CN108347136B - 油冷轮毂永磁同步电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油冷轮毂永磁同步电机,包括:前端盖、永磁转子、旋转变压器、定子、后端盖;前端盖、后端盖分别安装在永磁转子的两端,定子一端活动连接在前端盖内侧,另一端从后端盖的轴孔伸出,旋转变压器固定在定子的端部。本发明利用油路,能够通过油路中的冷却油在电机中循环,把热量带走,所以散热效率高,能够降低电机的温升,提高电机的功率密度。
Description
技术领域
本发明涉及一种同步电机,具体是,涉及一种油冷轮毂永磁同步电机。
背景技术
目前现有的电机分两种形式:
1、转轴旋转的永磁电机。
传统的永磁电机绕组在定子(机座)上,永磁体在转子上与轴组合成永磁转子,定子绕组通电后定子不转动,永磁转子转动,从而产生力矩,有转轴向外输出转矩。
2、外转子电机。
外转子电机的转轴不旋转,通过外转子的转动输出力矩。其结构正好和以上传统电机结构相反,即电机的绕组在内定子上,永磁体在外转子上(机座上),绕组通电后内定子不转动,外转子(永磁体和机座)转动产生力矩。
随着电动汽车的发展,外转子电机的技术优点能够在电动汽车上得以体现。外转子电机工作时定子是主要功率损耗部件,内定子散热条件差,产生的热量不易散发,电机通过自身传导来散热,散热效率差,功率密度低(相同体积电机输出功率小),限制了外转子电机的发展。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种油冷轮毂永磁同步电机,通过冷却油在电机中循环,把热量带走,所以散热效率高,能够降低电机的温升,提高电机的功率密度。
技术方案如下:
一种油冷轮毂永磁同步电机,包括:前端盖、永磁转子、旋转变压器、定子、后端盖;前端盖、后端盖分别安装在永磁转子的两端,定子一端活动连接在前端盖内侧,另一端从后端盖的轴孔伸出,旋转变压器安装在定子和前端盖之间;定子包括:定子线圈、定子冲片、定子套、油封护套、电机轴、油封左盖、油封右盖;定子套套装在电机轴上,定子套设置有定子套进油通道和定子套出油通道及导油槽;定子冲片套装在定子套的外侧,定子线圈固定在多个定子冲片形成的线槽内,定子冲片设置有冲片油路;油封护套包覆在定子线圈外侧,油封左盖和油封右盖分别设置在定子线圈外侧,并连接在定子套上;电机轴开有出线孔、轴端进油通道和轴端出油通道,出线孔、轴端进油通道和轴端出油通道的开口分别位于电机轴的侧部和端部;轴端进油通道与定子套进油通道相连通,冲片油路、导油槽、定子套进油通道和定子套出油通道分别和油腔相连通,轴端出油通道与定子套出油通道相连通;定子线圈的出线穿过出线孔从电机轴的端部的开口伸出;永磁转子包括:机座、转子冲片、弧形永磁体、保护套、绝缘隔板;多个转子冲片压紧后排列在机座的内壁面上,弧形永磁体固定在转子冲片的弧面槽内,绝缘隔板插接在两个弧形永磁体之间,保护套位于弧形永磁体的内侧面上。
进一步,转子冲片开有弧形开口,多个弧形开口组合成弧面槽,弧面槽的开口宽度小于内弧面的宽度,弧形永磁体插接在弧面槽内。
进一步,旋转变压器的旋转变压器定子设置有输入绕组、输出绕组,变压器定子固定在定子套上,变压器转子铁心固定在前端盖的内侧;输入绕组、输出绕组的引出线穿过从轴伸端一侧的开口引出。
进一步,机座在两端开有多个螺纹孔,前端盖、后端盖开有连接通孔,螺钉穿过连接通孔连接在螺纹孔上。
进一步,电机轴在一个端部设置有固定端,在另一个端部设置有轴伸端,固定端安装有第一轴承,轴伸端安装有第二轴承,第一轴承的外侧固定在前端盖内侧,第二轴承的外侧固定在后端盖的轴孔内。
