CN108736613A - 一种轴向双磁路强制冷却式高效电机 - Google Patents

一种轴向双磁路强制冷却式高效电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轴向双磁路强制冷却式高效电机，包括转子壳体、承载轴以及数个绕组；所述绕组包括若干绕组铜片，所述绕组铜片包括插接片和两支腿；在前端盖和后端盖内侧分别设有一磁轭，在磁轭上分布有数块永磁铁；在绕组内设有一主环形水套，在承载轴的一端设有一供水通道和一回水通道；在承载轴上，设有主供水出水孔和主回水进水孔，在主环形水套的内侧设有主供水进水孔和主回水出水孔，所述主供水进水孔和主回水出水孔分别对应与主供水出水孔和主回水进水孔相连通。本发明结构简单，体积更小，重量更轻，能够有效提高功重比，并且能够直接对内部绕组进行散热，从而提高整个电机的散热效果，进而提高电机的稳定性。

Description

一种轴向双磁路强制冷却式高效电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种轴向双磁路强制冷却式高效电机。
背景技术
常规的直流永磁电机大都为径向磁路，其只有一组绕组，磁路从定子上的N极磁片出发到相邻的S极磁片进入，形成径向磁路，这种电机的绕组是用圆截面的铜线绕制而成，所以绕组的满槽率只有75%左右，使得电机尺寸大、重量重、电机轴粗，最高效率只有80~84%，且中间转子上的线圈工作时发热也难以散出。
为提高直流电机的工作效率及功率，有人设计了“一种轴向双磁路大功率直流电机”（专利申请号CN2008100529734）如其专利公布文件所示，包括前端盖，后端盖及中心轴，在中心轴上连接有多个绕组组成的绕组电枢；通过紧固螺钉将磁轭分别固定在前端盖和后端盖内侧，在磁轭上固定有相互对应的多块均匀分布的磁铁；在绕组电枢的相邻绕组的缝隙中嵌入形成双磁通回路的架空铁芯。该方案电机体积小、用材少，电机输出的功率与常规电机几近相同，降低了制造成本。
但是，上述两种介绍的电机体积和重量都比较大，并且由于电机的绕组在壳体内部，使得绕组在工作过程中散热都非常差，直接影响其性能的稳定性。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有电机的功重比低，效率低，散热性差，稳定性差的问题，提供一种轴向双磁路强制冷却式高效电机，结构简单，体积更小，重量更轻，能够有效提高功重比，并且能够直接对内部绕组进行散热，从而提高整个电机的散热效果，进而提高电机的稳定性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种轴向双磁路强制冷却式高效电机，包括转子壳体、承载轴以及数个绕组；所述转子壳体包括前端盖、筒体和后端盖，所述前端盖和后端盖分别与筒体的前后两端固定连接，所述承载轴沿筒体的轴向穿过前端盖和后端盖，且前端盖和后端盖通过轴承与承载轴相连；其特征在于：在承载轴位于前端盖和后端盖之间的部分绕其一周设有若干插槽；所述绕组包括若干绕组单元，每个绕组单元由数个绕组铜片相连构成；所述绕组铜片包括插接片和两支腿，其中，所述插接片插设于承载轴上的插槽内，两支腿分别靠近插接片的两端，其中，两支腿先向相背离的方向弯折并延伸形成支腿A段，然后再向背离承载轴的方向沿承载轴的径向弯折并延伸形成支腿B段，最后两支腿再向相背离的方向延伸形成支腿C段，且两支腿在轴向上具有一定距离；一个绕组单元中的相邻两绕组铜片的相邻两支腿的端部通过连接件相连；在一个绕组中，前一绕组单元尾端的绕组铜片的支腿通过连接件与后一绕组单元的首端的绕组铜片的支腿相连，相邻两绕组铜片的支腿B段之间均设有硅钢片；
在前端盖和后端盖内侧分别设有一磁轭，在磁轭上绕承载轴一周分布有数块永磁铁，所述永磁铁的位置与支腿B段的位置相对应；其中，同一磁轭上的相邻两永磁铁的磁极相反，两磁轭上的相正对的两永磁铁的磁极也相反；
