CN112910207A - 一种双定子单转子盘式电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双定子单转子盘式电机,包括一个转子、两个定子、一个机壳和两个轴承。所述定子为双侧对称无槽无铁心结构,包括端盖与绕组,其中绕组为单层同心式短距绕组,与端盖通过环氧树脂直接粘结;所述转子为表面内嵌式结构,其中,转轴为空心轴,与转子铁心、转子架为一体成型结构;所述机壳和端盖均充当磁路的一部分。本发明的盘式电机没有齿槽转矩和定子铁心损耗,散热性能优良,机械强度高,可靠性强,提高了电机的效率、过载能力及功率密度。
Description
技术领域
本发明属电机技术领域,具体涉及一种双定子单转子盘式电机。
背景技术
由于制造工艺的提升和单边磁拉力问题的解决,盘式电机近年来获得越来越多的关注,由于其结构紧凑、效率高、功率密度大等优点,被广泛应用于电动车辆、飞轮储能***和风力发电等场合。现有的双定子单转子盘式电机的定子铁心与端盖为两个单独的结构,两者往往需要通过复杂的定位环、定位孔、支撑架等结构进行固定;现有的双定子单转子盘式电机为了减小电机磁路的磁阻,往往有定子铁心结构,由此带来的磁滞和涡流损耗是不可避免的,对于极对数较多、运行频率较高的电机这一问题更为严重,且定子铁心的存在也会导致电机的转矩脉动和噪声,制约了电机的平稳运行和效率提升;传统结构的电机绕组散热困难,为了提高电机的过载能力,往往需要单独设计冷却液循环的管道,而这样增加了电机结构的设计难度,因此寻找一种过载能力高、结构简单、运行可靠、显著减小定子铁心损耗的结构拓扑尤为重要。
专利CN102130563A提出了“一种绕组为印刷电路板结构的盘式永磁电机”,通过将绕线设计为PCB板,简化了定子组件及电机的结构。但PCB板加工困难且该结构绕组的电流受限,只适用于中小功率的电机。
专利CN207625414U提出了“一种Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机”,通过将Halbach结构引入该电机结构来提升电机的功率密度。但该专利中的电机由于通电的电枢盘为转动部件,需要安装电刷且对工艺要求较高,且Halbach阵列不易实现,工程化难度较高。
发明内容
为了克服现有双定子单转子盘式电机定子铁心损耗高、绕组散热困难等不足,本发明提供一种新型双定子单转子盘式电机。能够在减小定子铁心损耗的同时提高电机的散热能力,进而提高电机的效率和过载能力。
一种双定子单转子盘式电机,包括一个转子、两个定子、一个机壳和两个轴承,其特征在于:定子为双侧对称无槽无铁心结构,包括端盖与绕组,其中,端盖充当定子轭,绕组为单层同心式短距绕组,节距为1,绕组与端盖通过环氧树脂直接粘结;转子为表面内嵌式结构,包括转轴、转子铁心、转子架、磁钢,其中,转轴为空心轴,与转子铁心、转子架为一体成型结构。
进一步地,所述的端盖包括凹台、端盖盘和端盖沿,其中,凹台用于放置轴承并对其进行轴向限位,端盖盘用于放置绕组并充当定子轭部,端盖沿用于和机壳连接。
进一步地,所述的转子铁心内有贯通的转子槽,用于放置磁钢,转子槽的深度大于磁钢的厚度,安装时磁钢沿轴向放入转子槽中,磁钢的上下表面与转子槽的上下表面间留有等长的轴向间隙,以环氧树脂灌封。
进一步地,所述的磁钢采用扇形结构,充磁方向为轴向,沿圆周方向相邻两块磁钢的充磁方向相反。
进一步地,电机有两条磁通路径,一条为任意磁钢A—气隙—端盖—气隙—磁钢A周向相邻的磁钢—气隙—端盖—气隙—磁钢A,另一条为任意磁钢A—气隙—端盖—机壳—端盖—气隙—磁钢A。
本发明的有益效果是:由于采用无槽无铁心结构,没有齿槽转矩和定子铁心损耗;由于机壳和端盖均充当磁路的一部分,充分利用了铁磁材料的性能,提高了功率密度;由于绕组为单层结构且与所述端盖直接粘结,散热性能优良,能够提高电机的过载能力;由于转轴与转子铁心、转子架为一体式结构,机械强度高,可靠性强。
附图说明
图1是本发明的双定子单转子盘式电机结构示意图;
图2为本发明的端盖及绕组有效边的示意图;
其中,图2a为等轴二测图,图2b为俯视图,图2c为主视图;
图3为本发明的线圈示意图;
图4为本发明的定子部分装配示意图;
图5为本发明的转子部分装配示意图;
图中,1-端盖,2-机壳,3-转子铁心,4-转轴,5-轴承,6-绕组,7-磁钢,11-凹台,12-端盖盘,13-端盖沿,21-机壳沿,31-转子槽,32-转子架,61-线圈。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明,本发明包括但不仅限于下述实施例。
如图1所示,本发明的盘式电机结构包括端盖1、机壳2、转子铁心3、转子架32、转轴4、轴承5、绕组6、磁钢7等。出于减小厚度和重量的考虑,端盖1和机壳2均采用1J22材料制成;为了减小加工难度,转子铁心3、转子架32、和转轴4为一体成型的结构,采用整块的铸铁或钢锻制而成;磁钢7采用钕铁硼材料;为了减小转子铁心的轴向长度,磁钢7为表面内嵌式结构。
