CN111969792A - 永磁无铁芯低扭矩微阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机技术领域，具体为永磁无铁芯低扭矩微阻电机，包括定子安装壳、转轴、转子、换液盘和轴承，所述定子安装壳的第一端可拆卸的连接有端盖，所述定子安装壳的第二端可拆卸连接有换液盘，所述转轴转动连接在所述端盖的中间位置处，所述定子安装壳的内壁安装有定子；本发明在转子和定子中设置了冷却腔，并利用换液盘和储液盒实现转子和定子冷却液的交换，转子中冷却腔内的冷却液受热后会流入到定子冷却腔中，被外部空气所冷却，然后再回流到转子中冷却腔内形成循环，可以有效的对转子进行降温，避免高温消磁，且摒弃风冷可以使转子和定子之间的间隙减小，达到更大的磁作用力，提高电机效率。

Description

永磁无铁芯低扭矩微阻电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体为永磁无铁芯低扭矩微阻电机。

背景技术

高速永磁电机由于转速较高，体积小且功率密度大，应用极其广泛。但由于定子铁芯齿槽结构造成的气隙不均匀和定子电流电枢反应磁场的谐波分量，将在永磁转子、转子护套和转子轭中产生较大附加损耗，特别在永磁体表面产生较多的热量，目前采用较多的单相轴向风冷和定子液冷结构，虽能够有效减少定子绕组产生的温升，但对转子的降温效果非常有限，尤其是永磁体温度较高处，且由于转子在运行过程中处于高速旋转状态，采用转子液冷会存在旋转密封不够的问题，可靠性较低；采用单相轴向风冷，冷却风需经过较长路径达到永磁体温度较高部位，无法对永磁体温度较高部位进行针对性冷却，而且单相风冷冷却气体循环性差，对永磁体轴伸端和非轴伸端散热效果不一致，对转子散热十分有限。而高温易造成永磁体不可逆退磁，严重威胁电机运行的安全性与可靠性，转子温升又是限制高速永磁电机容量的关键要素，因此，良好的散热结构对高速永磁电机的稳定运行至关重要。

申请号为CN202010064592.9的发明公开了一种周径向脉振助磁配合多路风冷的高速永磁电机，解决了定子液冷和单轴向风冷对永磁体温度较高较易退磁处和定子绕组冷却效果差的问题，通过采用定子铁芯周向分段，形成径向进、出风通道，冷却气体可通过较短路径直接到达温度较高较易退磁的永磁体表面、轴向中部部位和定子绕组散热较难部位，冷却气体流通性好，对永磁体温度较高较易退磁处降温效果明显，但是其利用镜像的冷却气道，会造成轴向尺寸增加，且也容易带来积尘问题，也容易造成磁阻，降低电机性能。

发明内容

本发明的目的在于提供永磁无铁芯低扭矩微阻电机，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：永磁无铁芯低扭矩微阻电机，包括定子安装壳、转轴、转子、换液盘和轴承，所述定子安装壳的第一端可拆卸的连接有端盖，所述定子安装壳的第二端可拆卸连接有换液盘，所述转轴转动连接在所述端盖的中间位置处，所述定子安装壳的内壁安装有定子，所述转子安装在所述转轴的外壁，所述转子远离所述端盖的一端设有储液盒，所述储液盒与所述换液盘之间通过所述轴承转动连接，所述定子安装壳中设有定子冷却腔，所述转子中设有散热腔，所述定子冷却腔和所述散热腔通过所述储液盒和换液盘连通。

进一步的，所述散热腔沿所述转子的径向呈中心对称分布，所述散热腔包括进液通道和回液通道，所述进液通道与所述转轴的轴线平行，所述进液通道自所述储液盒处延伸至所述转子的端部，所述回液通道与所述进液通道位于同一径向平面内，所述进液通道和所述回液通道之间设有至少一个沿径向分布的连接通道。