进一步,电机轴在一个端部设置有挡环,在侧壁上设置有卡槽,卡槽内安装有第一卡环;定子套位于挡环、第一卡环之间,定子套的油封位于卡环内侧;定子冲片安装在定子套上,外侧设置有第二卡环。
进一步,定子线圈的出线穿过出线孔从轴伸端一侧的开口伸出。
进一步,出线孔、轴端进油通道和轴端出油通道的开口位于轴伸端的端部。
进一步,油封左盖、油封右盖、定子套围成密闭油腔,定子线圈位于密闭油腔内。
进一步,定子套与电机轴的接触位置设置有油封,出线与出线孔的接触位置设置有油封,在油封左盖、油封右盖与定子套的接触位置设置有油封。
本发明技术效果包括:
轮毂永磁同步电机的结构,转动的转子外壳和车轮毂直接连接,驱动车轮转动,达到传递力矩的目的。这种结构机械强度高、体积小、永磁体的漏磁系数小、永磁体利用率高、效率高、功率密度大。冷却方式是将内定子的定子绕组及定子铁心浸在冷却油里,通过油的流动把定子产生的热量带出电机,降低电机的温升。
永磁体采用弧形永磁体,减少了永磁体的漏磁系数、提高了永磁体利用率、增加了气隙储能;定子绕组采用软绕组,可以实现多股导线并绕嵌线,减小了铜耗,因此大大提高了电机的功率密度。
本发明具有启动速度快、低速性能好、过载能力强、高速运行平稳、调速范围广、高效工作区宽等优点。散热性能好,功率密度比同等电机提高一倍等优点,适用于空间小,转矩大的车辆使用。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本发明的实施例,并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明中油冷轮毂永磁同步电机的结构示意图;
图2是本发明中定子的结构示意图;
图3是本发明中A-A向的剖面图;
图4是本发明中永磁转子的轴向切面图;
图5是本发明中永磁转子的纵向切面图。
具体实施方式
以下描述充分地示出本发明的具体实施方案,以使本领域的技术人员能够实践和再现。
如图1所示,是本发明中油冷轮毂永磁同步电机的结构示意图。
油冷轮毂永磁同步电机的结构包括:前端盖1、永磁转子2、旋转变压器3、定子4、后端盖5;前端盖1、后端盖5分别安装在永磁转子2的两端,定子4一端活动连接在前端盖1内侧,另一端从后端盖5的轴孔伸出;旋转变压器3安装在定子2和前端盖1之间;前端盖1、永磁转子2、后端盖5、定子4同轴安装,前端盖1、永磁转子2、后端盖5旋转,定子4不旋转。
如图2所示,是本发明中定子4的结构示意图;如图3所示,是本发明中A-A向的剖面图。
定子2包括:定子线圈21、定子冲片22、定子套23、油封护套24、电机轴25、油封左盖26、油封右盖27;定子套23套装在电机轴25上,定子套23设置有定子套进油通道231、定子套出油通道232和导油槽233,定子套进油通道231、定子套出油通道232和导油槽233相连通,定子套23与电机轴25接触位置设置有油封;定子冲片22套装在定子套23的外侧,定子线圈21固定在多个定子冲片22叠加后组成的线槽内,定子冲片22在线槽旁边设置有冲片油路221(多个定子冲片22的油路通孔叠加后组成),油封护套24包覆在定子线圈21外侧;油封左盖26和油封右盖27分别设置在定子线圈21外侧,并通过油封螺栓28固定在定子套23上,在油封左盖26和油封右盖27与定子套23的接触位置设置有油封。通过油封左盖26、油封右盖27、定子套23围成密闭油腔,将定子线圈21包围在密闭油腔内,冲片油路221、导油槽233、定子套进油通道231和定子套出油通道232分别与密闭油腔相连通。油封护套24是通过高强度绝缘、耐油材料绑扎带缠绕定子冲片22外侧,并固化形成。
