CN109412371A - 多层小绕组三维永磁电机 - Google Patents

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唐鹏
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Abstract

本发明涉及一种多层小绕组三维永磁电机，包括轴向多层结构的转子和定子，转子包括多层同轴设置的盘式结构的子转子层，相邻两个子转子层间隔设置；定子同为多层盘式结构且与转子同轴设置，定子与转子交错设置，形成立体结构，磁感线沿轴线方向阵列布局。本发明增加了磁极数和空间有效磁场体积，同时增加了绕组匝数，形成的电机具有重量轻、散热性能好、转矩品质高、功重比高的有益效果。

Description

多层小绕组三维永磁电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及多层小绕组三维永磁电机。
背景技术
现有的盘式永磁同步电机因轴向尺寸短、重量轻、运行效率高、动态性能优异等特点成为一种较为理想的驱动装置。为了进一步提高电机的转矩以适用于大转矩直接驱动装置，将电机制成多层定子、多层转子的立体结构，所以一般采用多盘式立体结构。
转子在旋转过程中，定子内线圈的电流流动以及机械摩擦产生大量的热量。为了提高盘式电机定子的散热能力，目前普遍采用导热性能良好的材料作为定子，同时配备散热风扇或者空-水冷却器对电机进行冷却。但都存在体积较大、结构较为复杂、安装和维修不方便等缺点，同时对电机内部永磁体材料的散热效果不是很理想。
因此，需要一种重量轻、结构紧凑、散热性能好、转矩品质好和功重比更高的新型永磁电机。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种重量轻、结构紧凑、散热性能好、转矩品质好和功重比更高的多层小绕组三维永磁电机。
本发明提供的多层小绕组三维永磁电机，包括转子和定子，其特征在于：
所述转子包括多个同轴设置的盘式结构的子转子，相邻两个子转子之间具有间隙；
所述定子为盘式结构且与转子同轴设置，所述定子嵌入于所述子转子之间的间隙。
进一步，所述子转子包括盘式结构的磁钢安装座和固定在磁钢安装座两侧的磁钢片，所述磁钢安装座固定设置在转轴上。
进一步，所述磁钢片沿磁钢安装座径向多层排布,每一层磁钢片为多个且沿磁钢安装座的圆周方向环形阵列排布。
进一步，各层磁钢片的数量和位置相同且沿磁钢安装座径向向外磁钢片的面积逐渐增大，相邻磁钢片正负交错排布。
进一步，磁钢安装座上设置有磁钢片安装孔，所述磁钢片安装孔与一组磁钢片一一对应。
进一步，所述定子包括盘式结构的铁芯安装座、固定在铁芯安装座的圆柱形铁芯和绕制在铁芯上的绕组，所述铁芯安装座外侧与机壳固定连接，铁芯安装座圆心处设置有直径大于所述转轴直径的圆形孔Ⅱ。
进一步，铁芯沿铁芯安装座径向多层排布，每一层铁芯为多个且沿铁芯安装座圆周方向环形阵列排布。
进一步，各层铁芯的数量相同且沿铁芯安装座径向向外铁芯的面积逐渐增大，相邻两层铁芯位置交错排布。
进一步，铁芯安装座上设置有铁芯安装孔，所述铁芯安装孔与铁芯一一对应。
进一步，所述磁钢安装座和铁芯安装座均设置有散热通孔。
本发明的有益效果：本发明提供的多层小绕组三维永磁电机相较于现有多盘式永磁电机具有重量轻、结构紧凑、散热性能好、转矩品质好和功重比更高的有益效果。
其一：本发明多层小绕组三维永磁电机，每一层定子均采用多个圆形线圈绕组环形排列并嵌入于所述子转子之间的间隙，提高了电机内部的空间利用率。相较输出同样功率的多盘式电机的体积更小，提高了电机功率密度，解决了盘式电机功率密度较低的缺陷。
其二：本发明多层小绕组三维永磁电机的转子和定子均采用轻质材料，输出转轴在非输出端采用中空的结构，在满足工作要求的情况下，减轻了电机重量，功重比更高。
