Halbach陣列盤式電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電機技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種Halbach陣列盤式電機。
【背景技術(shù)】
[0002]盤式電機常作為電動車輛離合動力或輪轂動力的動力源，通過電機的電氣控制可實現(xiàn)驅(qū)動動力輸出、動力傳動和制動的功能，其功能強大，電動車輛的機械部分大大簡化，減少由于汽車傳動機構(gòu)帶來的功率損耗，從而提高整車的性能；
[0003]現(xiàn)有的盤式電機由于采用傳統(tǒng)的電機的線圈布置方式，其體積大，功率體積比小，作為直驅(qū)驅(qū)動或制動的動力源，在車輛的整合中具有一定的局限性，由于其轉(zhuǎn)子永磁塊和定子繞組的磁能利用率低，每個永磁塊和通電線圈之間只能有一個極面和線圈極靴相對應，線圈的另一端和永磁塊另一端的磁場不參與工作，通電時線圈始終處于單極電磁場做功的狀態(tài)，另一端電磁場無法被利用，導致磁能利用率低，同時此類結(jié)構(gòu)的盤式電機往往體積較大，散熱性不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、磁能利用率高、電機輸出轉(zhuǎn)矩和功率密度大、成本低、散熱性能好、可靠性高的新型的Halbach陣列盤式電機。
[0005]本發(fā)明的一種Halbach陣列盤式電機，包括轉(zhuǎn)子、定子、串接所述轉(zhuǎn)子和定子的固定軸以及換向電路，定子與固定軸軸承連接，轉(zhuǎn)子與固定軸的一端固定連接，定子夾設(shè)于固定軸另一端和轉(zhuǎn)子之間；
[0006]其中，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子固定盤和至少一個設(shè)于轉(zhuǎn)子固定盤上的永磁環(huán)，永磁環(huán)與固定軸同軸，轉(zhuǎn)子固定盤上設(shè)有由外至內(nèi)等間距分布的數(shù)圈用于安裝永磁環(huán)的環(huán)形磁體固定槽，永磁環(huán)包括4η個環(huán)形緊密陣列的瓦片形永磁塊，η為整數(shù)，并大于等于I，永磁塊包括軸向充磁永磁塊和切向充磁永磁塊，軸向充磁的永磁塊和切向充磁的永磁塊依次交替設(shè)置并呈面向定子的一側(cè)為磁密增大側(cè)的Halbach陣列；
[0007]其中，定子包括定子固定盤和至少一個設(shè)于定子固定盤上的感應環(huán)，每個感應環(huán)正對一永磁環(huán)，定子固定盤上設(shè)有由外至內(nèi)等間距分布的數(shù)圈用于安裝感應環(huán)的環(huán)形線圈固定槽，感應環(huán)包括用于構(gòu)建Halbach陣列的磁軛以及4η個沿磁軛環(huán)形陣列的線圈，4η組線圈在環(huán)形的磁軛上呈靠近永磁環(huán)的一側(cè)為磁密增大側(cè)的Halbach陣列分布；
[0008]換向電路與4η組線圈分別電性連接，軸向充磁的永磁塊和與其正對的通電狀態(tài)的線圈的充磁方向的磁向同向時，換向電路輸入線圈的電流方向發(fā)生換向。
[0009]優(yōu)選地，永磁環(huán)和感應環(huán)的數(shù)量均為一個。
[0010]優(yōu)選地，永磁環(huán)和感應環(huán)的數(shù)量至少為一個，永磁環(huán)和感應環(huán)分別外至內(nèi)等間距分布于轉(zhuǎn)子固定盤和定子固定盤上，每個永磁環(huán)正對一感應環(huán)，每個永磁環(huán)單獨安裝于一磁體固定槽中，每個感應環(huán)單獨安裝于一線圈固定槽中。
[0011]進一步地，磁軛為數(shù)個環(huán)形硅鋼片卷制并疊加固定為一體，磁軛上沖壓成型形成沿環(huán)形硅鋼片環(huán)形陣列的2η個第一線圈安裝結(jié)構(gòu)和2η個垂直于第一線圈安裝結(jié)構(gòu)平面的第二線圈安裝結(jié)構(gòu)，第一線圈安裝結(jié)構(gòu)和第二線圈安裝結(jié)構(gòu)依次交替設(shè)置并由極靴隔開。
[0012]進一步地，第一線圈安裝結(jié)構(gòu)呈“H”形結(jié)構(gòu)，所述第二線圈安裝結(jié)構(gòu)呈“W”形結(jié)構(gòu)。
[0013]進一步地，轉(zhuǎn)子上等間距環(huán)形陣列有2η個定位孔，換向電路包括電性連接的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置和電流換向器，當任意軸向充磁的永磁塊和與其正對的通電狀態(tài)的線圈的充磁方向的磁向同向時，固定于定子上的轉(zhuǎn)子位置傳感器正對于任一定位孔，并發(fā)送換向信號觸發(fā)電流換向器改變線圈的電流方向。
[0014]進一步地，環(huán)形的磁體固定槽和線圈固定槽的槽口蓋設(shè)有防塵環(huán)。
[0015]本發(fā)明的一種Halbach陣列盤式電機的有益效果如下:
[0016]1.定子線圈在做功極面產(chǎn)生大于傳統(tǒng)線圈結(jié)構(gòu)的電磁場，使得永磁塊形成的永磁環(huán)和線圈形成的感應磁環(huán)之間相互作用的磁場強度大幅度提升，線圈與永磁塊的磁能得到充分利用，與現(xiàn)有電機相比，相同體積下?lián)碛懈蟮呐ぞ睾凸β拭芏?，相同的輸出功率下?lián)碛懈〉捏w積和重量，電機的功率體積比大，有效降低電機成本和重量，降低整車重量，利于提高控制的靈活性，且定子和轉(zhuǎn)子的整個盤面均可作為工作面，易于在有效的輪面上拓展電機功率；