在绕组内设有一主环形水套，所述主环形水套位于各绕组铜片的两支腿之间；在承载轴的一端设有一供水通道和一回水通道；在承载轴上，对应供水通道和回水通道分别设有数个主供水出水孔和主回水进水孔，该主供水出水孔和主回水进水孔分别与供水通道和回水通道相连通，且所述主供水出水孔和主回水进水孔均位于主环形水套内侧，并位于相邻两插槽之间；在主环形水套的内侧，对应主供水出水孔和主回水进水孔的位置分别设有主供水进水孔和主回水出水孔，所述主供水进水孔和主回水出水孔分别对应与主供水出水孔和主回水进水孔相连通。
进一步地，在前端盖和后端盖的外侧均设有散热翅片。
进一步地，在绕组的两侧与前端盖和后端盖之间分别设有一副环形水套，所述副环形水套与支腿A段相对应；在承载轴上，对应供水通道和回水通道分别设有数个副供水出水孔和副回水进水孔，该副供水出水孔和副回水进水孔分别与供水通道和回水通道相连通，且所述副供水出水孔和副回水进水孔均位于副环形水套内侧，并位于相邻两插槽之间；在副环形水套的内侧，对应副供水出水孔和副回水进水孔的位置分别设有副供水进水孔和副回水出水孔，所述副供水进水孔和副回水出水孔分别对应与副供水出水孔和副回水进水孔相连通。
进一步地，所述主供水出水孔与主供水进水孔外侧、主回水进水孔与主回水出水孔外侧、副供水出水孔与副供水进水孔外侧以及副回水进水孔与副回水出水孔外侧具设有一周防水密封胶。
进一步地，所述绕组铜片的两支腿的端部呈圆筒状，一个绕组单元中的相邻两绕组铜片的相邻两支腿的端部通过连接销相连。
进一步地，所述永磁铁的径向宽度与支腿B段的长度一致。
进一步地，所述绕组铜片的两支腿之间的轴向距离为5-15mm。
进一步地，所述支腿B段的径向长度大于支腿A段的径向长度大于支腿C段的径向长度；所述支腿C段的周向长度大于支腿A段的周向长度。
进一步地，所述绕组铜片的两支腿端部之间的幅度所对应的中心角为90°。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、采用轴向双磁路结构，并且绕组由绕组铜片组成，从而能够大大提高绕组的满槽率，达到98%，使得相同功率的电机尺寸更小，重量更轻，同时，能够有效提高电机效率，达到95%，从而大大提高电机的功重比。
2、将发热量大且散热困难的绕组设计为定子，且绕组中间形成一圆盘形空间，然后在该空间内设置水套，从而能够对绕组直接进行水冷式散热，从而大大提高电机内部的散热效率，加强了主要发热件的冷却，进一步使电机的效率提高，并提高电机的可靠性和稳定性，从而延长电机的使用寿命。
3、将发热的永磁铁通过磁轭将其设计固定在前端盖和后端盖上形成转子，而在前端盖和后端盖表面设计有散热翅片，这样，在电机壳转动的过程中能够对电磁铁进行实现风冷散热，从而进一步提高整个电机的散热效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为绕组的装配结构示意图。
图3为绕组铜片的结构示意图。
图中：101—前端盖，102—后端盖，103—筒体，2—承载轴，3—绕组，31—支腿，32—插接片，4—硅钢片，5—磁轭，6—永磁铁，7—主环形水套，8—供水通道，9—回水通道，10—副环形水套，11—连接销。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例：参见图1至图3，一种轴向双磁路强制冷却式高效电机，包括转子壳体、承载轴2以及数个绕组3；通常，绕组3个数为3个。所述转子壳体包括前端盖101、筒体103和后端盖102，所述前端盖101和后端盖102分别与筒体103的前后两端固定连接；所述承载轴2沿筒体103的轴向穿过前端盖101和后端盖102，且前端盖101和后端盖102通过轴承与承载轴2相连。
在承载轴2位于前端盖101和后端盖102之间的部分绕其一周设有若干插槽。所述绕组3包括若干绕组单元，每个绕组单元由数个绕组铜片相连构成。所述绕组铜片包括插接片32和两支腿31，其中，所述插接片32插设于承载轴2上的插槽内，两支腿31分别靠近插接片32的两端。其中，两支腿31先向相背离的方向弯折并延伸形成支腿31A段，然后再向背离承载轴2的方向沿承载轴2的径向弯折并延伸形成支腿31B段，最后两支腿31再向相背离的方向延伸形成支腿31C段，且两支腿31在轴向上具有一定距离。具体实施时，所述绕组铜片的两支腿31之间的轴向距离为5-15mm，优选为10mm，从而使两支腿31之间形成较大的圆盘空间，便于在该空间内设置散热水套。所述支腿31B段的径向长度大于支腿31A段的径向长度大于支腿31C段的径向长度；所述支腿31C段的周向长度大于支腿31A段的周向长度；从而增加导电的距离，以提高电机的效率。作为一种具体实施方式，所述绕组铜片的两支腿31端部之间的幅度所对应的中心角为90°，这样，一个绕组单元只需通过4个绕组铜片相连即可，从而使装配更加方便，并且稳定性更好。
