CN110350744A - 一种轴向磁通三相异步电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴向磁通三相异步电机，其采用双定子‑单转子的拓扑结构，定子结构位于转子结构两侧，转子在中间，所述定子绕组垂直于转轴产生轴向磁通；电机的机壳内部设置有冷却水道，所述冷却水道采用端盖径向螺旋水道和机壳轴向水道相结合的冷却方式，所述转轴采用中空轴减轻电机重量。本发明能够提高转子结构的散热能力，抑制温升对转子参数的影响，保证电机良好的控制性能；相比传统径向磁通异步电机，该电机结构紧凑，体积更小，具有更小的转矩脉动，电机用铜量更少，轴向尺寸短，为传动系统设计预留了更多的空间，可用于替代轴向空间受限的径向磁通异步电机。

Description

一种轴向磁通三相异步电机

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，特别是一种轴向磁通三相异步电机。

背景技术

传统的三相异步电机多为径向磁通电机，径向磁通异步电机转子散热困难，且转子参数受温升影响大，影响矢量控制的精度和速度，使得其固有的优点不能充分发挥，因此需要在传统径向磁通异步电机当中加入冷却装置，在采用常规径向磁通异步电机的情况下，增强电机的散热程度。

传统的三相异步电机存在的另一个不足点，即体积较大。现阶段新能源汽车市场竞争激烈，车载空间有限，径向磁通异步电机电机在轴向尺寸设计空间受限的情况下设计难度大，所以也限制了三相鼠笼式异步电机在新能源汽车行业的发展。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于传统三相鼠笼式异步电机中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明其中的一个目的是提供一种轴向磁通三相异步电机，其有效解决了传统三相鼠笼式异步电机散热性差、体积大的缺点，本电机在设计上可充分利用轴向和径向空间，设计余量更大，更适用于轴向空间受限的新能源汽车牵引场合。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种轴向磁通三相异步电机，其包括机壳，其内部具有容置空间；转轴，所述转轴的一端沿轴向插入所述容置空间内，另一端穿出所述机壳；转子，固定于所述转轴上，并能够与所述转轴一同进行旋转；以及，定子，所述容置空间内固定有一对定子，所述定子沿轴向对称设置于所述转子的两侧，并将所述转子夹在中间。

作为本发明所述轴向磁通三相异步电机的一种优选方案，其中：所述定子采用分数槽绕组，定子每极每相槽数为分数不可约的真分数。

作为本发明所述轴向磁通三相异步电机的一种优选方案，其中：所述转子的外侧面上具有转子槽，所述定子的内侧面上具有定子槽，所述定子槽和转子槽数采用远槽配合抑制电机的电磁振动和电磁噪声。

作为本发明所述轴向磁通三相异步电机的一种优选方案，其中：所述机壳包括筒壁以及分别盖合在所述筒壁两端的前端盖和后端盖，三者共同围合成内部的容置空间；所述前端盖可拆卸式安装在所述筒壁的前端，所述后端盖可拆卸式安装在所述筒壁的后端。

作为本发明所述轴向磁通三相异步电机的一种优选方案，其中：所述机壳的壳体内部还分布有冷却水道，所述冷却水道包括嵌在所述前端盖内的第一径向水道以及嵌在所述筒壁内并与所述第一径向水道的两端形成连通的一对第一轴向水道；所述筒壁的外侧壁上固定有分别对应于两个所述第一轴向水道的第一水嘴和第二水嘴。

作为本发明所述轴向磁通三相异步电机的一种优选方案，其中：所述冷却水道包括嵌在所述后端盖内的第二径向水道以及嵌在所述筒壁内并与所述第二径向水道的两端形成连通的一对第二轴向水道；所述筒壁的外侧壁上固定有分别对应于两个所述第二径向水道的第三水嘴和第四水嘴。

作为本发明所述轴向磁通三相异步电机的一种优选方案，其中：所述后端盖的内侧面上具有连接端，所述连接端的内部具有输液通道，所述输液通道的外端连接有第五水嘴；所述连接端上还具有与所述输液通道连通的轴向插口，所述后端盖的外侧面上固定有与所述轴向插口正对的第六水嘴；所述转轴的内部具有空心腔室，且内端开口，所述转轴的内端插入所述轴向插口内，并与所述第六水嘴正对，所述转轴内的空心腔室与所述输液通道连通。

作为本发明所述轴向磁通三相异步电机的一种优选方案，其中：还包括冷却管，其内部具有两端通透的管体通道；所述冷却管的一端与所述第六水嘴的内端进行连接，另一端插入所述转轴内的空心腔室中，使得所述管体通道与所述第六水嘴以及所述转轴内的空心腔室均连通。