[0017]2.由于永磁環(huán)和感應環(huán)的外部磁場幾乎為零，線圈和永磁塊在未做功側(cè)的磁場強度幾乎為零，電機可產(chǎn)生自我屏蔽，不需設(shè)置另外的屏蔽裝置阻擋磁漏；
[0018]3.定子和轉(zhuǎn)子組成的動力轉(zhuǎn)化模塊具有較小的厚度，可將多組該動力轉(zhuǎn)化模塊進行串聯(lián)疊加拓展功率，或可通過增加永磁環(huán)和感應環(huán)的環(huán)數(shù)或環(huán)面面積拓展功率，電機易于根據(jù)使用場合定制和拓展功率，適于推廣使用；
[0019]4.定子和轉(zhuǎn)子為串接式，電機結(jié)構(gòu)簡單，作為車輛的飛輪制動動力或者輪轂電機使用時，該結(jié)構(gòu)的盤式電機可省略大量車輛上輔助動力輸出或制動的機械部件，同時，通過控制盤式電機實現(xiàn)多種復雜的驅(qū)動方式和制動方式，電動車輛控制靈活性高；
[0020]5.該電機不僅可作為將電能轉(zhuǎn)化為動能的動力源，通過電機主控板對換向電路進行PMff電壓控制，可實現(xiàn)電機換向同時切換發(fā)電或電動模式，在制動轉(zhuǎn)子同時回收轉(zhuǎn)子動能，以將轉(zhuǎn)子的動能轉(zhuǎn)化為電能回收，降低能耗；
[0021]6.電機還具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、高效節(jié)能、線圈散熱性好、故障率低等諸多優(yōu)點，屬于新型的盤式電機。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是圖1中轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是圖1中定子的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4是圖1中磁軛的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖中:1.轉(zhuǎn)子固定盤，11.磁體固定槽，2.永磁環(huán)，3.感應環(huán)，31.切向充磁線圈，32.軸向充磁線圈，33.磁軛，331.第一線圈安裝結(jié)構(gòu)，332.第二線圈安裝結(jié)構(gòu)，333.極靴，
4.定子固定盤，41.線圈固定槽，5.固定軸，6.軸承，7.軸承擋板。
【具體實施方式】
[0027]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和最佳實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0028]如圖1-4所示，本發(fā)明的Halbach陣列盤式電機，包括轉(zhuǎn)子、定子、串接所述轉(zhuǎn)子和定子的固定軸5以及換向電路，定子與固定軸軸承連接，固定軸設(shè)有卡靠軸承的凸臺，定子固定盤的內(nèi)孔設(shè)有三級臺階孔，固定軸的端部固定有軸承擋板7，兩個軸承6設(shè)于三級臺階孔內(nèi)并分別夾設(shè)于軸承擋板與凸臺之間，固定軸的凸臺通過螺釘與轉(zhuǎn)子固定連接，以支撐轉(zhuǎn)子，增強其固定強度；
[0029]其中，如圖3所示，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子固定盤I和至少一個設(shè)于轉(zhuǎn)子固定盤上的永磁環(huán)2，永磁環(huán)與固定軸同軸，轉(zhuǎn)子固定盤上設(shè)有用于安裝永磁環(huán)的環(huán)形磁體固定槽11，永磁環(huán)嵌入磁體固定槽中進行安裝，電機外形更美觀，永磁環(huán)可為一個環(huán)面面積較大的大環(huán)，也可為數(shù)個由外至內(nèi)等間距分布于轉(zhuǎn)子固定盤的小環(huán)，每個永磁環(huán)單獨安裝于一磁體固定槽中，以達到美觀的效果，且便于固定；永磁環(huán)包括4η個環(huán)形緊密陣列的瓦片形永磁塊，η為整數(shù)，并大于等于I，永磁塊包括軸向充磁永磁塊和切向充磁永磁塊，軸向充磁的永磁塊和切向充磁的永磁塊依次交替設(shè)置并呈面向定子的一側(cè)為磁密增大側(cè)的Halbach陣列，以便于在定子和轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生一個增強的磁場；
[0030]其中，如圖4所示，定子包括定子固定盤4和至少一個設(shè)于定子固定盤上的感應環(huán)3，感應環(huán)的個數(shù)、形狀、大小均與永磁環(huán)一致，且相對設(shè)置，定子固定盤用于安裝感應環(huán)的環(huán)形線圈固定槽41，每個感應環(huán)單獨安裝于一線圈固定槽中，感應環(huán)包括用于構(gòu)建Halbach陣列的磁軛33以及4η個沿磁軛環(huán)形陣列的線圈，線圈包括切向充磁線圈31和軸向充磁線圈32，4η組線圈在環(huán)形的磁軛上呈靠近永磁環(huán)的一側(cè)為磁密增大側(cè)的Halbach陣列分布，以便于通電時，在定子和轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生一個增強的磁場；
[0031]換向電路與4η組線圈分別電性連接，軸向充磁的永磁塊和與其正對的通電狀態(tài)的線圈的充磁方向的磁向同向時，換向電路輸入線圈的電流方向發(fā)生換向；
[0032]作為換向電路優(yōu)選的技術(shù)方案，其包括轉(zhuǎn)子上等間距環(huán)形陣列有2η個定位孔，換向電路包括電性連接的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置和電流換向器，當任意軸向充磁的永磁塊和