其三：本发明多层小绕组三维永磁电机转轴上只固定了轻质材料的转子和冷却风扇，重量轻，可用于频繁启动和制动，快速反应性能优良。
其四：本发明多层小绕组三维永磁电机，同轴固定有强制冷却风扇，电机工作时风扇随之工作，加上定子、转子上有直达导线的强制冷却气流通道，散热性能好。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1本发明的机构原理图；
图2为本发明的电机外壳图；
图3为本发明的定子绕组层与外壳的装配剖面图；
图4为本发明的轻质材料铁芯安装座与铁芯装配图；
图5为本发明的磁钢片与轻质材料磁钢安装座组成的转子磁钢片图；
图6为本发明的转轴、转子磁钢片，风冷叶片的装配图；
图7为图6得剖面图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明：
本发明提供的多层小绕组三维永磁电机，包括转子6和定子5，其特征在于：
转子6包括多个同轴设置的盘式结构的子转子，相邻两个子转子之间具有间隙；
定子5为盘式结构且与转子6同轴设置，定子5嵌入于所述子转子之间的间隙。通过上述技术方案，多层小绕组三维永磁电机可消除实际使用过程中电机转矩的波浪锯齿，提升电机转矩品质，达到重量轻、结构紧凑、散热性能好、转矩品质好和功重比更高的有益效果。
在本实施例中，所述子转子包括盘式结构的磁钢安装座6.1和固定在磁钢安装座6.1的磁钢片6.2，所述磁钢安装座6.1固定设置在转轴1上。磁钢安装座6.1与转轴1采用现有的固定连接方式，如键连接。
在本实施例中，磁钢片6.2沿磁钢安装座6.1径向多层排布,每一层磁钢片6.2为多个且沿磁钢安装座6.1的圆周方向环形阵列设置。
在本实施例中，各层磁钢片6.2的数量和位置相同且沿磁钢安装座6.1径向向外磁钢片6.2的面积逐渐增大，相邻磁钢片6.2正负交错排布。所述交错排列采用的是指相邻磁钢的南北极交错，保证轴向磁路连贯。上述技术方案可实现磁场分布更均匀，同时提高功率密度。
在本实施例中，磁钢安装座6.1上设置有磁钢片安装孔，所述磁钢片安装孔与一组磁钢片一一对应。所述一组磁钢片是指固定连接在磁钢片安装孔两侧的一对磁钢片6.2。
在本实施例中，定子5包括盘式结构的铁芯安装座5.1、固定在铁芯安装座的圆柱形铁芯5.2和绕制在铁芯上的绕组5.3，所述铁芯安装座5.1外侧与机壳4固定连接，铁芯安装座5.1圆心处设置有直径大于所述转轴1直径的圆形孔Ⅱ。在本实施例中，所述圆柱形铁芯5.2的圆柱形为实心。定子5采用轻质材料，用于减轻转子的重量，提高功重比。
在本实施例中，铁芯5.2沿铁芯安装座5.1径向多层排布，每一层铁芯5.2为多个且沿铁芯安装座5.1圆周方向环形阵列设置。
在本实施例中，铁芯5.2采用软磁复合材料经粉末冶金的方法加工而成。当然，软磁复合材料经粉末冶金的加工方法为现有方法，在此不再赘述。此技术方案的有益效果在于：使铁芯5.2具有很高的电阻率，可有效削弱铁芯的涡流损耗。
在本实施例中，各层铁芯5.2的数量相同且沿铁芯安装座5.1径向向外铁芯5.2的面积逐渐增大，相邻铁芯5.2位置交错排布。铁芯5.2的数量、面积和位置关系的排布可以达到磁场分布更加均匀，同时提高功率密度的有益效果。
在本实施例中，铁芯安装座上设置有铁芯安装孔，所述铁芯安装孔与铁芯一一对应。
在本实施例中，所述磁钢安装座和铁芯安装座均设置有散热通孔。磁钢安装座6.1上设置有散热通孔6.3，铁芯安装座5.1上设置有散热通孔5.4。散热通孔6.3形成直达定子5的绕组5.3导线的强制冷却气流通道，让与转轴1同轴固定的风扇7的流体可迅速带走绕组5.3上产生的热量和转子6机械运动产生的热量，降低电机内部工作温度，达到散热性能优良的有益效果。散热通孔5.4和散热通孔6.3的轴向与转轴1的轴向平行设置，形成气流通道，引导风扇7产生的气流快速带走转子6和定子5产生的热量，降低电机内部工作温度，达到散热性能优良的有益效果。
