CN108199535B - 一种筒式单气隙外转子电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种筒式单气隙外转子电机，包括外转子组件和内定子组件；内定子组件包括电机轴和位于电机轴上的筒形线圈，外转子组件包括电机壳体、位于电机壳体内的筒形磁轭和安装于筒形磁轭上的若干永磁体，筒形线圈由空心导线绕制;电机包括冷却系统,冷却系统包括由管路依次连接的压缩机、冷凝器、节流元件和由空心导线形成的蒸发器。因而，冷却系统工作时，空心导线内的制冷剂蒸发吸热，使得空心导线产生制冷量，能够对线圈进行快速降温冷却。因而，本发明线圈的产生的热量可被迅速被空心导线产生的制冷量中和，线圈能够得到快速降温，能够满足线圈的温度需求。

Description

一种筒式单气隙外转子电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体地说，是涉及一种筒式单气隙外转子电机。

背景技术

背景技术

随着世界范围内能源的日益匮乏，能源的有效利用越来越得到重视，而发电机和电动机是当代能源设备发展的重中之重，节能环保是急需解决的关键问题。异步电机、励磁同步电机是目前最通用的电机，他们都是双铁损耗，铜损耗，实际效率只有60-70%，能耗比较高。永磁同步电机比上两款电机效率和节能方面稍好一些，但还是不理想，具有铜损和铁损双损耗，还有很大的永磁磁阻，表面上看来是永磁体与铁芯结构会比较节能，但是定子和转子之间产生的永磁磁阻又将节能电力给损耗掉了，更不用说实现直驱了。永磁电机的发展是目前最节能的电机技术,它的结构只有铜损耗。永磁电机和以上其他电机相比较效率很高，但是目前应用较少，关键问题是电机的冷却问题无法解决,阻碍着永磁电机的应用。

发明内容

发明内容

本发明的目的在于提供一种筒式单气隙外转子电机，解决了现有电机冷却的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种筒式单气隙外转子电机，所述电机包括外转子组件和内定子组件；所述内定子组件包括电机轴和位于所述电机轴上的筒形线圈，所述外转子组件包括电机壳体、位于电机壳体内的筒形磁轭和安装于筒形磁轭上的若干永磁体，所述筒形线圈由空心导线绕制;所述电机包括冷却系统,所述冷却系统包括由管路依次连接的压缩机、冷凝器、节流元件和由空心导线形成的蒸发器。

如上所述的筒式单气隙外转子电机，所述冷却系统包括控制器和用于检测所述线圈温度的温度传感器，所述温度传感器检测所述线圈的温度，并将所述温度传输至控制器，所述控制器用于根据所述温度控制所述压缩机的运行频率。

如上所述的筒式单气隙外转子电机，所述节流元件为电子膨胀阀，所述控制器用于控制所述电子膨胀阀的开度。

如上所述的筒式单气隙外转子电机，所述内定子组件包括若干T型定子导磁环和I型定子导磁环，所述T型定子导磁环包括环状部和位于环状部外壁上的若干T状部，所述I型定子导磁环包括环状部和位于环状部外壁上的若干I状部，相邻两个T型定子导磁环之间设置有若干I型定子导磁环，同一T型定子导磁环的相邻T状部之间、同一I型定子导磁环的相邻I状部之间形成线圈绕制空间；所述T型定子导磁环的导磁性能小于所述I型定子导磁环，所述I状部的高度小于所述T状部的高度；相邻两个T型定子导磁环之间的I型定子导磁环的位置与外转子组件的一个周线上的永磁体的位置相对。

如上所述的筒式单气隙外转子电机，所述 T状部在环状部的外壁上间隔均匀分布，所述T状部的“I”部与环状部相交处的切线垂直，所述T状部的“一”部与环状部在同一平面上。

如上所述的筒式单气隙外转子电机，所述I状部在环状部的外壁上间隔均匀分布，I状部与环状部相交处的切线垂直。

如上所述的筒式单气隙外转子电机，所述T型定子导磁环的环状部的直径与I型定子导磁环的环状部的直径大小相同，T型定子导磁环的环状部与I型定子导磁环的环状部同轴线设置，T型定子导磁环相邻两个T状部的“I”部的间距与I型定子导磁环相邻两个I状部的间距相同，T型定子导磁环的“I”部与I型定子导磁环的I状部同轴线分布。

如上所述的筒式单气隙外转子电机，所述I型导磁环的I状部的自由端具有燕尾槽，所述燕尾槽上装有导磁头，所述导磁头具有与燕尾槽匹配的燕尾形。

如上所述的筒式单气隙外转子电机，所述磁轭上设置有若干与所述电机轴同轴的转子导磁环，所述导磁环的轴向上设置有若干导磁条，所述转子导磁环和导磁条形成若干网格，所述永磁体位于所述网格内，且所述永磁体的磁极在同一轴线上相同在周向上交替分布。

