CN111682679B - 一种双转子单定子盘式电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双转子单定子盘式电机，属于电机技术领域，包括机壳、前端盖和后端盖，以及位于机壳、前端盖和后端盖内的绕组和定子铁心，所述机壳内侧与定子铁心对应位置设置有机壳凸台，所述机壳凸台与机壳为一体式结构，定子铁心的两侧安装有定位压板，所述机壳凸台与前端盖和后端盖之间设置有冷却通道。本发明具有能解决定子固定和电机的冷却问题的优点。

Description

一种双转子单定子盘式电机

技术领域

本发明涉及一种双转子单定子盘式电机，属于电机技术领域，尤其适用于双转子单定子非晶合金开槽盘式电机。

背景技术

1831年法拉第发明的第一台电机其结构就是盘式电机，但是，此类电机定转子制造及安装工艺复杂，定转子间轴向磁拉力较大，使得轴承轴向负荷较大，机械损耗增加，效率较低。因此，当1837年传统径向磁通（圆柱式）电机问世后，盘式电机便受到冷落。一百多年来，传统的径向磁通电机一直处于主导地位。

随着现代工业的发展，出现了对电机小型化和扁平化的需求，结构扁平的盘式电机又重新得到重视，对这种电机的研究越来越多。盘式电机与传统径向磁通电机相比具有轴向尺寸短和功率密度高等特点，通常应用在轴向空间受限的特殊应用场合。

盘式电机按照定转子的个数及相对位置可分为四类：单定子单转子结构，双定子单转子结构，双转子单定子结构和多盘结构。其中，双转子单定子结构根据定子是否开槽可分为双转子单定子开槽盘式电机和双转子单定子无槽盘式电机两种。双转子单定子开槽盘式电机的线圈放置在定子槽内，一方面对绕组起到保护作用，防止电机安装时转子盘碰到电机线圈，造成线圈绝缘损坏；另一方面，与无槽盘式电机相比，电机的气隙长度较小，气隙磁密较大，有利于电机功率密度的提高。

非晶合金具有损耗小等优点，用在电机上能显著提高电机效率。但是，非晶合金具有薄脆硬的特点，其固定不易采用常规的焊接方式。在盘式电机冷却方面，目前常用的方式有两种：一是采用在前后端盖加装冷却水套利用循环水对电机进行冷却；另一种是在端盖和机壳上加装散热鳍片，借助散热风扇进行强迫风冷。但以上方式都会增加盘式电机的轴向或径向长度，不利于电机功率密度的提高。

中国专利CN105141053A公开了双转子单定子轴向磁场永磁无槽电机定子与外壳安装结构，采用定位环和支撑架等部件将双转子单定子无槽盘式电机定子固定在机壳上，并且在支撑架上开设两个小凹槽以削弱涡流损耗。但此方法存在定子铁心径向中心位置难以定位的问题，同时该方法在固定定子时需要绕组提供定子周向定位转矩，真正实施过程中容易使绕组绝缘损坏。

中国专利CN104065211A公开了一种有铁心自循环蒸发冷却盘式电机，采用将定子和绕组封闭在密封盘中的冷却方式对定子和绕组进行冷却，利用定子空腔内的冷却介质汽化，蒸汽进入冷凝器后变成液体实现热量的传递，从而给电机降温。该方式存在电机气隙长度较大、加工精度要求较高和外置冷凝器散热面积有限的缺点，实现起来较困难。

中国专利CN107579620A公开了一种盘式电机双端盖冷却结构及盘式电机，在盘式电机两侧端盖设置冷却通道的冷却系统，通过冷却通道中的冷却介质实现电机的冷却。此种方式具有结构紧凑、工艺简单和安装方面等优点，但是为了在盘式电机端盖上设置冷却通道，同时又要保证电机端盖的机械强度，不可避免的要增加电机端盖的厚度。

综上，现有的盘式电机在固定和冷却方式主要存在以下不足：1、固定方式难以保证定子径向位置精度，且容易使绕组绝缘损坏；2、冷却系统结构复杂，要求加工工艺较高，实现起来较为困难；3、冷却系统的加装会导致盘式电机轴向尺寸增加，不利于电机功率密度的提高。

发明内容

为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种双转子单定子盘式电机，能解决定子固定和电机的冷却问题。

