高效高功率密度内转子、外转子空芯电机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种高效高功率密度内转子空芯电机，包括电机外壳、固定设置在电机外壳内的磁碟式双定子绕组、设置在两个定子绕组之间的双面永磁阵列转子、以及通过轴承安装在电机外壳上并与转子固定连接的电机转轴；每一定子绕组包括至少两个分别由导电材料绕制成型的多边形线圈；并且多边形线圈相错一定角度叠置并整形后固化成盘状。也可以根据需要做成外转子电机，其结构对应修改即可。由本实用新型专利技术绕组制成的空芯电机功率密度高、功率大、效率高、结构简单、材料利用率高、控制性能好，因此广泛应用于机器人、数控机床、无人机、空间飞行器、电动汽车、雷达、尖端医疗器械、高速雕刻机和研磨机等需要超高性能的场合。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及稀土永磁电机，特别的，涉及一种高效高功率密度的空芯 电机。
技术介绍
传统的有铁芯电机的转动惯量、机电时间常数、转矩波动都较大，齿槽结 构又成为散热的瓶颈。而且，由于铁芯结构的存在，使铜损和铁损成为电机的 主要损耗。而传统的无铁芯电机，如空芯杯电机、磁碟式无铁芯电机等，虽然消除了 齿槽效应和磁阻转矩，有较高的功率密度，但是其制造工艺复杂，散热条件差， 功率很难做大。而且由于其大气隙结构，导致漏磁较大，磁场的利用率较低。 正是由于传统电机的这些不足，限制了这些电机的应用场合。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于，针对现有技术的无铁芯电机的功率 密度低、功率小等缺陷，提供一种功率密度高、功率大、效率高的内转子或外 转子空芯电机。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种高效高功率密 度内转子空芯电机，包括电机外壳、固定设置在电机外壳内的磁碟式双定子绕 组、设置在所述两个定子绕组之间的双面永磁阵列转子、以及通过轴承安装在 所述电机外壳上并与所述转子固定连接的电机转轴；每一所述定子绕组包括至 少两个分别由导电材料绕制成型的多边形线圈；并且所述多边形线圈相错一定 角度叠置并整形后固化成盘状。在本技术的内转子空芯电机中，所述导电材料为一根或多根具有一定长宽比的扁形导电条。在本技术的内转子空芯电机中，所述两个定子绕组的截面形状分别为 ""形，其相对固定安装在所述电机外壳内侧。在本技术的内转子空芯电机中，所述转子为隔磁材料做成的圆盘；所 述圆盘上开设有贯通的凹槽，在所述凹槽内镶嵌有永磁体，并且所述永磁体与 所述圆盘共面。在本技术的内转子空芯电机中，所述永磁体的南极和北极交替分布， 并且其数量为四的倍数，每个所述永磁体的形状为扇环形。或者，提供一种高效高功率密度外转子空芯电机，包括电机外壳、分别固 定设置在所述电机外壳相对两侧内壁上的永磁阵列转子、设置在所述两个转子 之间的磁碟式定子绕组、以及通过轴承安装在所述电机外壳上并与所述定子绕 组固定连接的电机转轴；所述定子绕组包括至少两个分别由导电材料绕制成型 的多边形线圈；并且所述多边形线圈相错一定角度叠置并整形后固化成盘状。在本技术的外转子空芯电机中，所述导电材料为一根或多根具有一定 长宽比的扁形导电条。在本技术的外转子空芯电机中，所述定子绕组的截面形状分别为"工" 形，其相对固定安装在所述电机转轴上。在本技术的外转子空芯电机中，所述转子为导磁材料做成的圆盘；所 述圆盘上开设有未贯通的凹槽，在所述凹槽内镶嵌有永磁体。在本技术的外转子空芯电机中，所述永磁体的南极和北极交替分布， 并且其数量为四的倍数，每个所述永磁体的形状为扇环形。实施本技术具有以下有益效果:本技术的电机采用独特的绕组结 构，并且绕组具有较大的表面积、很高的占空系数、内阻小、绕组轴向尺寸短， 大大减少了轴向气隙长度，从而可以大幅提高磁场的利用率，使得电机具有功 率密度高、功率大、效率高、控制性能好等优点，从根本上解决了传统有铁芯 电机和无铁芯电机的一系列不足。进一步的，本技术还具有以下优点1、高动态性能机电时间常数小，动态性能好；2、 过载能力强空芯磁碟式定子结构使电机有很高的抗过载能力和峰值 转矩；3、 无齿槽效应空芯磁碟式定子结构使电机无齿槽效应和磁阻转矩。4、 无刷无机械换向火花，无机械电刷磨损。5、 可靠性高只有轴承是维护件，电机寿命长，性能稳定可靠。6、 宽高效率范围电机在1/4负载和满载之间均有较高的效率。