进一步的，所述进液通道位于所述转子的内部贴近所述转轴的一侧，所述回液通道位于所述转子的内部贴近所述转子外表面的一侧，所述回液通道具有沿周向向两侧延伸的扩张部，所述定子与所述转子之间设有转子间隙。

进一步的，所述储液盒的内部设有储液腔，所述储液盒沿径向方向的外沿设有若干个换液管，其中一半数量的所述换液管与所述储液腔连通，所述回液通道通过回液管与剩余的所述换液管连通，与所述储液腔连通的所述换液管和与所述回液管连通的所述换液管交错分布。

进一步的，所述回液管自所述回液通道的一端延伸至所述换液管的内侧，所述回液管靠近所述回液通道的一端与所述转轴之间的间距小于所述回液管靠近所述换液管一端与所述转轴之间的间距。

进一步的，所述定子冷却腔包括进液腔和回液腔，一个所述进液腔和回液腔为一组，一组中的所述进液腔和回液腔远离所述换液盘的一端相互连通，所述换液盘上设有与所述进液腔连接的回液口、与所述回液腔连接的排液口、与所述换液管连接的内层进液口和内层排液口，所述排液口与所述内层进液口连通，所述回液口与所述内层排液口连通。

进一步的，所述轴承包括轴承外圈、滚子、轴承内圈、橡胶圈和支撑架，所述储液盒通过所述支撑架与所述轴承内圈连接，所述换液盘通过所述支撑架与所述轴承外圈连接，所述轴承外圈与所述换液盘之间、所述轴承内圈与所述储液盒之间均设有与所述橡胶圈，所述轴承外圈与所述轴承内圈之间通过所述滚子连接，所述滚子的两侧设有第一密封挡板和第二密封挡板。

进一步的，所述第一密封挡板包括膨胀部、两个弹性板和两个金属环，所述金属环固定在所述弹性板的外沿，所述膨胀部位于两个所述弹性板的内侧，所述轴承外圈和轴承内圈上均开设有内嵌槽，所述金属环抵触在所述内嵌槽的内壁面。

进一步的，所述第二密封挡板包括连接环、接触环和挡板，所述挡板的外沿与所述连接环固定连接，所述挡板的内侧沿固定有所述挡板，所述轴承内圈上开设有带有弧面的弧面槽，所述接触环抵触在所述弧面槽的壁面。

进一步的，位于所述储液盒上的所述支撑架的内侧设有叶片，所述叶片的高度大于所述第一密封挡板和第二密封挡板的高度，所述转轴靠近所述换液盘的一端上固定有风扇。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

本发明在转子和定子中设置了冷却腔，并利用换液盘和储液盒实现转子和定子冷却液的交换，转子中冷却腔内的冷却液受热后会流入到定子冷却腔中，被外部空气所冷却，然后再回流到转子中冷却腔内形成循环，可以有效的对转子进行降温，避免高温消磁，且摒弃风冷可以使转子和定子之间的间隙减小，达到更大的磁作用力，提高电机效率。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是图1中A-A的剖面结构示意图；

