CN108233656A - 一种超高速盘式永磁同步电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超高速盘式永磁同步电机,包括转子、定子、推力盘和机壳,转子由转轴和转子盘组成;转子盘由铝套、永磁体和保护套组成;推力盘套在转轴上,且推力盘与转轴为过盈配合;推力盘上设置有第一环形凹槽,铝套嵌在第一环形凹槽内,铝套上设置有第二环形凹槽,永磁体嵌在第二环形凹槽内;定子由定子铁芯和缠绕在定子铁芯上的线圈绕组组成,定子铁芯空套在转轴上。本发明转子盘采用盘式结构,转子盘嵌在推力盘上,大大减小了电机的轴向长度,使整个电机的体积缩小,且结合在一起的转子盘和推力盘,与周围部件的间隙增大,散热效果明显增加;定子采用环形集中绕组,并且定子铁芯镶嵌在机壳内,大大减小了整个电机的体积。
Description
技术领域
本发明涉及高速电机直接驱动技术领域,具体涉及一种超高速盘式永磁同步电机。
背景技术
传统的高速、超高速电机直接驱动技术中一般采用径向磁通永磁同步电机,但是这种电机在应用中始终面临着两个亟待解决的问题:一是电机的功率和尺寸受到轴向长度的限制,为了提高电机的功率需要增加转子轴向长度,但是为了保证转子为刚性,以增加轴承-转子***的稳定性,又要求减少轴向长度,因此,在轴向长度设计上相互矛盾;二是这种电机的转子散热非常困难,由于定转子气隙又窄又长,流阻太大,气流难以对转子进行有效冷却。而转子过热使得永磁体发生不可逆退磁,从而导致电机失效。于是,有必要探索一种新型的高速、超高速永磁同步电机直驱结构,使得电机功率、转子尺寸不再受轴向长度的限制,并且具有良好的冷却条件。
发明内容
本发明的目的是提供一种超高速盘式永磁同步电机,解决了现有电机存在的转子轴过长、电机体积大、电机散热性差的问题。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现。
一种超高速盘式永磁同步电机,包括转子、定子、推力盘和机壳;转子由转轴和转子盘组成;转子盘由铝套、永磁体和保护套组成;推力盘套在转轴上,且推力盘与转轴为过盈配合;推力盘上设置有第一环形凹槽,铝套嵌在第一环形凹槽内,铝套上设置有第二环形凹槽,永磁体嵌在第二环形凹槽内,永磁体上套有保护套,保护套嵌在第二环形凹槽内;定子由定子铁芯和缠绕在定子铁芯上的线圈绕组组成,定子铁芯空套在转轴上;推力盘、转子盘和定子均设置在机壳内。
上述机壳包括圆筒形外壳、环形体和多个“L”形凸台;环形体设置在圆筒形外壳的内壁上;多个“L”形凸台沿着圆周方向均匀的设置在环形体的内壁上。
其中,定子铁芯卡在多个“L”形凸台内。
上述推力盘设置在机壳的圆筒形外壳内,推力盘的外圆周面与圆筒形外壳的内壁之间留有第一间隙。
进一步的,推力盘的前后两侧分别设置有左推力轴承和右推力轴承,左推力轴承和右推力轴承都空套在转轴上。
上述左推力轴承和右推力轴承都设置在机壳的圆筒形外壳内;右推力轴承位于推力盘和定子之间,且右推力轴承固定在环形体的左端面上;右推力轴承与转子盘之间留有第二间隙,右推力轴承与推力盘右端面之间留有第三间隙,左推力轴承与推力盘左端面之间留有第四间隙;第一间隙、第二间隙、第三间隙和第四间隙四者相通。
另外,机壳的圆筒形外壳上设置有通孔;通孔、第一间隙、第二间隙、第三间隙和第四间隙五者相通。
上述机壳的两侧分别设置有左轴承座和右轴承座,左轴承座通过左径向轴承套套在转轴上,右轴承座通过右径向轴承套套在转轴上。
其中,左推力轴承固定在左轴承座的右端面上。
再者,定子铁芯由软磁复合材料制成。
本发明的有益效果是:
1.转子的转子盘采用盘式结构,转子盘嵌在碳钢制成的推力盘上,将转子盘和推力盘结合在一起,大大减小了电机的轴向长度,使整个电机的体积缩小,同时也增强了电机的功率密度,提高了转子的临界转速;
2.转子的转子盘采用盘式结构,转子盘嵌在碳钢制成的推力盘上,结合在一起的转子盘和推力盘,与周围部件的间隙增大,使气体流阻力减小,并且机壳上设置了通孔,使转子转动产生的热量能够快速流出,散热效果明显增加;
3.定子采用环形集中绕组,并且定子铁芯镶嵌在机壳内,大大减小了整个电机的体积;
4.转子在转动过程中,推力盘也随之旋转,旋转的推力盘起到风扇作用,能够对定子转子进行有效冷却。
