一种模块化轴向磁通电机的制作方法

1.本发明属于电机技术领域，涉及一种轴向磁通电机，特别是一种模块化轴向磁通电机。


背景技术：

2.轴向磁通电机也称盘式电机，轴向磁通电机具有结构紧凑、效率高、功率密度大等优点，轴向磁通电机尤其适合应用于电动车辆、可再生能源系统、储能系统和工业设备等场合。
3.轴向磁通电机的结构多样，如单定转子结构、双定子中间转子结构、双转子中间定子结构和多盘式结构等，定子的绕组绕线方式又有多种，由此电机生产企业通常仅生产少量型号的轴向磁通电机。对消费者来说不同的应用场景需要不同功率和不同结构的轴向磁通电机，消费者采购不到适合的轴向磁通电机是客观存在的；若消费者选择定制生产则存在着采购成本高的问题。


技术实现要素：

4.本发明提出了一种模块化轴向磁通电机，本发明要解决的技术问题是如何使电机生产企业能提供更多型号的轴向磁通电机，同时又能降低轴向磁通电机的制造成本。
5.本发明的要解决的技术问题可通过下列技术方案来实现：一种模块化轴向磁通电机，包括主轴、中间定子组件和转子组件，转子组件与主轴固定连接，其特征在于，模块化轴向磁通电机还包括两个端盖，两个端盖均通过轴承与主轴相连接，每个端盖上均固定连接有一个端部定子电磁件；端部定子电磁件均位于两个端盖之间，转子组件和中间定子组件均位于两个端部定子电磁件，相邻两组转子组件之间设有一组中间定子组件；通过选择不同数量的中间定子组件和转子组件均能组装得到轴向磁通电机；中间定子组件与两个端盖之间均设置隔套，或相邻两组中间定子组件之间和中间定子组件与两个端盖之间均设有隔套，两个端盖、所有隔套和所有中间定子组件通过多个紧固件固定在一起。
6.选用不同数量的转子组件和中间定子组件能得到双定子中间转子结构的轴向磁通电机，也能得到多盘式结构的轴向磁通电机；同时又可选用不同绕组绕线方式的中间定子组件。不同型号轴向磁通电机的区别仅在于两端盖之间间距，相邻两组中间定子组件之间间距和中间定子组件与两个端盖之间间距，由此可知，通过选择宽度与上述间距吻合的隔套以及相匹配的主轴便能组装得到不同型号的轴向磁通电机。换言之通过该方法不仅显著增加电机生产企业能制造的轴向磁通电机型号数量，还能降低轴向磁通电机的制造周期以及制造成本；该结构尤其适合生产单型号销售量较少的轴向磁通电机。
7.在上述的两个端盖、所有隔套和所有中间定子组件之间固定在一起可采用下述任意一种方案。第一种，所述紧固件包括长螺栓，端盖上具有端盖螺栓孔，中间定子组件上具有定子螺栓孔，定子螺栓孔与端盖中的端盖螺栓孔位置一一对应设置，长螺栓穿过端盖螺
栓孔和定子螺栓孔。将各个部件依次叠设并将长螺栓从各个螺栓孔依次穿过，锁紧紧固件便实现将两个端盖、所有隔套和所有中间定子组件固定在一起，或将两个端盖、所有隔套和所有转子组件固定在一起。该结构不仅提高装配灵活性，还保证各个定子的扁线段轴向重合设置，提高电机的性能。
8.作为优先，隔套上具有隔套螺栓孔，隔套螺栓孔与端盖中的端盖螺栓孔位置一一对应设置，长螺栓穿过隔套螺栓孔；该结构可限制隔套相对于与端盖、转子组件或中间定子组件移动，进而提高结构稳定性和牢固性。
9.第二种，所述中间定子组件上具有两组定子螺栓孔，中间定子组件一侧的隔套与一组定子螺栓孔对应设置，中间定子组件另一侧的隔套与另一组定子螺栓孔对应设置；端盖与隔套之间和隔套与中间定子组件之间均通过紧固件固定连接。
10.作为优先，所述中间定子组件包括定子连接圈和中间定子电磁件，中间定子电磁件位于定子连接圈的内侧，定子连接圈和中间定子电磁件固定连接，定子螺栓孔位于定子连接圈上；定子连接圈能提高端盖、隔套、中间定子组件连接通配性，保证各个螺栓孔一一对应，进而提高各个模块通用性和适配性。
11.作为优先，所述中间定子组件还包括定子底托，定子底托位于中间定子电磁件的内侧，定子底托与中间定子电磁件之间固定连接。设置定子底托可提高中间定子组件的强度，进而降低震荡幅度，缩小中间定子组件与转子组件之间间隙，提高结构紧凑性，降低噪声。