在本实施例中，转子6和定子5均采用轻质材料，用于减轻转子6和定子5的重量，提高功重比。
在本实施例中，还包括转轴1、轴承3、前端盖2、后端盖8、风扇7和机壳4；所述机壳4为圆筒形，前端盖2和后端盖8位于机壳4两端并通过螺丝固定在机壳上，前端盖2和后端盖8的圆心处均设置有圆形孔Ⅰ，前端盖2和后端盖8的圆形Ⅰ孔用于放置轴承3，转轴1非转矩输出端设置有轴向固定周向转动的离心风扇7，转轴1通过圆形孔Ⅰ横穿前端盖2、轴承3、离心风扇7和后端盖8。
在本实施例中，所述转轴1非转矩输出端为中空结构，用于减轻转轴1的重量。采用上述技术方案用于减轻转轴1的重量，在提高电机功重比的同时，可实现电机频繁启动和制动，提升电机快速反应性能。
在本实施例中，所述前端盖2设置有通风口2.1，通风口2.1，用于与外界进行热交换，提高电机散热功能，达到快速冷却的有益效果。
下面结合附图，对本发明的多层小绕组三维永磁电机的结构做进一步说明，如图1所示，多层小绕组三维永磁电机包括转轴1、前端盖2、轴承3、机壳4、定子5、转子6、风扇7和后端盖8，所述机壳4为圆筒形，前端盖2和后端盖8设置在机壳4的两端并与机壳4固定连接，前端盖2和后端盖8的圆心处设置有圆形孔Ⅰ，前端盖2和后端盖8的圆形Ⅰ孔用于放置轴承3，转轴4非转矩输出端设置有轴向固定周向转动的离心风扇7，转轴1通过圆形孔Ⅰ横穿前端盖2、轴承3、离心风扇7和后端盖8。转子6包含多个同轴设置的盘式结构的子转子，相邻两个子转子之间具有间隙；定子5为盘式结构且与转子6同轴设置，定子5嵌入于所述子转子之间的间隙。
所述磁钢、铁芯形状不限，可优选扇形，提高空间利用率。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种多层小绕组三维永磁电机，包括转子和定子，其特征在于：
所述转子包括多层同轴设置的盘式结构的子转子，相邻两个子转子之间具有间隙；
所述定子为盘式结构且与转子同轴设置，所述子定子嵌入于所述子转子之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的多层小绕组三维永磁电机，其特征在于：所述子转子包括盘式结构的磁钢安装座和固定在磁钢安装座的磁钢片，所述磁钢安装座固定设置在转轴上。
3.根据权利要求2所述的多层小绕组三维永磁电机，其特征在于：所述磁钢片沿磁钢安装座径向多层排布,每一层磁钢片为多个且沿磁钢安装座的圆周方向环形阵列设置。
4.根据权利要求3所述的多层小绕组三维永磁电机，其特征在于：各层磁钢片的数量和位置相同且沿磁钢安装座径向向外磁钢片的面积逐渐增大，相邻磁钢片正负交错排布。
5.根据权利要求2所述的多层小绕组三维永磁电机，其特征在于：磁钢安装座上设置有磁钢片安装孔，所述磁钢片安装孔与一组磁钢片一一对应。
6.根据权利要求1所述的多层小绕组三维永磁电机，其特征在于：所述定子包括盘式结构的铁芯安装座、固定在铁芯安装座的圆柱形铁芯和绕制在铁芯上的绕组，所述铁芯安装座外侧与机壳固定连接，铁芯安装座圆心处设置有直径大于所述转轴直径的圆形孔Ⅱ。
7.根据权利要求6所述的多层小绕组三维永磁电机，其特征在于：铁芯沿铁芯安装座径向多层排布，每一层铁芯为多个且沿铁芯安装座圆周方向环形阵列设置。
8.根据权利要求7所述的多层小绕组三维永磁电机，其特征在于：各层铁芯的数量相同且沿铁芯安装座径向向外铁芯的面积逐渐增大，与磁钢适形匹配。
9.根据权利要求6所述的多层小绕组三维永磁电机，其特征在于：铁芯安装座上设置有铁芯安装孔，所述铁芯安装孔与铁芯一一对应。
10.根据权利要求1-9任一所述的多层小绕组三维永磁电机，其特征在于：所述磁钢安装座和铁芯安装座均设置有散热通孔。
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