一个绕组单元中的相邻两绕组铜片的相邻两支腿31的端部通过连接件相连；实际加工过程中，所述绕组铜片的两支腿31的端部呈圆筒状，一个绕组单元中的相邻两绕组铜片的相邻两支腿31的端部通过连接销11相连；从而使支腿31之间的连接更加方便、快捷，能够有效提高装配效率，并保证连接稳定性。在一个绕组3中，前一绕组单元尾端的绕组铜片的支腿31通过连接件与后一绕组单元的首端的绕组铜片的支腿31相连，从而便于电源接入；相邻两绕组铜片的支腿31B段之间均设有硅钢片4；从而提高绕组铜片之间的绝缘性能。作为一种实施方式，每个绕组单元由4个绕组铜片构成，每个绕组3由4个绕组单元构成。
在前端盖101和后端盖102内侧分别设有一磁轭5，在磁轭5上绕承载轴2一周分布有数块永磁铁6，所述永磁铁6的位置与支腿31B段的位置相对应；所述永磁铁6的径向宽度与支腿31B段的长度一致，以有效增大磁场作用效果。其中，同一磁轭5上的相邻两永磁铁6的磁极相反，两磁轭5上的相正对的两永磁铁6的磁极也相反。加工过程中，在前端盖101和后端盖102的外侧均设有散热翅片；由于本方案壳体为转动部件，因此，在电机工作过程中，转子壳体转动，能够通过散热翅片对永磁铁6工作过程中产生的热量进行风冷散热。
在绕组3内设有一主环形水套7，所述主环形水套7位于各绕组铜片的两支腿31之间；实际装配过程中，该主环形水套7的内侧与承载轴2紧贴在一起。为便于装配，该主环形水套7沿径向分割为两部分，两部分通过螺栓紧固在一起，且在连接处设有密封圈。在承载轴2的一端设有一供水通道8和一回水通道9。在承载轴2上，对应供水通道8和回水通道9分别设有数个主供水出水孔和主回水进水孔，该主供水出水孔和主回水进水孔分别与供水通道8和回水通道9相连通，且所述主供水出水孔和主回水进水孔均位于主环形水套7内侧，并位于相邻两插槽之间。在主环形水套7的内侧，对应主供水出水孔和主回水进水孔的位置分别设有主供水进水孔和主回水出水孔，所述主供水进水孔和主回水出水孔分别对应与主供水出水孔和主回水进水孔相连通。
为进一步提高散热效果，在绕组3的两侧与前端盖101和后端盖102之间分别设有一副环形水套10，所述副环形水套10与支腿31A段相对应；该副环形水套10的结构与主环形水套7的结构一致，其内侧也与承载轴2紧贴在一起。在承载轴2上，对应供水通道8和回水通道9分别设有数个副供水出水孔和副回水进水孔，该副供水出水孔和副回水进水孔分别与供水通道8和回水通道9相连通，且所述副供水出水孔和副回水进水孔均位于副环形水套10内侧，并位于相邻两插槽之间。在副环形水套10的内侧，对应副供水出水孔和副回水进水孔的位置分别设有副供水进水孔和副回水出水孔，所述副供水进水孔和副回水出水孔分别对应与副供水出水孔和副回水进水孔相连通。
具体实施过程中，所述主供水出水孔、主供水进水孔、主回水进水孔、主回水出水孔、副供水出水孔、副供水进水孔、副回水进水孔以及副回水出水孔均为扁平状的缝状结构，这样加工更加方便，并且能够有效提高冷却水的流动效率，从而提高散热效率。其中，所述主供水出水孔与主供水进水孔外侧、主回水进水孔与主回水出水孔外侧、副供水出水孔与副供水进水孔外侧以及副回水进水孔与副回水出水孔外侧具设有一周防水密封胶；从而防止因冷却水泄露而造成电机内部导电等状况。
本发明公开的电机中，绕组3与传统三相电机绕组3相同；接线时，只需将每个绕组3的首端绕组铜片和尾端绕组铜片的支腿31抽头（即自由支腿31的端部通过导线）连接到控制器就可以了；整个工作及控制方式与传动三相电机一致。