12.作为优先，所述定子连接圈和中间定子电磁件之间通过第一可拆卸结构固定连接。
13.作为优先，所述定子底托与主轴之间通过轴承相连接；该结构进一步提高结构稳定性和牢固性。
14.作为优先，所述转子组件的数量为两组，中间定子组件中中间定子电磁件为共磁轭线圈绕组，共磁轭线圈绕组具有一套铁芯，铁芯的两侧均嵌设有一套线圈绕组；或转子组件的数量为两组，中间定子组件中中间定子电磁件为无磁轭线圈绕组，无磁轭线圈绕组具有一套线圈绕组和一套嵌设在线圈绕组内的铁芯。
15.作为优先，所述转子组件的数量为三组或四组，所有中间定子组件中中间定子电磁件为共磁轭线圈绕组，共磁轭线圈绕组具有一套铁芯，铁芯的两侧均嵌设有一套线圈绕组；或转子组件的数量为三组或四组，所有中间定子组件中中间定子电磁件为无磁轭线圈绕组，无磁轭线圈绕组具有一套线圈绕组和一套嵌设在线圈绕组内的铁芯；或转子组件的数量为三组或四组，部分中间定子组件中中间定子电磁件为共磁轭线圈绕组，共磁轭线圈绕组具有一套铁芯，铁芯的两侧均嵌设有一套线圈绕组；另一部分中间定子组件中中间定子电磁件为无磁轭线圈绕组，无磁轭线圈绕组具有一套线圈绕组和一套嵌设在线圈绕组内的铁芯。
16.与现有技术相比，本模块化轴向磁通电机分为主轴、转子组件、中间定子组件、端盖和隔套等模块，转子组件、中间定子组件和端盖具有通用性和适配性，选择不同数量的转子组件和选择不同线圈绕组方式的中间定子组件得到不同型号的轴向磁通电机，同时各个型号的轴向磁通电机仅需额外加工匹配的主轴和适合长度的隔套，由此模块化轴向磁通电机还具有制作周期短，制作成本低的优点。
附图说明
17.图1是实施例一中轴向磁通电机立体结构示意图。
18.图2是实施例一中轴向磁通电机主视结构示意图。
19.图3是图2中a-a的剖视示意图。
20.图4是实施例一中轴向磁通电机爆炸图。
21.图5是实施例一中转子组件的主视结构示意图。
22.图6是实施例一中永磁体的立体结构示意图。
23.图7是实施例一中中间定子组件的爆炸图。
24.图8是实施例一中线圈绕组的局部结构立体图。
25.图9是实施例一中线圈绕组的局部结构俯视图。
26.图10是实施例一中线圈绕组中一组线圈的俯视图。
27.图11是实施例一中线圈绕组中一组线圈的主视图。
28.图12是实施例一中线圈绕组中一组线圈的局部结构立体图。
29.图13是实施例一中端部定子电磁件的爆炸图。
30.图14是实施例二中轴向磁通电机的剖视结构示意图。
31.图15是实施例二中中间定子组件的爆炸图。
32.图16是实施例二中铁芯的主视结构示意图。
33.图17是实施例三中轴向磁通电机的剖视结构示意图。
34.图18是实施例四中轴向磁通电机的剖视结构示意图。
35.图19是实施例五中轴向磁通电机的剖视结构示意图。
36.图中，1、主轴；2、转子组件；2a、永磁体；2b、磁体固定架；2b1、内环连接部；2b2、磁体固定部；2b3、辐条部；2b4、磁体安装槽；3、中间定子组件；3a、定子连接圈；3a1、定子螺栓孔；3a2、左半圈；3a3、右半圈；3a4、短螺栓；3b、中间定子电磁件；3b1、线圈；3b1a、上导电层；3b1b、下导电层；3b11、扁线段；3b12、铁芯安装槽；3b2、铁芯；3b2a、铁芯块；3b21、共磁轭部；3b22、芯块部；3b23、扁线安装槽；3b24、磁轭部；3b3、封胶；3c、定子底托；3c1、通风孔；3d、定子螺栓；4、隔套；4a、隔套螺栓孔；5、端盖；5a、端盖螺栓孔；5b、第二定位凹槽；6、轴承；7、长螺栓；8、螺母；9、键；10、压环；11、端部定子电磁件；11a、第一定位凹槽；11b、固定孔；12、定位块；13、固定销。
具体实施方式
37.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
38.如图1至图19所示，一种模块化轴向磁通电机包括主轴1、转子组件2、中间定子组件3、隔套4和两个端盖5。两个端盖5均通过轴承6与主轴1相连接；每个端盖5上均固定连接有一个端部定子电磁件11，端部定子电磁件11均位于两个端盖5之间。转子组件2和中间定子组件3均位于两个端部定子电磁件11之间，相邻两组转子组件2之间设有一组中间定子组件3。
