CN113746232A - 一种混合冷却双转子单定子盘式永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合冷却双转子单定子盘式永磁电机，涉及电机领域。盘式永磁电机功率密度大，目前广泛采用导热性好的材料作定子铁芯，或者外加散热风机等装置，但这样会增加电机整体重量，不适用于轻量化应用的电动汽车和航空航天领域。本发明包括定子、左右双转子，定子包括环形定子支撑架、环绕均布的肋板，相邻肋板之间设扇形磁极，定子支撑架设有周向冷却通道，每块肋板设有径向冷却通道并与周向冷却通道连通，冷却通道内嵌入连续的冷却管道；左右转子的外周设有用于封闭电机的环形罩板，左右转子及环形罩板上均设有内外贯穿的通风孔。采用风冷和液冷混合冷却，电机整体结构紧凑，电机重量轻，冷却效果好，有效实现轻量化应用。

Description

一种混合冷却双转子单定子盘式永磁电机
技术领域
本发明涉及电机领域，尤其涉及一种混合冷却双转子单定子盘式永磁电机。
背景技术
目前，传统电机存在体积大、效率低等缺点，在一些领域选型受限。而盘式永磁电机具有体积小、重量轻、效率高、转矩密度大等优点，适用于电动汽车和航空航天等对电机性能要求较为严苛的领域。盘式永磁电机也被称为轴向磁通电机，气隙磁场沿轴向分布。为了克服单边磁拉力等问题，中间定子双边转子和中间转子双边定子，是应用最广泛的轴向盘式永磁电机结构。在电动汽车和航空领域，电机作为驱动的核心，引起广泛的关注与研究。
轴向电机在工作过程中，定子铁心和线圈会产生大量热量。盘式永磁电机的功率密度大，因此对电机的散热能力提出了更高的要求。为了提高电机的散热能力，广泛采用的方式是选择导热性能好的材料作为定子铁心，或者外加散热风机等装置。但这种方式会增加电机整体的结构重量，不适用于要求轻量化的工作领域。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种混合冷却双转子单定子盘式永磁电机，以在满足轻量化的要求下有效提升散热效果为目的。为此，本发明采取以下技术方案。
一种混合冷却双转子单定子盘式永磁电机，包括定子、位于定子左侧的左转子、位于定子右侧的右转子，所述的定子包括位于其径向中间的环形定子支撑架、环绕均布并连接于定子支撑架外周的呈辐射状的数个肋板，所述的肋板采用非导磁材料，相邻肋板之间设有扇形磁极，肋板沿径向向外并与磁极压板连接；所述的定子支撑架设有周向冷却通道，每块肋板设有径向冷却通道并与周向冷却通道连通，周向冷却通道、径向冷却通道嵌入连续的冷却管道，冷却管道内注有液冷介质；所述的左转子和右转子的外周的轴向之间设有用于封闭电机的环形罩板，环形罩板的内侧面与定子外周之间存有电机运行间隙，所述的左转子、右转子及环形罩板上均设有内外贯穿的通风孔；所述的左转子、右转子均包括转子铁心、磁钢和固定件，所述的磁钢通过固定件与转子铁心紧密接触。通过在定子两侧放置转子，采用风冷和液冷混合冷却的方式，转子和环形罩板设有通风孔，气流可从通风孔流入气隙，再从环形罩板的通风孔流出，形成完整的风路循环；定子支撑架和肋板的冷却通道内可通冷却液体，经入液口，进入定子支撑架，流入肋板，直接冷却扇形磁极，混合冷却的方式提高了电机的冷却效率，也一定程度减轻了电机的重量，整体结构零件数量少，结构紧凑，混合冷却方式效率高，散热能力好，可有效带走转子及定子内部产生的热量，在满足轻量化的要求下有效提升冷却效果，电机整体结构紧凑合理，能有效实现轻量化应用。
作为优选技术手段：每块肋板上的径向冷却通道在定子的径向内外两侧经过若干次弯折，在每块肋板上形成多条在定子轴向平行的径向冷却通道段。增大液冷介质流经范围，更好地提升冷却效果。