如上所述的筒式单气隙外转子电机，其特征在于，所述电机为轮毂电机。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明筒式单气隙外转子电机的筒形线圈由空心导线绕制而成，空心导线内灌注制冷剂，电机包括冷却系统，冷却系统包括由管路依次连接的压缩机、冷凝器、节流元件和由电机壳体内的冷却管路形成的蒸发器，因而，冷却系统工作时，空心导线内的制冷剂蒸发吸热，使得空心导线产生制冷量，能够对线圈进行快速降温冷却。因而，本发明线圈的产生的热量可被迅速被空心导线产生的制冷量中和，线圈能够得到快速降温，能够满足线圈的温度需求。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

附图说明

图1为本发明具体实施例电机的剖视图。

图2为本发明具体实施例冷却系统的示意图。

图3为本发明具体实施例电机的分解图。

图4为本发明具体实施例永磁体与磁轭部分的示意图。

图5为本发明具体实施例内定子组件导磁环与线圈分解示意图。

图6为图5的H部放大图(去掉导磁头状态)。

图7为本发明具体实施例T型导磁环和I型导磁环的示意图。

图8为图7I处的放大图。

图9为本发明具体实施例空心导线内的冷却管路的制冷剂流向示意图。

实施方式

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。

如图1-3所示，本实施例提出了一种筒式单气隙外转子电机，本实施例以电机为轮毂电机为例进行说明，电机包括内定子组件、外转子组件和冷却系统。

外转子组件包括电机壳体201、位于电机壳体201两端的端盖202、位于电机壳体201内侧的筒形磁轭102和安装于筒形磁轭102上的若干永磁体103。

内定子组件包括电机轴101、套装于电机轴101上的定子座，套装于定子座上的筒形导磁件2067和绕制在筒形导磁件2067上的筒形线圈203。

电机壳体201与端盖202固定连接，端盖202和电机轴101之间通过轴承3连接，电机壳体201和电机轴101之间通过轴承3实现相对转动。电机壳体201、端盖202和永磁体103同步与电机轴101发生相对转动，也即永磁体103与线圈203相对转动时，线圈203做切割磁感线运动产生电流，此时，电机为发电机。当线圈203通电时，线圈203产生的电磁场与永磁体103发生相互作用力，驱动电机轴101与电机壳体201发生相对转动，此时，电机为电动机。电机包括旋转变压器，旋转变压器的转轴固定连接在电机轴101上，用于检测转子组件和定子组件相对应的角度。

电机壳体201为金属材质，有屏蔽磁场的作用，防止磁场外漏。

本实施例的电机轴101安装于汽车悬挂系统上，电机壳体201安装于汽车轮毂上5上，轮毂5上安装有轮胎6。电机包括刹车装置7和安装连接板，电机通过安装连接板安装至汽车悬挂系统上。

为了实现电机的冷却，本实施例的电机包括冷却系统，线圈203由空心导线绕制，在空心导线内灌注制冷剂。如图1、2所示,冷却系统包括由管路依次连接的压缩机41、冷凝器42、节流元件43和由空心导线形成的蒸发器，冷却系统内灌注有制冷剂。线圈203产生的热量可被空心导线的制冷剂产生的制冷量迅速抵消，压缩机41运行时，空心导线内的制冷剂蒸发吸热，产生制冷量，抵消线圈203产生的热量，线圈203能够得到快速降温，能够满足线圈203的温度需求。

为了进一步保障线圈的温度，本实施例的冷却系统包括控制器和用于检测线圈203温度的温度传感器，温度传感器检测线圈的温度，并将温度传输至控制器，控制器用于根据温度控制压缩机的运行频率。在线圈的温度高于设定阈值时，控制压缩机的运行频率提高，增大空心导线的制冷效果，以快速降低线圈的温度；在线圈的温度低于设定阈值时，控制压缩机的运行频率降低，也能够保证线圈的温度符合要求，可以避免线圈的温度过低，同时还可以节约能源。本实施例能够在使用最少能源的基础上保障线圈的温度始终在设定阈值范围内，保障无磁阻电机能够安全稳定的工作。

其中，节流元件可以为毛细管，本实施例的节流元件优选采用电子膨胀阀，控制器可以输出控制信号控制电子膨胀阀的开度，以更加精确的调节线圈工作时的温度。

如图9所示，为一根空心导线内的制冷剂流向示意图，空心导线与制冷系统的管路相接，空心导线的一端为进液口，另一端为出液口,进液口和出液口分别与管路相接。空心导线一般设置有三根,三个空心导线的进液端用非金属材料并到与节流元件相接的管路的管口,三个空心导线的出液口用非金属材料并到与压缩机相接的管路的管口。

