CN107332373A - 一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构 - Google Patents

一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构 Download PDF

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Abstract

一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构，由转子、定子、线包、冷却水管、永磁体组成，其转子由转子铁心体、转动轴、转动轴圆盘三部分组成，转子铁心体由开有磁钢槽的硅钢冲片叠合而成，再嵌入转动轴圆盘上，转动轴嵌入转动轴圆盘中心处；永磁体采用钕铁硼磁性材料，烧结成同心不等圆的磁钢形似瓦形柱，嵌入到转子铁心体的磁钢槽中，再用耐高温树脂滴注；定子由定子铁心体、线包和冷却水管组成，定子铁心体由硅钢冲片叠合而成，定子铁心体上开有嵌线槽，线包嵌入嵌线槽中；定子铁心体的圆周边沿有半开口环形的水管槽，冷却水管依次绕定子铁心体上的水管槽缠绕，由于设计了与众不同的定子与转子和散热结构，可实现大扭矩、大功率输出。

Description

一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构
技术领域
本发明涉及一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构，主要应用于采用直流供电的大扭矩、大功率永磁无刷电机自动化控制设备中。
背景技术
永磁无刷直流电机发端于微电机行业，永磁无刷直流电机体积小、转速变化范围大、励磁简单，具有很好的机械特性和调节特性以及其它电机无可替代的特点。不过，现有的永磁无刷直流电机也继承了微电机行业的许多传统做法，即转子轭通常采用低碳钢加工而成，然后开转子冲片，再叠压成型；永磁体常常是通过高温胶粘贴在所述转子轭的外圆周上，或者将永磁体嵌入所述转子轭的外圆周边沿上。然而，当扭矩加大时，转子所承受的剪切力就越大，作为构件的永磁体抗疲劳强度降低，受损可能性也增大；另一方面，当电枢线圈温度高于150℃左右时，电机外壳的温度将上升至100℃左右，而漆包线在温度大于150℃时，其漆膜会因温度过高而脱落，导致线圈内部电路短路，该温度相当于电机B级绝缘材料的温度。更要紧的是，采用普通永磁材料的退磁温度是110℃，而钕铁硼永磁材料的退磁温度可达140℃，当环境温度高于150℃时，钕铁硼永磁材料将会发生超过5%的不可逆转的损失。
总之，由于钕铁硼永磁材料的磁能积和矫顽力很高，所以永磁无刷直流电机的体积要比同容量的三相异步电机缩小一个机座号，因此在需要大扭矩及大功率永磁无刷直流电机中，其电机的散热拓扑结构设计至关重要。业内人士都知道，针对永磁无刷直流电机的各种特性，通过定转子结构的优化设计可以明显提高大扭矩永磁无刷直流电机的效率和可靠性。
发明内容
据此，本发明有针对性地提出了一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构的设计方案，这种方案对于某些负载运行在高速时要求恒扭矩，运行在低速时要求恒功率，特别有效。
具体技术方案如下：
一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构，由转子、定子、线包（4）、冷却水管（5）、永磁体（6）组成，其要点在于：
所述的转子由转子铁心体（1）、转动轴（2）、转动轴圆盘（21）三部分组成，所述的转子铁心体（1）由开有磁钢槽（11）的硅钢冲片叠合而成，然后嵌入固定在带滚花的转动轴圆盘（21）上，所述的转动轴（2）嵌入转动轴圆盘（21）中心处；
所述的磁钢槽（11）的开槽位置靠近转子铁心体（1）的圆周边沿的附近处，在转子铁心体（1）的圆周边沿而相邻的两个磁钢槽（11）之间开有环形槽（12）；
所述的永磁体（6）形似瓦形柱，嵌入到转子铁心体（1）的磁钢槽（11）中，再用耐高温树脂滴注固定；
