CN108768118B - 一种基于板式绕组的强冷式径向磁通永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于板式绕组的强冷式径向磁通永磁同步电机，包括电机壳体、电机轴和数个绕组，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，在支腿上设有若干硅钢片，在硅钢片的外端设有通孔，绕组铜片的硅钢片均紧贴在一起，使硅钢片上的通孔形成一过水通道；在硅钢片的一侧设有进水槽，另一侧设有出水槽；在电机轴上，绕其一周分布有若干块永磁铁，且相邻两永磁铁的磁极相反。本发明能够使绕组的满槽率更高，功重比更大，磁路更短，磁阻低，效率更高；并在电机内部设置强制冷却结构，从而有效提高整个电机的散热效果，提高电机的可靠性，并延长电机的使用寿命。

Description

一种基于板式绕组的强冷式径向磁通永磁同步电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种基于板式绕组的强冷式径向磁通永磁同步电机。

背景技术

目前的永磁电机主要有径向磁通式永磁电机和轴向磁通式永磁电机，其中，现有的径向磁通式永磁电机主要是将磁片贴在筒形电机壳体的内壁上，然后在电机壳体内安装硅钢片，然后将铜线绕在硅钢片上而成，该装配方式通常称为“下线”。但这样的结构磁路长，使得磁阻大铁损高，且由于绕组铜线为圆截面，造成铜线间不可避免的存在间隙，不仅导致铜线满槽率低，而且导电面积小，电阻大，进而造成发热量大，铜损高，导致电机效率下降、功率/重量比下降。同时，现有的径向磁通式永磁电机在工作过程中，主要通过电机壳体外侧的散热片和轴端风扇散热，但这样的散热方式非常差，不能有效地对发热量大的硅钢片、绕组以及磁片进行快速直接散热，从而造成电机的工作稳定性差，使用寿命短。

虽然市面上也出现了板式绕组轴向磁路电机，但其绕组呈放射形布置，导致绕组间的距离是变化的，从而使其工艺性差、生产率低，不适合大批量生产。

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径向永磁电机的绕组满槽率低，功重比小，散热效果差，可靠性低且使用寿命短的问题，提供一种基于板式绕组的强冷式径向磁通永磁同步电机，能够使绕组的满槽率更高，功重比更大，磁路更短，磁阻低，效率更高；并在电机内部设置强制冷却结构，从而有效提高整个电机的散热效果，提高电机的可靠性，并延长电机的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种基于板式绕组的强冷式径向磁通永磁同步电机，包括电机壳体、电机轴和数个绕组，所述电机壳体包括相连在一起的左端盖、筒状壳体和右端盖，所述电机轴的一端依次穿过左端盖和右端盖，且该电机轴的轴心线与筒状壳体的轴心线重合，并通过轴承与左端盖和右端盖可转动相连；其特征在于：在左端盖或右端盖内侧设有一连接盘，所述连接盘的一侧与左端盖或右端盖固定连接，另一侧绕其一周分布有若干插槽，所述插槽的长度方向与筒状壳体的径向一致；

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，所述插接片插设于承载轴上的插槽内，两支腿先向相背离的方向弯折并延伸形成支腿A段，然后再向背离连接盘的方向沿电机轴的轴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，其中，所述支腿B段宽度方向与筒状壳体的径向一致；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；在支腿B段上设有若干硅钢片，所述硅钢片呈长条形，其中部具有一卡槽，该卡槽贯穿硅钢片的一端，且卡槽的长度与绕组铜片的宽度一致；所述硅钢片从位于外侧的支腿卡入绕组铜片，并卡在径向上重叠的内侧的支腿上，且硅钢片的里端与绕组铜片的内侧平齐；在硅钢片的外端设有通孔，绕组铜片的支腿B段上的所有硅钢片均紧贴在一起，使硅钢片上的通孔形成一过水通道；

在硅钢片的一侧设有一呈环形的进水槽，另一侧设有呈环形的出水槽，所述进水槽和出水槽的位置与过水通道的位置相对应，且进水槽和出水槽与靠近绕组的一侧均为开放结构，使进水槽和出水槽的断面呈U型；在进水槽和出水槽的外缘设有连接支耳，进水槽和出水槽通过穿过连接支耳的连接螺栓相连，且进水槽和出水槽的开放侧与硅钢片紧贴在一起，所述过水通道的两端分别位于进水槽和出水槽内；所述进水槽和出水槽分别与进水管和出水管的一端相连，所述进水管和出水管的另一端分别对应从左端盖和右端盖或筒状壳体的两端伸出；

