【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及盤式無鐵芯永磁電機，尤其是涉及一種盤式halbach磁體陣列轉子盤的結構及其制造方法。
技術介紹
1、盤式無鐵芯永磁電機因具有高功率/轉矩密度、高效率、低轉矩波動、運行平穩等優勢，目前已在直驅發電系統、飛輪蓄能、高精度伺服系統、全電推進裝置系統等行業中得到了快速的推廣應用。
2、根據定轉子數量、相對位置和主磁路分類，現有的盤式永磁電機主要有4種拓撲結構，依次為單定子單轉子結構、雙定子單轉子結構、單定子雙轉子結構和多盤式結構。其中，單定子雙轉子結構定子在中間為無鐵芯無齒槽的繞組盤，轉子在兩側通常采用halbach磁體陣列，具有更高的功率/轉矩密度和效率、無齒槽轉矩波動、體積小、重量輕等優良性能，具有更高的發展和推廣潛力。
3、盡管單定子雙轉子halbach磁體陣列無鐵芯永磁電機已有近20年的理論研究、電磁仿真和樣機制作，但在制造技術、生產設備和工藝等方面還不夠成熟，難于進行批量化生產，產品性能品質不夠穩定。尤其是由于轉子盤間存在軸向電磁吸力，以及電機運行時轉子盤存在徑向離心力，導致定子盤兩側的氣隙長度周向不均勻，轉子盤變形并與定子盤刮碰以及徑向竄動，振動噪聲增大。
4、另外從原理上講，halbach磁體陣列可以使電機面向氣隙的一側磁場增強，另一側磁場減弱，因此可以不用鐵芯背軛，但這樣會導致永磁體得不到充分利用，電機氣隙一側的磁場不夠強，同時halbach磁體陣列還需要由其它部件提供定位和支撐保護。
5、現有技術中，中國專利cn109713819a公開一種高強度halba
6、因此當前亟需解決轉子盤halbach磁體陣列的周向、軸向和徑向的定位支撐、以及如何提升永磁體利用率和增強電機氣隙磁場的問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種盤式halbach磁體陣列轉子盤的結構及其制造方法，能夠可靠實現halbach磁體陣列的支撐保護和周向、軸向、徑向定位，并且提高永磁體利用率、增強電機氣隙磁場。
2、本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：一種盤式halbach磁體陣列轉子盤的結構，包括面向電機氣隙側依次軸向排列連接的轉子支架、halbach磁體陣列、磁性背板，所述轉子支架、halbach磁體陣列、磁性背板的外側纏繞有纖維環帶，所述轉子支架和磁性背板之間通過沉頭螺釘緊固連接，所述轉子支架和磁性背板用于對halbach磁體陣列進行安裝定位，以及提供電機運行時的支撐保護，所述纖維環帶和沉頭螺釘用于實現轉子盤的軸向緊固，以及提供電機運行時的徑向保護。
3、進一步地，所述halbach磁體陣列由多個異性磁極依次拼裝組成，每個磁極均由2～6塊充磁方向由軸向正方向到周向、再到軸向反方向的永磁體排列而成，其中，軸向充磁的永磁體位于磁極中心，在靠近磁性背板的一側的周向中心表面設置有徑向第二凹槽，用于與磁性背板嵌合連接；
4、周向充磁的永磁體位于相鄰的異性磁極周向中心，在靠近轉子支架的一側的周向中心表面設置有徑向第一凹槽，用于與轉子支架嵌合連接。
5、進一步地，所述磁極由2、4或6塊永磁體排列而成時，相鄰磁極間的周向中心為周向充磁的永磁體，所述徑向第一凹槽設置在周向充磁的永磁體中心面向電機氣隙的一側；
6、所述磁極由3或5塊永磁體排列而成時，相鄰磁極間的周向中心為兩塊永磁體的徑向分界線，所述徑向第一凹槽設置在兩塊永磁體的徑向分界線面向電機氣隙的一側。
7、進一步地，所述轉子支架套設安裝在電機轉軸上，包括支撐部和磁鋼安裝部，所述支撐部和磁鋼安裝部沿徑向由內至外分布，所述沉頭螺釘穿設連接于支撐部與磁性背板之間，所述磁鋼安裝部與halbach磁體陣列中周向充磁的永磁體相互嵌合連接。
