CN107612165A - 锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机技术领域，具体地说是一种锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机，包括机壳及设置于机壳内的定子铁芯与转子，所述机壳两端分别连接一个端盖，转轴通过轴承转动支承于端盖上，其特征是：所述定子铁芯有两组，每组定子铁芯均包括位于第一端的定子轭部和位于第二端的定子齿部，两组定子铁芯的定子轭部的端面相互贴合，在定子轭部的周向表面有定位环，两组定子铁芯利用定位环设置于机壳内；每组定子铁芯的定子齿部的端面均形成定子锥形面，每组定子铁芯均配合设置一个转子。采用该电机能有效提高电机生产装配的效率，同时还可以提高电机的使用效率。

Description

锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体地说是一种锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机。

背景技术

永磁同步电机具有效率高，出力高，速度可调，动态性能好，可靠性高等优点。但是，现有的永磁电机，磁钢往往布置在定子铁芯内膛，因受空间限制，必须选用“磁能积”高，体积小的稀土磁钢。这种磁钢因含有稀土元素釤或钕(钐钴磁钢或钕铁硼磁钢)价格十分昂贵，而且资源有限。(当然，外转子型电机，也可以把磁钢布置在定子铁芯外围，但是同样受外径限制)。空间限制和成本的高昂，极大地限制了永磁同步电机的发展和适用范围。专利号为201420685869.x的实用新型专利很好地解决了上述传统永磁电机的缺憾，并且进一步提高了效率，降低了成本。但是，随着对专利技术生产实践的深入，申请人发现：1、定子铁芯分体独立存在于机壳内，虽然后面有固定工序，但是事先需要预定位，费时费力；2、铁芯由冲片叠制成，但是“叠压”和“紧固成型”等非机械操作，占时较多，影响批量生产。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机，采用该电机能有效提高电机生产装配的效率，同时还可以提高电机的使用效率。

按照本发明的技术方案：一种锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机，包括机壳及设置于机壳内的定子铁芯与转子，所述机壳两端分别连接一个端盖，转轴通过轴承转动支承于端盖上，其特征是：所述定子铁芯有两组，每组定子铁芯均包括位于第一端的定子轭部和位于第二端的定子齿部，两组定子铁芯的定子轭部的端面相互贴合，在定子轭部的周向表面有定位环，两组定子铁芯利用定位环设置于机壳内；每组定子铁芯的定子齿部的端面均形成定子锥形面，每组定子铁芯均配合设置一个转子，所述转子具有与定子锥形面吻合的转子锥形面，并在定子锥形面与转子锥形面间形成锥形气隙；所述转子包括间隔布置的导磁体及磁钢，相邻两个磁钢的极性不同；两个转子均固定安装于转轴上，在两个转子上均交错布置极性不同的磁钢，并且两个转子上轴向相对的磁钢的极性不同；每个所述定子铁芯的每个定子齿部上均设有定子绕组，两组定子铁芯上的定子绕组之间通过定子轭部相间隔。

所述定子铁芯为卷绕式铁芯。

定子铁芯的锥形面为内锥面或外锥面，相配合时转子的转子锥形面则为外锥面或内锥面。

所述定子齿部包括邻近定子轭部的直线段和远离定子轭部的锥齿段；所述定子绕组包括绕组骨架及绕制于绕组骨架上的导线；在每个定子齿部的直线段上均套装定子绕组，且定子绕组的轴线与转轴相平行。

所述磁钢的横断面包括靠近转子中心的径向内端、靠近转子边缘的径向外端、位于径向内端与径向外端间的第一侧边和第二侧边，其中径向内端的宽度大于径向外端的宽度。

所述导磁体的横断面呈扇形，纵断面呈斜楔形；在导磁体的第一端有装配面，在导磁体的第二端有连接面，并且在连接面与导磁体第二端的端面间有台阶；安装时所述装配面与连接面均平行于转轴的轴线，若干个导磁体与磁钢间隔设置形成一个转子锥形体，在转子锥形体的第一端有定位盖，定位盖的边缘设置垂直于定位盖的定位套，所述定位套套在装配面上；在转子锥形体的第二端有定位环，所述定位环套在连接面上。

在所述转轴与转子间有轴套，所述轴套靠近转子锥形体第二端的一端设置沿轴套的径向向外延伸的轴套环，所述轴套环的外径b2大于连接面的直径b1；在所述轴套上设置轴向的定位槽，所述导磁体靠近转轴的一侧位于所述定位槽内。

所述定位环固定在两个定子铁芯的定子轭部上，安装时，将带有定子绕组的定子铁芯利用定位环与机壳内壁的过盈配合将定子铁芯固定于机壳内；所述定位环的轴向尺寸a2小于定子轭部的轴向尺寸a1。