作为本发明所述轴向磁通三相异步电机的一种优选方案，其中：所述冷却管的管壁上分布有穿孔。

作为本发明所述轴向磁通三相异步电机的一种优选方案，其中：所述转轴的两端均通过轴承分别与所述前端盖以及后端盖进行连接，所述转轴内端的外侧壁与所述轴向插口之间设置有密封圈。

与现有的三相鼠笼式异步电动机结构相比，本结构的有益效果在于：

1、本电机具有轴向尺寸紧凑，转矩密度和功率高，散热好等特点，适用于轴向空间受限的车型。

2、电机采用端盖径向螺旋水道和机壳轴向水道相结合的水冷结构，保证电机定子结构和轴承的充分冷却。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为轴向磁通三相异步电机的内部结构图。

图2为一对定子的结构图。

图3为转子的正视图。

图4为轴向磁通三相异步电机的外部结构图。

图5为轴向磁通三相异步电机的剖面图及其布局结构详图。

图6为前端盖的纵向剖面图及其横向剖面图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

参照图1～6，为本发明的一个实施例，该实施例提供了一种轴向磁通三相异步电机，该电机为夹心定子结构，即：该电机采用双定子-单转子的拓扑结构，两侧为定子，中间为转子，两个定子和一个转子沿电机的轴向排列。

具体的，所述轴向磁通三相异步电机包括外部的机壳100、位于机壳100内的转子300和定子400，以及插入机壳100并能够发生转动的转轴200。

其中，机壳100为电机的外壳，其内部具有容置空间M。

转轴200的内端沿轴向插入容置空间M内，并与机壳100尾部的内侧壁连接；转轴200的外端穿出机壳100，伸至容置空间M的外部，作为动力输出端。较佳的，转轴200的内端通过轴承700与机壳100的尾部连接，转轴200的外侧壁上还通过另一个轴承700与机壳100的头部连接，因此转轴200能够进行转动。需要注意的是：“头部”为对应于电机动力输出端的一端，“尾部”为与之相对的另一端。

转子300固定于转轴200上，并能够带动转轴200一同进行旋转。

定子400具有一对，均固定于容置空间M内。定子400沿轴向对称设置于转子300的两侧，并将转子300夹在中间。

因此，与传统径向磁通异步电机相比，本发明设计的轴向夹心定子结构，其结构紧凑，体积更小，具有更小的转矩脉动，电机轴向尺寸短，为传动系统设计预留了更多的空间，可用于替代轴向空间受限的径向磁通异步电机。

进一步的，转子300的外侧面上具有转子槽(优选36槽)，铸铜导条沿径向均布，转子300径向最外和最内侧为铜制端环。定子400与转子300正对的内侧面上具有定子槽(优选27槽)。

进一步的，定子400采用分数槽绕组(定子400每极每相槽数为分数不可约的真分数)，定子400绕组能够垂直于转轴200产生轴向磁通。较佳的，电机采用多极数(12极)提高低速输出转矩能力，定、转子槽数采用远槽配合抑制电机的电磁振动和电磁噪声(定子槽数和转子槽数相差较远的配合为远配合，本发明定子槽数为27和转子槽数36，该配合对抑制振动噪声较好)。

进一步的，机壳100包括筒壁101以及分别盖合在筒壁101两端的前端盖102和后端盖103，三者共同围合成内部的容置空间M。前端盖102可拆卸式安装在筒壁101的前端，后端盖103可拆卸式安装在筒壁101的后端，可拆卸连接方式可以采用螺栓连接等。转轴200的两端均通过轴承700分别与前端盖102以及后端盖103进行连接。

利用本发明所述电机的轴向尺寸相对较小、径向尺寸相对较大的特点，机壳100的壳体内部还分布有冷却水道500。具体的，冷却水道500包括嵌在前端盖102内的第一径向水道501以及嵌在筒壁101内并与第一径向水道501的两端形成连通的一对第一轴向水道502。由于电机径向尺寸相对较大，因此嵌在前端盖102内的第一径向水道501能够获得较大的分布区域，便于充分吸热。较佳的，第一径向水道501为弯曲迂回的水道，且水道两端伸至边缘区域；第一轴向水道502为垂直于前端盖102的轴向直线水道，其与第一径向水道501对应的外伸端连通。此外，筒壁101的外侧壁上固定有分别对应于两个第一轴向水道502的第一水嘴503和第二水嘴504，第一水嘴503和第二水嘴504均能够通过对应的第一轴向水道502与第一径向水道501形成连通。