本发明的技术方案如下：一种双转子单定子盘式电机，包括机壳、前端盖和后端盖，以及位于机壳、前端盖和后端盖内的绕组和定子铁心，所述机壳内侧与定子铁心对应位置设置有机壳凸台，所述机壳凸台与机壳为一体式结构，定子铁心的两侧安装有定位压板，所述机壳凸台与前端盖和后端盖之间设置有冷却通道。

本发明的技术方案还包括：所述定位压板包括定位压板轭和定位压板齿，所述定位压板齿与定子铁心上的定子槽匹配，定位压板轭上沿周向间隔设置有第一沉头孔，机壳凸台的侧面与第一沉头孔对应位置设置有相配合的第二沉头孔，第二沉头孔和第一沉头孔通过螺钉固定。

本发明的技术方案还包括：所述定位压板齿与定子槽之间设置有绝缘层。

本发明的技术方案还包括：所述机壳凸台位于机壳轴向中线位置，机壳凸台的内径等于定子铁心的外径，定位压板的外径等于机壳的内径。

本发明的技术方案还包括：所述定位压板由不导磁金属制成，机壳凸台通过铣削加工形成。

本发明的技术方案还包括：所述冷却通道与位于机壳外部的冷却通道入口和冷却通道出口连通。

本发明的技术方案还包括：所述冷却通道设置在贴近机壳凸台的位置。

本发明的技术方案还包括：所述冷却通道由扁铜管制成，所述扁铜管通过粘胶固定在机壳凸台两侧。

本发明的技术方案还包括：所述扁铜管与机壳凸台之间设置有导热层。

本发明的有益效果是：利用机壳凸台和定位压板固定定子，结构简单且容易加工，解决双转子单定子非晶合金永磁开槽盘式电机定子和机壳机械安装困难的问题；此外，采用和机壳一体化的机壳凸台，以及定位压板的固定措施，能有效防止定子出现轴向移动；再有，冷却通道采用内置方式，与端盖冷却或机壳外冷却方式相比，散热能力更强。且将冷却通道安装在机壳凸台与端盖之间，充分利用了盘式电机内部空间，有利于电机功率密度的提高。以及冷却通道的安装位置决定了与定子、转子、绕组之间的距离较短，大大减小了热阻，提高了电机整体散热能力。

附图说明

图1是本发明的示意图。

图2是定位压板的示意图。

图3是冷却水道的安装示意图。

11、绕组，12、定子铁心，13、定子槽，21、机壳凸台，22、机壳，3、冷却通道，31、冷却通道入口，32、冷却通道出口，41、前端盖，42、后端盖，51、定位压板轭，52、定位压板齿，53、第一沉头孔。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，本发明的双转子单定子盘式电机，一方面考虑到非晶合金定子薄脆硬的特点，解决了其固定问题；另一方面提出了在不导致盘式电机轴向尺寸增加、影响电机功率密度前提下的冷却系统。

本实施例具体以双转子单定子开槽盘式电机进行说明，但并非限制于此，其他盘式电机也可采用本发明的冷却方式和定子固定方式。

盘式电机包括机壳22、前端盖41和后端盖42，在机壳22、前端盖41和后端盖42形成的空腔内安装有绕组11和定子铁心12，定子铁心12上开设有定子槽13。具体地，定子铁心12采用非晶合金制成，考虑到非晶合金的薄脆硬的特点，定子铁心12的固定采用以下方式完成。

在机壳22的内侧与定子铁心12的对应位置设置有机壳凸台21，具体地，该机壳凸台21与机壳22是一体式结构，使得机壳凸台21能具有良好的机械强度。作为示例，机壳凸台21可以采用铣削工艺加工而成，形成在位于机壳22轴向中线位置，且使机壳凸台21的内径尺寸等于定子铁心12的外径尺寸。

在定子铁心12的两侧还安装有定位压板，具体地，定位压板采用不导磁金属制成，如不锈钢、高强度铝合金等，以减小增加定位压板后的涡流损耗。如图2所示，定位压板包括定位压板轭51和定位压板齿52。其中，在定位压板轭51上沿周向间隔加工有第一沉头孔53，相配合地，在机壳凸台21的侧面对应位置加工有第二沉头孔，第二沉头孔和第一沉头孔53通过沉头螺钉固定，由此实现定位压板与机壳凸台21的固定。

