CN108155737A - 一种低齿槽转矩的电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于电动设备技术领域，尤其涉及一种低齿槽转矩的电机，包括机座、定子、转子，所述机座的两端分别设置前端盖和后端盖，所述定子的内端面设置绝缘槽，所述绝缘槽的两个槽壁设置限位凸起，所述限位凸起与绝缘槽的槽口有一定的距离，所述限位凸起与绝缘槽的槽底之间设置绕组线圈和槽楔。本发明首先对定子的绝缘槽进行改进，改善磁路通道，有效降低永磁电机的齿槽转矩，另外对机座、定子、转子的结构进行改进，在电机内部‑定子的周围以及转子的周围预留风道，实现对转子和定子表面进行风冷降温，冷却效果明显。

Description

一种低齿槽转矩的电机

技术领域

本发明属于电动设备技术领域，尤其涉及一种低齿槽转矩的电机。

背景技术

永磁电机在断电徒手转及发电机运行时，会有一种卡顿的感觉，这种卡顿其实就是因为永磁电机存在齿槽转矩，称为永磁式发电机的“齿槽效应”和“齿槽阻力矩”。齿槽转矩是永磁电机的固有的特征之一，它是在电枢绕组不通电的状态下，由永磁体产生的磁场同电枢铁心的齿槽作用在圆周方向上产生的转矩。它其实是永磁体与电枢齿之间的切向力，使永磁电动机的转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势，这一现象会造成永磁了发电机的起动困难及运行的不稳定性。目前虽然可通过采用采用不等厚永磁体、磁极偏移、斜极、磁极分段、不等极弧系数组合和采用不等极弧系数等措施来降低来达到削弱齿槽转矩的目的，但是无法完全消除“齿槽阻力矩”。

另外，电机是将电能转化为机械能的电动设备，但是在使用过程中，电机的温度会增加，其原因有以下几种：

一、线圈有电阻，电流流过损耗功率；

二、铁芯的磁场有“磁滞回线”，电能转变的磁能有一部分继续转变为热能了；

三、铁芯还有涡流，电能转变的磁能有一部分又变成电流进而又变成热能；

四、机械转动部件之间有摩擦，电能转变的动能有一部分继续转变为热能了；

电机的长期发热，会对绕组线圈绝缘层的寿命造成影响，一旦线圈短路会导致电机失效的问题，所以在电机上通常配备降温装置，行业内称为强迫通风装置。总所周知，常规的强迫通风装置是安装在主电机非输出轴端部副电机和风扇，风扇周围安装风罩，副电机通电带动风扇转动，实现给主电机通风降温的目的。强迫通风装置安装在风罩上，风罩为风扇的扇叶提供保护，风罩的一端装在电机的机座搭子上。由于风罩属薄壁件，当副电机转动带动风扇转动时，薄壁件振动，不仅会产生噪音而且还会引起主电机的振动，如何设计一种自通风式的电机结构来克服该结构存在的问题是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

授权公告号CN101741167B的专利文献公开一种通风系统及其电机，所述电机包括定子、转子和风道，定子包括位于其两端的第一端盖和第二端盖，所述风道包括位于第一端盖的第一电刷和第二电刷之间的进风通道、定子和转子之间的空隙、设置在电机第二端盖的出风口，所述进风通道的进风口位于所述第一端盖，所述第一端盖还包括隔板用于将进风口分成沿着电机转子的转动方向顺次排列的第一入口和第二入口，其中，第一入口的面积大于第二入口的面积。在本发明中，转动的转子把从第一入口进入的部分气流转移到第二入口附近，平衡了用于冷却该两个电刷的气流，进而降低了电刷之间的温差，缩短了两个电刷的使用寿命的差距并降低了电机的噪声。

上述结构的不足之处在于：该结构对有刷电机的结构进行改进，实现电刷的温度调整，但是有刷电机具有噪音大、功耗高的缺陷，逐渐被无刷电机所代替；

其中，超高速永磁电机的旋转速度每分钟高达数万转甚至数十万转，转子的空气摩擦损耗及高频涡流损耗要比普通电机大得多。同时由于超高速永磁电机体积小散热困难，受电枢反应去磁和转子过热影响，容易产生不可逆失磁。因此，超高速永磁电机通风结构设计是超高速永磁电机设计的关键技术。

申请公布号CN104319944 A的专利文献公开一种电机通风散热结构，其包括铸铝转子、转轴、平衡盘和导风筒，所述转轴穿设于所述铸铝转子内，所述转轴上于所述铸铝转子的两侧对应安装有平衡盘和导风筒，其中，所述平衡盘上靠近铸铝转子端部的侧面上固定有若干个小风叶，所述导风筒通过支撑环安装于转轴上，所述支撑环上靠近铸铝转子端部的侧面上固定有若干个小风叶。上述电机通风散热结构于平衡盘和导风筒的支撑环上增设有小风叶，转轴转动时，带动两者上的小风叶旋转，从而形成径向风路对定子线圈的两端进行散热，不仅结构简单、易于实现；而且成本低，散热效果好；

