[发明专利]一种轴向磁场电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机，尤其涉及一种轴向磁场电机。

背景技术

轴向磁场电机是主磁场沿电机转轴方向的电机，其定子与转子为圆盘状并以电机转轴为中心轴。定子和转子上设有线槽，嵌设在线槽中的电磁线通电后产生旋转磁场带动转子运转。轴向磁场电机由一个或多个的定子与一个或多个的转子相间迭加在一起组成，定子和转子带有线槽，其线槽走向通常沿定子或转子的半径方向，即径向；也有部分轴向磁场电机采用斜槽，其线槽走向稍微偏离径向，与径向构成一个小角度，但这样的斜槽并无本质上的不同。图1是一种轴向磁场电机的基本结构的示意图，图中电机包含两个定子101和一个转子102，转子102夹在定子101中间，所有定子101和转子102均以电机转轴103为中心轴。

普通的轴向磁场电机皆采用均匀线槽，线槽横截面的形状和尺寸沿线槽的纵轴方向保持不变。图2所示为一普通轴向磁场电机的定子200结构示意图，其16个线槽皆为均匀线槽。如果在某个线槽纵轴201上任意选若干个点202、203和204，并在各点分别作垂直于线槽纵轴201的横截剖面，所得到的线槽的各个横截面将具有相同的形状和尺寸。虽然均匀线槽的加工比较方便，但是对电机具有负面影响，以图2所示的定子为例，首先它限制了定子200的内径（即定子最内圈的直径，设为d），要求内径d必须大于某个数值。因为线槽具有一定的宽度，如果定子内径d较小，定子200最内圈的周长就会较小而无法容纳足够数量的线槽。虽然可以通过采用较窄的线槽来解决此问题，但是如此将导致定子200中较靠近外圈处的齿宽与槽宽严重不成比例，从而影响性能。所以采用均匀线槽的普通轴向磁场电机，其定子内径d相对于定子外径（即定子最外圈的直径，设为D）一般不能很小。定子的侧面面积为π(D²-d²)/4，如果无法将定子内径d设在一个相对于定子外径D较小的数值，就无法有效地增加定子200侧面面积，与定子200侧面面积紧密相关的磁极表面积也就受到限制，从而限制了电机的输出功率。如图2中所示即为一个磁极的表面205，其大小与定子侧面面积紧密相关，在给定定子外径D的前提下减少定子内径d可有效提高磁极表面积，从而增加输出功率，而均匀线槽则会限制定子内径d的取值，从而影响输出功率。均匀线槽带来的另一个缺点是在定子或转子的较靠近外圈的部位轭部磁感应强度往往偏高，容易导致磁饱和而影响电机的性能，而在较靠近内圈的部位则轭部磁感应强度又往往过低。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的轴向磁场电机存在的缺陷，而提供一种新型轴向磁场电机，所要解决的技术问题是增加电磁极总表面积，提高电机的输出功率，并且避免产生磁饱和而影响电机性能，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。

本发明的目的及相关技术问题的解决是通过以下技术方案来实现的：依据本发明提出的一种轴向磁场电机，包括定子、转子和电机转轴，所述定子与转子均以电机转轴为中心轴，其特征在于，所述定子和/或转子上设置有非均匀线槽。

前述的轴向磁场电机，所述非均匀线槽是指线槽的横截面形状、尺寸或形状和尺寸同时沿线槽纵轴方向逐渐变化。

优选地，所述非均匀线槽上距离电机转轴越近处线槽的宽度越小、深度越大，而距离电机转轴越远处线槽的宽度越大、深度越小。

更优选地，前述的轴向磁场电机，所述非均匀线槽的横截面面积沿线槽纵轴方向基本保持不变。所述的横截面面积基本保持不变是指其任一垂直于线槽纵轴的横截面的面积与该线槽横截面面积平均值的差值在±15%以内。

优选地，所述的轴向磁场电机中，定子或转子的内径是其外径的一半或一半以下。本发明所述的非均匀线槽轴向磁场电机在减小定子和/或转子的内径或外径方面具有特别的优势。采用均匀线槽的普通轴向磁场电机通常其外径与内径比值D/d为1.73，如果保持外径不变而减小内径使该比值达到3.0的话，电磁极总表面积可增加约33%。同样地，，在保持电磁极总表面积不变的前提下，内径较小者其外径也会较小，所以采用非均匀线槽的轴向磁场电机的定子和/或转子的外径可以比采用均匀线槽的轴向磁场电机的定子和/或转子的外径更小，从而减小电机体积。

所述的非均匀线槽埋设于定子或转子的体内，并在定子或转子的侧表面上具有狭缝形的开口，开口宽度是同一横截面上最大线槽宽度的1/2以下。

前述的轴向磁场电机，所述的非均匀线槽横截面为包括圆端直槽形和椭圆形在内的任意形状。