如图2a、2b、2c所示,端盖盘12为凹台11与端盖沿13之间的区域,绕组6为单层同心式绕组,由若干个线圈组成,线圈61在端盖1上的投影均位于端盖盘12区域内,且与端盖盘12最边缘留有一定裕量。绕组6与端盖盘12之间轴向预留有一定间隙,该轴向间隙用于环氧树脂粘结灌封。
如图3所示,单个线圈61的两个端部为同心圆弧且弧度相等,其两个元件边的延长线交于同心圆弧的圆心,因而单个线圈61跨过的电角度即为圆弧形端部对应的机械角度θ与电机极对数p的乘积。若记电机的极弧系数为α,则为了保证每个线圈61均产生有效转矩,应满足
如图4所示,两个端盖1均有端盖沿13,其形状与机壳沿21形状相对应,其目的为保证端盖1与机壳2装配时相互配合。
如图1、5所示,转子铁心3内有贯通的转子槽31,转子槽31内径与转轴4外径之间凸起的部分是转子架32。转子槽31用于放置磁钢7,磁钢7充磁方向为轴向,形状为扇形,沿圆周方向相邻两块磁钢7充磁方向相反,转子槽31的深度略大于磁钢7的厚度,安装时磁钢7沿轴向放入转子槽31中,磁钢7的上下表面与转子槽31的上下表面均有相等的轴向间隙,该轴向间隙通过环氧树脂灌封。
如图1~5所示,本电机有两条主磁路,由于周向相邻两块磁钢7极性相反,从而与两侧正对的气隙、端盖1形成闭合磁路,该磁路(记为磁路1)占主磁路的大部分,另有少部分磁路(记为磁路2)通过单块磁钢7、机壳2以及与磁钢7正对的气隙、端盖1闭合。磁路1包含四段气隙和两块磁钢7,磁路2包含一块磁钢7和两段气隙。
如图1、2a、2b、2c、4、5所示,先将扁线绕制成同心式单层绕组6,然后将其用环氧树脂粘结在端盖盘12上,再把磁钢7沿轴向放入转子槽31后通过环氧树脂粘结,转子铁心3、转子架32与转轴4一体成型,转轴4与轴承5的内圈固定,轴承5放置于端盖1的凹台11上,转子架32与凹台11共同对轴承5的轴向进行限位,机壳2与端盖1通过形状相互对应的机壳沿21、端盖沿13进行粘结或焊接。
Claims (6)
1.一种双定子单转子盘式电机,包括一个转子、两个定子、一个机壳和两个轴承,其特征在于:定子为双侧对称无槽无铁心结构,包括端盖与绕组,其中,端盖充当定子轭,绕组为单层同心式短距绕组,节距为1,绕组与端盖通过环氧树脂直接粘结;转子为表面内嵌式结构,包括转轴、转子铁心、转子架、磁钢,其中,转轴为空心轴,与转子铁心、转子架为一体成型结构。
2.如权利要求1所述的一种双定子单转子盘式电机,其特征在于:所述的端盖包括凹台、端盖盘和端盖沿,其中,凹台用于放置轴承并对其进行轴向限位,端盖盘用于放置绕组并充当定子轭部,端盖沿用于和机壳连接。
3.如权利要求1或2所述的一种双定子单转子盘式电机,其特征在于:所述的转子铁心内有贯通的转子槽,用于放置磁钢,转子槽的深度大于磁钢的厚度,安装时磁钢沿轴向放入转子槽中,磁钢的上下表面与转子槽的上下表面间留有等长的轴向间隙,以环氧树脂灌封。
4.如权利要求1、2或3所述的一种双定子单转子盘式电机,其特征在于:所述的磁钢采用扇形结构,充磁方向为轴向,沿圆周方向相邻两块磁钢的充磁方向相反。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的一种双定子单转子盘式电机,其特征在于:电机有两条磁通路径,一条为任意磁钢A—气隙—端盖—气隙—磁钢A周向相邻的磁钢—气隙—端盖—气隙—磁钢A,另一条为任意磁钢A—气隙—端盖—机壳—端盖—气隙—磁钢A。
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CN114123699A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-03-01 | 华中科技大学 | 一种伺服双余度有限转角力矩电机 |
CN114268197A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-01 | 浙江盘毂动力科技有限公司 | 一种轴向磁通电机的转子盘及成型方法 |
CN114513097A (zh) * | 2022-02-10 | 2022-05-17 | 苏州诺雅电动车有限公司 | 电枢为转子单相、三相永磁盘式无刷电机及方法 |
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- 2021-02-25 CN CN202110253017.8A patent/CN112910207A/zh active Pending
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