定位压板齿52设计成与定子铁心12的定子槽13相配合，具体是定位压板齿52的个数以及尺寸均按照定子槽13来加工。为了避免定位压板齿52导电可能造成的非晶合金卷绕铁心层间短路、增加定子铁耗的问题，在定位压板齿52和定子槽13接触的位置设置有绝缘层，具体可填充绝缘硅脂，且同时还能起到增加定子向定位压板的传热能力，有利于定子散热。

固定安装时，先将非晶合金定子铁心12和机壳凸台21轴向对齐，然后将定位压板齿52放到定子槽13底部，最后使用沉头螺钉将定位压板和机壳凸台21进行固定。之后再将成型绕组11安装在定子铁心12上，形成完整的定子组合，由此完成了双转子单定子盘式电机定子的安装与固定。本发明中定位压板放置在定子铁心12两侧，可防止定子出现轴向移动；以及，定位压板同时又放置在定子槽13内，同时也防止定子出现周向移动。

为了在完成盘式电机冷却的同时，不增加盘式电机的轴向长度，本发明利用了盘式电机的内部空间。具体地，在机壳凸台21与前端盖41和后端盖42之间设置有冷却通道3。该冷却通道3与位于机壳22外部的冷却通道入口31和冷却通道出口32连通。当需要对电机进行冷却时，冷却介质由冷却通道入口31进入冷却通道3内，在冷却通道3内环绕一周对电机冷却后再从冷却通道出口32排出。

为了提高冷却效果，将冷却通道3设置在贴近机壳凸台21的位置。具体地，冷却通道3由扁铜管制成，将扁铜管通过粘胶固定在机壳凸台21两侧，由此形成两套冷却通道，利用两冷却通道同时对定子两侧的转子冷却，能明显提高冷却系统的散热能力。

本实施例中，为提高散热效果，在扁铜管与机壳凸台21之间设置有导热层。具体地，在扁铜管与机壳凸台21、前端盖41和后端盖42接触部分均涂有导热硅脂。

本发明提供的冷却系统包括冷却通道入口31、冷却通道出口32和冷却通道3，且在定子两侧均设有冷却通道3。通过冷却通道入口31将冷却介质注入，经过紧贴机壳22和机壳凸台21的冷却通道3完成与电机进行热量传递后，从冷却通道出口32将热量带出，实现电机的冷却，且结构紧凑，工艺简单，冷却效果好，适合批量生产。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡在本发明的精神和原则之内所做任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双转子单定子盘式电机，包括机壳（22）、前端盖（41）和后端盖（42），以及位于机壳（22）、前端盖（41）和后端盖（42）内的绕组（11）和定子铁心（12），其特征在于：所述机壳（22）内侧与定子铁心（12）对应位置设置有机壳凸台（21），所述机壳凸台（21）与机壳（22）为一体式结构，定子铁心（12）的两侧安装有定位压板，所述机壳凸台（21）与前端盖（41）和后端盖（42）之间设置有冷却通道（3）；所述冷却通道（3）设置在贴近机壳凸台（21）的位置；

所述定位压板包括定位压板轭（51）和定位压板齿（52），所述定位压板齿（52）与定子铁心（12）上的定子槽（13）匹配，定位压板轭（51）上沿周向间隔设置有第一沉头孔（53），机壳凸台（21）的侧面与第一沉头孔（53）对应位置设置有相配合的第二沉头孔，第二沉头孔和第一沉头孔（53）通过螺钉固定；

所述冷却通道（3）由扁铜管制成，所述扁铜管通过粘胶固定在机壳凸台（21）两侧；

所述扁铜管与机壳凸台（21）之间设置有导热层。

2.如权利要求1所述的一种双转子单定子盘式电机，其特征在于：所述定位压板齿（52）与定子槽（13）之间设置有绝缘层。

3.如权利要求1所述的一种双转子单定子盘式电机，其特征在于：所述机壳凸台（21）位于机壳（22）轴向中线位置，机壳凸台（21）的内径等于定子铁心（12）的外径，定位压板的外径等于机壳（22）的内径。

4.如权利要求1所述的一种双转子单定子盘式电机，其特征在于：所述定位压板由不导磁金属制成，机壳凸台（21）通过铣削加工形成。

5.如权利要求1至4任一所述的一种双转子单定子盘式电机，其特征在于：所述冷却通道（3）与位于机壳（22）外部的冷却通道入口（31）和冷却通道出口（32）连通。

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