CN108988537A - 无漆包线的叠加型外转子电机 - Google Patents

无漆包线的叠加型外转子电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无漆包线的叠加型外转子电机，属于电机技术领域，包括：第一端盖1和第二端盖101，分别通过轴承与主轴连接，端盖和X个叠加型转盘中各自设有导磁环2、永磁体3、风叶11，特征是：不用漆包线用双面印刷线圈电路板作为绕组9，采用粉末冶金法制成超薄型定子4，结合磁环28的磁浮作用，使电机间隙14控制到最小限度，效率可达95％以上，并且设置自动循环散热装置，遏制了定子绕组和永磁体的温升，大幅度提高电机的负荷能力，使电机体积和重量比同等功率的传统电机缩小5倍，功率增大5倍；而且制作方便，重量轻、体积小、成本低，可以替换目前所有的传统外转子电动机和发电机，可以制造不用变速箱的海上大型风力发电机，其中X为自然数。

Description

无漆包线的叠加型外转子电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，一种无漆包线的叠加型外转子电机，特别涉及一种自动循环散热、功率可以叠加的外转子电动机或外转子发电机。
背景技术
现有技术中的无铁芯线圈永磁电机，例如中国专利公告号，CN102035331A中公开了一种多中心无铁芯线圈的永磁电机，由于没有采用高温超导技术和超导材料以及自动循环散热装置，其效果不够理想；还有一种超导电机，如专利公告号CN102035331A其结构中采用制冷液制冷实现超导效果；不足之处是低温制冷成本高，不实用而无人问津。
发明内容
本发明目的是克服上述缺陷，采用一种无漆包线的叠加型外转子电机的技术方案来实现。
一种无漆包线的叠加型外转子电机，包括：第一端盖1和第二端盖101，分别通过轴承6与主轴7连接，端盖和X个叠加型转盘5中各自设有导磁环2、永磁体3、风叶11和动态密封部件，定子4通过平键、吊紧螺栓21固定在主轴7的凸档靠山上，第一端盖1和第二端盖101的外圆端各自通过螺栓12与X个叠加型转盘5连接，并密封固定，定子绕组平面与外转子永磁体平面之间留有间隙14，绕组9和传感器13由导线24引出连接特种插座27，特征在于：定子4采用双面印刷电路板刻制成线圈形状，头尾都留在线圈外侧的若干个铜箔线圈串联连接组成绕组9，在高真空超低温状态下，用粉末冶金法将绕组用填料10密封包装，经过真空高温压制烧结成型，老化处理，使印刷电路板线圈绕组在定子内永远保持高真空状态，以及超低温和高温痕迹，并且设置磁环28作为间隙磁浮定位装置，使转子与定子的间隙限制在最小的范围内、结合超薄型的印刷电路板制成的定子，大幅度提高了电机效率，可达95％以上，同时设在第一端盖1内侧的若干个喇叭形导向排气口8和设在第二端盖101外侧的若干个喇叭形导向进气口17以及风叶11构成循环散热装置：当电机旋转风叶促使内部气流或液体流动，由于喇叭形导向口的导向作用，使散热气流或液体自动从间隙14向第一端盖内侧的喇叭形导向排气口8排出去外界散热，电机另一侧的外界气流或液体自动从第二端盖外侧的喇叭形导向进气口17吸入流进间隙14，往返循环散热，产生良好的散热效果，进一步扩大了电机的负荷能力，特别适应在水中使用，由于散热流速快，遏制了定子绕组5和永磁体4的温升，促进绕组在强磁场中发挥亚超导效应，大幅度提高了电机负荷能力，使电机体积和重量比同等功率的传统矽钢片电机缩小5倍，功率比同等体积的传统矽钢片电机增大5倍以上；而且制作方便，重量轻、体积小、成本低，可以替换目前所有的传统式外转子电动机或发电机，其中，X为自然数。
