CN108233656A - 一种超高速盘式永磁同步电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超高速盘式永磁同步电机，包括转子、定子、推力盘和机壳，转子由转轴和转子盘组成；转子盘由铝套、永磁体和保护套组成；推力盘套在转轴上，且推力盘与转轴为过盈配合；推力盘上设置有第一环形凹槽，铝套嵌在第一环形凹槽内，铝套上设置有第二环形凹槽，永磁体嵌在第二环形凹槽内；定子由定子铁芯和缠绕在定子铁芯上的线圈绕组组成，定子铁芯空套在转轴上。本发明转子盘采用盘式结构，转子盘嵌在推力盘上，大大减小了电机的轴向长度，使整个电机的体积缩小，且结合在一起的转子盘和推力盘，与周围部件的间隙增大，散热效果明显增加；定子采用环形集中绕组，并且定子铁芯镶嵌在机壳内，大大减小了整个电机的体积。
Description
技术领域
本发明涉及高速电机直接驱动技术领域，具体涉及一种超高速盘式永磁同步电机。
背景技术
传统的高速、超高速电机直接驱动技术中一般采用径向磁通永磁同步电机，但是这种电机在应用中始终面临着两个亟待解决的问题：一是电机的功率和尺寸受到轴向长度的限制，为了提高电机的功率需要增加转子轴向长度，但是为了保证转子为刚性，以增加轴承-转子系统的稳定性，又要求减少轴向长度，因此，在轴向长度设计上相互矛盾；二是这种电机的转子散热非常困难，由于定转子气隙又窄又长，流阻太大，气流难以对转子进行有效冷却。而转子过热使得永磁体发生不可逆退磁，从而导致电机失效。于是，有必要探索一种新型的高速、超高速永磁同步电机直驱结构，使得电机功率、转子尺寸不再受轴向长度的限制，并且具有良好的冷却条件。
发明内容
本发明的目的是提供一种超高速盘式永磁同步电机，解决了现有电机存在的转子轴过长、电机体积大、电机散热性差的问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种超高速盘式永磁同步电机，包括转子、定子、推力盘和机壳；转子由转轴和转子盘组成；转子盘由铝套、永磁体和保护套组成；推力盘套在转轴上，且推力盘与转轴为过盈配合；推力盘上设置有第一环形凹槽，铝套嵌在第一环形凹槽内，铝套上设置有第二环形凹槽，永磁体嵌在第二环形凹槽内，永磁体上套有保护套，保护套嵌在第二环形凹槽内；定子由定子铁芯和缠绕在定子铁芯上的线圈绕组组成，定子铁芯空套在转轴上；推力盘、转子盘和定子均设置在机壳内。
上述机壳包括圆筒形外壳、环形体和多个“L”形凸台；环形体设置在圆筒形外壳的内壁上；多个“L”形凸台沿着圆周方向均匀的设置在环形体的内壁上。
其中，定子铁芯卡在多个“L”形凸台内。
上述推力盘设置在机壳的圆筒形外壳内，推力盘的外圆周面与圆筒形外壳的内壁之间留有第一间隙。
进一步的，推力盘的前后两侧分别设置有左推力轴承和右推力轴承，左推力轴承和右推力轴承都空套在转轴上。
上述左推力轴承和右推力轴承都设置在机壳的圆筒形外壳内；右推力轴承位于推力盘和定子之间，且右推力轴承固定在环形体的左端面上；右推力轴承与转子盘之间留有第二间隙，右推力轴承与推力盘右端面之间留有第三间隙，左推力轴承与推力盘左端面之间留有第四间隙；第一间隙、第二间隙、第三间隙和第四间隙四者相通。
另外，机壳的圆筒形外壳上设置有通孔；通孔、第一间隙、第二间隙、第三间隙和第四间隙五者相通。
上述机壳的两侧分别设置有左轴承座和右轴承座，左轴承座通过左径向轴承套套在转轴上，右轴承座通过右径向轴承套套在转轴上。
其中，左推力轴承固定在左轴承座的右端面上。
再者，定子铁芯由软磁复合材料制成。
本发明的有益效果是:
1.转子的转子盘采用盘式结构，转子盘嵌在碳钢制成的推力盘上，将转子盘和推力盘结合在一起，大大减小了电机的轴向长度，使整个电机的体积缩小，同时也增强了电机的功率密度，提高了转子的临界转速；
2.转子的转子盘采用盘式结构，转子盘嵌在碳钢制成的推力盘上，结合在一起的转子盘和推力盘，与周围部件的间隙增大，使气体流阻力减小，并且机壳上设置了通孔，使转子转动产生的热量能够快速流出，散热效果明显增加；
3.定子采用环形集中绕组，并且定子铁芯镶嵌在机壳内，大大减小了整个电机的体积；
