CN105515229B - 一种盘式电机 - Google Patents
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Abstract
一种盘式电机，所述盘式电机包括定子盘、定子铁心、转子盘、永磁体、转轴、固定盘、轴承。所述定子盘内侧沿圆周方向均匀分布一定数量的窄凹槽和宽凹槽，两种凹槽叠加形成“中”型凹槽，凹槽内嵌有定子铁心。所述定子铁心由“U”型硅钢片叠压而成，定子铁心中部绕有绕组线圈。所述转子盘位于两个定子盘的中间，通过固定盘与转轴相互固定。转子盘的两侧分别装有一个轴承。所述转子盘的圆周均匀分布两圈方形孔，内圈与外圈的方形孔数量相同，且沿半径方向严格对齐。方形孔内嵌有轴向充磁的方形永磁体，沿圆周方向永磁体磁极交替排列，沿半径方向两块永磁体极性相反。本发明盘式电机的定子盘、转子盘、转轴、固定盘均采用超高分子量聚乙烯材料制成。
Description
技术领域
本发明涉及一种盘式电机。
背景技术
盘式电机已经被广泛应用在风力发电、电动汽车等领域。
传统的盘式电机的定子主要有两种。一种是定子铁芯采用硅钢片卷绕成圆盘状，分别在圆盘的两个端面上开槽放置线圈，这种定子铁芯的轭部较长，占据了较多体积和重量，而且会产生轭部损耗。另一种是采用无铁心结构，该结构电枢绕组用漆包线多层多排绕制而成，制造过程中，需要采用高精度的绕线机和专用卡具，生产工艺复杂，生产效率较低。此外，由于该结构定子为空心线圈，电机的实际气隙较大，从而磁场的漏磁也比较大，造成永磁体的磁性能得不到充分利用，而且空心线圈的涡流损耗也比较大。
传统的盘式电机转子采用的永磁体多为扇形结构，直接贴于机壳内侧或转子盘两侧，永磁体用量大，成本高。此外，该电机结构的机壳或转子盘需要充当磁路，因此必须采用导磁的钢铁材料，重量较重，进而造成电机的整体功率密度较低。
文献《WEIGHT REDUCTION OF PERMANENT MAGNET DISC MOTOR FORELECTRICVEHICLE USING GENETIC ALGORITHM OPTIMAL DESIGN PROCEDURE》提出了一种双边定子中间转子的盘式电机结构。该盘式电机定子采用硅钢片卷绕成圆盘状，在圆盘的一个端面上开槽放置线圈。该盘式电机的转子盘采用非导磁铝合金制作，圆周均匀分布扇形孔，扇形永磁体嵌入扇形孔中，永磁体的磁极沿圆周方向交替排列。该盘式电机结构主要有以下缺点：
1)定子硅钢片卷绕工艺复杂，轭部较长，体积大，重量重；
2)转子扇形永磁体用量大，成本较高，利用率低。
3)定子轭部损耗大，转子铝合金盘体也存在涡流损耗，电机整体效率偏低；
文献《Electromagnetic Design and Analysis of a Novel Flux-ConcentratedTransverse FluxPermanent Magnet Disk Generator》提出了一种横向磁通的双边定子中间转子的盘式电机结构。该盘式电机定子铁心采用软磁材料加工而成，直接在整块定子盘内侧加工出两圈定子齿，内圈齿与外圈齿数量相等，交错排列。内圈齿和外圈齿之间嵌入单匝电枢绕组。该盘式电机的转子盘也采用软磁材料加工而成，沿转子盘外沿依次径向嵌入横向磁通永磁体，永磁体与永磁体之间用软磁材料隔开，相邻永磁体的磁极的极性相反。该盘式电机结构主要有以下缺点：
1)定子和转子都采用软磁材料直接加工成型，成本高，涡流损耗较大。
2)定子电枢绕组只有一匝，电机只能产生一相电流。如需传统的三相电能输出，需要三个盘式电机同时协调工作，结构复杂。