所述动态密封部件包含：设置在外转子第二端盖101内侧或第一端盖1内侧的内油封盖19，以及设置在外转子第二端盖101外侧或第一端盖1外侧的外油封盖18以及波纹补偿密封套23、低温润滑脂和主轴7的密封档组成，其中，波纹补偿密封套23由有机硅橡胶或与主轴材质相同的金属材料，制成内部空心，外侧设至少两道以上的波纹凸轮，两道以上的波纹凸轮与外转子第二端盖101或第一端盖1内径的波纹凹槽配套，同时要求波纹补偿密封套23内径与主轴7外径密封档加工的表面粗糙度各自为≤0.004mm，密封档的轴径直线度和圆度要求≤0.002へ0.004mm，两者配合可以适应在-50℃～300℃温度范围内自动补偿间隙，构成良好的动态密封。
所述主轴7为厚壁奥氏体不锈钢管制成，主轴中端设置的凸档作为固定定子4的靠山，同时为设定转盘中永磁体3与定子4平面之间留有间隙的基准，间隙14的距离是根据电机功率大小而定，可在0.02へ4.5mm的范围内选择。
所述绕组9采用双面印刷电路板按照每一个相同永磁体3的平面积和形状制成头尾都留在铜箔线圈外侧的若干个线圈，线圈数量与电机中永磁体3的数量相同围成一圈，其中线圈与线圈之间串联连接，然后在高真空状态下用纳米绝缘涂料喷涂粘结定型成一相单片绕组，再由a、b、c三组单片绕组按120°移相角度层叠定位，并在外围设置磁环28，经过真空干燥处理，在高真空低温状态下喷涂耐高温纳米绝缘涂层，统一定型粘合制成三相绕组9，或者六组单片绕组按60°移相角度层叠定位，统一粘合制成六相绕组9。
所述磁环28作为间隙磁浮定位装置，在电机制造中，将磁环28的Z极面对转子永磁体4余边的Z极面，磁环28的S极面对转子另一永磁体4余边的S极面，利用磁浮作用选择设置磁环28的磁场强度大小，可以限定定子与转子之间的间隙大小、小电机最小间隙可达0、02mm，效率可达到95％以上。
所述双面印刷电路板制成头尾都留在铜箔线圈外侧的线圈为：在印刷电路板正面中端圆点505开始顺时针从里到外起刻制成铜箔线圈形状，绕组头507在外侧，根据电机的功率和电流大小决定铜箔线条的宽度和厚度；从印刷电路板反面中端圆点506开始逆时针从里到外起刻制成铜箔线圈形状，绕组尾508在外侧，根据电机的功率和电流大小决定铜箔线条的宽度和厚度，绕组中圆点505和圆点506中心开孔焊接连通，使得印刷电路板正面与反面铜箔线圈连接起来，形成一个绕组线头507和线尾608都在外侧的线圈，避免线圈头端留在叠层里面的缺陷，可将定子做的很薄，既节约空间又提高线圈绝缘质量。
所述定子4由两种方法制成：1、应用模具，将绕组9和磁环28放入模具内部中心定位以后、在高真空干燥和超低温状态下注入填料10、通过压实、固化、烧结成型，脱模以后经过平磨去毛刺、真空喷涂金属保护层、老化处理以后抛光而成；2、采用粉末冶金法，将绕组9和磁环毛坯或粉末材料放入模具内、真空注入无磁性的纳米金属粉末，在高真空条件下进行热压烧结成型，脱模以后经过平磨去毛刺、老化处理、磁环充磁、抛光而成；加工好的超薄型定子形状为圆环型片状体，坚固若钢、抗腐蚀、可以在水中使用。
所述填料10为：小于40目的无磁性的主金属粉末，主金属粉末为高硅铝合金粒子或奥氏体不锈钢粒子，掺杂微量的钛或硅或铝或镍等粒子中的任何一种或二种，掺杂微量的比例可在0.03へ15％的范围之内选择，同时掺入纳米固化粉末或粘结剂均匀拝搅而成。
所述若干个喇叭形导向进气口17，设置在外转子第二端盖101中部平面顺时针方向倾斜3°へ5°角度位置设置，有利于进气助力转盘旋转，喇叭口向外起导向作用，喇叭口外设置防尘网和磁圈，阻止磁性粉末进入内部；喇叭形导向进气口17的数量至少两个。