作为优选技术手段：所述的冷却管道包括位于肋板上的径向管道和位于定子支撑架上的周向管道，所述的周向管道设于定子支撑架的中心孔侧壁的周向管道槽中，所述的径向管道设于肋板上的侧面管道槽中。采用管道内注液冷介质的方式，避免液冷介质直接注在定子支撑架和肋板的内孔冷却通道而带来的结构复杂化和装配难度，降低了液冷介质的泄露概率。
作为优选技术手段：肋板与其内的冷却通道、定子支撑架与其内的冷却通道均采用一体铸造或一体3D打印。通过一体铸造或增材制造方式，可有效降低加工制造成本，一体化程度高。
作为优选技术手段：所述的定子支撑架的外周设有与肋板数量对应的肋板连接槽，所述的肋板在定子的径向内侧部位定位连接于肋板连接槽中，所述的肋板在定子的径向外侧部位设有磁极压板以限制扇形磁极径向外移，所述的扇形磁极在径向内侧部位通过定子支撑架限位固定。有效实现肋板的定位连接和扇形磁极的限位固定。
作为优选技术手段：所述的左转子和右转子均包括转子铁芯、在转子铁芯上周向均布的磁钢和用于固定磁钢的位于磁钢在转子径向内外两侧以及周向左右两侧的固定件，所述的左转子和右转子的转子铁芯均通过中心轴承分别可转动地连接于定子支撑架轴向两端的轴承档上。有效实现转子的可转动结构。
作为优选技术手段：所述的磁钢在其径向内外两侧设有斜度，通过其径向内外两侧以及周向左右两侧的固定件压紧并通过固定件上的螺栓连接固定于转子铁芯的磁钢槽中，每个磁钢的径向外侧设有一个固定件，每两个相邻磁钢的径向内侧共用一个固定件；每两个相邻磁钢的周向两侧共用一个固定件。结构优化，可有效减少固定件数量。
作为优选技术手段：每个磁钢由多个小块磁钢体通过绝缘胶粘合拼接而成。可有效降低磁钢的涡流损耗。
作为优选技术手段：所述的电机运行间隙大于2mm；所述的环形罩板通过螺栓连接固定于转子铁芯的内侧台阶上，环形罩板的外周面与转子铁芯外周面相齐。环形罩板的固定结构可有效实现环形罩板的定位固定，电机运行间隙可有效保障双转子转动时，环形罩板不会触碰定子外周。
作为优选技术手段：所述的磁极压板的轴截面呈燕尾状，以径向压紧周向均布的扇形磁极和肋板，所述的扇形磁极包括定子铁芯和定子绕组，定子铁芯在定子轴向的两侧设燕尾型结构；所述的定子铁心采用硅钢片叠压成型或采用铁粉压制成型。燕尾型结构可有效实现与相邻元件的限位。
有益效果：通过液冷介质的内部冷却和通风孔风冷的混合冷却结构，可有效带走转子及定子内部产生的热量，可在不增加电机体积的情况下有效提升冷却效果，电机整体结构紧凑合理，冷却散热效果好，能有效实现轻量化应用。
附图说明
图1是本发明的轴向截面示意图。
图2是本发明的定子结构示意图。
图3是本发明的定子支撑架和肋板连接示意图。
图4是本发明的扇形磁极示意图。
图5是本发明的转子局部示意图。
图6是本发明的冷却管道的结构示意图。
图中：1-定子支撑架；2-肋板；3-环形罩板；4-周向冷却通道；5-径向冷却通道；6-磁极压板；7-扇形磁极；8-转子铁芯；9-磁钢；10-固定件；11-轴承；12-冷却管道，101-肋板连接槽；102-周向管道槽；201-侧面管道槽；701-定子铁芯；702-定子绕组。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1-6所示，一种混合冷却双转子单定子盘式永磁电机，包括定子、位于定子左侧的左转子、位于定子右侧的右转子，所述的定子包括位于其径向中间的环形定子支撑架1、环绕均布并连接于定子支撑架1外周的呈辐射状的数个肋板2，所述的肋板2采用非导磁材料，相邻肋板2之间设有扇形磁极7，肋板2沿径向向外并与磁极压板6连接；所述的定子支撑架1设有周向冷却通道4，每块肋板2设有径向冷却通道5并与周向冷却通道4连通，周向冷却通道4、径向冷却通道5内嵌入连续的冷却管道12，冷却管道内注有液冷介质；所述的左转子和右转子的外周的轴向之间设有用于封闭电机的环形罩板3，环形罩板3的内侧面与定子外周之间存有电机运行间隙，所述的左转子、右转子及环形罩板3上均设有内外贯穿的通风孔；所述的转子包括转子铁心8、磁钢9和固定件10，所述的磁钢9通过固定件10与转子铁心8紧密接触。