3)永磁体从转子盘外沿径向嵌入，破坏了转子盘原有的整体结构，电机可靠性较差。
发明内容
本发明的目的是克服现有盘式电机重量大、功率密度小、加工难度大的缺点，提出一种重量轻、易于加工制造的盘式电机。
为实现上述目的，本发明采用以下方案：
本发明盘式电机由定子盘、定子铁心、转子盘、转轴、固定盘和轴承组成。所述定子盘、转子盘、转轴和固定盘均采用重量轻、强度大的超高分子量聚乙烯材料制成。所述转子盘位于两个定子盘中间，通过固定盘与转轴相互固定。转子盘的两侧分别装有一个轴承。
所述定子盘内侧沿圆周方向均匀分布一定数量的窄凹槽和宽凹槽，两种凹槽叠加形成“中”字型凹槽，凹槽内嵌有定子铁心。所述定子铁心由“U”型硅钢片叠压而成，定子铁心中部绕有绕组线圈。
所述转子盘的圆周均匀分布两圈方形孔，内圈与外圈的方形孔数量相等，且沿半径方向对齐。方形孔内嵌有轴向充磁的方形永磁体，沿圆周方向永磁体的磁极交替排列，沿半径方向两块永磁体的极性相反。
本发明的工作原理及工作过程为：
本发明作为发电机使用时，外部动力源拖动带有永磁体的转子盘在两个定子盘之间旋转。当转子盘径向上的两块永磁体旋转到两个正对的“U”型定子铁心中间时，由于径向上两块永磁体极性相反，从而与两侧正对的“U”型定子铁心形成闭合磁路。随着转子盘的旋转，沿圆周方向永磁体磁极交替变化，永磁体在两侧“U”型定子铁心中形成的磁场也随之交替变化，进而在定子铁心的绕组上感应出电流。多个定子铁心的线圈按照一定的顺序连接，形成稳定的电能输出。
本发明作为电动机使用时，根据转子盘上永磁体的位置，分别给相应的定子铁心的绕组线圈通入电流，在两个正对的“U”定子铁心之间形成旋转磁场，带动转子盘旋转，形成稳定的机械能输出。
本发明的有益效果为：
1、本发明盘式电机的定子盘、转子盘、转轴和固定盘等主要大结构部件均采用重量轻、强度大的超高分子量聚乙烯材料制成，可以有效降低电机的总体重量，提高电机的功率密度。
2、本发明盘式电机的定子铁心模块由“U”型硅钢片叠压而成，中部绕有绕组线圈，结构简单，体积小巧，容易加工，采用硅钢片的边角料即可制作，节约成本。
3、本发明盘式电机采用的永磁体为方型结构，容易加工，便于充磁，体积小巧，利用率高。
4、本发盘式电机的定子铁心和永磁体分别镶嵌于定子盘和转子盘内部。一方面，相对于传统表贴式结构，本发明结构具有更高的可靠性；另一方面，由于铁心和永磁体都嵌入在定子盘和转子盘内部，经过简单的环氧灌封，本发明可以完全投入水中或海水中运行，可以有效避免金属腐蚀问题。
5、本发明盘式电机的定子铁心和转子永磁体均采用模块化设计，其数量可根据定转子极槽配合任意选取，有效克服电机绕组谐波和齿槽转矩，改善电机运行性能。
附图说明
图1是本发明盘式电机的结构示意图，图中：1定子盘、2定子铁心、3固定盘、4转子盘、5转轴、6轴承；
图2是本发明盘式电机的定子盘结构示意图，图中：101定子盘装配孔、102窄凹槽、103宽凹槽、104轴承室；
图3是本发明盘式电机的转子盘结构示意图，图中：401转子盘体、402永磁体、403转子盘装配孔；
图4是本发明盘式电机的定子铁心示意图，图中：201“U”型铁心；202绕组线圈；
图5是本发明盘式电机的转轴结构示意图，图中：501转子盘定位台阶、502转轴装配孔；
图6是本发明盘式电机的固定盘结构示意图，图中，301固定盘装配孔。
具体实施方式