附图说明
图1为本发明超高速盘式永磁同步电机的结构示意图;
图2为图1的A-A剖视图;
图3为本发明超高速盘式永磁同步电机的结构***图;
图4是本发明推力盘和转子的结构***图;
图5是本发明推力盘和转子装配在一起的结构示意图;
图6是本发明机壳的立体图。
图中,1:转轴,2:左径向轴承套,3:左推力轴承,4:左轴承座,5:推力盘,6:右推力轴承,7:机壳,8:定子铁芯,9:右轴承座,10:右径向轴承套,11:保护套,12:永磁体,13:铝套,14:线圈绕组,15:通孔,16:第一间隙,17:第二间隙,18:第三间隙,19:第四间隙,20:第一环形凹槽,21:第二环形凹槽,7-1:圆筒形外壳,7-2:环形体,7-3:“L”形凸台。
具体实施方式
如图1所示,本发明提供一种超高速盘式永磁同步电机,包括转子、定子、推力盘5、左轴承座4、右轴承座9和机壳7。
如图4和图5所示,转子由转轴1和转子盘组成;转子盘由铝套13、永磁体12和保护套11组成;推力盘5套在转轴1上,且推力盘5与转轴1为过盈配合;推力盘5上设置有第一环形凹槽20,铝套13嵌在第一环形凹槽20内,铝套13上设置有第二环形凹槽21,永磁体12嵌在第二环形凹槽21内,永磁体12上套有保护套11,保护套11嵌在第二环形凹槽21内。其中,转轴1为空心转轴;推力盘5由碳钢制成。
如图1所示,推力盘5、转子盘和定子设置在机壳7内。左轴承座4和右轴承座9设置在机壳7的两侧,左轴承座4通过左径向轴承套2套在转轴1上,右轴承座9通过右径向轴承套10套在转轴1上。左径向轴承套2和右径向轴承套10采用的是弹性箔片轴承。左径向轴承套2和右径向轴承套10的作用是对转子的转轴1起到支撑作用。
如图6所示,机壳7包括圆筒形外壳7-1、环形体7-2和多个“L”形凸台7-3;环形体7-2设置在圆筒形外壳7-1的内壁上;多个“L”形凸台7-3沿着圆周方向均匀的设置在环形体7-2的内壁上。
如图1和图2所示,定子由定子铁芯8和缠绕在定子铁芯8上的线圈绕组14组成,定子为环形集中绕组;定子铁芯8空套在转轴1上,定子铁芯8为环形结构,定子铁芯8卡在多个“L”形凸台7-3内。其中,定子铁芯8由高强度、低涡流损耗的软磁复合材料制备而成,具体软磁复合材料的制备方法见专利“高强度软磁复合材料的制备方法及应用”,其专利号为201510621353.8,申请人为西安科技大学,公布号为CN 105132786A。之所以定子铁芯8的材料采用软磁复合材料,是因为在交变磁场作用下,软磁复合材料的定子铁芯8能够降低损耗,使定子产生的涡流相对于转子来说极其微小,提高了整个电机的工作效率。
进一步的,如图1所示,推力盘5设置在机壳7的圆筒形外壳7-1内,推力盘5的外圆周面与圆筒形外壳7-1的内壁之间留有第一间隙16。推力盘5的前后两侧分别设置有左推力轴承3和右推力轴承6,左推力轴承3和右推力轴承6都空套在转轴1上。左推力轴承3和右推力轴承6都设置在机壳7的圆筒形外壳7-1内;如图1、图2和图3所示,右推力轴承6位于推力盘5和定子之间,且右推力轴承6固定在环形体7-2的左端面上;左推力轴承3固定在左轴承座4的右端面上。右推力轴承6与转子盘之间留有第二间隙17,右推力轴承6与推力盘5右端面之间留有第三间隙18,左推力轴承3与推力盘5左端面之间留有第四间隙19;再者,机壳7的圆筒形外壳7-1上设置有通孔15。通孔15、第一间隙16、第二间隙17、第三间隙18和第四间隙19五者相通。转子和推力盘5转动产生的热量通过第一间隙16、第二间隙17、第三间隙18和第四间隙19,最终由通孔15排出,起到散热作用,能有效地对转子及定子进行冷却。其中,左推力轴承3和右推力轴承6采用的是弹性箔片轴承,左推力轴承3和右推力轴承6是用于支承推力盘5的。
本发明转子的转子盘采用盘式结构,转子盘中嵌有永磁体12,永磁体12为高磁能积永磁体,永磁体12采用轴向充磁,产生轴向两极磁场。本发明定子的定子铁芯8为环形结构,由软磁复合材料制备而成,易于成型,而且能大大减少定子铁芯8内的涡流损耗;定子采用环形集中绕组,能增大空载反电动势,向线圈绕组14通以三相交流电时,定子产生轴向两极磁场。
