CN106160282A - 带螺旋状齿槽的湿式高速电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带螺旋状齿槽的湿式高速电机，包括定子部分、转子部分、前端盖和后端盖，所述的前、后端盖分别密封安装在所述的定子部分的两端，所述的定子部分位于所述的转子部分外圈，并且所述的转子部分的两端分别与相应的前、后端盖轴接，所述的定子部分包括定子部件、第一外壳、第二外壳所述的定子部分的两端分别与相应的前、后端盖固接。本发明采用湿式结构，取消了电机连接轴上的动密封；油液进入转子容腔，可以有效地吸收电机产生的热量，润滑轴承，增加电机的使用时间。

Description

带螺旋状齿槽的湿式高速电机

技术领域

本发明涉及一种带螺旋状齿槽的湿式高速电机，属于流体传动及控制领域中的变转速液压泵用电-机械能量转换装置。

背景技术

随着电力电子技术的发展，传统结构上的变量泵由于结构复杂、成本高，限制了其发展，而通过电机调速来改变泵的流量，也就是所谓的变转速泵，长远看来，具有广泛而光明的应用前景。

让变转速泵具有大的输出流量，那么高速电机就是其关键所在。但是电机在高转速下，其出现的问题也很多，发热严重，轴承寿命短，还有电机电涡流大等。现有技术中，大多采用风冷或水冷，风冷效果不佳，水冷多在外壁分布冷却回路，而电机发热最大的在于转子部件的高速旋转，外壁的水冷回路仅仅只能冷却发热的线圈，对于内部的热量冷却起不到相应的作用。并且，往往以前只是解决了发热问题，轴承寿命和电涡流问题却依然存在。

另外，现有的高速电机为干式结构时，将其用于驱动液压泵时，不允许液压系统工作回路中的油液进入转子腔，因而在泵与电机的连接轴上需要加上O型密封圈，形成动密封将整个转子腔密闭，这就引入了额外的摩擦阻力，限制了电机转速的进一步提高。并且高速电机将干式变为湿式结构时，将油液通入转子容腔，油液对于电机转子齿有一定的挤压，转子的旋转运动，很难带动油液轴向运动进入转子右腔，油液在转子容腔中循环运动难度大。

发明内容

为了克服现有高速电机散热慢、轴承寿命短、电机需要动密封、油液循环运动难等的不足，本发明提供一种带螺旋状齿槽的湿式高速电机。

本发明采用的技术方案是：

带螺旋状齿槽的湿式高速电机，包括定子部分、转子部分、前端盖和后端盖，所述的前、后端盖分别密封安装在所述的定子部分的两端，所述的定子部分位于所述的转子部分外圈，并且所述的转子部分的两端分别与相应的前、后端盖轴接，其特征在于：所述的定子部分包括定子部件、第一外壳、第二外壳，所述的定子部分的两端分别与相应的前、后端盖固接；

所述的转子部分位于所述的定子部分的内圈，所述的转子部分包括转子轴和转子衔铁，所述的转子轴的外部套接并固定转子衔铁，所述的转子衔铁的外壁与所述的定子部分的内壁间隙配合，所述的转子轴的两端分别支撑在相应的前后端盖的轴承上；

所述的转子衔铁的外表面均布有螺旋式齿槽，所述的螺旋式齿槽的螺旋方向沿转子轴轴线方向，且从径向方向的横截面上看，所述的螺旋式齿槽的开口大小跟定子齿齿槽开口相同；所述的螺旋式齿槽的齿数与定子部件相同，且在外表面分布有两个环形槽，两个所述的环形槽将螺旋式齿槽隔开；所述的转子衔铁被分割成三段式，并按顺时针方向两两相差1/3齿距；

所述的定子部件包括鼠笼式环状筒、硅钢片、第一定子铁芯、第二定子铁芯、第三定子铁芯、第四定子铁芯、第一隔磁环、第二隔磁环、第三隔磁环；所述的第一定子铁芯、第四定子铁芯的外侧分别与所述的第一外壳、第二外壳密封连接；所述的第一定子铁芯、第一隔磁环、第二定子铁芯、第二隔磁环、第三定子铁芯、第三隔磁环、第四定子铁芯轴向依次排列，并且在配合处焊接形成套筒，所述的鼠笼式环形筒位于套筒的外圈；