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1所示，本发明盘式电机包括定子盘1、定子铁心2、转子盘4、转轴5、固定盘3和轴承6。转子盘4位于两个定子盘1中间，通过固定盘3与转轴5相互固定。
如图1或图2或图4所示，“U”型硅钢片叠压形成具有一定厚度的“U”型铁心201，“U”型铁心201中部缠绕绕组线圈202，形成定子铁心2。定子铁心2嵌入定子盘1内侧的凹槽内，“U”型铁心201对应窄凹槽102，绕组线圈202对应宽凹槽103。
如图1或图3或图5或图6所示，永磁体402嵌入转子盘体401的方形孔内，形成转子盘4。永磁体402的磁极沿圆周方向交替排列，沿半径方向两块永磁体的极性相反。转子盘4、固定盘3套入转轴5中，转子盘4位于固定盘3和转子盘定位台阶501之间，利用固定盘3和转子盘定位台阶501将转子盘4夹紧。固定盘装配孔301、转子盘装配孔403和转轴装配孔502对齐，通过螺栓固定。两个轴承6分别位于转子盘4的两侧，左侧轴承紧贴固定盘3，右侧轴承紧贴转子盘定位台阶501。
如图1所示，两个嵌有定子铁心2的定子盘1分别位于转子盘4两侧，轴承6嵌入定子盘1的轴承室104内。两侧的定子盘装配孔101对齐，通过螺栓固定。
Claims (1)
1.一种盘式电机，包括定子盘(1)、定子铁心(2)、转子盘(4)、转轴(5)、固定盘(3)和轴承(6)，其特征在于：所述定子盘(1)、转子盘(4)、转轴(5)、固定盘(3)均采用超高分子量聚乙烯材料制成；所述转子盘(4)位于两个定子盘(1)中间，通过固定盘(3)与转轴(5)相互固定；定子铁心(2)嵌入定子盘(1)的凹槽内；两个轴承(6)分别位于转子盘(4)的两侧；所述转子盘(4)的圆周均匀分布两圈方形孔，内圈与外圈的方形孔数量相等，且沿半径方向对齐；方形孔内嵌有轴向充磁的方形永磁体(402)，永磁体(402)的磁极沿圆周方向交替排列，沿半径方向两块永磁体的极性相反；两个所述的定子盘(1)分别位于转子盘(4)的两侧，轴承(6)嵌入定子盘(1)的轴承室(104)内，左侧轴承紧贴固定盘(3)，右侧轴承紧贴转子盘定位台阶(501)；
所述定子盘(1)内侧沿圆周方向均匀分布有窄凹槽(102)和宽凹槽(103)，两种凹槽叠加形成“中”字型凹槽，凹槽内嵌有定子铁心(2)；所述定子铁心(2)由“U”型硅钢片(201)叠压而成，定子铁心中部绕有绕组线圈(202)；
该盘式电机作为发电机使用时，外部动力源拖动带有永磁体的转子盘在两个定子盘之间旋转；当转子盘径向上的两块永磁体旋转到两个正对的“U”型定子铁心中间时，由于径向上两块永磁体极性相反，从而与两侧正对的“U”型定子铁心形成闭合磁路；随着转子盘的旋转，沿圆周方向永磁体磁极交替变化，永磁体在两侧“U”型定子铁心中形成的磁场也随之交替变化，进而在定子铁心的绕组上感应出电流；多个定子铁心的线圈按照一定的顺序连接，形成稳定的电能输出；
该盘式电机作为电动机使用时，根据转子盘上永磁体的位置，分别给相应的定子铁心的绕组线圈通入电流，在两个正对的“U”定子铁心之间形成旋转磁场，带动转子盘旋转，形成稳定的机械能输出；
该盘式电机的定子盘、转子盘、转轴和固定盘主要大结构部件均采用重量轻、强度大的超高分子量聚乙烯材料制成，可以有效降低电机的总体重量，提高电机的功率密度；
该盘式电机的定子铁心模块由“U”型硅钢片叠压而成，中部绕有绕组线圈，结构简单，体积小巧，容易加工，采用硅钢片的边角料即可制作，节约成本；
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190111 |