39.转子组件2与主轴1固定连接，中间定子组件3与两个端盖5之间均设置隔套4，或相邻两组中间定子组件3之间和中间定子组件3与两个端盖5之间均设有隔套4，两个端盖5、所
有隔套4和所有中间定子组件3通过多个紧固件固定在一起。选取不同数量的转子组件2、不同种类和不同数量的中间定子组件3、适合长度的主轴1和适合长度的隔套4，至少能得到实施例一至实施例六技术方案。
40.实施例一：如图1至图4所示，主轴1的一端穿过其中一个端盖5；根据实际情况可调整为主轴1的两端均穿过端盖5。
41.转子组件2的数量为两组，中间定子组件3的数量为一组，由此该轴向磁通电机具有三组定子，两组转子。紧固件包括长螺栓7和螺母8，端盖5上具有端盖螺栓孔5a。
42.如图3至图6所示，转子组件2包括永磁体2a和呈圆环状的磁体固定架2b。磁体固定架2b包括内环连接部2b1和位于内环连接部2b1外侧的磁体固定部2b2，内环连接部2b1和磁体固定部2b2之间通过多根辐条部2b3相连接，采用辐条部2b3连接不仅降低磁体固定架2b重量，还有利于散热。内环连接部2b1用于与主轴1相连接，转子组件2中磁体固定架2b通过键9和压环10与主轴1固定连接。
43.磁体固定部2b2用于与永磁体2a相连接；磁体固定部2b2上开设有偶数个磁体安装槽2b4，磁体安装槽2b4绕着磁体固定部2b2的轴心线周向均匀分布；永磁体2a的数量与磁体安装槽2b4的数量相同且永磁体2a一一对应地嵌设固定在磁体安装槽2b4内。从转子组件2的主视图上，永磁体2as极与永磁体2an极交错布置，单个永磁体2a的s极和n极前后布置。
44.永磁体2a呈梯形体且呈长条状，磁体安装槽2b4的形状与永磁体2a的形状相吻合，提高安装牢固性以及磁感线均匀性和一致性。永磁体2a相对于磁体固定架2b由外至内逐渐缩小，说明书附图给出磁体固定架2b的直径为310mm，永磁体2a的数量为80个。根据实际工况，在磁体固定架2b的直径均为310mm时，永磁体2a的数量可适应性地增加或减少，永磁体2a的数量为60个至100个。当然，根据磁体固定架2b的直径也可适应性增加或减少永磁体2a的数量。采用长条状且梯形体的永磁体2a可显著增加永磁体2a的排列数量，缩小相邻两个永磁体2a之间夹角，相邻两个永磁体2a之间夹角α为3.6
°‑6°
，进而实现提高轴向磁通电机的转速和扭矩。
45.如图4、图7至图12所示，中间定子组件3呈圆环状，中间定子组件3包括定子连接圈3a、中间定子电磁件3b和定子底托3c。定子连接圈3a位于中间定子电磁件3b的外侧，定子连接圈3a与中间定子电磁件3b之间通过第一可拆卸结构固定连接，定子连接圈3a上具有定子螺栓孔3a1，定子螺栓孔3a1与端盖5中的端盖螺栓孔5a位置一一对应设置；由此可根据连接结构调整定子连接圈3a，进而提高中间定子组件3适配性；换言之在定子连接圈3a保持不变时可更换不同型号的中间定子电磁件3b。
46.定子连接圈3a的内侧壁上具有连接凹槽，中间定子电磁件3b的外缘具有嵌入连接凹槽内的连接凸环部。定子连接圈3a包括左半圈3a2和右半圈3a3，左半圈3a2和右半圈3a3通过短螺栓3a4固定连接，即通过卸除短螺栓3a4以及拆分左半圈3a2和右半圈3a3，便能将定子连接圈3a从中间定子电磁件3b上卸下。
47.定子底托3c位于中间定子电磁件3b的内侧，定子底托3c与中间定子电磁件3b之间固定连接，定子底托3c与主轴1之间具有间隙，这样有利于散热。定子连接圈3a和定子底托3c均能提高中间定子组件3的强度，进而提高中间定子组件3与转子组件2的平行性。
48.中间定子电磁件3b呈圆环状，中间定子电磁件3b为无磁轭线圈绕组；无磁轭线圈绕组包括一套线圈绕组和一套嵌设在线圈绕组内的铁芯3b2，线圈绕组和铁芯3b2由封胶
3b3包裹。