4.转子在转动过程中，推力盘也随之旋转，旋转的推力盘起到风扇作用，能够对定子转子进行有效冷却。
附图说明
图1为本发明超高速盘式永磁同步电机的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为本发明超高速盘式永磁同步电机的结构爆炸图；
图4是本发明推力盘和转子的结构爆炸图；
图5是本发明推力盘和转子装配在一起的结构示意图；
图6是本发明机壳的立体图。
图中，1：转轴，2：左径向轴承套，3：左推力轴承，4：左轴承座，5：推力盘，6：右推力轴承，7：机壳，8：定子铁芯，9：右轴承座，10：右径向轴承套，11：保护套，12：永磁体，13：铝套，14：线圈绕组，15：通孔，16：第一间隙，17：第二间隙，18：第三间隙，19：第四间隙，20：第一环形凹槽，21：第二环形凹槽，7-1：圆筒形外壳，7-2：环形体，7-3：“L”形凸台。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种超高速盘式永磁同步电机，包括转子、定子、推力盘5、左轴承座4、右轴承座9和机壳7。
如图4和图5所示，转子由转轴1和转子盘组成；转子盘由铝套13、永磁体12和保护套11组成；推力盘5套在转轴1上，且推力盘5与转轴1为过盈配合；推力盘5上设置有第一环形凹槽20，铝套13嵌在第一环形凹槽20内，铝套13上设置有第二环形凹槽21，永磁体12嵌在第二环形凹槽21内，永磁体12上套有保护套11，保护套11嵌在第二环形凹槽21内。其中，转轴1为空心转轴；推力盘5由碳钢制成。
如图1所示，推力盘5、转子盘和定子设置在机壳7内。左轴承座4和右轴承座9设置在机壳7的两侧，左轴承座4通过左径向轴承套2套在转轴1上，右轴承座9通过右径向轴承套10套在转轴1上。左径向轴承套2和右径向轴承套10采用的是弹性箔片轴承。左径向轴承套2和右径向轴承套10的作用是对转子的转轴1起到支撑作用。
如图6所示，机壳7包括圆筒形外壳7-1、环形体7-2和多个“L”形凸台7-3；环形体7-2设置在圆筒形外壳7-1的内壁上；多个“L”形凸台7-3沿着圆周方向均匀的设置在环形体7-2的内壁上。
如图1和图2所示，定子由定子铁芯8和缠绕在定子铁芯8上的线圈绕组14组成，定子为环形集中绕组；定子铁芯8空套在转轴1上，定子铁芯8为环形结构，定子铁芯8卡在多个“L”形凸台7-3内。其中，定子铁芯8由高强度、低涡流损耗的软磁复合材料制备而成，具体软磁复合材料的制备方法见专利“高强度软磁复合材料的制备方法及应用”，其专利号为201510621353.8，申请人为西安科技大学，公布号为CN 105132786A。之所以定子铁芯8的材料采用软磁复合材料，是因为在交变磁场作用下，软磁复合材料的定子铁芯8能够降低损耗，使定子产生的涡流相对于转子来说极其微小，提高了整个电机的工作效率。
进一步的，如图1所示，推力盘5设置在机壳7的圆筒形外壳7-1内，推力盘5的外圆周面与圆筒形外壳7-1的内壁之间留有第一间隙16。推力盘5的前后两侧分别设置有左推力轴承3和右推力轴承6，左推力轴承3和右推力轴承6都空套在转轴1上。左推力轴承3和右推力轴承6都设置在机壳7的圆筒形外壳7-1内；如图1、图2和图3所示，右推力轴承6位于推力盘5和定子之间，且右推力轴承6固定在环形体7-2的左端面上；左推力轴承3固定在左轴承座4的右端面上。右推力轴承6与转子盘之间留有第二间隙17，右推力轴承6与推力盘5右端面之间留有第三间隙18，左推力轴承3与推力盘5左端面之间留有第四间隙19；再者，机壳7的圆筒形外壳7-1上设置有通孔15。通孔15、第一间隙16、第二间隙17、第三间隙18和第四间隙19五者相通。转子和推力盘5转动产生的热量通过第一间隙16、第二间隙17、第三间隙18和第四间隙19，最终由通孔15排出，起到散热作用，能有效地对转子及定子进行冷却。其中，左推力轴承3和右推力轴承6采用的是弹性箔片轴承，左推力轴承3和右推力轴承6是用于支承推力盘5的。