同时，冷却水道500还包括嵌在后端盖103内的第二径向水道505以及嵌在筒壁101内并与第二径向水道505的两端形成连通的一对第二轴向水道506。由于电机径向尺寸相对较大，因此嵌在后端盖103内的第二径向水道505也能够获得较大的分布区域，便于充分吸热。较佳的，第二径向水道505为弯曲迂回的水道，且水道两端伸至边缘区域；第二轴向水道506为垂直于后端盖103的轴向直线水道，其与第二径向水道505对应的外伸端连通。此外，筒壁101的外侧壁上固定有分别对应于两个第二径向水道505的第三水嘴507和第四水嘴508，第三水嘴507和第四水嘴508均能够通过对应的第二轴向水道506与第二径向水道505形成连通。

在实际使用中，对于第一水嘴503、第二水嘴504、第三水嘴507和第四水嘴508这四个水嘴，用户可以根据实际需求任意选择一个水嘴作为进水口，再任意选择一个水嘴作为出水口，以形成不同的冷却流通路径进行冷却降温。

实施方式一：在第一水嘴503和第二水嘴504中选择一个水嘴作为进水口，再在第三水嘴507和第四水嘴508中选择一个水嘴作为出水口，而剩余的两个水嘴则通过水管连接连通。此时，若从进水口注入冷水，则冷水能够经过“进水口→轴向水道→径向水道→轴向水道→水嘴→另一端水嘴→另一端轴向水道→另一端径向水道→另一端轴向水道→出水口”的冷却流通路，对机壳100表面进行全面冷却降温，此外，冷却水道500在保证电机定子400结构的同时，也能够对两端的轴承700进行充分冷却。相比径向磁通异步电动机，具有更好的散热性能，保证电机的较低温升。

例如，若本发明选择第一水嘴503为进水口、第三水嘴507为出水口，则将第二水嘴504和第四水嘴508通过水管连接。冷却流通路为“第一水嘴503→第一轴向水道502→第一径向水道501→另一个第一轴向水道502→第二水嘴504→第四水嘴508→第二轴向水道506→第二径向水道505→另一个第二轴向水道506→第三水嘴507”。

实施方式二：第一水嘴503和第二水嘴504中的一个作为进水口，另一个作为出水口(或者第三水嘴507和第四水嘴508中的一个作为进水口，另一个作为出水口)。此时的冷却流通路径为“进水口→轴向水道→径向水道→轴向水道→出水口”，其仅能够对电机的其中一端进行冷却降温，若需要两端的全面降温，则需要两端同时选择进水口和出水口。

例如：若选择第一水嘴503为进水口、第二水嘴504为出水口，则该端的冷却流通路为“第一水嘴503→第一轴向水道502→第一径向水道501→另一个第一轴向水道502→第二水嘴504”；若选择第三水嘴507为进水口、第四水嘴508为出水口，则该端的冷却流通路为“第三水嘴507→第二轴向水道506→第二径向水道505→另一个第二轴向水道506→第四水嘴508”

进一步的，为降低转轴200及电机整体的质量、减小电机的转动惯量，并便于对转轴200的降温，本发明设定：转轴200的内部为中空结构，具有空心腔室，且内端开口、外端封堵。较佳的，转轴200采用中空的阶梯轴，转子300固定位置处较粗，能够保证更好的结构刚度和强度。

后端盖103的内侧面上具有连接端103a，连接端103a的内部具有弯折的输液通道103a-1，输液通道103a-1的外端连接有外凸的第五水嘴103b。此外，连接端103a上还具有与输液通道103a-1连通的轴向插口103a-2，后端盖103的外侧面上固定有与轴向插口103a-2正对的第六水嘴103c。转轴200的内端插入轴向插口103a-2内，并与第六水嘴103c正对，因此，转轴200内的空心腔室能够与输液通道103a-1连通。

基于此，若向第六水嘴103c注入冷水时，冷水能够进入转轴200的空心腔室内，还能够进入输液通道103a-1，最终通过第五水嘴103b排出。

进一步的，所述轴向磁通三相异步电机还包括冷却管600，其内部具有两端通透的管体通道601。冷却管600为轴向设置的空心直管状结构，其一端与第六水嘴103c的内端进行连接，另一端插入转轴200内的空心腔室中，使得管体通道601与第六水嘴103c以及转轴200内的空心腔室均连通。需要注意的是：冷却管600的外端与第六水嘴103c的内端通过螺纹进行可拆卸连接，或者直接一体成型；冷却管600的内端与转轴200内的空心腔室的底部存在间隔；冷却管600与转轴200同轴心设置，且互不接触，两者之间形成夹层空间K。

基于此，若向第六水嘴103c注入冷水时，冷水能够首先进入冷却管600的管体通道601内向内流动，然后从冷却管600内端与转轴200的间隔中进入夹层空间K内进行反向流动，带走转轴200的热量；接着夹带热量的水流能够从夹层空间K的外端流进输液通道103a-1内，最终通过第五水嘴103b排出。冷却管600的设置有利于促进冷水的流动，形成弯曲的流通路径，更利于带走转轴200的热量，为其降温。由于冷却管600与转轴200同轴心设置，且互不接触，因此冷却管600不影响转轴200的正常旋转工作。