所述的第一隔磁环、第二隔磁环、第三隔磁环的外部均对应绕制一个控制线圈，其中控制线圈环绕在第一隔磁环上组成电流励磁的一相；控制线圈环绕在第二隔磁环上组成电流励磁的一相；控制线圈环绕在第三隔磁环上组成电流励磁的一相，总共形成三相。

所述的前端盖和后端盖的内侧均布有两个圆形凹槽，一对凹槽分别与第一外壳、第二外壳配合，并在配合处密封，另一对凹槽分别与第一轴承、第二轴承过盈配合。

所述的第一定子铁芯、第二定子铁芯、第三定子铁芯、第四定子铁芯、第一隔磁环、第二隔磁环、第三隔磁环的均呈圆环状，并且内表面均布有小齿，且齿数相同，安装时齿形位置相同。

所述的鼠笼式环形筒的外表面均匀分布有矩形凹槽，左右两侧分布有环形凸台，两侧的凸台与外表面接触处往筒内方向均匀分布有矩形槽，所述的矩形槽的位置与外表面的矩形凹槽的位置在径向圆周上相同。

所述的硅钢片呈矩形，内有三个矩形凹槽；所述的硅钢片嵌入鼠笼式环状筒的矩形凹槽内，与套筒外表面形成三个环形凹槽，用于安放线圈。

所述的第一外壳和第二外壳均呈U型，且相对设置，所述的第一外壳和第二外壳之间形成环形槽，所述的定子部件位于环形槽内，且所述的定子部件的外表面有若干矩形槽。

所述的转子轴与所述的转子衔铁过盈配合。

所述的转子轴呈圆柱状，轴向和周向均布有小孔，且连通。

所述的前端盖和后端盖均呈正方形，一侧分布有三个环形凹槽，最外边的环形凹槽分别与套筒的内表面、第一外壳的外表面、第二外壳的外表面间隙配合。

所述的前端盖、后端盖、第一隔磁环、第二隔磁环、第三隔磁环、第一外壳、第二外壳和转子轴均为不导磁材料制成的非导磁体；所述的硅钢片、转子衔铁、第一定子铁芯、第二定子铁芯、第三定子铁芯以及第四定子铁芯均为软磁材料制成的导磁体。

为了解决变转速液压泵用高速电机电涡流损耗、轴承磨损，电机长时间运行发热以及电机连接轴上的动密封限制转速提高等问题，本发明提出一种结构简单、成本低的采用插片式的带螺旋状齿槽的泵用湿式高速电机，定子部分采用插片式结构，大大减小了电涡流，其采用特有的轴向分相方式形成湿式耐高压结构,将励磁绕组与电机转子腔隔离，同时将液压泵回油路的低压油引入转子腔,对机械轴承形成润滑作用,可大大延长轴承的使用寿命；循环的油液同时又可以对发热的励磁绕组起到冷却作用,电机的整体寿命和连续工作时间得以提高；由于转子腔的湿式耐高压结构,电机连接轴上的动密封可以取消,该部分的摩擦阻力也不复存在,电机的转速可以进一步得到提升。并且，转子衔铁采用螺旋状齿槽结构，可以通过电机旋转将油液从左腔引入到转子衔铁中，沿转子衔铁的周向运动，进入转子右腔。

本发明的有益效果主要体现在：1、本发明采用湿式结构，取消了电机连接轴上的动密封；2、本发明采用插片式结构，减小电机产生的电涡流，电机转子衔铁采用螺旋状齿槽结构，利用电机的旋转，可以快速地引入油液，并且使油液在转子容腔内循环流动；3、油液进入转子容腔，可以有效地吸收电机产生的热量，润滑轴承，增加电机的使用时间。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2a、2b为本发明转子衔铁的结构示意图。

图3为本发明第一、第四定子铁芯的结构示意图。

图4为本发明第二、第三定子铁芯的结构示意图。

图5为本发明硅钢片的结构示意图。

图6为本发明隔磁环的结构示意图。

图7a、7b、7c为本发明鼠笼式环状筒的结构示意图。

图8为本发明第一外壳、第二外壳的结构示意图。

图9为本发明转子衔铁的齿形结构图。

图10a、10b为本发明定子和转子间齿形的初始位置图。

图11a、11b为本发明第一控制线圈通电时，定转子间齿形的位置图。

图12a、12b为本发明第二控制线圈通电时，定转子间齿形的位置图。

图13a、13b为本发明第三控制线圈通电时，定转子间齿形的位置图。具体实施方式

参照图1至图13b，带螺旋状齿槽的湿式高速电机，包括定子部分、转子部分、前端盖1和后端盖12，所述的前、后端盖1、12分别密封安装在所述的定子部分的两端，所述的定子部分位于所述的转子部分外圈，并且所述的转子部分的两端分别与相应的前、后端盖1、12轴接，所述的定子部分包括定子部件、第一外壳2、第二外壳6，所述的定子部分的两端分别与相应的前、后端盖1、12固接；