8、進一步地，所述磁鋼安裝部面向永磁體的一側徑向上設置有第一凸條，所述第一凸條與halbach磁體陣列的徑向第一凹槽對應嵌合連接，以實現halbach磁體陣列的軸向定位。
9、進一步地，所述支撐部的軸向厚度等于磁鋼安裝部和永磁體軸向厚度之和，所述磁鋼安裝部的徑向長度等于永磁體的徑向長度。
10、進一步地，所述支撐部上開設有用于散熱的通風孔、用于安裝沉頭螺釘的盲孔以及用于連接電機轉軸的軸孔。
11、進一步地，所述磁性背板包括位于徑向中心的環形粘貼磁鋼部和位于徑向外圓的圍板，所述粘貼磁鋼部上設置有第二凸條，所述第二凸條與halbach磁體陣列的徑向第二凹槽對應嵌合連接，以實現halbach磁體陣列的軸向定位；
12、所述圍板用于實現halbach磁體陣列的徑向定位；
13、所述粘貼磁鋼部上開設有用于安裝沉頭螺釘的螺孔。
14、進一步地，所述圍板的軸向高度為永磁體軸向厚度的1/3。
15、一種盤式halbach磁體陣列轉子盤的制造方法，包括以下步驟：
16、s1、并行獨立加工轉子支架、磁性背板以及永磁體的充磁、切割和研磨；
17、s2、在轉子支架的磁鋼安裝部和永磁體的結合面處涂膠粘貼，并依靠第一凸條和徑向第一凹槽的配合實現永磁體的軸向定位，形成halbach磁體拼裝陣列；
18、s3、在磁性背板的粘貼磁鋼部和永磁體的結合面處涂膠粘貼，并依靠第二凸條和徑向第二凹槽的配合實現永磁體的進一步軸向定位，依靠磁性背板外圓的圍板實現永磁體的徑向定位，之后安裝沉頭螺釘；
19、s4、纏繞纖維環帶，進行裝配質量檢測。
20、與現有技術相比，本專利技術具有以下優點：
21、本專利技術設計面向電機氣隙側依次軸向排列連接的轉子支架、halbach磁體陣列、磁性背板，并在轉子支架、halbach磁體陣列、磁性背板的外側纏繞纖維環帶，在轉子支架和磁性背板之間通過沉頭螺釘緊固連接，利用轉子支架和磁性背板對halbach磁體陣列進行安裝定位，并提供電機運行時的支撐保護；利用纖維環帶和沉頭螺釘實現轉子盤的軸向緊固，并提供電機運行時的徑向保護。由此一方面通過轉子支架實現halbach磁體陣列的支撐保護和周向、軸向定位；另一方面通過磁性背板提高永磁體利用率、增強電機氣隙磁場并實現halbach磁體陣列的支撐保護和軸向、徑向定位；此外，還通過纖維環帶實現halbach磁體陣列徑向定位，并克服轉子運行時的離心力，從而有效保護轉子盤。
22、本專利技術在halbach磁體陣列中設計徑向第一凹槽和徑向第二凹槽，以分別與轉子支架上的第一凸條和磁性背板上的第二凸條相對應嵌合連接，能夠確保轉子支架和磁性背板實現對拼裝的halbach磁體陣列的周向、軸向安裝定位。
23、本專利技術在磁性背板的徑向外圓設置圍板，圍板的軸向高本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種盤式Halbach磁體陣列轉子盤的結構，其特征在于，包括面向電機氣隙側依次軸向排列連接的轉子支架(1)、Halbach磁體陣列(2)、磁性背板(3)，所述轉子支架(1)、Halbach磁體陣列(2)、磁性背板(3)的外側纏繞有纖維環帶(4)，所述轉子支架(1)和磁性背板(3)之間通過沉頭螺釘(5)緊固連接，所述轉子支架(1)和磁性背板(3)用于對Halbach磁體陣列(2)進行安裝定位，以及提供電機運行時的支撐保護，所述纖維環帶(4)和沉頭螺釘(5)用于實現轉子盤的軸向緊固，以及提供電機運行時的徑向保護。
2.根據權利要求1所述的一種盤式Halbach磁體陣列轉子盤的結構，其特征在于，所述Halbach磁體陣列(2)由多個異性磁極依次拼裝組成，每個磁極均由2～6塊充磁方向由軸向正方向到周向、再到軸向反方向的永磁體排列而成，其中，軸向充磁的永磁體(201)位于磁極中心，在靠近磁性背板(3)的一側的周向中心表面設置有徑向第二凹槽(202)，用于與磁性背板(3)嵌合連接；
3.根據權利要求2所述的一種盤式Halbach磁體陣列轉子盤的結構，其特征在于，所