在电机轴上，对应绕组铜片的支腿B段的位置，绕其一周分布有若干块永磁铁，且相邻两永磁铁的磁极相反。

进一步地，在绕组铜片与硅钢片形成的整体上浸有绝缘胶。

进一步地，所述永磁铁的轴向长度与支腿B段的长度一致。

进一步地，在电机轴上绕其一周分布有若干支臂，所述支臂的长度方向与电机轴的径向一致；在支臂远离电机轴的一端设有磁轭，所述磁轭呈弧形，各支臂上的磁轭相连并呈圆筒状，所述永磁铁安装于磁轭上，且永磁铁的外侧面与绕组的内侧面之间具有间隙。

进一步地，所述电机轴为中空管状结构，其两端分别通过轴承与左端盖和右端盖相连。

进一步地，在进水槽和出水槽的开放侧与硅钢片之间设有密封垫或密封胶。

进一步地，所述绕组铜片的两支腿的端部呈圆筒状或在两支腿的端部沿筒状壳体的径向开设有贯穿支腿的连接孔，一个绕组中相连的两支腿通过穿过支腿端部的连接销相连。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、绕组由绕组铜片相连构成，从而形成板式笼形电枢绕组，这样，绕组的满槽率更高、结构更加紧凑、并且工艺性好，能够有效缩小整个电机的体积和重量，从而增大电机功率的功重比。

2、定子（电机壳体、绕组、硅钢片及进水槽和出水槽形成的整体）中设有进水槽和出水槽，在硅钢片上设有与进水槽和出水槽相连通的过水通道，从而能够直接对定子内部的发热部分（绕组铜片和硅钢片）进行水冷式冷却，大大加强了对绕组和硅钢片的冷却，从而能够确保电机效率不因高温而下降，有效提高了电机工作的可靠性和稳定性，并能延长电机的使用寿命长，且整体成本更低。

3、本发明中磁路短，大大降低了磁阻，使磁通量增大，电磁载能大，且铁损小；绕组和磁片可根据需要设计在较大半径内，非常适合用作盘式电机。

4、转子做成空心轴管结构，从而能够更好地对永磁铁进行风冷冷却，确保其不会因高温而退磁，有效防止电机功率下降和效率降低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1沿A—A向的剖视图。

图3为本发明中绕组铜片的结构示意图。

图4为本发明中硅钢片的结构示意图。

图中：101—左端盖，102—筒状壳体，103—右端盖，2—电机轴，3—连接盘，4—绕组铜片，401—支腿A段，402—支腿B段，403—支腿C段，5—硅钢片，6—卡槽，7—通孔，8—进水槽，9—出水槽，10—进水管，11—出水管，12—永磁铁，13—磁轭，14—支臂。

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4，一种基于板式绕组的强冷式径向磁通永磁同步电机，包括电机壳体、电机轴2和数个绕组。所述电机壳体包括相连在一起的左端盖101、筒状壳体102和右端盖103，所述电机轴2的一端依次穿过左端盖101和右端盖103，且该电机轴2的轴心线与筒状壳体102的轴心线重合，并通过轴承与左端盖101和右端盖103可转动相连。在左端盖101或右端盖103内侧设有一连接盘3，所述连接盘3的一侧通过螺栓与左端盖101或右端盖103固定连接；另一侧绕其一周分布有若干插槽，所述插槽的长度方向与筒状壳体102的径向一致。