在定子铁芯与机壳之间填以导热胶粘剂。

所述定子轭部的两端沿定子铁芯的轴向向外延伸，形成若干个相互平行的所述定子齿部，所述定子齿部沿定子铁芯的圆周方向均匀布置，相邻的定子齿部间为定子槽部，所述定子锥形面由若干个定子齿部的外端面形成。

所述锥型气隙的锥度为30°~120°。

所述锥型气隙的锥度为45°~90°。

发明的技术效果在于：本发明产品通过针对现有产品的不足进行技术改进，在机壳内设置两组定子铁芯，每组定子铁芯均通过冲裁-卷绕一体机卷制而成，同时将两组定子铁芯背靠背放置，两组定子铁芯分别与两端的锥形转子形成独立的“子电机”，两套“子电机”并用时，可以根据电源的条件，并联或串联使用。具体地说，本申请还具有如下特点：

1、磁钢由定子铁芯的内膛移动到定子铁芯两端的锥面内，定子铁芯内的空间得到释放。

2、位于定子铁芯与转子之间的锥型气隙代替了原来的平面气隙，增加了导磁面积。

3、定子铁芯的冲齿和卷绕成一体，代替了原来的叠压分块形式。解决了原先定子铁芯的松散、分度和定位的困难，降低了电磁振动的噪音。

4、两个定子轭部背靠背紧密贴合，与转子一起形成轴向双回路磁场结构，组成同轴联接的两个子电机。根据负载情况，可以双电机运转也可以单电机运转。在使用闭环调速系统时，一端作为电动机，另一端可以作为测速发动机代替反馈原件。本专利覆盖具有公共“轭部端”的一体卷绕定子。

5、定位环的设计，既可以定位定子铁芯，又支撑起定子绕组的空间。

6、轴向缠绕于定子齿部上的独立的定子绕组，使导线得到完美的利用，节省了铜材，减低了电热损耗，提高了电机效率。

7、具有导热功能的胶粘剂有利于电机散热。

8、转子包括磁钢和导磁体，磁钢和导磁体之间带有角度（即径向内端的宽度大于径向外端的宽度）的结合，极大地提高了转子高速旋转时的结合强度。

附图说明

图1为本发明第一种实施方式的结构示意图。

图2为本发明第二种实施方式的结构示意图。

图3为转子与转轴的安装示意图。

图4为图3A-A视图。

图5为磁钢的结构图。

图6为导磁体的结构图。

图7为两组定子铁芯示意图。

图8为在两组定子铁芯的绕组外面安装定位环后的示意图。

图9为定子绕组骨架的结构图。

图10为定子铁芯、绕组及定位环的安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

图1~10中，包括定子绕组1、定子铁芯2、定子锥形面21、定子槽部22、定子轭部23、定子齿部24、两个定子轭部的贴合面25、磁钢3、径向内端31、径向外端32、第一侧边33、第二侧边34、转子4、轴承5、转轴6、端盖7、机壳8、锥型气隙9、定位环10、胶粘剂11、小端环12、键13；检查导磁体14、孔141、装配面142、连接面143、定位盖15、定位套151、轴套16、轴套环161、定位槽162、紧定螺钉17、定子绕组骨架18等。

如图1~10所示，一种锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机，包括机壳8及设置于机壳8内的定子铁芯2与转子4，所述机壳8两端分别连接一个端盖7，转轴6通过轴承5转动支承于端盖7上，其特征是：所述定子铁芯2有两组，每组定子铁芯2均包括位于第一端的定子轭部23和位于第二端的定子齿部24，两组定子铁芯2的定子轭部23的端面相互贴合，形成贴合面25，与转子4一起形成轴向双回路结构，组成同轴联接的两个子电机。在定子轭部23的周向表面有定位环10，两组定子铁芯2利用定位环10设置于机壳8内；每组定子铁芯2的定子齿部24的端面均形成定子锥形面21，每组定子铁芯2均配合设置一个转子4，所述转子4具有与定子锥形面21吻合的转子锥形面41，并在定子锥形面21与转子锥形面41间形成锥形气隙9，确保转子4可以相对于定子铁芯2转动；所述转子4包括间隔布置的导磁体14及磁钢3，相邻两个磁钢3的极性不同；两个转子4均固定安装于转轴6上，转子4由转轴6经过键13带动转动，在两个转子4上均交错布置极性不同的磁钢3，并且两个转子4上轴向相对的磁钢3的极性不同；每个所述定子铁芯2的每个定子齿部24上均设有定子绕组1，两组定子铁芯2上的定子绕组1之间通过定子轭部23相间隔，形成两个“子电机”，在使用时，可以只用一套，也可以两套并用，能够较好地满足不同客户的使用要求，可以有效提高使用效率。