49.一套线圈绕组由三组线圈3b1组成，三组线圈3b1位于同一轴向平面上，三组线圈3b1绕着中间定子电磁件3b的轴心线周向均匀分布；采用三组线圈3b1便于调控转速以及提高最高转速。如图9所示，实线、虚线和点划线均示意一组线圈3b1。
50.每组线圈3b1分为两层导电层，两层导电层沿着中间定子电磁件3b的轴心线方向层叠设置，为了便于描述分别称为上导电层3b1a和下导电层3b1b。每层导电层中均具有多段沿中间定子电磁件3b径向设置的扁线段3b11，每层导电层中扁线段3b11的数量相同且一一对应地重合设置。
51.每层导电层中一段扁线段3b11称为扁线头段、一段扁线段3b11称为扁线尾段，其余扁线段3b11称为扁线中段，扁线头段和扁线尾段相邻设置。上导电层3b1a中扁线中段的两端分别与下导电层3b1b中与上述扁线中段左右相邻的两段扁线段3b11电连接，该两段扁线段3b11可以均为扁线中段，也可以一段为扁线头段，另一段为扁线中段，还可以一段为扁线尾段，另一段为扁线中段。其中一层导电层中扁线头段和扁线尾段电连接，另一导电层中扁线头段和扁线尾段用于电连接外部电源；由此实现控制重合设置的两段扁线段3b11电流方向相同，同一导电层中相邻两段扁线段3b11电流方向相反，该线圈3b1具有结构简单，控制方便的优点。
52.每层导电层中扁线段3b11的数量与转子组件2中永磁体2a的数量相同。当永磁体2a的数量为80个时，线圈绕组形成240个铁芯安装槽3b12，铁芯安装槽3b12大致呈扇形，即由外至内逐渐缩小。铁芯3b2由多块铁芯块3b2组成，铁芯块3b2的数量与铁芯安装槽3b12的数量相同，铁芯块3b2一一对应地嵌设在铁芯安装槽3b12内。铁芯块3b2的形状与永磁体2a的形状相吻合，这样有利于提高主轴1转动稳定性，输出功率、扭矩和转速。
53.如图12所示，上导电层3b1a中的一扁线中段sz1与下导电层3b1b中的一扁线中段xz1和扁线头段xt电连接；下导电层3b1b中的一扁线中段xz1和扁线头段xt之间的一扁线段3b11称为扁线尾段xw；上述的扁线中段sz1与上述的扁线尾段xw重合设置。上述的扁线中段sz1左右相邻的两段扁线段3b11分别称为扁线头段st和扁线中段sz2，上述的扁线头段st与上述的扁线头段xt重合设置；上述的扁线中段sz2与上述的扁线中段xz1重合设置。上述的扁线头段xt与上述的扁线尾段xw通过连接片电连接。假设电流从上述的扁线头段st流入且由外至内流动，那么上述的扁线头段xt中电流也由外至内流动；上述的扁线中段sz1和上述的扁线尾段xw中电流均由内至外流动；电流使铁芯块3b2产生磁感线，当从一组线圈3b1通电切换至两组线圈3b1通电后，通常磁通量增加，主轴1转动速度更大，主轴1转动更稳定。当从两组线圈3b1通电切换至三组线圈3b1通电后，通常磁通量增加，主轴1转动速度更大，主轴1转动更稳定。
54.如图13所示，端部定子电磁件11同上述中间定子电磁件3b的结构及原理基本相同，基本相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于铁芯3b2。铁芯3b2包括磁轭部3b24和位于磁轭部3b24一侧的多个芯块部3b22；铁芯3b2的两端面上均具有与线圈绕组中扁线段3b11一一对应的扁线安装槽3b23，线圈绕组中扁线段3b11嵌设在扁线安装槽3b23内；芯块部3b22的数量与铁芯安装槽3b12的数量相同，芯块部3b22一一对应地嵌设在铁芯安装槽3b12内。线圈绕组和铁芯3b2之间可紧配合固定，也可以由封胶3b3包裹固定。芯块部3b22的形状与永磁体2a的形状相吻合，这样有利于提高主轴1转动稳定性，输
出功率、扭矩和转速。
55.如图3、图4和图13所示，端部定子电磁件11与端盖5之间通过第二可拆卸结构相连接，这样根据实际情况可卸除端部定子电磁件11，进而得到不同型号的轴向磁通电机。