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4相连构成。所述绕组铜片4包括插接片和两支腿，所述插接片插设于承载轴上的插槽内，并与连接盘3紧固在一起；两支腿先向相背离的方向弯折并延伸形成支腿A段401，然后再向背离连接盘3的方向沿电机轴2的轴径向弯折并延伸形成支腿B段402，最后两支腿再向相背离的方向延伸形成支腿C段403；其中，所述支腿B段402宽度方向与筒状壳体102的径向一致。一个绕组单元中的相邻两绕组铜片4的相邻两支腿的端部通过连接件相连，使一个绕组单元整体呈环形；在一个绕组中，前一绕组单元尾端的绕组铜片4的支腿通过连接件与后一绕组单元的首端的绕组铜片4的支腿相连。具体实施时，所述绕组铜片4的两支腿的端部呈圆筒状或在两支腿的端部沿筒状壳体102的径向开设有贯穿支腿的连接孔，一个绕组中相连的两支腿通过穿过支腿端部的（圆筒状结构或连接孔的）连接销相连；这样，绕组铜片4的连接更加方便、快捷，从而能够有效提高绕组的加工效率。本方案中，绕组由绕组铜片4相连构成，从而形成板式笼形电枢绕组，这样，绕组的满槽率更高、结构更加紧凑、并且工艺性好，能够有效缩小整个电机的体积和重量，从而增大电机功率的功重比。

在支腿B段上设有若干硅钢片5，所述硅钢片5呈长条形，其中部具有一卡槽6，该卡槽6贯穿硅钢片5的一端，且卡槽6的长度与绕组铜片4的宽度一致（即绕组铜片4在筒状壳体102的径向上的宽度）。所述硅钢片5从位于外侧的支腿卡入绕组铜片4，并卡在径向上重叠的内侧的支腿上，且硅钢片5的里端与绕组铜片4的内侧平齐；其中，硅钢片5同时与两支腿形成卡接并紧固在一起。在硅钢片5的外端设有通孔7，绕组铜片4的支腿B段402上的所有硅钢片5均紧贴在一起（卡接在径向上重叠的两支腿B段402上的硅钢片5紧贴在一起），使硅钢片5上的通孔7形成一过水通道。

在硅钢片5的一侧设有一呈环形的进水槽8，另一侧设有呈环形的出水槽9；所述进水槽8和出水槽9的位置与过水通道的位置相对应，且进水槽8和出水槽9与靠近绕组的一侧均为开放结构，使进水槽8和出水槽9的断面呈U型。在进水槽8和出水槽9的外缘设有连接支耳，进水槽8和出水槽9通过穿过连接支耳的连接螺栓相连，且进水槽8和出水槽9的开放侧与硅钢片5紧贴在一起，所述过水通道的两端分别位于进水槽8和出水槽9内。为进一步增强防水效果，在进水槽8和出水槽9的开放侧与硅钢片5之间设有密封垫或密封胶，从而避免冷却水从进水槽8和出水槽9与硅钢片5质检单额间隙露出。所述进水槽8和出水槽9（远离硅钢片5的一侧）分别与进水管10和出水管11的一端相连，所述进水管10和出水管11的另一端分别对应从左端盖101和右端盖103或筒状壳体102的两端伸出。具体实施时，在绕组铜片4与硅钢片5形成的整体上浸有绝缘胶；从而通过绝缘胶将绕组铜片4与硅钢片5固定在一起，并将绕组铜片4之间、绕组铜片4与硅钢片5之间以及硅钢片5之间的间隙填充并封闭，同时有效起到隔水的作用，避免通水后造成电机内部短路等；从而保证电机运行的安全性、稳定性和可靠性。

在电机轴2上，对应绕组铜片4的支腿B段402的位置，绕其一周分布有若干块永磁铁12（磁钢片），且相邻两永磁铁12的磁极相反。其中，所述永磁铁12的轴向长度与支腿B段402的长度一致；从而能够使在保证磁通量的同时，有效缩小永磁铁12的体积，进而增大电机的功重比。实际加工过程中，在电机轴2上绕其一周分布有若干支臂14，所述支臂14的长度方向与电机轴2的径向一致；在支臂14远离电机轴2的一端设有磁轭13，所述磁轭13呈弧形，各支臂14上的磁轭13相连并呈圆筒状，所述永磁铁12安装于磁轭13上，且永磁铁12的外侧面与绕组的内侧面之间具有间隙。永磁铁12通过支臂14与电机轴2相连，这样既能够减轻整个电机的重量，又能够缩短磁路，并且便于永磁铁12的散热，从而大大增加电机的散热效果，提高电机的工作效率，并且能够增大电机的功重比。为进一步提高电机内部的散热效果，所述电机轴2为中空管状结构，其两端分别通过轴承与左端盖101和右端盖103相连；这样，能够通过风冷的方式对电机轴2及永磁铁12进行快速、直接地散热，从而避免永磁铁12因高温而退，进而有效防止电机功率下降和效率降低；有效提高了电机工作的可靠性和稳定性，并能延长电机的使用寿命长，且整体成本更低。