所述的定子由定子铁心体（3）和线包（4）组成，所述的定子铁心体（3）由硅钢冲片叠合而成，定子铁心体（3）上开有嵌线槽（32），所述的线包（4）嵌入嵌线槽（32）中；
定子铁心体（3）的圆周边沿有半开口环形的水管槽（31），所述的冷却水管（5）成型为多边形阵列结构，依次绕定子铁心体（3）上的水管槽（31）缠绕而成，冷却水管（5）两端有进出水管口（51）。
进一步的，所述的冷却水管（5）为圆形的铜质水管，进出水管口（51）引出到电机的机壳外。
进一步的，所述的永磁体（6）采用钕铁硼磁性材料，烧结成同心不等圆的瓦形柱磁钢。
优化的，所述的线包（4）采用导电率为电解铜109.0%的无氧漆包铜线（OFC）。
技术效果
本发明提出的一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构有如下有益效果：
1．本发明设计了一种与众不同的转子铁心体，将永磁体全部掩埋在转子铁心体的磁钢槽中，而不是安装传统的办法贴合在转子铁心体的圆周边上，一方面可以保护脆弱的永磁体，大大减少剪切力和其它应力对它的影响；另一方面可以通过热传递良好的转子铁心体本身，帮助其快速散热。
2. 本发明设计的磁钢槽的开槽位置靠近转子铁心体的圆周边沿的附近处，并在转子铁心体的圆周边沿而相邻的两个磁钢槽之间开有环形槽，计算机模拟仿真证明，环形槽的设计虽然增大了空气隙，但恰当的环形槽的槽宽能帮助气隙磁通大部分进入转子齿磁通，并转变为电机的工作磁通。
3. 本发明设计一种新颖的定子铁心体，开有嵌线槽和水管槽，水管设计成型为多边形阵列结构，安装时可直接扣入水管槽中，特别方便安装和批量生产。
5. 本发明结构紧凑，做到了系统最省，整体最优。
附图说明
图1一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构外形图一；
图2一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构外形图二；
图3一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构爆炸图一；
图4一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构爆炸图二；
图5定子与冷却水管的外形图一；
图6定子与冷却水管的外形图二；
图7定子与冷却水管的正视图；
图8单独的冷却水管视图；
图9单独的定子铁心结构视图；
图10 单独的转子结构视图。
标号说明：
1 转子铁心体
11 磁钢槽
12 环形槽
2 转动轴
21 转动轴圆盘
3 定子铁心体
31 水管槽
32 嵌线槽
4 线包
5 冷却水管
51 进出水管口
6 永磁体
具体实施方式
下面结合附图及其实施例，对本发明作进一步的说明。
本实施例中，一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构，由转子、定子、线包（4）、冷却水管（5）、永磁体（6）组成，其要点在于：
所述的转子由转子铁心体（1）、转动轴（2）、转动轴圆盘（21）三部分组成，所述的转子铁心体（1）由开有磁钢槽（11）的硅钢冲片叠合而成，然后嵌入固定在带滚花的转动轴圆盘（21）上，所述的转动轴（2）嵌入转动轴圆盘（21）中心处；
所述的磁钢槽（11）的开槽位置靠近转子铁心体（1）的圆周边沿的附近处，在转子铁心体（1）的圆周边沿而相邻的两个磁钢槽（11）之间开有环形槽（12）；环形槽（12）的设计虽然增大了空气隙，但是实践证明，当环形槽（12）的槽宽能使气隙磁通大部分进入转子齿磁通时，这种设计变得特别有意义；
所述的永磁体（6）形似瓦形柱，嵌入到转子铁心体（1）的磁钢槽（11）中，再用耐高温树脂滴注固定；
计算机模拟仿真表明，将永磁体（6）全部掩埋在转子铁心体（1）的磁钢槽（11）中，而不是贴合在转子铁心体（1）的圆周边上，一方面可以保护脆弱的永磁体，大大减少剪切力和其它应力对它的影响；另一方面可以通过热传递良好的转子铁心体本身，帮助其快速散热；
