子、末端轉(zhuǎn)子和設(shè)置在始端轉(zhuǎn)子與末端轉(zhuǎn)子之間的至少一個中間轉(zhuǎn)子,所述始端轉(zhuǎn)子包括背板和設(shè)在背板一面上的磁鋼,所述的末端轉(zhuǎn)子包括背板和設(shè)在背板一面上的磁鋼,所述的中間轉(zhuǎn)子包括背板和設(shè)在背板兩個面的磁鋼,所述的中間轉(zhuǎn)子兩面的磁鋼的磁體磁化方向在軸向上錯開一定角度α;所述磁鋼的磁極以交替方式布置于背板上,并在裝配時自動與相鄰轉(zhuǎn)子中的磁鋼的相對磁極對準(zhǔn)。定子組包括多個繞組盤，繞組盤和轉(zhuǎn)子之間間隔排布。多個繞組盤上的繞組軸向重疊，相鄰繞組盤上的繞組進(jìn)、出線位置沿周向錯開一定角度β。所述中間轉(zhuǎn)子的磁鋼磁極方向在軸向上錯開角度α=20°，相鄰繞組盤上繞組進(jìn)、出線位置沿周向錯開的角度β=60°。β=60°機(jī)械角，α=20°機(jī)械角；單個磁鋼盤共6極，每個極為60°機(jī)械角，要錯開1/3個磁極位置，即錯開20°機(jī)械角，由于機(jī)械角*極對數(shù)=電角度，所以磁極錯開20°*3=60°電角度?？紤]到線圈錯開60°機(jī)械角，即錯開180°電角度，此時，線圈相對各自的磁極錯開180°-60°=120°電角度，正好符合3相繞組電氣連接各自錯開120角度的原理。上述解釋錯開如此角度，帶來的繞組滿足電氣連接原理：為滿足繞組電氣連接為120°電角度連接方式，所以要=60°機(jī)械角，α=20°機(jī)械角。

圖1為交錯式磁鋼的磁路結(jié)構(gòu)，包括始端轉(zhuǎn)子、第一中間轉(zhuǎn)子、第二中間轉(zhuǎn)子和末端轉(zhuǎn)子，始端轉(zhuǎn)子的磁鋼12設(shè)在背板11第二面上，始端轉(zhuǎn)子的磁鋼12與第一中間轉(zhuǎn)子第一面的磁鋼22磁極方向重疊且相反；第一中間轉(zhuǎn)子背板21的第一面上磁鋼22磁極方向與第一中間轉(zhuǎn)子第二面的磁鋼23磁極方向在軸向上錯開一定角度α；第一中間轉(zhuǎn)子第二面的磁鋼23磁極方向與第二中間轉(zhuǎn)子第一面的磁鋼32磁極方向重疊且相反；第二中間轉(zhuǎn)子背板31的第一面上磁鋼32磁極方向與第二中間轉(zhuǎn)子第二面的磁鋼33磁極方向在軸向上錯開一定角度α；第二中間轉(zhuǎn)子第二面的磁鋼33磁極方向與末端轉(zhuǎn)子背板41第一面的磁鋼42磁極方向重疊且相反。