所述的转子部分位于所述的定子部分的内圈，所述的转子部分包括转子轴23和转子衔铁24，所述的转子轴23的外部套接并固定转子衔铁24，所述的转子衔铁24的外壁与所述的定子部分的内壁间隙配合，所述的转子轴23的两端分别支撑在相应的前后端盖的轴承22、11上；

所述的转子衔铁24的外表面均布有螺旋式齿槽，所述的螺旋式齿槽的螺旋方向沿转子衔铁24轴线方向，且从径向方向的横截面上看，所述的螺旋式齿槽的开口大小跟所述定子部分的齿槽开口相同；所述的螺旋式齿槽的齿数与定子部件相同，且在外表面分布有两个环形槽，两个所述的环形槽将螺旋式齿槽隔开；所述的转子衔铁24被分割成三段式，并按顺时针方向两两相差1/3齿距；

所述的定子部件包括鼠笼式环状筒8、硅钢片3、第一定子铁芯19、第二定子铁芯17、第三定子铁芯15、第四定子铁芯13、第一隔磁环18、第二隔磁环16、第三隔磁环14；所述的第一定子铁芯19、第四定子铁芯13的外侧分别与所述的第一外壳2、第二外壳6通过密封圈9、10、20、21密封连接；所述的第一定子铁芯19、第一隔磁环18、第二定子铁芯17、第二隔磁环16、第三定子铁芯15、第三隔磁环14、第四定子铁芯13轴向依次排列，并且在配合处焊接形成套筒，所述的鼠笼式环形筒8位于套筒的外圈；

所述的第一隔磁环18、第二隔磁环16、第三隔磁环14的外部均对应绕制一个控制线圈4、5、7，其中控制线圈环绕在第一隔磁环18上组成电流励磁的一相；控制线圈环绕在第二隔磁环16上组成电流励磁的一相；控制线圈环绕在第三隔磁环13上组成电流励磁的一相，总共形成三相。

所述的前端盖1和后端盖12的内侧均布有两个圆形凹槽，一对凹槽分别与第一外壳2、第二外壳6配合，并在配合处密封，另一对凹槽分别与第一轴承22、第二轴承11过盈配合。

所述的第一定子铁芯19、第二定子铁芯17、第三定子铁芯15、第四定子铁芯13、第一隔磁环18、第二隔磁环16、第三隔磁环14的均呈圆环状，并且内表面均布有小齿，且齿形位置和齿数相同。

所述的鼠笼式环形筒8的外表面均匀分布有矩形凹槽，左右两侧分布有环形凸台，两侧的凸台与外表面接触处往筒内方向均匀分布有矩形槽，所述的矩形槽的位置与外表面的矩形凹槽的位置在径向圆周上相同。

所述的硅钢片3呈矩形，内有三个矩形凹槽；所述的硅钢片嵌入鼠笼式环状筒的矩形凹槽内，与套筒外表面形成三个环形凹槽，用于安放线圈。

所述的第一外壳和第二外壳均呈U型，且相对设置，所述的第一外壳和第二外壳之间形成环形槽，所述的定子部件位于环形槽内，且所述的定子部件的外表面有若干矩形槽。

所述的转子轴23与所述的转子衔铁24过盈配合。

所述的转子轴23呈圆柱状。

所述的前端盖1和后端盖12均呈正方形，一侧分布有三个环形凹槽，最外边的环形凹槽分别与套筒的内表面、第一外壳的外表面、第二外壳的外表面间隙配合。

所述的前端盖、后端盖、第一隔磁环、第二隔磁环、第三隔磁环、第一外壳、第二外壳和转子轴均为不导磁材料制成的非导磁体；所述的硅钢片、转子衔铁、第一定子铁芯、第二定子铁芯、第三定子铁芯以及第四定子铁芯均为软磁材料制成的导磁体。