所述若干个喇叭形导向排气口8，设置在外转子第一端盖1的径部位置，按顺时针方向倾斜3°へ5°角度设置，喇叭口向内起导向作用，引导散热气流或液体自动从电机内部向第一端盖内侧的排气道排出，作为风力发电机时，利用排放喷气动力推动发电机风轮旋转；喇叭形导向排气口8的数量至少两个。
所述叠加型转盘5和定子4可以配套成一对功率叠片，制造大功率电机时，只要增加功率叠片的数量配合延长主轴7，就能方便地增加电机的功率，可以制造大型的海上风力发电机，而且不用变速箱。
所述端子排的特种插座27为若干个只能进不能退的铜插座，通过绝缘体材料注塑成为可以固定在主轴7中的长条形特种插座，其中，每一个铜插座件为两端双孔开口，中间压槽定位、并制成逆鳞形状，使插入的导线头只能前进到位，不能后退拉出，以求牢固；铜插座的截面积大于导线截面积的三倍以上，便于大电流通过和传热散热；各个铜插座定位后注入绝缘粉末添加剂248，自动老化而成，在水中使用添加防水密封装置。
所述传感器13为霍尔元件转速传感器或热敏电阻温度传感器或红外线传感器，根据不同类型的电机需要可选择设置一种或两种，采用红外线传感器可安装在电机外侧；若选择设置为霍尔元件时：设在定子4中面对永磁体3的位子上，作为转速传感器，采集到的信号由导线传递给控制器内的CPU系统，随机检测控制电机的工作状态，确保运行安全，并且可以联网远程监控电机的实际运行状态，实现大数据化自动监控、数据记录和控制。
所述无漆包线的叠加型外转子电机，只要配置脉冲式直流电机控制器就可以运转，成为节能高效可在水中使用的叠加型外转子电机。
有益效果：无漆包线的叠加型外转子电机与现有技术相比优点是：1、不用漆包线制成的定子大幅度地节省原材料，实现了体积小、量重轻、成本低、质量好、效率高，采用粉末冶金真空热压工艺可以自动流水线大批量生产更进一步降低成本。2、印刷电路板制造的定子线圈可以做的很薄，既节约空间又提高绝缘质量。3、利用磁环28作为间隙磁浮定位装置，使电机间隙做的很小，实现效率可达到95％以上的高效率电机。4、耐腐蚀防氧化适应在海水中使用，特别适应在潜艇和轮船中或制作海上大型风力发电机使用。
附图说明
附图1、一种无漆包线的叠加型外转子电机剖视示意图。
附图2、一种无漆包线的双头外转子电机剖视示意图。
附图3、一种无漆包线的单头外转子电机剖视示意图。
附图4、一种无漆包线的叠加型外转子电机的叠加方法示意图。
附图5、定子的结构正视示意图。
附图6、定子的结构俯视示意图。
附图7、端子排插座剖视示意图。
附图8、端子排插座正视示意图。
附图9、一种双面印刷电路板制成铜箔线圈的结构示意图。
具体实施方式
以下实施例并不构成对本发明保护范围的任何限止。
实施例：附图1、一种无漆包线的叠加型外转子电机剖视示意图。
作为优选，附图1中：1.外转子上端盖，101.外转子下端盖，2.导磁环，3.永磁体，4.定子，5.叠加型转盘，6.轴承，7.主轴，8.喇叭形导向排气口，9.绕组，10.填料，11.风叶，12.螺栓，13.传感器，14.气隙，15.压板螺栓，16.加强钢套，17.喇叭形导向进气口，18.外油封盖，19.内油封盖，20.铆钉，21.吊紧螺丝，22.维修用螺孔，23.波纹补偿套，24.导线，25.平键，27.特制插座，28.磁环；其中，轴承6为磁浮或高速轴承，填料10采用奥氏体不锈钢合金粒子，所有进气喇叭口外设置防尘网和磁圈，阻止磁性粉末进入内部；喇叭形导向排气口和喇叭形导向进气口各为5个。