当电机稳定工作时,定子产生的磁场与永磁体12异极相吸,定子产生的磁场带动永磁体12旋转,永磁体12再带动转子盘和推力盘5旋转,由于推力盘5与转轴1为过盈配合,推力盘5再带动转轴1同步旋转。
转子转轴1的两端由左径向轴承套2和右径向轴承套10支承,实现转子的径向悬浮,并限制其横向振动。推力盘5由左推力轴承3和右推力轴承6支承,实现转子的轴向悬浮,并限制转子的轴向振动。推力盘5位于转轴1的中部,这种对称的结构有助于增强轴承-转子***的稳定性。推力盘5即是电机中的磁回路的部件,也是轴向力的承载部件,而且还可以起到风扇的作用,从而使得整机结构紧凑,冷却效果好。
Claims (10)
1.一种超高速盘式永磁同步电机,包括转子、定子、推力盘(5)和机壳(7),其特征在于:所述转子由转轴(1)和转子盘组成;所述转子盘由铝套(13)、永磁体(12)和保护套(11)组成;所述推力盘(5)套在转轴(1)上,且推力盘(5)与转轴(1)为过盈配合;所述推力盘(5)上设置有第一环形凹槽(20),铝套(13)嵌在第一环形凹槽(20)内,铝套(13)上设置有第二环形凹槽(21),永磁体(12)嵌在第二环形凹槽(21)内,永磁体(12)上套有保护套(11),保护套(11)嵌在第二环形凹槽(21)内;所述定子由定子铁芯(8)和缠绕在定子铁芯(8)上的线圈绕组(14)组成,定子铁芯(8)空套在转轴(1)上;所述推力盘(5)、转子盘和定子均设置在机壳(7)内。
2.根据权利要求1所述的一种超高速盘式永磁同步电机,其特征在于:所述机壳(7)包括圆筒形外壳(7-1)、环形体(7-2)和多个“L”形凸台(7-3);所述环形体(7-2)设置在圆筒形外壳(7-1)的内壁上;多个“L”形凸台(7-3)沿着圆周方向均匀的设置在环形体(7-2)的内壁上。
3.根据权利要求2所述的一种超高速盘式永磁同步电机,其特征在于:所述定子铁芯(8)卡在多个“L”形凸台(7-3)内。
4.根据权利要求3所述的一种超高速盘式永磁同步电机,其特征在于:所述推力盘(5)设置在机壳(7)的圆筒形外壳(7-1)内,推力盘(5)的外圆周面与圆筒形外壳(7-1)的内壁之间留有第一间隙(16)。
5.根据权利要求4所述的一种超高速盘式永磁同步电机,其特征在于:所述推力盘(5)的前后两侧分别设置有左推力轴承(3)和右推力轴承(6),左推力轴承(3)和右推力轴承(6)都空套在转轴(1)上。
6.根据权利要求5所述的一种超高速盘式永磁同步电机,其特征在于:所述左推力轴承(3)和右推力轴承(6)都设置在机壳(7)的圆筒形外壳(7-1)内;所述右推力轴承(6)位于推力盘(5)和定子之间,且右推力轴承(6)固定在环形体(7-2)的左端面上;右推力轴承(6)与转子盘之间留有第二间隙(17),右推力轴承(6)与推力盘(5)右端面之间留有第三间隙(18),左推力轴承(3)与推力盘(5)左端面之间留有第四间隙(19);第一间隙(16)、第二间隙(17)、第三间隙(18)和第四间隙(19)四者相通。
7.根据权利要求6所述的一种超高速盘式永磁同步电机,其特征在于:所述机壳(7)的圆筒形外壳(7-1)上设置有通孔(15);通孔(15)、第一间隙(16)、第二间隙(17)、第三间隙(18)和第四间隙(19)五者相通。
8.根据权利要求1或7所述的一种超高速盘式永磁同步电机,其特征在于:所述机壳(7)的两侧分别设置有左轴承座(4)和右轴承座(9),左轴承座(4)通过左径向轴承套(2)套在转轴(1)上,右轴承座(9)通过右径向轴承套(10)套在转轴(1)上。
9.根据权利要求8所述的一种超高速盘式永磁同步电机,其特征在于:所述左推力轴承(3)固定在左轴承座(4)的右端面上。
10.根据权利要求1所述的一种超高速盘式永磁同步电机,其特征在于:所述定子铁芯(8)由软磁复合材料制成。
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刘健;毛辉;: "基于ANSYS的盘式永磁同步电动机转子的结构分析", 机械研究与应用, no. 04, pages 18 - 20 * |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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