定子冲片22在径向设置有呈放射状的线槽口,多个线槽口叠加形成线槽;定子线圈21、线槽的数量通过电机的级对数来确定。线槽口采用半开口,这种槽型磁路磁阻小,槽空间大、易于嵌线,槽楔封口牢固,线槽口是按径向辐射状排列,使得线槽在同一平面内,缩短电机定子铁芯的轴向长度。定子冲片22设置有油路通孔,多个油路通孔叠加后形成冲片油路221。
电机轴25在一个端部设置有挡环251和固定端252,在另一个端部设置有轴伸端253,在侧壁上设置有卡槽,卡槽内安装有卡环254。固定端252安装有第一轴承256,轴伸端253安装有第二轴承257,第一轴承256的外侧固定在前端盖1内侧,第二轴承257的外侧固定在后端盖5的轴孔内。轴伸端253用于与车轴连接,为了与车轴连接,在轴伸端253的外壁上设置有键槽和连接槽。
电机轴25开有出线孔255、轴端进油通道258和轴端出油通道259,出线孔255、轴端进油通道258和轴端出油通道259的开口分别位于电机轴25侧部以及轴伸端253的端部。轴端进油通道258与定子套进油通道231相连通,轴端出油通道259与定子套出油通道232相连通。
冷却油依次流经:轴端进油通道258、定子套进油通道231、密闭油腔、冲片油路221、定子套出油通道232、轴端出油通道259,冷却油吸收并带出热量,实现定子的散热降温,对电机进行冷却。
定子线圈21的出线211穿过出线孔255从轴伸端253一侧的开口伸出,出线211与出线孔255的接触位置设置有油封。定子线圈21采用软绕组,多股导线并绕嵌线,采用软绕组嵌线定子线圈21的端部容易整型,端部较短,使电机的整体长度减小。多股导线并绕嵌线导线的集肤效应较小,从而减小了铜耗。
定子套23位于挡环251、第一卡环254之间,定子套23的油封位于卡环254内侧,安装时,先将定子套23套装在电机轴25上,然后将第一卡环254装入卡槽,利用卡环254压紧;定子冲片22安装在定子套23上,用第二卡环260卡住。
旋转变压器3是输出电压与转子转角保持一定函数关系的感应式微电机。它是一种将角位移转换为电信号的位移传感器,也是能进行坐标换算和函数运算的解算元件。旋转变压器3用于测量并输出风扇永磁转子3的转速。
旋转变压器3包括:变压器定子(设置有输入绕组、输出绕组),变压器定子固定在定子套23上,变压器转子铁心固定在前端盖1的内侧。变压器定子上的输入绕组、输出绕组的引出线穿过出线孔255从轴伸端253一侧的开口引出。
如图4所示,是本发明中永磁转子2的轴向切面图;如图5所示,是本发明中永磁转子2的纵向切面图。
永磁转子4的结构包括:机座41、转子冲片42、弧形永磁体43、保护套44、绝缘隔板45。
机座41在两端开有多个螺纹孔411,多个转子冲片42压紧后排列在机座41的内壁面上,转子冲片42开有弧形开口,多个弧形开口组合成弧面槽,弧面槽的开口宽度小于内弧面的宽度。弧形永磁体43插接在弧面槽内,绝缘隔板45插接在两个弧形永磁体43之间,保护套44位于弧形永磁体43内侧面上。
前端盖1、后端盖5开有连接通孔,螺钉穿过连接通孔连接在机座41的螺纹孔411上。
后端盖5的外侧设置有法兰盘51,法兰盘51开有多个法兰通孔511,法兰通孔511通过螺栓和车辆的轮毂连接。永磁转子2通过后端盖5的法兰盘51和车辆的轮毂连接,当定子线圈21通电时,永磁转子2产生力矩驱使轮毂转动。
为了提高弧形永磁体43的利用率,减少弧形永磁体43的漏磁系数,增加气隙储能,弧形永磁体43采用截面为弧面,按电机不同的极数等分,弧形永磁体43按极性定位固定粘接在弧面槽内,弧形永磁体43沿圆周方向相互之间用绝缘隔板45隔开,弧形永磁体43的外弧和转子冲片42内弧相同,弧形永磁体43规格相同厚度一样,这样就保证了粘接固定在转子冲片42表面的弧形永磁体43内弧在同一个圆周上。为了防止弧形永磁体43的氧化,并增加机械强度,提高电机转速,永磁转子4的内弧用高强度绝缘材料粘接固化形成高强度绝缘的保护套44,使永磁转子4各部件形成整体。这种结构机械强度高,弧形永磁体43不氧化,漏磁系数为10%-20%,达到提高永磁体的利用率的目的。