7、 功能可逆同一台电机，既是高效率电动机，又是高效率发电机。8、 结构灵活可以按照用户需求设计成内转子、外转子结构或其它特殊 结构。9、 堆叠式结构功率随着电机单体增多可以线性增长，尤其适合轮毂电 机、混合动力和低速直驱低品位能源的应用。附图说明下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明，附图中图1是具有本技术第一实施例结构的电机总体图。图2是具有本技术第一实施例结构的定子内部线圈绕线结构图。图3是本技术第一实施例的永磁转子及磁轭盘的平面图。图4是具有本技术第一实施例结构的精密绕组定子结构侧视图。图5是具有本技术第一实施例结构的带有转轴的电机堆叠式结构的总体图。图6是具有本技术第一实施例结构的不带转轴的电机堆叠式结构的总体图。图7是具有本技术第二实施例结构的电机总体图。具体实施方式图1至图4是本技术的高效高功率转子空芯电机的第一实施例，包括 电机外壳14、相对固定在电机外壳内侧的磁碟式双定子绕组2、轴承3、电机 转轴4以及双面永磁阵列转子5。如图2所示，是一个定子绕组的内部线圈绕线结构图。在本实施例中，该绕组为三相绕组，包括U相6、 V相7和W相8。通过电源控制器分别在不 同时刻通入交变电流，使电机通过U、 V、 W三相绕组形成旋转磁场，带动永 磁转子输出机械功率。如图3所示，是双面永磁阵列转子的平面图。通过双面永磁阵列转子产生 永恒磁场。该转子为采用隔磁材料做成的圆盘，圆盘上开设贯通的凹槽，凹槽 内镶嵌永磁体，并且永磁体与圆盘共面。永磁体包括N极永磁体9和S极永 磁体10，在两个永磁体之间形成磁轭隔墙，起到减少永磁体之间的极间漏磁， 起到磁束缚的作用。永磁体的N、 S极交替分布，并且永磁体的数目是4的倍 数，如4、 8、 12、 16、 20、 24等。永磁体的形状是扇环形状，从而可以均布 在圆盘上。转子的中心与电机转轴相连，带动支持在电机外壳中心轴承上的电 机转轴转动输出功率或由电机转轴带动转子转动发电。如图4所示，是绕组的剖视示意图，图中的12是线圈端线的压接部分， 即相邻的两个不同相的绕组重叠部分。图中的13是线圈的有效边，是电磁能 量转换的主体。由若干个用一根或多根具有一定长宽比的扁形导电材料绕制形 成的多边形线圈叠置并相错若干角度构成该绕组，经过整形后通过热固材料固 化成型，制成图4形状的定子结构。在本实施例中，两个定子绕组的截面形状 分别为""形，直接相对贴合固定安装在电机外壳内侧，从而大大 增加了定子绕组的热容，通过外壳将绕组的热量散发出去。另外，定子绕组的 截面形状也可以根据需要做成其他的形状，例如"工"形。可以理解的，两侧线圈端线的压接部分同时也起到双定子的支撑作用，从 而可以省略电机外壳，使得电机可以做成无壳结构，这样大大节省了电机轴向 的长度，使电机能够满足及其苛刻的薄型安装场合。本技术的工作原理是由本技术构成的电机组装完成后，用变频 电源或电机专用的无感无刷驱动器通过电源引出线给有此结构的双定子绕组 供电，形成旋转磁场，旋转磁场作用于转子的永磁阵列上，使其带动电机转轴 转动，并输出功率；或直接由外部机械力驱动电机转轴转动，从而带动转子转 动，由定子绕组切割磁力线，产生电流，然后经过宽范围的高效AC-DC开关 模块进行整流稳压并将电能储存在蓄电池中，再由蓄电池直接输出或由DC-AC逆变器转换成220V的正弦交流电输出。该结构电机效率高、结构简单，散热条件好。绕组有较大的表面积，很 高的占空系数，内阻极小，发热量极低，加上独特的绕组技术，使磁场的利用 率大幅度提高。由本技术绕组制成的电机功率密度高、功率大、效率高、 结构简单、材料利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效高功率密度内转子空芯电机，包括电机外壳、固定设置在电机外壳内的磁碟式双定子绕组、设置在所述两个定子绕组之间的双面永磁阵列转子、以及通过轴承安装在所述电机外壳上并与所述转子固定连接的电机转轴；其特征在于：　　　　每一所述定子绕组包括至少两个分别由导电材料绕制成型的多边形线圈；并且所述多边形线圈相错一定角度叠置并整形后固化成盘状。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李巍，
申请(专利权)人：深圳市世盈电通科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：94[中国|深圳]