图3是图1中B-B的剖面结构示意图；

图4是图1中C处的结构示意图；

图5是图4中D处的结构示意图；

图6是图5另一种状态的结构示意图；

图中：1、定子安装壳；101、定子冷却腔；102、进液腔；103、回液腔；11、端盖；12、定子；121、转子间隙；2、转轴；21、风扇；3、转子；301、散热腔；302、进液通道；303、回液通道；31、储液盒；311、储液腔；312、换液管；32、回液管；4、换液盘；401、排液口；402、回液口；403、内层进液口；404、内层排液口；5、轴承；501、内嵌槽；502、弧面槽；51、轴承外圈；52、滚子；53、轴承内圈；54、橡胶圈；55、支撑架；551、叶片；6、第一密封挡板；61、膨胀部；62、弹性板；63、金属环；7、第二密封挡板；71、连接环；72、接触环；73、挡板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供技术方案：永磁无铁芯低扭矩微阻电机，包括定子安装壳1、转轴2、转子3、换液盘4和轴承5，定子安装壳1的第一端可拆卸的连接有端盖11，定子安装壳1的第二端可拆卸连接有换液盘4，转轴2转动连接在端盖11的中间位置处，定子安装壳1的内壁安装有定子12，转子3安装在转轴2的外壁，转子3远离端盖11的一端设有储液盒31，储液盒31与换液盘4之间通过轴承5转动连接，定子安装壳1中设有定子冷却腔101，转子3中设有散热腔301，定子冷却腔101和散热腔301通过储液盒31和换液盘4连通。

定子安装壳1一端的端盖11与现有技术中的结构相同，和转轴2之间采用常规的轴承连接，定子安装壳1的另一端连接换液盘4，定子安装壳1和换液盘4之间可拆卸连接，换液盘4和转子3后端的储液盒31通过轴承5转动连接，后端的轴承5尺寸大，因而转动精度高，可以避免转子3的不平衡震动，这样可以减小因震动而带来的消磁，定子冷却腔101和散热腔301以及储液盒31中储存着冷却液，当转子3转动时，由于转子3中产生的热量多，使得散热腔301中的冷却液和定子冷却腔101中的冷却液发生交换，进行换热，并通过定子冷却腔101外的外壳进行整体散热，达到降温的目的，使转子3中的热量降低。

具体的，散热腔301沿转子3的径向呈中心对称分布，散热腔301包括进液通道302和回液通道303，进液通道302与转轴2的轴线平行，进液通道302自储液盒31处延伸至转子3的端部，回液通道303与进液通道302位于同一径向平面内，进液通道302和回液通道303之间设有至少一个沿径向分布的连接通道。

通过与转轴2的轴线平行的进液通道302和回液通道303可以均匀的对转子3内部进行换热，使整体的散热较为均匀，避免局部高温，而回液通道303与进液通道302位于同一径向平面内可以对转子的磁部分进行分隔，划分成不同的区域，避免磁路混乱，且通过连接通道可以使进液通道302和回液通道303之间的冷却液进行交换，使进液通道302中的冷却液进入到回液通道303中，在流通过程中将热量带出。

具体的，进液通道302位于转子3的内部贴近转轴2的一侧，回液通道303位于转子3的内部贴近转子3外表面的一侧，回液通道303具有沿周向向两侧延伸的扩张部，定子12与转子3之间设有转子间隙121。

进液通道302位于离心力较小的贴近转轴2的一侧，回液通道303位于离心力较大的贴近转子3外表面的一侧，在转子3转动过程中，进液通道302中的液体会因为离心力而向回液通道303方向流动，而回液通道303中的冷却液也因为受热量大而向回液管32的方向流动，在流动过程中将转子3表面的热量带出，防止转子3表面温度过高，通过回液通道303上的扩张部有效的增加了与转子3之间的换热面积，增加换热效率，由于不需要风冷散热，定子12与转子3之间的转子间隙121设置较小，这样可以增加磁作用力。

具体的，储液盒31的内部设有储液腔311，储液盒31沿径向方向的外沿设有若干个换液管312，其中一半数量的换液管312与储液腔311连通，回液通道303通过回液管32与剩余的换液管312连通，与储液腔311连通的换液管312和与回液管32连通的换液管312交错分布。

换液管312将储液腔311中的冷却液与换液盘4之间进行交换，且交换是有方向的，储液腔311中的液体是从换液盘4中由换液管312泵入，而换液盘4中的液体是从回液管32中由另一部分换液管312泵入，实现循环，当转子3转动时，换液管312不断的和换液盘4进行换液，其中，实现进液和排液的换液管312最好不在一个径向平面内，产生周向和径向上的交错，这样可以避免相互的干涉。