实施例：附图2、一种无漆包线的双头外转子电机剖视示意图。作为优选，附图中：1.外转子上端盖，101.外转子下端盖，2.导磁环，3永磁体，4.定子，6.轴承，7.主轴，8.喇叭形导向排气口，9.绕组，10.填料，11.风叶，12螺栓，13.传感器，14.气隙，15.压板螺栓，16.加强钢套，17.喇叭形导向进气口，18.外油封盖，20.铆钉，21.吊紧螺栓，22.维修用螺孔，23.波纹补偿套，24.导线，25.平键，27.特制插座，28.磁环；其中，轴承6为磁浮或高速轴承，金属填料10采用为高硅钛铝合金粒子，所有进气喇叭口外设置防尘网和磁圈，阻止磁性粉末进入内部；喇叭形导向排气口和进气口各为4个。
实施例：附图3、一种无漆包线的单头外转子电机剖视示意图。
作为优选，附图中：1.外转子上端盖，101.外转子下端盖，2.导磁环，3永磁体，4.定子，6.轴承，7.主轴，8.喇叭形导向排气口，9.绕组，10.填料，11.风叶，12螺栓，13.传感器，14.气隙，15.压板螺栓，16.加强钢套，17.喇叭形导向进气口，18.外油封盖，19.内油封盖，20.铆钉，22.维修用螺孔，23.波纹补偿套，24.导线，25.平键，26.备用螺口，27.特制插座，28.磁环，其中，备用螺口26，用于主轴连接机座时螺丝帽定位和钢销固定；填料10采用为高硅钛铝合金粒子，所有进气喇叭口外设置防尘网和磁圈，阻止磁性粉末进入内部；喇叭形导向排气口和进气口各为4个，轴承为磁浮轴承，
附图4、一种无漆包线的叠加型外转子电机的叠加方法剖视示意图。
作为优选，附图中：1.外转子上端盖，101.外转子下端盖，2.导磁环，3.永磁体，4.定子，5.叠加型转盘，6.轴承，7.主轴，8.喇叭形导向排气口，9.绕组，10.填料，11.风叶，12.螺栓，13.传感器，14.气隙，15.压板螺栓，16.加强钢套，17.喇叭形导向进气口，18.外油封盖，19.内油封盖，20.铆钉，21.吊紧螺栓，22.维修用螺孔，23.波纹补偿套，24.导线，25.平键，27.特制插座，28.磁环，401.第二叠加型定子，501.第二叠加型转盘，图中剖视线和点划线表示增加配套的叠加型转盘和叠加型定子，可以方便地扩大电机功率，制造大型电机，其中，轴承6为磁浮或高速轴承，填料10采用奥氏体不锈钢合金粒子，所有进气喇叭口外设置防尘网和磁圈，阻止磁性粉末进入内部；喇叭形导向排气口和进气口各为8个。
实施例：附图5、定子的结构正视示意图。
作为优选，图中：4.定子，9.绕组，10.填料，13.传感器，15.压板螺栓孔，24.导线，28.磁环，701.供主轴通过的圆孔。
实施例：附图6、定子的结构俯视示意图。
作为优选，图中：4.定子，9.绕组，10.填料，15.压板螺栓孔，24.导线，28.磁环，701.供主轴通过的圆孔，其中，绕组9由a、b、c三相单片绕组按120°移相角层叠组成定子三相绕组。
实施例：附图7、特制插座的结构剖视示意图。
作为优选，附图7中：241.绝缘盒、长条形，242.安装螺丝孔，243.第一铜插座，244.第二铜插座，245.第三铜插座，246.第一信号线铜插座，247.第二信号线铜插座，248.绝缘粉末；其中，所述特制插座内的每一个铜插座件为两端双孔开口，中间压槽定位、并制成逆鳞形状，使插入的导线头只能前进到位，不能后退拉出，以求牢固；铜插座的截面积大于导线截面积的三倍以上，便于大电流通过和传热散热；各个铜插座定位以后注入绝缘粉末添加剂248，自动老化处理后制成，在水中使用添加防水密封装置。
实施例：附图8、特制插座的正视示意图。
作为优选，附图8中：240.面板，243.第一铜插座，244.第二铜插座，245.第三铜插座，246.第一信号线铜插座，247.第二信号线铜插座。
实施例：附图9、一种双面印刷电路板制成铜箔线圈的结构示意图。