进一步的，冷却管600的管壁上分布有多个穿孔602。穿孔602能够将管体通道601直接与夹层空间K进行多点联系。因此，进入管体通道601内的冷水能够一部分从冷却管600内端与转轴200的间隔中进入夹层空间K，另一部分直接从各个穿孔602进入夹层空间K。

为防止输液通道103a-1内的液体渗入到电机内部，影响正常工作，本发明设定：转轴200内端的外侧壁与轴向插口103a-2之间设置有至少一层密封圈800。密封圈800使得转轴200内端与轴向插口103a-2之间紧密接触，具有防水密封的作用。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，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精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种轴向磁通三相异步电机，其特征在于：包括，

机壳(100)，其内部具有容置空间(M)；

转轴(200)，所述转轴(200)的一端沿轴向插入所述容置空间(M)内，另一端穿出所述机壳(100)；

转子(300)，固定于所述转轴(200)上，并能够与所述转轴(200)一同进行旋转；以及，

定子(400)，所述容置空间(M)内固定有一对定子(400)，所述定子(400)沿轴向对称设置于所述转子(300)的两侧，并将所述转子(300)夹在中间。

2.如权利要求1所述的轴向磁通三相异步电机，其特征在于：所述定子(400)采用分数槽绕组，定子(400)每极每相槽数为分数不可约的真分数。

3.如权利要求2所述的轴向磁通三相异步电机，其特征在于：所述转子(300)的外侧面上具有转子槽，所述定子(400)的内侧面上具有定子槽，所述定子槽和转子槽数采用远槽配合抑制电机的电磁振动和电磁噪声。

4.如权利要求1～3任一所述的轴向磁通三相异步电机，其特征在于：所述机壳(100)包括筒壁(101)以及分别盖合在所述筒壁(101)两端的前端盖(102)和后端盖(103)，三者共同围合成内部的容置空间(M)；

所述前端盖(102)可拆卸式安装在所述筒壁(101)的前端，所述后端盖(103)可拆卸式安装在所述筒壁(101)的后端。

5.如权利要求4所述的轴向磁通三相异步电机，其特征在于：所述机壳(100)的壳体内部还分布有冷却水道(500)，所述冷却水道(500)包括嵌在所述前端盖(102)内的第一径向水道(501)以及嵌在所述筒壁(101)内并与所述第一径向水道(501)的两端形成连通的一对第一轴向水道(502)；

所述筒壁(101)的外侧壁上固定有分别对应于两个所述第一轴向水道(502)的第一水嘴(503)和第二水嘴(504)。

6.如权利要求5所述的轴向磁通三相异步电机，其特征在于：所述冷却水道(500)包括嵌在所述后端盖(103)内的第二径向水道(505)以及嵌在所述筒壁(101)内并与所述第二径向水道(505)的两端形成连通的一对第二轴向水道(506)；

所述筒壁(101)的外侧壁上固定有分别对应于两个所述第二径向水道(505)的第三水嘴(507)和第四水嘴(508)。

7.如权利要求5或6所述的轴向磁通三相异步电机，其特征在于：所述后端盖(103)的内侧面上具有连接端(103a)，所述连接端(103a)的内部具有输液通道(103a-1)，所述输液通道(103a-1)的外端连接有第五水嘴(103b)；

所述连接端(103a)上还具有与所述输液通道(103a-1)连通的轴向插口(103a-2)，所述后端盖(103)的外侧面上固定有与所述轴向插口(103a-2)正对的第六水嘴(103c)；

所述转轴(200)的内部具有空心腔室，且内端开口，所述转轴(200)的内端插入所述轴向插口(103a-2)内，并与所述第六水嘴(103c)正对，所述转轴(200)内的空心腔室与所述输液通道(103a-1)连通。

8.如权利要求7所述的轴向磁通三相异步电机，其特征在于：还包括冷却管(600)，其内部具有两端通透的管体通道(601)；

所述冷却管(600)的一端与所述第六水嘴(103c)的内端进行连接，另一端插入所述转轴(200)内的空心腔室中，使得所述管体通道(601)与所述第六水嘴(103c)以及所述转轴(200)内的空心腔室均连通。

9.如权利要求8所述的轴向磁通三相异步电机，其特征在于：所述冷却管(600)的管壁上分布有穿孔(602)。

10.如权利要求8或9所述的轴向磁通三相异步电机，其特征在于：所述转轴(200)的两端均通过轴承(700)分别与所述前端盖(102)以及后端盖(103)进行连接，所述转轴(200)内端的外侧壁与所述轴向插口(103a-2)之间设置有密封圈(800)。