56.端部定子电磁件11中铁芯3b2的另一侧面上具有第一定位凹槽11a，端盖5上具有第二定位凹槽5b，端部定子电磁件11与端盖5之间垫设有定位块12，定位块12嵌入第一定位凹槽11a和第二定位凹槽5b内，这样不仅保证端部定子电磁件11中扁线段3b11与中间定子组件3中扁线段3b11重合设置，实现提高电机性能，还使铁芯3b2的另一侧面与端盖5之间具有间隙，提高端部定子电磁件11的磁通量。端盖5上安装有多根固定销13，固定销13沿端盖5的径向线方向设置，铁芯3b2中磁轭部3b24上具有固定孔11b，固定销13嵌设在固定孔11b内，该第二可拆卸结构具有拆装方便，固定牢固的优点。
57.中间定子组件3与两个端盖5之间均设置隔套4，隔套4上具有隔套螺栓孔4a，隔套螺栓孔4a与端盖5中的端盖螺栓孔5a位置一一对应设置。长螺栓7依次穿过位于左侧端盖5上的端盖螺栓孔5a、位于左侧隔套4的隔套螺栓孔4a、中间定子组件3的定子螺栓孔3a1、位于右侧隔套4的隔套螺栓孔4a和位于右侧端盖5上的端盖螺栓孔5a，最终长螺栓7与螺母8相连接，通过拧紧螺母8实现两个端盖5、所有隔套4和所有中间定子组件3通过多个紧固件固定在一起。
58.实施例二：如图14至图16所示，本实施例同实施例一的结构及原理基本相同，基本相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于中间定子组件3。中间定子电磁件3b为共磁轭线圈绕组，共磁轭线圈绕组具有一套铁芯3b2，铁芯3b2的两侧均嵌设有一套线圈绕组。线圈绕组与实施例一中无磁轭线圈绕组中线圈绕组结构相同，在此不再累赘描述。铁芯3b2具有位于中部的共磁轭部3b21和位于共磁轭部3b21两侧的芯块部3b22，铁芯3b2的两端面上均具有与线圈绕组中扁线段3b11一一对应的扁线安装槽3b23，线圈绕组中扁线段3b11嵌设在扁线安装槽3b23内，芯块部3b22一一对应地嵌入铁芯安装槽3b12内。线圈绕组和铁芯3b2之间可紧配合固定，也可以由封胶3b3包裹固定。
59.共磁轭部3b21中具有径向设置的螺栓孔，定子螺栓3d径向设置，定子螺栓3d由外至内穿过定子连接圈3a和共磁轭部3b21，最后与定子底托3c螺纹连接。定子底托3c上具有通风孔3c1，实现提高轴向磁通电机的散热效果。定子底托3c与主轴1之间通过轴承6相连接，这样显著提高中间定子组件3安装牢固性和稳定性。
60.实施例三：如图17所示，本实施例同实施例一的结构及原理基本相同，基本相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于：转子组件2的数量为三组，中间定子组件3的数量为两组，两组中间定子组件3的类型相同。两组中间定子组件3之间也设有隔套4，长螺栓7也穿过上述隔套4。
61.实施例四：如图18所示，本实施例同实施例二的结构及原理基本相同，基本相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于：转子组件2的数量为三组，中间定子组件3的数量为两组，两组中间定子组件3的类型相同；两组中间定子组件3之间也设有隔套4，长螺栓7也穿过上述隔套4。
62.实施例五：如图19所示，本实施例同实施例三或实施例四的结构及原理基本相同，基本相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于：两组中间定子组件3的类型不相同；一组中间定子组件3中中间定子电磁件3b为共磁轭线圈绕组，另一组中间
定子组件3中中间定子电磁件3b为无磁轭线圈绕组。
63.实施例六：本实施例同实施例一或实施例二或实施例三或实施例四或实施例五的结构及原理基本相同，基本相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于：两个端盖5、所有隔套4和所有中间定子组件3通过多个紧固件固定在一起的方式。
64.中间定子组件3上具有两组定子螺栓孔3a1，中间定子组件3一侧的隔套4与一组定子螺栓孔3a1对应设置，中间定子组件3另一侧的隔套4与另一组定子螺栓孔3a1对应设置；端盖5与隔套4之间和隔套4与中间定子组件3之间均通过紧固件固定连接。