作为优选，图中：501.其中一个线圈的双面印刷电路板结构示意，502.绝缘板，503.正面铜箔线圈，504.反面铜箔线圈，505.正面铜箔线圈中心圆点，506.反面铜箔线圈中心圆点，507.线头，508.线尾，将圆点505和圆点506中心开孔焊接连通，使得印刷电路板正面与反面铜箔线圈连接起来，形成一个绕组线头507和线尾608都在外侧的线圈，避免线圈头端留在叠层里面的缺陷，可以将定子做的很薄，既节约空间又提高线圈绝缘质量，在水中也可以使用。

Claims (10)

1.一种无漆包线的叠加型外转子电机，包括：第一端盖(1)和第二端盖(101)，分别通过轴承(6)与主轴(7)连接，端盖和X个叠加型转盘(5)中各自设有导磁环(2)、永磁体(3)、风叶(11)和动态密封部件，定子(4)通过平键、吊紧螺栓(21)固定在主轴(7)的凸档靠山上，第一端盖(1)和第二端盖(101)的外圆端各自通过螺栓(12)与X个叠加型转盘(5)连接，并密封固定，定子绕组平面与外转子永磁体平面之间留有间隙(14)，绕组(9)和传感器(13)由导线(24)引出连接特种插座(27)，特征在于：定子(4)采用双面印刷电路板刻制成线圈形状，头尾都留在线圈外侧的若干个铜箔线圈串联连接组成绕组(9)，在高真空超低温状态下，用粉末冶金法将绕组用填料(10)密封包装，经过真空高温压制烧结成型，老化处理，使印刷电路板线圈绕组在定子内永远保持高真空状态，以及超低温和高温痕迹，并且设置磁环(28)作为间隙磁浮定位装置，使转子与定子的间隙更小、结合超薄的印刷电路板制成的定子，大幅度提高了电机效率，可达95％以上，同时设在第一端盖(1)内侧的若干个喇叭形导向排气口(8)和设在第二端盖(101)外侧的若干个喇叭形导向进气口(17)以及风叶(11)构成循环散热装置：当电机旋转风叶促使内部气流或液体流动，由于喇叭形导向口的导向作用，使散热气流或液体自动从间隙(14)向第一端盖内侧的喇叭形导向排气口(8)排出去外界散热，电机另一侧的外界气流或液体自动从第二端盖外侧的喇叭形导向进气口(17)吸入流进间隙(14)，往返循环散热，产生良好的散热效果，进一步扩大了电机的负荷能力，由于散热流速快，遏制了定子绕组(5)和永磁体(4)的温升，促进绕组在强磁场中发挥亚超导效应，大幅度提高了电机负荷能力，使电机体积和重量比同等功率的传统矽钢片电机缩小5倍，功率增大5倍以上，而且制作方便，成本低，特别适应在水中使用，其中，X为自然数。
2.根据权利要求1所述无漆包线的叠加型外转子电机，特征是：所述动态密封部件包含：内油封盖(19)、外油封盖(18)、波纹补偿密封套(23)、润滑脂和主轴(7)的密封档组成，其中，波纹补偿密封套(23)由有机硅橡胶或与主轴材质相同的金属材料，制成内部空心，外侧设至少两道以上的波纹凸轮，两道以上的波纹凸轮与外转子第二端盖(101)或第一端盖(1)内径的波纹凹槽配套，同时要求波纹补偿密封套(23)内径与主轴(7)外径密封档加工的表面粗糙度各自为≤0.004mm，密封档的轴径直线度和圆度要求≤0.002ヘ0.004mm，两者配合可以适应在-50℃～300℃温度范围内自动补偿间隙，构成良好的动态密封。
3.根据权利要求1所述无漆包线的叠加型外转子电机，特征是：所述绕组(9)采用双面印刷电路板按照每一个永磁体(3)的平面积和形状制成头尾都留在铜箔线圈外侧的若干个线圈，线圈数量与电机中永磁体(3)的数量相同围成一圈，其中每一个线圈与线圈之间串联连接，然后在高真空状态下用纳米绝缘涂料粘结定型成一相单片绕组，再由a、b、c三组单片绕组按120°移相角度层叠定位，并在外围设置磁环(28)，经过真空干燥处理，在高真空低温状态下喷涂耐高温纳米绝缘涂层，统一定型粘合制成三相绕组(9)，或者六组单片绕组按60°移相角度层叠定位，统一粘合制成六相绕组(9)。