圖中可見共四部分組成，從上往下看，第一和四部分各自均由背板和一組永磁體構(gòu)成，第二和三部分各自均由背板和兩組永磁體構(gòu)成。第一部分永磁體和第二部分上層永磁體，磁化方向重疊且相反，第二部分的上層永磁體和下層永磁體的磁化方向是錯開一定的機(jī)械角度，第三部分的上層永磁體和第二部分的下層永磁體，磁化方向重疊且相反，第三部分的上層永磁體和下層永磁體的磁化方向是錯開一定的機(jī)械角度，該角度與第二部分上、下層永磁體錯開的機(jī)械角度是相同的，第四部分永磁體和第三部分下層永磁體，磁化方向重疊且相反。基于上述磁路結(jié)構(gòu)，為了減少第二部分上、下層永磁體之間的磁場干擾及第三部分上、下層永磁體之間的磁場干擾，同時為了降低電機(jī)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝復(fù)雜程度，合理設(shè)計第二部分和第三部分的背板尺寸在一定的范圍內(nèi)。該背板尺寸，即厚度是需要設(shè)計的：過薄則背板磁密飽和、發(fā)熱嚴(yán)重，背板兩側(cè)的磁場會相互干擾；過厚，浪費背板材質(zhì)，增加重量，不利于功率密度的提升，背板尺寸通過電磁軟件合理設(shè)計出來的。圖1中的箭頭所示方向均為磁場方向，背板中間的虛線表示上、下層永磁體的磁場互不干擾，即上層永磁體的磁場沒有穿過虛線進(jìn)入下層永磁體的磁場，下層永磁體的磁場也沒有穿過虛線進(jìn)入上層永磁體的磁場。

圖2為一組繞組盤結(jié)構(gòu)，即一相繞組，共由六個線圈依次串聯(lián)而成，每個線圈均為若干等匝數(shù)繞制組成。圖示線圈為扇形結(jié)構(gòu)，但不限于矩形、梯形、圓形等。

圖3為三組繞組盤結(jié)構(gòu)，即三相繞組結(jié)構(gòu)，從軸向位置望過去，三相繞組是重疊的。黑色箭頭表示繞組線的進(jìn)、出線位置，三相繞組的進(jìn)、出線位置沿周向依次錯開一個線圈位置，即一定的機(jī)械角度。在生產(chǎn)過程中，這可以極大提高生產(chǎn)效率，保證加工質(zhì)量，并且在保證電氣特性的前提下，減小了多相電流之間的相互干擾，并且避免了多組繞組盤出線沿軸向的重疊，以致增加了無效的徑向尺寸。進(jìn)、出線位置錯開的角度結(jié)合永磁體錯開的角度，正好滿足電機(jī)基本原理所需要的角度。同時，三相繞組盤的進(jìn)、出線位置互不干涉，這使得電機(jī)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝復(fù)雜程度大幅降低，提高了生產(chǎn)效率的同時也大幅降低電機(jī)成本。

圖4為pcb板，沿軸向固定在定子機(jī)殼內(nèi)，用于安放位置傳感器和實現(xiàn)繞組盤與控制器的電氣連接功能。三個位置傳感器在pcb板上沿周向依次錯開一定的機(jī)械角度，第一組繞組盤的進(jìn)、出線在pcb板的位置1處實現(xiàn)連接，第二組繞組盤的進(jìn)、出線在pcb板的位置2處實現(xiàn)連接，第三組繞組盤的進(jìn)、出線在pcb板的位置3處實現(xiàn)連接,因此pcb板上的3處位置之間錯開的角度與三相繞組盤的進(jìn)、出線位置沿周向依次錯開的角度是相同的。

如無特別說明，本文中出現(xiàn)的類似于“第一”、“第二”的限定語并非是指對時間順序、數(shù)量、或者重要性的限定，而僅僅是為了將本技術(shù)方案中的一個技術(shù)特征與另一個技術(shù)特征相區(qū)分。同樣地，本文中出現(xiàn)的類似于“一”的限定語并非是指對數(shù)量的限定，而是描述在前文中未曾出現(xiàn)的技術(shù)特征。同樣地，本文中在數(shù)詞前出現(xiàn)的類似于“大約”、“近似地”的修飾語通常包含本數(shù)，并且其具體的含義應(yīng)當(dāng)結(jié)合上下文意理解。同樣地，除非是有特定的數(shù)量量詞修飾的名詞，否則在本文中應(yīng)當(dāng)視作即包含單數(shù)形式又包含復(fù)數(shù)形式。

以上已詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳實施例，但應(yīng)理解到，在閱讀了解本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。