本发明公开的电机中，绕组与传统三相电机绕组相同；接线时，只需将每个绕组的首端绕组铜片4和尾端绕组铜片4的支腿抽头（即自由支腿的端部通过导线）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。

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 (7)

1.一种基于板式绕组的强冷式径向磁通永磁同步电机，包括电机壳体、电机轴和数个绕组，所述电机壳体包括相连在一起的左端盖、筒状壳体和右端盖，所述电机轴的一端依次穿过左端盖和右端盖，且该电机轴的轴心线与筒状壳体的轴心线重合，并通过轴承与左端盖和右端盖可转动相连；其特征在于：在左端盖或右端盖内侧设有一连接盘，所述连接盘的一侧与左端盖或右端盖固定连接，另一侧绕其一周分布有若干插槽，所述插槽的长度方向与筒状壳体的径向一致；

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，所述插接片插设于承载轴上的插槽内，两支腿先向相背离的方向弯折并延伸形成支腿A段，然后再向背离连接盘的方向沿电机轴的轴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，其中，所述支腿B段宽度方向与筒状壳体的径向一致；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；在支腿B段上设有若干硅钢片，所述硅钢片呈长条形，其中部具有一卡槽，该卡槽贯穿硅钢片的一端，且卡槽的长度与绕组铜片的宽度一致；所述硅钢片从位于外侧的支腿卡入绕组铜片，并卡在径向上重叠的内侧的支腿上，且硅钢片的里端与绕组铜片的内侧平齐；在硅钢片的外端设有通孔，绕组铜片的支腿B段上的所有硅钢片均紧贴在一起，使硅钢片上的通孔形成一过水通道；

在硅钢片的一侧设有一呈环形的进水槽，另一侧设有呈环形的出水槽，所述进水槽和出水槽的位置与过水通道的位置相对应，且进水槽和出水槽与靠近绕组的一侧均为开放结构，使进水槽和出水槽的断面呈U型；在进水槽和出水槽的外缘设有连接支耳，进水槽和出水槽通过穿过连接支耳的连接螺栓相连，且进水槽和出水槽的开放侧与硅钢片紧贴在一起，所述过水通道的两端分别位于进水槽和出水槽内；所述进水槽和出水槽分别与进水管和出水管的一端相连，所述进水管和出水管的另一端分别对应从左端盖和右端盖或筒状壳体的两端伸出；

在电机轴上，对应绕组铜片的支腿B段的位置，绕其一周分布有若干块永磁铁，且相邻两永磁铁的磁极相反。

2.根据权利要求1所述的一种基于板式绕组的强冷式径向磁通永磁同步电机，其特征在于：在绕组铜片与硅钢片形成的整体上浸有绝缘胶。

3.根据权利要求1所述的一种基于板式绕组的强冷式径向磁通永磁同步电机，其特征在于：所述永磁铁的轴向长度与支腿B段的长度一致。

4.根据权利要求1所述的一种基于板式绕组的强冷式径向磁通永磁同步电机，其特征在于：在电机轴上绕其一周分布有若干支臂，所述支臂的长度方向与电机轴的径向一致；在支臂远离电机轴的一端设有磁轭，所述磁轭呈弧形，各支臂上的磁轭相连并呈圆筒状，所述永磁铁安装于磁轭上，且永磁铁的外侧面与绕组的内侧面之间具有间隙。

5.根据权利要求1所述的一种基于板式绕组的强冷式径向磁通永磁同步电机，其特征在于：所述电机轴为中空管状结构，其两端分别通过轴承与左端盖和右端盖相连。

6.根据权利要求1所述的一种基于板式绕组的强冷式径向磁通永磁同步电机，其特征在于：在进水槽和出水槽的开放侧与硅钢片之间设有密封垫或密封胶。

7.根据权利要求1所述的一种基于板式绕组的强冷式径向磁通永磁同步电机，其特征在于：所述绕组铜片的两支腿的端部呈圆筒状或在两支腿的端部沿筒状壳体的径向开设有贯穿支腿的连接孔，一个绕组中相连的两支腿通过穿过支腿端部的连接销相连。

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