根据上述设计,试制的轮毂永磁同步电机的效率大于90%,过载能力为3倍,具有很宽的高效工作区。
应当理解的是,以上的描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本发明,本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种油冷轮毂永磁同步电机,其特征在于,包括:前端盖、永磁转子、旋转变压器、定子、后端盖;前端盖、后端盖分别安装在永磁转子的两端,定子一端活动连接在前端盖内侧,另一端从后端盖的轴孔伸出,旋转变压器安装在定子和前端盖之间;定子包括:定子线圈、定子冲片、定子套、油封护套、电机轴、油封左盖、油封右盖;定子套套装在电机轴上,定子套设置有定子套进油通道和定子套出油通道及导油槽;定子冲片套装在定子套的外侧,定子线圈固定在多个定子冲片形成的线槽内,定子冲片设置有冲片油路;油封护套包覆在定子线圈外侧,油封左盖和油封右盖分别设置在定子线圈外侧,并连接在定子套上;电机轴开有出线孔、轴端进油通道和轴端出油通道,出线孔、轴端进油通道和轴端出油通道的开口分别位于电机轴的侧部和端部;轴端进油通道与定子套进油通道相连通,冲片油路、导油槽、定子套进油通道和定子套出油通道分别和油腔相连通,轴端出油通道与定子套出油通道相连通;定子线圈的出线穿过出线孔从电机轴的端部的开口伸出;永磁转子包括:机座、转子冲片、弧形永磁体、保护套、绝缘隔板;多个转子冲片压紧后排列在机座的内壁面上,弧形永磁体固定在转子冲片的弧面槽内,绝缘隔板插接在两个弧形永磁体之间,保护套位于弧形永磁体的内侧面上。
2.如权利要求1所述油冷轮毂永磁同步电机,其特征在于,转子冲片开有弧形开口,多个弧形开口组合成弧面槽,弧面槽的开口宽度小于内弧面的宽度,弧形永磁体插接在弧面槽内。
3.如权利要求1所述油冷轮毂永磁同步电机,其特征在于,旋转变压器的旋转变压器定子设置有输入绕组、输出绕组,变压器定子固定在定子套上,变压器转子铁心固定在前端盖的内侧;输入绕组、输出绕组的引出线穿过从轴伸端一侧的开口引出。
4.如权利要求1所述油冷轮毂永磁同步电机,其特征在于,机座在两端开有多个螺纹孔,前端盖、后端盖开有连接通孔,螺钉穿过连接通孔连接在螺纹孔上。
5.如权利要求1所述油冷轮毂永磁同步电机,其特征在于,电机轴在一个端部设置有固定端,在另一个端部设置有轴伸端,固定端安装有第一轴承,轴伸端安装有第二轴承,第一轴承的外侧固定在前端盖内侧,第二轴承的外侧固定在后端盖的轴孔内。
6.如权利要求5所述油冷轮毂永磁同步电机,其特征在于,电机轴在一个端部设置有挡环,在侧壁上设置有卡槽,卡槽内安装有第一卡环;定子套位于挡环、第一卡环之间,定子套的油封位于卡环内侧;定子冲片安装在定子套上,外侧设置有第二卡环。
7.如权利要求5所述油冷轮毂永磁同步电机,其特征在于,定子线圈的出线穿过出线孔从轴伸端一侧的开口伸出。
8.如权利要求5所述油冷轮毂永磁同步电机,其特征在于,出线孔、轴端进油通道和轴端出油通道的开口位于轴伸端的端部。
9.如权利要求1所述油冷轮毂永磁同步电机,其特征在于,油封左盖、油封右盖、定子套围成密闭油腔,定子线圈位于密闭油腔内。
10.如权利要求1所述油冷轮毂永磁同步电机,其特征在于,定子套与电机轴的接触位置设置有油封,出线与出线孔的接触位置设置有油封,在油封左盖、油封右盖与定子套的接触位置设置有油封。
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