本实施例以电机定转子上均匀分布10个齿的结构为例，结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，当有油液从左端盖1进油口通入转子容腔中，通过转子转动自行带动油液进入转子衔铁24的螺旋状齿槽中，跟随转子周向转动的同时，轴向移动，进入转子容腔右侧，与此同时，右侧油液通过转子轴中的通孔出去，此湿式结构既对转子进行降温，使转子可以达到很高的转速，增加电机的连续工作时间，也对定转子部件进行润滑，减小转子高速旋转所造成的摩擦损耗；在前端盖1和后端盖12环形凹槽外表面处分别放置密封圈20、9，以防止油液从电机的零部件中泄漏出来，而在第一外壳2、第二外壳6内表面分别放置密封圈21、10，第一定子铁芯、第一隔磁环、第二定子铁芯、第二隔磁环、第三定子铁芯、第三隔磁环、第四定子铁芯依次焊接形成套筒，使得线圈与充满油液的转子相隔，此结构简单，可靠，使得系统在湿式状态下仍然能够工作。

第一定子铁芯、第二定子铁芯、第三定子铁芯、第四定子铁芯、第一、第二、第三隔磁环的内圆周面开有数目相同且均匀分布的多个小齿，齿数越多，电机每相旋转的角度越小，动态性能越好，非线性误差越小；

转子衔铁24与转子轴23过盈配合，转子衔铁24外圆周面上分布有齿槽，沿圆周面上看呈螺旋状，且其外圆周面上的转子齿和定子铁芯齿数相同，整个转子部件通过第一、第二轴承22、11分别支撑在前端盖1和后端盖12中，可绕中心轴线转动；

为满足电流控制磁通的要求，前端盖1、后端盖12、第一、第二外壳2、6、第一、第二、第三隔磁环18、16、14、鼠笼式环状筒8和转子轴23均为不导磁材料制成的非导磁体；所述的第一定子铁芯、第二定子铁芯、第三定子铁芯、第四定子铁芯、转子衔铁24、硅钢片3均为软磁材料制成的导磁体；

如图9所示，以10齿为例，为实现高速电机的连续转动，所述转子衔铁需分成三段，两两相差1/3齿距。转子圆周面上一个齿距周期即为D，对应到轴线方向一个周期即为d，即转子衔铁21外圆周面上的圆环槽轴向距离a＝D/3＝d/3，转子衔铁24除去与第一定子铁芯、第二定子铁芯对应长度外每一段轴向长度均为nd(n＝1，2，3……)。

工作原理：如图10a-13b所示，以单三拍控制为例，第一定子铁芯19、第二定子铁芯17、第二定子铁芯15、第一定子铁芯13分别和转子衔铁24形成六段环形的工作气隙δ₁、δ₂、δ₃、δ₄、δ₅、δ₆，其工作原理遵循由磁性转子铁芯通过与由定子产生的脉冲电磁场相互作用而产生转动的原理，定转子齿的相对位置不同时，磁路的磁通也不同，在绕组通电时，转子所转动的位置是力求使通电相磁路的磁通为最大；如图10a；当三个控制线圈都不通电时，转子部件均处于初始位置，定转子间的齿形位置图如图10b。如图11a所示，当控制线圈4通入如图11a所示的电流时，第一定子铁芯19、第二定子铁芯17分别和转子衔铁24形成两段工作气隙δ₁、δ₂，将产生如图11a所示的磁路图，此时转子为了在各工作气隙上产生的磁通最大而产生转矩使得转子部件转动，最终转子的稳定平衡位置如图11b；当控制线圈5通入如图12a所示的电流时，此时，将在控制线圈5周围产生控制磁场，磁路图如图12a,各工作气隙上定转子的稳定平衡位置如图12b所示；当第三控制线圈7通入如图13a所示的电流时，在控制线圈7周围产生控制磁场，磁路图如图13a所示，此时转子衔铁24为使磁通最大将产生一个转矩，使得转子部件转动，此时第二定子铁芯15和第一定子铁芯13与转子衔铁24齿形重合，各工作气隙上定转子的齿形位置如图13b所示,即本发明的初始位置；如此第一线圈4-第二线圈5-第三线圈7-第一线圈4单拍式循环通电，即可保证本发明的连续转动。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.带螺旋状齿槽的湿式高速电机，包括定子部分、转子部分、前端盖和后端盖，所述的前、后端盖分别密封安装在所述的定子部分的两端，所述的定子部分位于所述的转子部分外圈，并且所述的转子部分的两端分别与相应的前、后端盖轴接，其特征在于：所述的定子部分包括定子部件、第一外壳、第二外壳,所述的定子部分的两端分别与相应的前、后端盖固接；