同样的，申请公布号CN106100238A的专利文献公开一种高效冷却散热的自通风电机，包括转子、机座、端盖，其中转子包括转轴和离心风扇，机座包括定子铁心和机壳，机壳上设有外圆进风口和外圆出风口，端盖上设有进风口，定子铁心通过筋板固定在机壳上，定子铁心和机壳内壁之间有通风空间，转轴上设有轴向通风孔，这样形成四个风路结构。本发明独特冷却风路结构电机中热源定子绕组、定子铁心、轴承、转子铁心均被较好冷却，产生的热量能够很好被带走。上述两种结构的不足之处在于：仅对定子和转子之间空间进行通风冷却，效果不加。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种低齿槽转矩的电机，首先对定子的绝缘槽进行改进，改善磁路通道，有效降低永磁电机的齿槽转矩，另外对机座、定子、转子的结构进行改进，在电机内部-定子的周围以及转子的周围预留风道，实现对转子和定子表面进行风冷降温，冷却效果明显。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种低齿槽转矩的电机，包括机座、定子、转子，所述机座的两端分别设置前端盖和后端盖，所述定子的内端面设置绝缘槽，所述绝缘槽的两个槽壁设置限位凸起，所述限位凸起与绝缘槽的槽口有一定的距离，所述限位凸起与绝缘槽的槽底之间设置绕组线圈和槽楔。

进一步的，所述限位凸起与绝缘槽的槽口之间的距离为绝缘槽槽深的1/4-1/3。

进一步的，所述机座靠近前端盖的位置设置多个第一进风口，所述后端盖内设置定位轴套，所述后端盖的中心设置出风口，所述转子的一端贯穿定位套后同轴固定风扇，所述风扇位于出风口内，所述定子与机座、前端盖、后端盖以及转子之间均设置风道，所述机座内侧设置连接部件，所述定子的外壁与连接部件紧密接触连接。

进一步的，所述连接部件为板状结构，所述连接部件内设置风道。

进一步的，所述连接部件为多个限位柱。

进一步的，所述机座外套设导风筒，所述导风筒的一端与后端盖固定连接，所述导风筒与机座之间设置风道，所述导风筒靠近后端盖的一端设置第二进风口。

进一步的，所述第一进风口和第二进风口内设置除尘网。

进一步的，所述定位轴套与后端盖之间设置多个连接筋，所述连接筋为两边薄中间厚的结构。

本发明的有益效果是：

1.现有技术中，传统定子结构的槽楔安装在绝缘槽的槽口处，该结构设计虽然可为绕组线圈预留出更大的有效面积，但由于该处磁漏抗大、磁路易饱和，会增大电机的齿槽转矩，使电机易产生脉动、起动困难，运行不稳定的情况。本发明将槽楔安装部位上移一定的尺寸并适当减小槽口尺寸，该结构有两大优点：一是增大了定子的面积，减少了磁漏抗，降低齿部磁密，减少了磁路饱和风险，使齿槽转矩有效地降低，改善了电机运行不稳定的情况；二，该结构相应于定子和转子之间增加了风道，可改善电机散热条件，有效降低定转子的温度，增加运行可靠性。

2.本申请中对机座、定子、转子的结构进行改进，在电机内部-定子的周围以及转子的周围预留风道，转子一端设置一个风扇，冷风由机座的第一进风口进入电机内部，再经过电机定子绕组的前端和转子的前端，由风扇吸出电机外部，实现对转子和定子表面进行风冷降温，与现有技术相比，本发明中的风道覆盖范围更大，对电机内部两个重要的发热源-定子绕组和转子分别进行冷却，冷却效果明显。

3.针对定子与机座之间的风道设计和定子的固定方式上，本发明采用两种结构进行限定：

1）连接部件采用板状结构，该结构设计下的连接部件与定子的接触面积较大，稳定性强，在连接部件内设置风道，该风道提供机座与定子之间的进风空间；

2）连接部件为多个限位柱，限位柱采用周向、多排设置，该结构设计可有效减少连接部件的重量，而且风道空间更大，通风更加顺畅。

4.特别是，机座外套设导风筒，导风筒的一端与后端盖固定连接，导风筒与机座之间设置风道，导风筒靠近后端盖的一端设置第二进风口，该结构设计是为了实现电机后端的进风，冷却风不仅可以从机座的第一进风口进入，也可以通过导风筒的第二进风口进入，即冷风从机座的前后两端分别进入，对机座整体进行降温，进一步增强降温效果。

5.为防止灰尘进入机座内，本发明在第一进风口和第二进风口均设置除尘网，为机座内提供洁净的冷空气，防止转子摩擦受损，提高电机的使用寿命。

6.定位轴套与后端盖之间设置多个连接筋，连接筋为两边薄中间厚的结构，本结构设计在定位轴套与后端盖稳固连接的前提之下，对连接筋的结构进行改进，将连接筋设计为两边薄中间厚，类似梭形的结构，有效减少连接筋的风阻，加快空气流动。