如图7、8所示，所述定子铁芯2为卷绕式铁芯。该定子铁芯2在制造过程中，采用冲裁-卷绕一体机卷制而成；定子轭部和定位环固定后安装于机壳中部，通过将两个定子铁芯2背靠背放置并设置两套独立的定子绕组1，分别与锥形的转子4相配合，构成两个相互独立的“子电机”，同轴运转。

定子铁芯2的锥形面21为内锥面或外锥面，相配合时转子4的转子锥形面41则为外锥面或内锥面。当定子锥形面21为内锥面时，转子4设置于定子铁芯2端内部；当定子铁芯2外端形成的定子锥形面21为外锥面时，转子4设置于定子铁芯2的定子锥形面21外部，此时转子4将定子铁芯2的定子锥形面21包覆在内。

所述定子齿部24包括邻近定子轭部23的直线段和远离定子轭部23的锥齿段；所述定子绕组1包括绕组骨架18及绕制于绕组骨架18上的导线；在每个定子齿部24的直线段上均套装定子绕组1，且定子绕组1的轴线与转轴6相平行。

如图5所示，所述磁钢3的横断面包括靠近转子4中心的径向内端31、靠近转子4边缘的径向外端32、位于径向内端31与径向外端32间的第一侧边33和第二侧边34，其中径向内端31的宽度大于径向外端32的宽度。在具体使用时，磁钢3与导磁体14的配合形式有两种，一种方式是磁钢3的横截面为直角梯形，此时第一侧边33与第二侧边34中一条边为直角边，另一条边为斜边。磁钢3嵌装后，磁钢3的直边与导磁体14的直边相贴合，磁钢3的斜边与导磁体14的斜边相贴合，转子4高速旋转时，磁钢3不会被甩出。

磁钢3与导磁体14的第二种配合形式为，磁钢3的横截面为等腰梯形，即第一侧边33与第二侧边34的长度相同，径向内端31宽度大于径向外端32宽度，磁钢3在嵌装后，转子高速旋转时，磁钢3不会被甩出。

如图6所示，所述导磁体14的横断面呈扇形，纵断面呈斜楔形；在导磁体14的第一端有装配面142，在导磁体14的第二端有连接面143，并且在连接面143与导磁体14第二端的端面间有台阶；安装时所述装配面142与连接面143均平行于转轴6的轴线，若干个导磁体14与磁钢3间隔设置形成一个转子锥形体，在转子锥形体的第一端有定位盖15，定位盖15的边缘设置垂直于定位盖15的定位套151，所述定位套151套在装配面142上；在转子锥形体的第二端有小端环12，所述小端环12套在连接面143上。

如图3所示，在所述转轴6与转子4间有轴套16，所述轴套16靠近转子锥形体第二端的一端设置沿轴套6的径向向外延伸的轴套环161，所述轴套环161的外径b2大于连接面143的直径b1；在所述轴套16上设置轴向的定位槽162，所述导磁体14靠近转轴6的一侧位于所述定位槽162内。定位盖15与轴套16之间通过紧定螺钉17固定连接。

如图8所示，所述定位环10固定在两个定子铁芯2的定子轭部23上，安装时，将带有定子绕组1的定子铁芯2利用定位环10与机壳8内壁的过盈配合将定子铁芯2固定于机壳8内；所述定位环10的轴向尺寸a2小于定子轭部23的轴向尺寸a1。定位环10既可以定位定子铁芯2，又支撑起定子绕组1的空间。

如图1所示，在定子铁芯2与机壳8之间填以导热胶粘剂11。以便进一步固定定子铁芯2和绕组2，此胶粘剂11具有良好的导热性能，有利于电机内部的散热。

如图7、8所示，所述定子轭部23的两端沿定子铁芯1的轴向向外延伸，形成若干个相互平行的所述定子齿部24，所述定子齿部24沿定子铁芯1的圆周方向均匀布置，相邻的定子齿部24间为定子槽部22，所述定子锥形面21由若干个定子齿部24的外端面形成。

如图1、2所示，所述锥型气隙9的锥度为30°~120°。优选的锥型气隙9的锥度为45°~90°。本发明设计构思巧妙独特，在使用时，可以根据实际情况需要，灵活设置两个“子电机”的连接状况，有效提高产品的工作效率。

Claims (12)