4.根據權利要求2所述的一種盤式Halbach磁體陣列轉子盤的結構，其特征在于，所述轉子支架(1)套設安裝在電機轉軸上，包括支撐部(101)和磁鋼安裝部(102)，所述支撐部(101)和磁鋼安裝部(102)沿徑向由內至外分布，所述沉頭螺釘(5)穿設連接于支撐部(101)與磁性背板(3)之間，所述磁鋼安裝部(102)與Halbach磁體陣列(2)中周向充磁的永磁體(203)相互嵌合連接。
5.根據權利要求4所述的一種盤式Halbach磁體陣列轉子盤的結構，其特征在于，所述磁鋼安裝部(102)面向永磁體的一側徑向上設置有第一凸條(103)，所述第一凸條(103)與徑向第一凹槽(204)對應嵌合連接，以實現Halbach磁體陣列(2)的軸向定位。
6.根據權利要求4所述的一種盤式Halbach磁體陣列轉子盤的結構，其特征在于，所述支撐部(101)的軸向厚度等于磁鋼安裝部(102)和永磁體軸向厚度之和，所述磁鋼安裝部(102)的徑向長度等于永磁體的徑向長度。
7.根據權利要求4所述的一種盤式Halbach磁體陣列轉子盤的結構，其特征在于，所述支撐部(101)上開設有用于散熱的通風孔(104)、用于安裝沉頭螺釘(5)的盲孔(106)以及用于連接電機轉軸的軸孔(105)。
8.根據權利要求5所述的一種盤式Halbach磁體陣列轉子盤的結構，其特征在于，所述磁性背板(3)包括位于徑向中心的環形粘貼磁鋼部(301)和位于徑向外圓的圍板(302)，所述粘貼磁鋼部(301)上設置有第二凸條(303)，所述第二凸條(303)與徑向第二凹槽(202)對應嵌合連接，以實現Halbach磁體陣列(2)的軸向定位；
9.根據權利要求8所述的一種盤式Halbach磁體陣列轉子盤的結構，其特征在于，所述圍板(302)的軸向高度為永磁體軸向厚度的1/3。
10.一種盤式Halbach磁體陣列轉子盤的制造方法，用于制造如權利要求8所述的一種盤式Halbach磁體陣列轉子盤的結構，其特征在于，包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種盤式halbach磁體陣列轉子盤的結構，其特征在于，包括面向電機氣隙側依次軸向排列連接的轉子支架(1)、halbach磁體陣列(2)、磁性背板(3)，所述轉子支架(1)、halbach磁體陣列(2)、磁性背板(3)的外側纏繞有纖維環帶(4)，所述轉子支架(1)和磁性背板(3)之間通過沉頭螺釘(5)緊固連接，所述轉子支架(1)和磁性背板(3)用于對halbach磁體陣列(2)進行安裝定位，以及提供電機運行時的支撐保護，所述纖維環帶(4)和沉頭螺釘(5)用于實現轉子盤的軸向緊固，以及提供電機運行時的徑向保護。
2.根據權利要求1所述的一種盤式halbach磁體陣列轉子盤的結構，其特征在于，所述halbach磁體陣列(2)由多個異性磁極依次拼裝組成，每個磁極均由2～6塊充磁方向由軸向正方向到周向、再到軸向反方向的永磁體排列而成，其中，軸向充磁的永磁體(201)位于磁極中心，在靠近磁性背板(3)的一側的周向中心表面設置有徑向第二凹槽(202)，用于與磁性背板(3)嵌合連接；
3.根據權利要求2所述的一種盤式halbach磁體陣列轉子盤的結構，其特征在于，所述磁極由2、4或6塊永磁體排列而成時，相鄰磁極間的周向中心為周向充磁的永磁體(203)，所述徑向第一凹槽(204)設置在周向充磁的永磁體(203)中心面向電機氣隙的一側；
4.根據權利要求2所述的一種盤式halbach磁體陣列轉子盤的結構，其特征在于，所述轉子支架(1)套設安裝在電機轉軸上，包括支撐部(101)和磁鋼安裝部(102)，所述支撐部(101)和磁鋼安裝部(102)沿徑向由內至外分布，所述沉頭螺釘(5)穿設連接于支撐部(101)與磁性背板(3)之間，所述...
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