所述的转子部分位于所述的定子部分的内圈，所述的转子部分包括转子轴和转子衔铁，所述的转子轴的外部套接并固定转子衔铁，所述的转子衔铁的外壁与所述的定子部分的内壁间隙配合，所述的转子轴的两端分别支撑在相应的前后端盖的轴承上；

所述的转子衔铁的外表面均布有螺旋式齿槽，所述的螺旋式齿槽的螺旋方向沿转子轴轴线方向，且从径向方向的横截面上看，所述的螺旋式齿槽的开口大小跟定子齿齿槽开口相同；所述的螺旋式齿槽的齿数与定子部件相同，且在外表面分布有两个环形槽，两个所述的环形槽将螺旋式齿槽隔开；所述的转子衔铁被分割成三段式，并按顺时针方向两两相差1/3齿距；

所述的定子部件包括鼠笼式环状筒、硅钢片、第一定子铁芯、第二定子铁芯、第三定子铁芯、第四定子铁芯、第一隔磁环、第二隔磁环、第三隔磁环；所述的第一定子铁芯、第四定子铁芯的外侧分别与所述的第一外壳、第二外壳密封连接；所述的第一定子铁芯、第一隔磁环、第二定子铁芯、第二隔磁环、第三定子铁芯、第三隔磁环、第四定子铁芯轴向依次排列，并且在配合处焊接形成套筒，所述的鼠笼式环形筒位于套筒的外圈；

所述的第一隔磁环、第二隔磁环、第三隔磁环的外部均对应绕制一个控制线圈，其中控制线圈环绕在第一隔磁环上组成电流励磁的一相；控制线圈环绕在第二隔磁环上组成电流励磁的一相；控制线圈环绕在第三隔磁环上组成电流励磁的一相，总共形成三相。

2.如权利要求1所述的带螺旋状齿槽的湿式高速电机，其特征在于：所述的前端盖和后端盖的内侧均布有两个圆形凹槽，一对凹槽分别与第一外壳、第二外壳配合，并在配合处密封，另一对凹槽分别与第一轴承、第二轴承过盈配合。

3.如权利要求2所述的带螺旋状齿槽的湿式高速电机，其特征在于：所述的第一定子铁芯、第二定子铁芯、第三定子铁芯、第四定子铁芯、第一隔磁环、第二隔磁环、第三隔磁环的均呈圆环状，并且内表面均布有小齿，且齿数相同，安装时齿形位置相同。

4.如权利要求3所述的带螺旋状齿槽的湿式高速电机，其特征在于：所述的鼠笼式环形筒的外表面均匀分布有矩形凹槽，左右两侧分布有环形凸台，两侧的凸台与外表面接触处往筒内方向均匀分布有矩形槽，所述的矩形槽的位置与外表面的矩形凹槽的位置在径向圆周上相同。

5.如权利要求4所述的带螺旋状齿槽的湿式高速电机，其特征在于：所述的硅钢片呈矩形，内有三个矩形凹槽；所述的硅钢片嵌入鼠笼式环状筒的矩形凹槽内，与套筒外表面形成三个环形凹槽，用于安放线圈。

6.如权利要求5所述的带螺旋状齿槽的湿式高速电机，其特征在于：所述的第一外壳和第二外壳均呈U型，且相对设置，所述的第一外壳和第二外壳之间形成环形槽，所述的定子部件位于环形槽内，且所述的定子部件的外表面有若干矩形槽。

7.如权利要求6所述的带螺旋状齿槽的湿式高速电机，其特征在于：所述的转子轴与所述的转子衔铁过盈配合。

8.如权利要求7所述的带螺旋状齿槽的湿式高速电机，其特征在于：所述的转子轴呈圆柱状，轴向和周向均布有小孔，且连通。

9.如权利要求8所述的带螺旋状齿槽的湿式高速电机，其特征在于：所述的前端盖和后端盖均呈正方形，一侧分布有三个环形凹槽，最外边的环形凹槽分别与套筒的内表面、第一外壳的外表面、第二外壳的外表面间隙配合。

10.如权利要求9所述的带螺旋状齿槽的湿式高速电机，其特征在于：所述的前端盖、后端盖、第一隔磁环、第二隔磁环、第三隔磁环、第一外壳、第二外壳和转子轴均为不导磁材料制成的非导磁体；所述的硅钢片、转子衔铁、第一定子铁芯、第二定子铁芯、第三定子铁芯以及第四定子铁芯均为软磁材料制成的导磁体。