1.一种锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机，包括机壳(8)及设置于机壳(8)内的定子铁芯(2)与转子(4)，所述机壳(8)两端分别连接一个端盖(7)，转轴(6)通过轴承(5)转动支承于端盖(7)上，其特征是：所述定子铁芯(2)有两组，每组定子铁芯（2）均包括位于第一端的定子轭部（23）和位于第二端的定子齿部（24），两组定子铁芯(2)的定子轭部（23）的端面相互贴合，在定子轭部（23）的周向表面有定位环（10），两组定子铁芯(2)利用定位环（10）设置于机壳(8)内；每组定子铁芯(2)的定子齿部（24）的端面均形成定子锥形面(21)，每组定子铁芯(2)均配合设置一个转子(4)，所述转子（4）具有与定子锥形面(21)吻合的转子锥形面（41），并在定子锥形面(21)与转子锥形面（41）间形成锥形气隙（9）；所述转子（4）包括间隔布置的导磁体（14）及磁钢（3），相邻两个磁钢（3）的极性不同；两个转子（4）均固定安装于转轴（6）上，在两个转子（4）上均交错布置极性不同的磁钢(3)，并且两个转子（4）上轴向相对的磁钢（3）的极性不同；每个所述定子铁芯(2)的每个定子齿部（24）上均设有定子绕组(1)，两组定子铁芯(2)上的定子绕组(1)之间通过定子轭部（23）相间隔。

2.按照权利要求1所述的锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机，其特征是：所述定子铁芯(2)为卷绕式铁芯。

3.按照权利要求1所述的锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机，其特征是：定子铁芯(2)的锥形面(21)为内锥面或外锥面，相配合时转子（4）的转子锥形面（41）则为外锥面或内锥面。

4.按照权利要求1所述的锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机，其特征是：所述定子齿部（24）包括邻近定子轭部（23）的直线段和远离定子轭部（23）的锥齿段；所述定子绕组（1）包括绕组骨架（18）及绕制于绕组骨架（18）上的导线；在每个定子齿部（24）的直线段上均套装定子绕组（1），且定子绕组(1)的轴线与转轴(6)相平行。

5.按照权利要求1所述的锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机，其特征是：所述磁钢（3）的横断面包括靠近转子（4）中心的径向内端（31）、靠近转子（4）边缘的径向外端（32）、位于径向内端（31）与径向外端（32）间的第一侧边（33）和第二侧边（34），其中径向内端（31）的宽度大于径向外端（32）的宽度。

6.按照权利要求1所述的锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机，其特征是：所述导磁体（14）的横断面呈扇形，纵断面呈斜楔形；在导磁体（14）的第一端有装配面（142），在导磁体（14）的第二端有连接面（143），并且在连接面（143）与导磁体（14）第二端的端面间有台阶；安装时所述装配面（142）与连接面（143）均平行于转轴（6）的轴线，若干个导磁体（14）与磁钢（3）间隔设置形成一个转子锥形体，在转子锥形体的第一端有定位盖（15），定位盖（15）的边缘设置垂直于定位盖（15）的定位套（151），所述定位套（151）套在装配面（142）上；在转子锥形体的第二端有小端环（12），所述小端环（12）套在连接面（143）上。

7.按照权利要求6所述的锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机，其特征是：在所述转轴（6）与转子（4）间有轴套（16），所述轴套（16）靠近转子锥形体第二端的一端设置沿轴套（16）的径向向外延伸的轴套环（161），所述轴套环（161）的外径b2大于连接面（143）的直径b1；在所述轴套（16）上设置轴向的定位槽（162），所述导磁体（14）靠近轴套（16）的一侧位于所述定位槽（162）内。

8.按照权利要求1所述的锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机，其特征是：所述定位环（10）固定在两个定子铁芯(2)的定子轭部（23）上，安装时，将带有定子绕组(1)的定子铁芯(2)利用定位环（10）与机壳(8)内壁的过盈配合将定子铁芯(2)固定于机壳（8）内；所述定位环（10）的轴向尺寸a2小于定子轭部（23）的轴向尺寸a1。

9.按照权利要求1所述的锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机，其特征是：在定子铁芯(2)与机壳（8）之间填以导热胶粘剂（11）。

10.按照权利要求1所述的锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机，其特征是：所述定子轭部（23）的两端沿定子铁芯（1）的轴向向外延伸，形成若干个相互平行的所述定子齿部（24），所述定子齿部（24）沿定子铁芯（1）的圆周方向均匀布置，相邻的定子齿部（24）间为定子槽部（22），所述定子锥形面（21）由若干个定子齿部（24）的外端面形成。

11.按照权利要求1所述的锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机，其特征是：所述锥型气隙（9）的锥度为30°~120°。

12.按照权利要求9所述的锥形气隙轴向双回路磁场永磁同步电机，其特征是：所述锥型气隙（9）的锥度为45°~90°。