电机轴101为中空轴，在电机轴101上设置有供管路穿过的通孔，管路从中空轴引入，并穿过通孔后与空心导线连接。

为了提高电机效率，本实施例对永磁体103的安装方式和线圈203的安装方式进行了改进,形成了一种筒式单气隙外转子无磁阻电机：

如图4所示，磁轭102呈筒状，采用高导磁金属材料加工而成，磁轭102的内表面设置有多个转子导磁环定位槽，在磁轭102上设置有若干与电机轴101同轴的转子导磁环204，转子导磁环204安装于导磁环定位槽，转子导磁环204的材质为金属。转子导磁环204的轴向上设置有若干导磁条205，转子导磁环204和导磁条205形成若干网格，永磁体103位于网格内，且永磁体103的磁极在同一轴线上相同，即在同一轴线上均为N极或均为S极，在周向上N极和S极交替分布。

转子导磁环204、导磁条205和永磁体103贴装于磁轭102上，具体的，转子导磁环204、导磁条205和永磁体103可通过高分子材料粘贴于磁轭102上，导磁条205压装在永磁体103和转子导磁环204上，导磁条205通过螺钉固定在磁轭102上。转子导磁环204、导磁条205和永磁体103的安装方式为：先在磁轭102上安装一个转子导磁环204，再贴装一圈与转子导磁环204邻接的永磁体103，在贴装一个与永磁体103邻接的导磁环204，在安装导磁条205，将永磁体103和导磁环204压装在磁轭102上；再继续贴装永磁体103、导磁环204、导磁条205，依次循环，安装完成后，再用高分子材料浇铸。外转子组件由磁轭102、转子导磁环204、永磁体103、导磁条205和高分子材料组成。

相邻永磁体103之间被转子导磁环204和导磁条205隔开，具体的，N极和S极之间通过导磁条205隔开，N极和N极之间或者S极和S极之间通过导磁环204隔开。相邻的同性N极和N极永磁体103之间，相邻的同性S极和S极之间都有转子导磁环204相隔，这样，既能使N极和N极，S极和S极之间的排斥变为吸合，又能够将排斥的磁场导岀，导出后提高了永磁体204径向磁通量。相邻的异性N极和S极之间，设有导磁条205，导磁条205使N极和S极之间的极性清楚分隔又起到固定作用，转子导磁环204和导磁条205形成导磁网格。

本实施例外转子组件的导磁网格，使每组磁极的磁力线形成焦点，对准并穿透内定子组件。使每组磁极的磁通量比其他永磁电机的转子磁通量提高很多，极大降低了材料成本。

转子导磁环204采用金属材质，导磁条205采用合金材质，永磁体103为稀土钕铁硼、钐钴永磁或铝镍钴永磁体，永磁体103可以为长方体或长瓦形形状或梯形。

如图5-8所示，内定子组件的筒形导磁件2067包括若干T型定子导磁环206和I型定子导磁环207。相邻两个T型定子导磁环206之间设置有若干I型定子导磁环207。

T型定子导磁环206包括环状部2061和位于环状部2061外壁上的若干T状部2062，T状部2062在环状部2061的外壁上间隔均匀分布，T状部的“I”部与环状部2061相交处的切线垂直，T状部的“一”部与环状部2061在同一平面上。

I型定子导磁环207包括环状部2071和位于环状部2071外壁上的若干I状部2072，I状部2072在环状部2071的外壁上间隔均匀分布，I状部2072与环状部2071相交处的切线垂直。

T型定子导磁环206的环状部2061的直径与I型定子导磁环207的环状部2071的直径大小相同，T型定子导磁环206的环状部2061与I型定子导磁环207的环状部2071同轴线设置。T型定子导磁环206相邻两个T状部的“I”部的间距与I型定子导磁环207相邻两个I状部的间距相同。T型定子导磁环206的“I”部与I型定子导磁环207的I状部同轴线分布。

同一T型定子导磁环206的相邻T状部之间、同一I型定子导磁环的相邻I状部之间形成线圈绕制空间，T型定子导磁环206的导磁性能小于I型定子导磁环207。

相邻两个T型定子导磁环206之间的I型定子导磁环207的位置与外转子组件的一个周线上的永磁体103的位置相对应。永磁体103的磁力线直接穿过导磁性能高的I型定子导磁环207，提高电机效率。

在l型导磁环207的l状部2072的自由端加工有燕尾槽209，燕尾槽209上装有导磁头208，导磁头208为T形，导磁头208的“I”的自由端部设置为与燕尾槽209匹配的燕尾形。导磁头208与T型导磁环206配合，用来消除磁阻。导磁头208的导磁性能与T型定子导磁环的导磁性能相同或近似。