具体的，回液管32自回液通道303的一端延伸至换液管312的内侧，回液管32靠近回液通道303的一端与转轴2之间的间距小于回液管32靠近换液管312一端与转轴2之间的间距。

由于回液管32整体设置成由回液通道303向换液管312方向是倾斜的，这样可以在转动过程中，通过离心力的作用将回液通道303中的冷却液甩到换液管312中，并进入到换液盘4，增加循环速度。

具体的，定子冷却腔101包括进液腔102和回液腔103，一个进液腔102和回液腔103为一组，一组中的进液腔102和回液腔103远离换液盘4的一端相互连通，换液盘4上设有与进液腔102连接的回液口402、与回液腔103连接的排液口401、与换液管312连接的内层进液口403和内层排液口404，排液口401与内层进液口403连通，回液口402与内层排液口404连通。

回液通道303中的冷却液甩到换液管312中，然后通过内层进液口403进入到排液口401，之后进入到回液腔103中，再经过定子安装壳1的换热散热之后，从进液腔102中再返回到回液口402中，由内层排液口404进入到储液腔311中，之后再进入到进液通道302中，进液通道302中的液体会因为离心力而向回液通道303方向流动，回液通道303中的冷却液再进入到回液管32中形成循环，实现对转子3的散热。

具体的，轴承5包括轴承外圈51、滚子52、轴承内圈53、橡胶圈54和支撑架55，储液盒31通过支撑架55与轴承内圈53连接，换液盘4通过支撑架55与轴承外圈51连接，轴承外圈51与换液盘4之间、轴承内圈53与储液盒31之间均设有与橡胶圈54，轴承外圈51与轴承内圈53之间通过滚子52连接，滚子52的两侧设有第一密封挡板6和第二密封挡板7。

利用轴承外圈51和轴承内圈53上的橡胶圈54不仅增加了轴承5的相对密封能力，且可以增加减震效果，避免转子3的震动消磁，而利用第一密封挡板6和第二密封挡板7可以对滚子52进行密封，在转动的同时保证滚子52两侧的空间不会被冷却液所流通。

具体的，第一密封挡板6包括膨胀部61、两个弹性板62和两个金属环63，金属环63固定在弹性板62的外沿，膨胀部61位于两个弹性板62的内侧，轴承外圈51和轴承内圈53上均开设有内嵌槽501，金属环63抵触在内嵌槽501的内壁面。

膨胀部61为疏孔结构，当有冷却液流入后，则造成膨胀部61的体积增大，使得两个弹性板62之间的弹性增加，这样使得金属环63和内嵌槽501之间接触更紧密，密封性更强，同时也挤压了第二密封挡板7，使其密封性也增加，使冷却液无法穿过第一密封挡板6。

具体的，第二密封挡板7包括连接环71、接触环72和挡板73，挡板73的外沿与连接环71固定连接，挡板73的内侧沿固定有挡板73，轴承内圈53上开设有带有弧面的弧面槽502，接触环72抵触在弧面槽502的壁面。

通过第二密封挡板7的设置可以进一步的防止泄露，当第二密封挡板7的右侧受压时，会使接触环72向着弧面槽502有一个压力，这样就可以增加挡板73对滚子52的密封能力。

具体的，位于储液盒31上的支撑架55的内侧设有叶片551，叶片551的高度大于第一密封挡板6和第二密封挡板7的高度，转轴2靠近换液盘4的一端上固定有风扇21。

储液盒31转动时，使得叶片551发生转动，叶片551对冷却液向着远离轴承5的方向一个推力，这样就使得轴承5的方向可以减少压力，降低冷却液对轴承的接触，进一步的提高密封性，而当转轴2转动时，风扇21转动，使得储液盒31和定子安装壳1的散热能力增加。