4.根据权利要求1所述无漆包线的叠加型外转子电机，特征是：所述磁环(28)作为限制间隙(14)磁浮定位装置，在电机制造中，将磁环(28)的Z极面对转子永磁体(3)余边的Z极面，磁环(28)的S极面对转子另一组永磁体(3)余边的S极面，利用磁浮作用，选择设置磁环(28)的磁场强度大小可以限定定子与转子之间的间隙大小，电机间隙最小可达0、02mm，效率可达95％以上。
5.根据权利要求1所述无漆包线的叠加型外转子电机，特征是：所述制成头尾都留在线圈外侧的印刷电路板绕组(9)为：印刷电路板正面中端圆点(505)开始顺时针从里到外起刻制成铜箔线圈形状，绕组头(507)在外侧，根据电机的功率和电流大小决定铜箔线条的宽度和厚度；印刷电路板反面中端圆点(506)开始逆时针从里到外起刻制成铜箔线圈形状，绕组尾(508)在外侧，根据电机的功率和电流大小决定铜箔线条的宽度和厚度，绕组中圆点(505)和圆点(506)中心开孔后焊接连通，使得印刷电路板正面与反面铜箔线圈连接起来，形成一个绕组线头(507)和线尾(608)都在外侧的线圈，避免线圈头端留在叠层里面的缺陷，可以将定子做的很薄，既节约空间又提高线圈绝缘质量。
6.根据权利要求1所述无漆包线的叠加型外转子电机，特征是：所述定子(4)由两种方法制成：1、应用模具，将绕组(9)和磁环(28)放入模具内部中心定位以后、在高真空干燥和超低温状态下注入填料(10)、通过压实、固化、烧结成型，脱模以后经过平磨去毛刺、真空喷涂金属保护层、老化处理以后抛光而成；2、采用粉末冶金法，将绕组(9)和和磁环(28)毛坯放入模具内、真空注入无磁性的纳米金属粉末，在高真空条件下进行热压烧结成型，脱模以后经过平磨去毛刺、老化处理、磁环充磁、抛光而成；加工好的超薄型定子形状为圆环型片状体，坚固若钢、抗腐蚀，可以在水中使用。
7.根据权利要求1所述无漆包线的叠加型外转子电机，特征是：所述填料(10)为：小于40目的无磁性的主金属粉末，主金属粉末也可以为高硅铝合金粒子或奥氏体不锈钢粒子，掺杂微量的钛或硅或铝或镍粒子中的一种或二种，掺杂微量的比例可在0.03ヘ15％的范围之内选择，同时掺入纳米固化粉末或粘结剂均匀拝搅而成。
8.根据权利要求1所述无漆包线的叠加型外转子电机，特征是：所述若干个喇叭形导向进气口(17)，设置在外转子第二端盖(101)中部平面顺时针方向倾斜3°ヘ5°角度位置设置，有利于进气助力转盘旋转，喇叭口向外，喇叭口外设置防尘网和磁圈，阻止磁性粉末进入内部；喇叭形导向进气口(17)的数量至少两个。
9.根据权利要求1所述无漆包线的叠加型外转子电机，特征是：所述端子排的特种插座(27)为若干个只能进不能退的铜插座，通过绝缘体材料注塑成为可以固定在主轴(7)中的长条形特种插座，其中，每一个铜插座件为两端双孔开口，中间压槽定位、并制成逆鳞形状，使插入的导线头只能前进到位，不能后退拉出，以求牢固；铜插座的截面积大于导线截面积的三倍以上，便于大电流通过和传热；各个铜插座定位后注入绝缘粉末添加剂(248)，自动老化而成，在水中使用添加防水密封装置。
10.根据权利要求1所述无漆包线的叠加型外转子电机，特征是：所述传感器(13)为霍尔元件转速传感器或热敏电阻温度传感器或红外线传感器，根据不同类型的电机需要可选择设置一种或两种，采用红外线传感器可安装在电机外侧；若选择设置为霍尔元件时：设在定子(4)中面对永磁体(3)的位子上，作为转速传感器，采集到的信号由导线传递给控制器内的CPU系统，随机检测控制电机的工作状态，确保运行安全，并且可以联网远程监控电机的实际运行状态，实现大数据自动化监控。
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