为了更好地提升冷却效果，每块肋板2上的径向冷却通道5在定子的径向内外两侧经过多次弯折，在每块肋板2上形成4条在定子轴向平行的径向冷却通道5段。增大液冷介质流经范围，更好地提升冷却效果。
为了降低结构复杂度，所述的冷却管道12包括位于肋板2上的径向管道和位于定子支撑架1上的周向管道，周向管道焊接于定子支撑架1的中心孔侧壁的周向管道槽102中，径向管道焊接于肋板2上的侧面管道槽201中。采用管道内注液冷介质的方式，避免液冷介质直接注在定子支撑架1和肋板2的内孔冷却通道而带来的结构复杂化和装配难度，降低了液冷介质的泄露概率。
为了实现肋板2的定位连接和扇形磁极7的限位固定，定子支撑架1的外周设有与肋板2数量对应的肋板连接槽101，肋板2在定子的径向内侧部位定位连接于肋板连接槽101中，肋板2在定子的径向外侧部位设有磁极压板6以限制扇形磁极7径向外移，扇形磁极7在径向内侧部位通过定子支撑架1限位固定。有效实现肋板2的定位连接和扇形磁极7的限位固定。
为了实现转子的可转动结构，左转子和右转子均包括转子铁芯8、在转子铁芯8上周向均布的磁钢9和用于固定磁钢9的位于磁钢9在转子径向内外两侧以及周向左右两侧的的固定件10，左转子和右转子的转子铁芯8均通过中心轴承11分别可转动地连接于定子支撑架1轴向两端的轴承11档上。有效实现转子的可转动结构。
为了减少固定件10数量，磁钢9在其径向内外两侧设有斜度，通过其径向内外两侧以及周向左右两侧的固定件10压紧并通过固定件10上的螺栓连接固定于转子铁芯8的磁钢槽中，每个磁钢9的径向外侧设有一个固定件10，每两个相邻磁钢9的径向内侧共用一个固定件10；每两个相邻磁钢9的周向两侧共用一个固定件10。结构优化，可有效减少固定件10数量。
为了降低磁钢9的涡流损耗，每个磁钢9由多个小块磁钢体通过绝缘胶粘合拼接而成。可有效降低磁钢9的涡流损耗。
为了实现环形罩板3的定位固定，环形罩板3通过螺栓连接固定于转子铁芯8的内侧台阶上，环形罩板3的外周面与转子铁芯8外周面相齐。环形罩板3的固定结构可有效实现环形罩板3的定位固定。
为了实现对相邻元件的限位，所述的磁极压板6的轴截面呈燕尾状，以径向压紧周向均布的扇形磁极7和肋板2，所述的扇形磁极7包括定子铁芯701和定子绕组702，定子铁芯701在定子轴向的两侧设燕尾型结构。燕尾型结构简单，可有效实现与相邻元件的限位。
通过在定子两侧放置转子，采用风冷和液冷混合冷却的方式，转子的铁芯和环形罩板3设有通风孔，气流可从通风孔流入气隙，再从环形罩板3的通风孔流出，形成完整的风路循环；定子支撑架1和肋板2的冷却通道内可通冷却液体，经入液口，进入定子支撑架1，流入肋板2，直接冷却扇形磁极7，混合冷却的方式提高了电机的冷却效率，也一定程度减轻了电机的重量，整体结构零件数量少，结构紧凑，混合冷却方式效率高，散热能力好，可有效带走转子及定子内部产生的热量，在不增加电机体积的情况下有效提升冷却效果，电机整体结构紧凑合理，能有效实现轻量化应用。
本实例中，为了降低加工制造成本，肋板2与其内的冷却通道、定子支撑架1与其内的冷却通道可采用一体铸造或3D打印的增材制造方式代替。通过一体铸造或增材制造方式，可有效降低加工制造成本，一体化程度高。
本实例中，定子铁芯701采用硅钢片叠压成型，也可以采用铁粉压制成型代替。
本实例中，磁极压板6与肋板2之间通过螺栓固定。