本发明转子的转子盘采用盘式结构，转子盘中嵌有永磁体12，永磁体12为高磁能积永磁体，永磁体12采用轴向充磁，产生轴向两极磁场。本发明定子的定子铁芯8为环形结构，由软磁复合材料制备而成，易于成型，而且能大大减少定子铁芯8内的涡流损耗；定子采用环形集中绕组，能增大空载反电动势，向线圈绕组14通以三相交流电时，定子产生轴向两极磁场。
当电机稳定工作时，定子产生的磁场与永磁体12异极相吸，定子产生的磁场带动永磁体12旋转，永磁体12再带动转子盘和推力盘5旋转，由于推力盘5与转轴1为过盈配合，推力盘5再带动转轴1同步旋转。
转子转轴1的两端由左径向轴承套2和右径向轴承套10支承，实现转子的径向悬浮，并限制其横向振动。推力盘5由左推力轴承3和右推力轴承6支承，实现转子的轴向悬浮，并限制转子的轴向振动。推力盘5位于转轴1的中部，这种对称的结构有助于增强轴承-转子系统的稳定性。推力盘5即是电机中的磁回路的部件，也是轴向力的承载部件，而且还可以起到风扇的作用，从而使得整机结构紧凑，冷却效果好。
Claims (10)
1.一种超高速盘式永磁同步电机，包括转子、定子、推力盘(5)和机壳(7)，其特征在于：所述转子由转轴(1)和转子盘组成；所述转子盘由铝套(13)、永磁体(12)和保护套(11)组成；所述推力盘(5)套在转轴(1)上，且推力盘(5)与转轴(1)为过盈配合；所述推力盘(5)上设置有第一环形凹槽(20)，铝套(13)嵌在第一环形凹槽(20)内，铝套(13)上设置有第二环形凹槽(21)，永磁体(12)嵌在第二环形凹槽(21)内，永磁体(12)上套有保护套(11)，保护套(11)嵌在第二环形凹槽(21)内；所述定子由定子铁芯(8)和缠绕在定子铁芯(8)上的线圈绕组(14)组成，定子铁芯(8)空套在转轴(1)上；所述推力盘(5)、转子盘和定子均设置在机壳(7)内。
2.根据权利要求1所述的一种超高速盘式永磁同步电机，其特征在于：所述机壳(7)包括圆筒形外壳(7-1)、环形体(7-2)和多个“L”形凸台(7-3)；所述环形体(7-2)设置在圆筒形外壳(7-1)的内壁上；多个“L”形凸台(7-3)沿着圆周方向均匀的设置在环形体(7-2)的内壁上。
3.根据权利要求2所述的一种超高速盘式永磁同步电机，其特征在于：所述定子铁芯(8)卡在多个“L”形凸台(7-3)内。
4.根据权利要求3所述的一种超高速盘式永磁同步电机，其特征在于：所述推力盘(5)设置在机壳(7)的圆筒形外壳(7-1)内，推力盘(5)的外圆周面与圆筒形外壳(7-1)的内壁之间留有第一间隙(16)。
5.根据权利要求4所述的一种超高速盘式永磁同步电机，其特征在于：所述推力盘(5)的前后两侧分别设置有左推力轴承(3)和右推力轴承(6)，左推力轴承(3)和右推力轴承(6)都空套在转轴(1)上。
6.根据权利要求5所述的一种超高速盘式永磁同步电机，其特征在于：所述左推力轴承(3)和右推力轴承(6)都设置在机壳(7)的圆筒形外壳(7-1)内；所述右推力轴承(6)位于推力盘(5)和定子之间，且右推力轴承(6)固定在环形体(7-2)的左端面上；右推力轴承(6)与转子盘之间留有第二间隙(17)，右推力轴承(6)与推力盘(5)右端面之间留有第三间隙(18)，左推力轴承(3)与推力盘(5)左端面之间留有第四间隙(19)；第一间隙(16)、第二间隙(17)、第三间隙(18)和第四间隙(19)四者相通。
7.根据权利要求6所述的一种超高速盘式永磁同步电机，其特征在于：所述机壳(7)的圆筒形外壳(7-1)上设置有通孔(15)；通孔(15)、第一间隙(16)、第二间隙(17)、第三间隙(18)和第四间隙(19)五者相通。
8.根据权利要求1或7所述的一种超高速盘式永磁同步电机，其特征在于：所述机壳(7)的两侧分别设置有左轴承座(4)和右轴承座(9)，左轴承座(4)通过左径向轴承套(2)套在转轴(1)上，右轴承座(9)通过右径向轴承套(10)套在转轴(1)上。
9.根据权利要求8所述的一种超高速盘式永磁同步电机，其特征在于：所述左推力轴承(3)固定在左轴承座(4)的右端面上。
10.根据权利要求1所述的一种超高速盘式永磁同步电机，其特征在于：所述定子铁芯(8)由软磁复合材料制成。
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