本实施例的定子组件包括若干T型定子导磁环206和I型定子导磁环207,T型定子导磁环207具有低导磁性能,I型定子导磁环207具有高导磁性能,其中，I状部的高度小于T状部的高度。T状部形成用于定位线圈的槽楔，T状部与外转子组件之间形成紧密气隙，可以削减磁阻。I状部与外转子组件之间的气隙大于T状部与外转子组件之间的气隙，I状部的导磁头与外转子组件之间形成准确的间隙,I状部的导磁头与外转子组件之间的间隙可以削减无功磁场，消除发热损耗,消除了高次谐波电势和高次齿谐波电势,消除了磁阻带来的尖叫声,实现无磁阻的效果，提高了有功效率。

定子组装时，先装T型定子导磁环206，再装I型定子导磁环207，在I型定子导磁环207的燕尾槽209上装上导磁头208，再装T型定子导磁环206，以此类推，最后压装成型后嵌入线圈。

电机运行过程中，通过温度传感器检测线圈203的温度并发送至控制器，控制器根据温度控制压缩机的运行频率和电子膨胀阀的开度，使得线圈203的温度维持在设定阈值范围内，保障无磁阻电机能够安全稳定的工作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种筒式单气隙外转子电机，其特征在于，所述电机包括外转子组件和内定子组件；所述内定子组件包括电机轴和位于所述电机轴上的筒形线圈，所述外转子组件包括电机壳体、位于电机壳体内的筒形磁轭和安装于筒形磁轭上的若干永磁体，所述筒形线圈由空心导线绕制;所述电机包括冷却系统,所述冷却系统包括由管路依次连接的压缩机、冷凝器、节流元件和由空心导线形成的蒸发器；

所述内定子组件包括若干T型定子导磁环和I型定子导磁环，所述T型定子导磁环包括环状部和位于环状部外壁上的若干T状部，所述I型定子导磁环包括环状部和位于环状部外壁上的若干I状部，相邻两个T型定子导磁环之间设置有若干I型定子导磁环，同一T型定子导磁环的相邻T状部之间、同一I型定子导磁环的相邻I状部之间形成线圈绕制空间；所述T型定子导磁环的导磁性能小于所述I型定子导磁环，所述I状部的高度小于所述T状部的高度；相邻两个T型定子导磁环之间的I型定子导磁环的位置与外转子组件的一个周线上的永磁体的位置相对；

所述I型定子导磁环的I状部的自由端具有燕尾槽，所述燕尾槽上装有导磁头，所述导磁头为T形，所述导磁头的I的自由端部设置为与所述燕尾槽匹配的燕尾形，所述导磁头的导磁性能与所述T型定子导磁环的导磁性能相同或近似。

2.根据权利要求1所述的筒式单气隙外转子电机，其特征在于，所述冷却系统包括控制器和用于检测所述线圈温度的温度传感器，所述温度传感器检测所述线圈的温度，并将所述温度传输至控制器，所述控制器用于根据所述温度控制所述压缩机的运行频率。

3.根据权利要求2所述的筒式单气隙外转子电机，其特征在于，所述节流元件为电子膨胀阀，所述控制器用于控制所述电子膨胀阀的开度。

4.根据权利要求1所述的筒式单气隙外转子电机，其特征在于，所述T状部在环状部的外壁上间隔均匀分布，所述T状部的“I”部与环状部相交处的切线垂直，所述T状部的“一”部与环状部在同一平面上。

5.根据权利要求1所述的筒式单气隙外转子电机，其特征在于，所述I状部在环状部的外壁上间隔均匀分布，I状部与环状部相交处的切线垂直。

6.根据权利要求1所述的筒式单气隙外转子电机，其特征在于，所述T型定子导磁环的环状部的直径与I型定子导磁环的环状部的直径大小相同，T型定子导磁环的环状部与I型定子导磁环的环状部同轴线设置，T型定子导磁环相邻两个T状部的“I”部的间距与I型定子导磁环相邻两个I状部的间距相同，T型定子导磁环的“I”部与I型定子导磁环的I状部同轴线分布。

7.根据权利要求1-3任意一项所述的筒式单气隙外转子电机，其特征在于，所述磁轭上设置有若干与所述电机轴同轴的转子导磁环，所述导磁环的轴向上设置有若干导磁条，所述转子导磁环和导磁条形成若干网格，所述永磁体位于所述网格内，且所述永磁体的磁极在同一轴线上相同在周向上交替分布。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的筒式单气隙外转子电机，其特征在于，所述电机为轮毂电机。

9.根据权利要求7所述的筒式单气隙外转子电机，其特征在于，所述电机为轮毂电机。