以上图1-6所示的一种混合冷却双转子单定子盘式永磁电机是本发明的具体实施例，已经体现出本发明突出的实质性特点和显著进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种混合冷却双转子单定子盘式永磁电机，其特征在于：包括定子、位于定子左侧的左转子、位于定子右侧的右转子，所述的定子包括位于其径向中间的环形定子支撑架（1）、环绕均布并连接于定子支撑架（1）外周的呈辐射状的数个肋板（2），所述的肋板（2）采用非导磁材料，相邻肋板（2）之间设有扇形磁极（7），肋板（2）沿径向向外并与磁极压板（6）连接；所述的定子支撑架（1）设有周向冷却通道（4），每块肋板（2）设有径向冷却通道（5）并与周向冷却通道（4）连通，周向冷却通道（4）、径向冷却通道（5）内嵌入连续的冷却管道（12），冷却管道内注有液冷介质；所述的左转子和右转子的外周的轴向之间设有用于封闭电机的环形罩板（3），环形罩板（3）的内侧面与定子外周之间存有电机运行间隙，所述的左转子、右转子及环形罩板（3）上均设有内外贯穿的通风孔；所述的左转子、右转子均包括转子铁心（8）、磁钢（9）和固定件（10），所述的磁钢（9）通过固定件（10）与转子铁心（8）紧密接触。
2.根据权利要求1所述的一种混合冷却双转子单定子盘式永磁电机，其特征在于：每块肋板（2）上的径向冷却通道（5）在定子的径向内外两侧经过若干次弯折，在每块肋板（2）上形成多条在定子轴向平行的径向冷却通道（5）段。
3.根据权利要求2所述的一种混合冷却双转子单定子盘式永磁电机，其特征在于：所述的冷却管道（12）包括位于肋板（2）上的径向管道和位于定子支撑架（1）上的周向管道，所述的周向管道设于定子支撑架（1）的中心孔侧壁的周向管道槽（102）中，所述的径向管道设于肋板（2）上的侧面管道槽（201）中。
4.根据权利要求2所述的一种混合冷却双转子单定子盘式永磁电机，其特征在于：肋板（2）与其内的冷却通道、定子支撑架（1）与其内的冷却通道均采用一体铸造或一体3D打印。
5.根据权利要求2所述的一种混合冷却双转子单定子盘式永磁电机，其特征在于：所述的定子支撑架（1）的外周设有与肋板（2）数量对应的肋板连接槽（101），所述的肋板（2）在定子的径向内侧部位定位连接于肋板连接槽（101）中，所述的肋板（2）在定子的径向外侧部位设有磁极压板（6）以限制扇形磁极（7）径向外移，所述的扇形磁极（7）在径向内侧部位通过定子支撑架（1）限位固定。
6.根据权利要求1所述的一种混合冷却双转子单定子盘式永磁电机，其特征在于：所述的左转子和右转子均包括转子铁芯（8）、在转子铁芯（8）上周向均布的磁钢（9）和用于固定磁钢（9）的位于磁钢（9）在转子径向内外两侧以及周向左右两侧的固定件（10），所述的左转子和右转子的转子铁芯（8）均通过中心轴承（11）分别可转动地连接于定子支撑架（1）轴向两端的轴承（11）档上。
7.根据权利要求6所述的一种混合冷却双转子单定子盘式永磁电机，其特征在于：所述的磁钢（9）在其径向内外两侧设有斜度，通过其径向内外两侧以及周向左右两侧的固定件（10）压紧并通过固定件（10）上的螺栓连接固定于转子铁芯（8）的磁钢槽中，每个磁钢（9）的径向外侧设有一个固定件（10），每两个相邻磁钢（9）的径向内侧共用一个固定件（10）；每两个相邻磁钢（9）的周向两侧共用一个固定件（10）。
8.根据权利要求7所述的一种混合冷却双转子单定子盘式永磁电机，其特征在于：每个磁钢（9）由多个小块磁钢体通过绝缘胶粘合拼接而成。
9.根据权利要求6所述的一种混合冷却双转子单定子盘式永磁电机，其特征在于：所述的电机运行间隙大于2mm；所述的环形罩板（3）通过螺栓连接固定于转子铁芯（8）的内侧台阶上，环形罩板（3）的外周面与转子铁芯（8）外周面相齐。
10.根据权利要求5所述的一种混合冷却双转子单定子盘式永磁电机，其特征在于：所述的磁极压板（6）的轴截面呈燕尾状，以径向压紧周向均布的扇形磁极（7）和肋板（2），所述的扇形磁极（7）包括定子铁芯（701）和定子绕组（702），定子铁芯（701）在定子轴向的两侧设燕尾型结构；所述的定子铁心（701）采用硅钢片叠压成型或采用铁粉压制成型。
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