本发明将电机设计成轴向双磁路，并将发热量大且散热困难的绕组3设计为定子，采用铜片结构的绕组3，并在将绕组3内部设计出一个规则的圆盘形空间，然后嵌入水套；同时，将发热的永磁铁6通过磁轭5固定在前端盖101和后端盖102上从而形成转子，在前端盖101和后端盖102上设有散热翅片，转子壳体转动的过程中可以实现风冷散热。综上，本发明能够通过水冷与风冷的结合同时对电机的各发热部件进行有效冷却，从而大大提高电机的散热性能，提高电机的效率和稳定性。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种轴向双磁路强制冷却式高效电机，包括转子壳体、承载轴以及数个绕组；所述转子壳体包括前端盖、筒体和后端盖，所述前端盖和后端盖分别与筒体的前后两端固定连接，所述承载轴沿筒体的轴向穿过前端盖和后端盖，且前端盖和后端盖通过轴承与承载轴相连；其特征在于：在承载轴位于前端盖和后端盖之间的部分绕其一周设有若干插槽；所述绕组包括若干绕组单元，每个绕组单元由数个绕组铜片相连构成；所述绕组铜片包括插接片和两支腿，其中，所述插接片插设于承载轴上的插槽内，两支腿分别靠近插接片的两端，其中，两支腿先向相背离的方向弯折并延伸形成支腿A段，然后再向背离承载轴的方向沿承载轴的径向弯折并延伸形成支腿B段，最后两支腿再向相背离的方向延伸形成支腿C段，且两支腿在轴向上具有一定距离；一个绕组单元中的相邻两绕组铜片的相邻两支腿的端部通过连接件相连；在一个绕组中，前一绕组单元尾端的绕组铜片的支腿通过连接件与后一绕组单元的首端的绕组铜片的支腿相连，相邻两绕组铜片的支腿B段之间均设有硅钢片；
在前端盖和后端盖内侧分别设有一磁轭，在磁轭上绕承载轴一周分布有数块永磁铁，所述永磁铁的位置与支腿B段的位置相对应；其中，同一磁轭上的相邻两永磁铁的磁极相反，两磁轭上的相正对的两永磁铁的磁极也相反；
在绕组内设有一主环形水套，所述主环形水套位于各绕组铜片的两支腿之间；在承载轴的一端设有一供水通道和一回水通道；在承载轴上，对应供水通道和回水通道分别设有数个主供水出水孔和主回水进水孔，该主供水出水孔和主回水进水孔分别与供水通道和回水通道相连通，且所述主供水出水孔和主回水进水孔均位于主环形水套内侧，并位于相邻两插槽之间；在主环形水套的内侧，对应主供水出水孔和主回水进水孔的位置分别设有主供水进水孔和主回水出水孔，所述主供水进水孔和主回水出水孔分别对应与主供水出水孔和主回水进水孔相连通。
2.根据权利要求1所述的一种轴向双磁路强制冷却式高效电机，其特征在于：在前端盖和后端盖的外侧均设有散热翅片。
3.根据权利要求1或2所述的一种轴向双磁路强制冷却式高效电机，其特征在于：在绕组的两侧与前端盖和后端盖之间分别设有一副环形水套，所述副环形水套与支腿A段相对应；在承载轴上，对应供水通道和回水通道分别设有数个副供水出水孔和副回水进水孔，该副供水出水孔和副回水进水孔分别与供水通道和回水通道相连通，且所述副供水出水孔和副回水进水孔均位于副环形水套内侧，并位于相邻两插槽之间；在副环形水套的内侧，对应副供水出水孔和副回水进水孔的位置分别设有副供水进水孔和副回水出水孔，所述副供水进水孔和副回水出水孔分别对应与副供水出水孔和副回水进水孔相连通。
4.根据权利要求3所述的一种轴向双磁路强制冷却式高效电机，其特征在于：所述主供水出水孔与主供水进水孔外侧、主回水进水孔与主回水出水孔外侧、副供水出水孔与副供水进水孔外侧以及副回水进水孔与副回水出水孔外侧具设有一周防水密封胶。
5.根据权利要求1所述的一种轴向双磁路强制冷却式高效电机，其特征在于：所述绕组铜片的两支腿的端部呈圆筒状，一个绕组单元中的相邻两绕组铜片的相邻两支腿的端部通过连接销相连。
6.根据权利要求1所述的一种轴向双磁路强制冷却式高效电机，其特征在于：所述永磁铁的径向宽度与支腿B段的长度一致。
7.根据权利要求1所述的一种轴向双磁路强制冷却式高效电机，其特征在于：所述绕组铜片的两支腿之间的轴向距离为5-15mm。
8.根据权利要求1所述的一种轴向双磁路强制冷却式高效电机，其特征在于：所述支腿B段的径向长度大于支腿A段的径向长度大于支腿C段的径向长度；所述支腿C段的周向长度大于支腿A段的周向长度。
9.根据权利要求1所述的一种轴向双磁路强制冷却式高效电机，其特征在于：所述绕组铜片的两支腿端部之间的幅度所对应的中心角为90°。
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