本发明的工作原理：定子安装壳1一端的端盖11与现有技术中的结构相同，和转轴2之间采用常规的轴承连接，定子安装壳1的另一端连接换液盘4，定子安装壳1和换液盘4之间可拆卸连接，换液盘4和转子3后端的储液盒31通过轴承5转动连接，后端的轴承5尺寸大，因而转动精度高，可以避免转子3的不平衡震动，这样可以减小因震动而带来的消磁，定子冷却腔101和散热腔301以及储液盒31中储存着冷却液，当转子3转动时，由于转子3中产生的热量多，使得散热腔301中的冷却液和定子冷却腔101中的冷却液发生交换，进行换热，并通过定子冷却腔101外的外壳进行整体散热，达到降温的目的，使转子3中的热量降低，回液通道303中的冷却液甩到换液管312中，然后通过内层进液口403进入到排液口401，之后进入到回液腔103中，再经过定子安装壳1的换热散热之后，从进液腔102中再返回到回液口402中，由内层排液口404进入到储液腔311中，之后再进入到进液通道302中，进液通道302中的液体会因为离心力而向回液通道303方向流动，回液通道303中的冷却液再进入到回液管32中形成循环，实现对转子3的散热，利用轴承外圈51和轴承内圈53上的橡胶圈54不仅增加了轴承5的相对密封能力，且可以增加减震效果，避免转子3的震动消磁，而利用第一密封挡板6和第二密封挡板7可以对滚子52进行密封，在转动的同时保证滚子52两侧的空间不会被冷却液所流通，膨胀部61为疏孔结构，当有冷却液流入后，则造成膨胀部61的体积增大，使得两个弹性板62之间的弹性增加，这样使得金属环63和内嵌槽501之间接触更紧密，密封性更强，同时也挤压了第二密封挡板7，使其密封性也增加，使冷却液无法穿过第一密封挡板6，通过第二密封挡板7的设置可以进一步的防止泄露，当第二密封挡板7的右侧受压时，会使接触环72向着弧面槽502有一个压力，这样就可以增加挡板73对滚子52的密封能力，储液盒31转动时，使得叶片551发生转动，叶片551对冷却液向着远离轴承5的方向一个推力，这样就使得轴承5的方向可以减少压力，降低冷却液对轴承的接触，进一步的提高密封性，而当转轴2转动时，风扇21转动，使得储液盒31和定子安装壳1的散热能力增加。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.永磁无铁芯低扭矩微阻电机，包括定子安装壳(1)、转轴(2)、转子(3)、换液盘(4)和轴承(5)，所述定子安装壳(1)的第一端可拆卸的连接有端盖(11)，所述定子安装壳(1)的第二端可拆卸连接有换液盘(4)，所述转轴(2)转动连接在所述端盖(11)的中间位置处，所述定子安装壳(1)的内壁安装有定子(12)，所述转子(3)安装在所述转轴(2)的外壁，所述转子(3)远离所述端盖(11)的一端设有储液盒(31)，所述储液盒(31)与所述换液盘(4)之间通过所述轴承(5)转动连接，所述定子安装壳(1)中设有定子冷却腔(101)，所述转子(3)中设有散热腔(301)，所述定子冷却腔(101)和所述散热腔(301)通过所述储液盒(31)和换液盘(4)连通。

2.根据权利要求1所述的永磁无铁芯低扭矩微阻电机，其特征在于：所述散热腔(301)沿所述转子(3)的径向呈中心对称分布，所述散热腔(301)包括进液通道(302)和回液通道(303)，所述进液通道(302)与所述转轴(2)的轴线平行，所述进液通道(302)自所述储液盒(31)处延伸至所述转子(3)的端部，所述回液通道(303)与所述进液通道(302)位于同一径向平面内，所述进液通道(302)和所述回液通道(303)之间设有至少一个沿径向分布的连接通道。