所述的定子由定子铁心体（3）和线包（4）组成，所述的定子铁心体（3）由硅钢冲片叠合而成，定子铁心体（3）上开有嵌线槽（32），所述的线包（4）嵌入嵌线槽（32）中；
定子铁心体（3）的圆周边沿有半开口环形的水管槽（31），所述的冷却水管（5）成型为多边形阵列结构，依次绕定子铁心体（3）上的水管槽（31）缠绕而成，冷却水管（5）两端有进出水管口（51），安装时直接扣入水管槽（31）中，特别方便安装和批量生产。
进一步的，所述的冷却水管（5）为圆形的铜质水管，进出水管口（51）引出到电机的机壳外。由于冷却水管（5）紧贴水管槽（31）安装，而开有水管槽（31）的定子铁心体（3）又紧配合安装在电机外壳内，所以保证整个电机的散热效果良好。
进一步，所述的永磁体（6）采用钕铁硼磁性材料，烧结成同心不等圆的瓦形柱磁钢。
优化的，所述的线包（4）采用导电率为电解铜109.0%的无氧漆包铜线（OFC）。由于无氧漆包铜线表层没有任何残留脱氧剂和氧化缺陷，漆膜吸附性强，更重要的是，无氧漆包铜线更适合传输5KHz以上高频信号的控制。
总之，本发明设计了一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构，不但散热效果好，而且结构特别简单。其意想不到的效果是，这种结构设计使得永磁无刷电机效率增大、输出功率增大、扭矩也增大，而且真正克服了永磁无刷电机使用者担心永磁体在高温环境下失磁之虞，市场应用前景相当广阔。
上述为本发明的优选实施方案，通过一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构的设计案例表明，创新才是人类所掌握的最伟大的自由工具。毫不例外，从法拉第发明的电磁感应时代开始，距今有150多年历史的电机仍有广阔的发展空间。
应指出的是，以上的具体实施方式仅仅是示例性的，不能以此限定本发明的保护范围，所属领域的技术人员都明白，在不脱离所附权利说明书所限定的本发明的精神和范围内，在形式和细节的扩展方面，对本发明所作出的各种变化，都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构，由转子、定子、线包（4）、冷却水管（5）、永磁体（6）组成，其特征在于：
所述的转子由转子铁心体（1）、转动轴（2）、转动轴圆盘（21）三部分组成，所述的转子铁心体（1）由开有磁钢槽（11）的硅钢冲片叠合而成，然后嵌入固定在带滚花的转动轴圆盘（21）上，所述的转动轴（2）嵌入转动轴圆盘（21）中心处；
所述的磁钢槽（11）的开槽位置靠近转子铁心体（1）的圆周边沿的附近处，在转子铁心体（1）的圆周边沿而相邻的两个磁钢槽（11）之间开有环形槽（12）；
所述的永磁体（6）形似瓦形柱，嵌入到转子铁心体（1）的磁钢槽（11）中，再用耐高温树脂滴注固定；
所述的定子由定子铁心体（3）和线包（4）组成，所述的定子铁心体（3）由硅钢冲片叠合而成，定子铁心体（3）上开有嵌线槽（32），所述的线包（4）嵌入嵌线槽（32）中；
定子铁心体（3）的圆周边沿有半开口环形的水管槽（31），所述的冷却水管（5）为多边形阵列结构，依次绕定子铁心体（3）上的水管槽（31）缠绕而成，冷却水管（5）两端有进出水管口（51）。
2.根据权利要求1所述的一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构，其特征在于：所述的冷却水管（5）为圆形的铜质水管，进出水管口（51）引出到电机的机壳外。
3.根据权利要求1所述的一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构，其特征在于：所述的永磁体（6）采用钕铁硼磁性材料，烧结成同心不等圆的瓦形柱磁钢。
4.根据权利要求1所述的一种大扭矩带冷却水管的永磁无刷电机定子与转子结构，其特征在于：所述的线包（4）采用导电率为电解铜109.0%的无氧漆包铜线（OFC）。
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