附图说明

图1为实施例一的示意图；

图2为实施例一的部分剖面示意图；

图3为现有技术中绝缘槽的局部结构示意图；

图4为实施例一中绝缘槽的局部结构示意图；

图5为实施例二的示意图；

图6为实施例二的部分剖面示意图；

图7为实施例三的部分剖面示意图；

图8为实施例三连接筋的截面示意图。

图中标号：1-机座，2-定子，3-转子，4-前端盖，5-后端盖，6-第一进风口，7-定位轴套，8-出风口，9-风扇，10-风道，11-连接部件，12-导风筒，13-第二进风口，14-除尘网，15-连接筋，16-槽壁，17-限位凸起，18-槽口，19-槽底，20-绕组线圈，21-槽楔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述，图中的箭头指向为冷却空气的流向。

实施例一

如图1至图4所示，本发明包括机座1、定子2、转子3，机座1的两端分别通过螺栓固定连接前端盖4和后端盖5，定子2的内端面设置绝缘槽，绝缘槽的两个槽壁16设置限位凸起17，所述限位凸起17与绝缘槽的槽口18有一定的距离H1，H1为绝缘槽槽深H2的1/4-1/3，限位凸起17与绝缘槽的槽底19之间设置绕组线圈20和槽楔21；

所述机座1靠近前端盖4的位置设置多个第一进风口6（图中仅示出上端和下端的两个），所述后端盖5内固定连接定位轴套7，所述后端盖5的中心设置出风口8，所述转子3的一端贯穿定位套7后同轴固定风扇9，所述风扇9位于出风口8内，所述定子2与机座1、前端盖4、后端盖5以及转子3之间均设置风道10，所述机座1内侧设置连接部件11，所述定子2的外壁与连接部件11紧密接触连接，所述连接部件11为板状结构或者多个限位柱，本实施例优选板状结构，连接部件11内也预设风道10。

实施例二

如图5和图6所示，本发明包括机座1、定子2、转子3，机座1的两端分别通过螺栓固定连接前端盖4和后端盖5，所述机座1靠近前端盖4的位置设置多个第一进风口6（图中仅示出上端和下端的两个），所述后端盖5内固定连接定位轴套7，所述后端盖5的中心设置出风口8，所述转子3的一端贯穿定位套7后同轴固定风扇9，所述风扇9位于出风口8内，所述定子2与机座1、前端盖4、后端盖5以及转子3之间均设置风道10，所述机座1内侧设置连接部件11，所述定子2的外壁与连接部件11紧密接触连接，所述连接部件11为板状结构或者多个限位柱，本实施例优选板状结构，连接部件11内也预设风道10；所述机座1外套设导风筒12，所述导风筒12的一端与后端盖5固定连接，导风筒12的内径设计成比机座1的外径大，所述导风筒12与机座1之间预设风道10，所述导风筒12靠近后端盖5的位置设置第二进风口13，第一进风口6和第二进风口13内设置除尘网14。

本实施例中，通过增设导风筒12，冷却风不仅可以从机座的第一进风口进入，也可以通过导风筒的第二进风口进入，即冷风从机座的前后两端分别进入，对机座整体进行降温，进一步增强降温效果；在第一进风口和第二进风口均设置除尘网，为机座内提供洁净的冷空气，防止转子摩擦受损，提高电机的使用寿命。

实施例三

本实施例与实施例二的结构基本相同，不同的是：如图7和图8所示，所述定位轴套7与后端盖5之间设置多个连接筋15，所述连接筋15为两边薄中间厚的结构；本结构设计在定位轴套与后端盖稳固连接的前提之下，对连接筋的结构进行改进，将连接筋设计为两边薄中间厚，如图8所示的类似梭形结构，有效减少连接筋的风阻，加快空气流动。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种低齿槽转矩的电机，包括机座、定子、转子，所述机座的两端分别设置前端盖和后端盖，所述定子的内端面设置绝缘槽，其特征在于：所述绝缘槽的两个槽壁设置限位凸起，所述限位凸起与绝缘槽的槽口有一定的距离，所述限位凸起与绝缘槽的槽底之间设置绕组线圈和槽楔。

2.根据权利要求1所述的一种低齿槽转矩的电机，其特征在于：所述机座靠近前端盖的位置设置多个第一进风口，所述后端盖内设置定位轴套，所述后端盖的中心设置出风口，所述转子的一端贯穿定位套后同轴固定风扇，所述风扇位于出风口内，所述定子与机座、前端盖、后端盖以及转子之间均设置风道，所述机座内侧设置连接部件，所述定子的外壁与连接部件紧密接触连接。

3.根据权利要求2所述的一种低齿槽转矩的电机，其特征在于：所述连接部件为板状结构，所述连接部件内设置风道。

4.根据权利要求2所述的一种低齿槽转矩的电机，其特征在于：所述连接部件为多个限位柱。

5.根据权利要求2所述的一种低齿槽转矩的电机，其特征在于：所述机座外套设导风筒，所述导风筒的一端与后端盖固定连接，所述导风筒与机座之间设置风道，所述导风筒靠近后端盖的一端设置第二进风口。