3.根据权利要求2所述的永磁无铁芯低扭矩微阻电机，其特征在于：所述进液通道(302)位于所述转子(3)的内部贴近所述转轴(2)的一侧，所述回液通道(303)位于所述转子(3)的内部贴近所述转子(3)外表面的一侧，所述回液通道(303)具有沿周向向两侧延伸的扩张部，所述定子(12)与所述转子(3)之间设有转子间隙(121)。

4.根据权利要求3所述的永磁无铁芯低扭矩微阻电机，其特征在于：所述储液盒(31)的内部设有储液腔(311)，所述储液盒(31)沿径向方向的外沿设有若干个换液管(312)，其中一半数量的所述换液管(312)与所述储液腔(311)连通，所述回液通道(303)通过回液管(32)与剩余的所述换液管(312)连通，与所述储液腔(311)连通的所述换液管(312)和与所述回液管(32)连通的所述换液管(312)交错分布。

5.根据权利要求4所述的永磁无铁芯低扭矩微阻电机，其特征在于：所述回液管(32)自所述回液通道(303)的一端延伸至所述换液管(312)的内侧，所述回液管(32)靠近所述回液通道(303)的一端与所述转轴(2)之间的间距小于所述回液管(32)靠近所述换液管(312)一端与所述转轴(2)之间的间距。

6.根据权利要求5所述的永磁无铁芯低扭矩微阻电机，其特征在于：所述定子冷却腔(101)包括进液腔(102)和回液腔(103)，一个所述进液腔(102)和回液腔(103)为一组，一组中的所述进液腔(102)和回液腔(103)远离所述换液盘(4)的一端相互连通，所述换液盘(4)上设有与所述进液腔(102)连接的回液口(402)、与所述回液腔(103)连接的排液口(401)、与所述换液管(312)连接的内层进液口(403)和内层排液口(404)，所述排液口(401)与所述内层进液口(403)连通，所述回液口(402)与所述内层排液口(404)连通。

7.根据权利要求6所述的永磁无铁芯低扭矩微阻电机，其特征在于：所述轴承(5)包括轴承外圈(51)、滚子(52)、轴承内圈(53)、橡胶圈(54)和支撑架(55)，所述储液盒(31)通过所述支撑架(55)与所述轴承内圈(53)连接，所述换液盘(4)通过所述支撑架(55)与所述轴承外圈(51)连接，所述轴承外圈(51)与所述换液盘(4)之间、所述轴承内圈(53)与所述储液盒(31)之间均设有与所述橡胶圈(54)，所述轴承外圈(51)与所述轴承内圈(53)之间通过所述滚子(52)连接，所述滚子(52)的两侧设有第一密封挡板(6)和第二密封挡板(7)。

8.根据权利要求7所述的永磁无铁芯低扭矩微阻电机，其特征在于：所述第一密封挡板(6)包括膨胀部(61)、两个弹性板(62)和两个金属环(63)，所述金属环(63)固定在所述弹性板(62)的外沿，所述膨胀部(61)位于两个所述弹性板(62)的内侧，所述轴承外圈(51)和轴承内圈(53)上均开设有内嵌槽(501)，所述金属环(63)抵触在所述内嵌槽(501)的内壁面。

9.根据权利要求7所述的永磁无铁芯低扭矩微阻电机，其特征在于：所述第二密封挡板(7)包括连接环(71)、接触环(72)和挡板(73)，所述挡板(73)的外沿与所述连接环(71)固定连接，所述挡板(73)的内侧沿固定有所述挡板(73)，所述轴承内圈(53)上开设有带有弧面的弧面槽(502)，所述接触环(72)抵触在所述弧面槽(502)的壁面。

10.根据权利要求7所述的永磁无铁芯低扭矩微阻电机，其特征在于：位于所述储液盒(31)上的所述支撑架(55)的内侧设有叶片(551)，所述叶片(551)的高度大于所述第一密封挡板(6)和第二密封挡板(7)的高度，所述转轴(2)靠近所述换液盘(4)的一端上固定有风扇(21)。

Images