CN112436702B - 转子盘滚筒电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机技术领域，涉及转子盘滚筒电机，包括转子组件和定子组件，所述转子组件包括外转子以及与外转子相连且位于外转子内的转子盘，所述转子盘通过转子轴向定位件与外转子连接固定；所述定子组件包括沿轴向安装在电机轴上的至少一定子，所述定子通过三向定位组件与电机轴连接固定，所述转子盘位于定子的轴向两侧。本发明具有可实现相同体积电机输出更高转矩的优点。

Description

转子盘滚筒电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，涉及转子盘滚筒电机。

背景技术

在工矿企业、车船码头等需要皮带机的场合，传统对皮带机的驱动方式为异步电动机配合减速机，以实现低速大扭矩。但是，由于存在减速机和减速机需要定期维护，导致此种驱动方式效率低，维护工作量大，运行成本高。另一方面，随着永磁电机及其驱动控制的快速发展，低速大转矩直驱永磁电机被研发并得到快速推广，且在工矿、码头等场合正逐步取代传统的异步电动机，能实现驱动系统的高效、直驱、节能等良好效果。其中，外转子低速大转矩永磁滚筒直驱电机因省去内转子永磁直驱电机与皮带机连接器部分，可彻底实现单台电机低速直驱功能，由此整个驱动系统结构得到显著简化，驱动系统的效率和可靠性均可得到进一步提高，因此，外转子低速大转矩永磁滚筒直驱电机近几年为国内外工矿企业所广泛采用。

同时，随着电机工业的发展，各种工业领域对电机的性能要求越来越高，促使电机向着高功率密度等其他高性能的方向发展，低速滚筒电机也不例外。由于滚筒电机通常在工矿、码头用于驱动皮带机转动以实现远距离输送物料，其转速一般较低，输出的扭矩一般较大，这就造成滚筒电机体积较大，制造和安装成本较高。尤其在长距离、大载荷的皮带机上，其要求电机提供更大的扭矩，但是，电机提供更大的扭矩会使得电机的滚筒尺寸更大，将增加制造和安装成本。因此，如何解决滚筒电机在更大扭矩需求与制造安装成本之间的矛盾，使得能在不明显增加成本的基础上，提高滚筒电机的功率密度，提供更大的扭矩成为需要解决的问题。

发明内容

本发明提供的转子盘滚筒电机，可实现相同体积电机输出更高转矩。

本发明的技术方案包括：转子盘滚筒电机，包括转子组件和定子组件，所述转子组件包括外转子以及与外转子相连且位于外转子内的转子盘，所述转子盘通过转子轴向定位件与外转子连接固定；

所述定子组件包括沿轴向安装在电机轴上的至少一定子，所述定子通过三向定位组件与电机轴连接固定，所述转子盘位于定子的轴向两侧。

本发明的技术方案还包括：所述转子轴向定位件包括与外转子连接的第一连接部、与转子盘连接的第二连接部以及与第一连接部和第二连接部相连的加强筋。

本发明的技术方案还包括：所述外转子包括滚筒铁心，所述滚筒铁心的内壁沿周向间隔设有与第一连接部的燕尾槽隼配合的燕尾槽，所述燕尾槽与滚筒铁心的轴线平行，所述滚筒铁心与第一连接部通过紧固件连接固定。

本发明的技术方案还包括：所述转子盘包括转子盘背铁，所述转子盘背铁的一侧安装有永磁体，转子盘背铁的另一侧设有固定螺纹孔一且所述转子盘背铁通过紧固件与第二连接部连接固定。

本发明的技术方案还包括：所述三向定位组件包括径向上位于电机轴与定子之间的定子支架，以及轴向上位于定子两侧的定位凸台和定位压板。

本发明的技术方案还包括：所述定子的数量是两个，轴向上两个定子之间通过双头法兰连接固定。

本发明的技术方案还包括：所述定子包括定子轭以及位于定子轭两侧的定子齿，所述定子轭沿周向间隔设有定位孔且所述定位孔沿径向延伸，所述定子支架沿周向间隔设有与定位孔相配的安装螺纹孔，定子支架与定子通过导向杆连接。

本发明的技术方案还包括：所述定子支架设有减重孔，所述导向杆的一端设有与定子支架相连的端部螺纹，导向杆的另一端设有紧固件安装孔。

本发明的技术方案还包括：沿轴向上所述定位凸台、定子支架、双头法兰和定位压板通过定位螺栓连接固定。

本发明的有益效果有：通过在转子组件同时采用外转子和转子盘，可在滚筒电机的基础上结合盘式电机转矩密度大的优点，提高电机的转矩密度，且同时考虑到电机定子组件和转子组件之间的轴向磁拉力，分别设计转子轴向定位件和定子的三向定位组件，可确保定子组件和转子组件固定牢固，以此避免因定子或转子位置移动造成的定转子接触导致的电机损坏，可在提高转矩密度的同时，不明显提高制造、生产工艺的要求，进而确保制造成本不明显增加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本发明实施例的示意图。

图2是实施例中转子组件的示意图。

图3是实施例中滚筒铁心的示意图。

图4是实施例中转子盘的示意图。

图5是实施例中定位弯板的示意图。

图6是实施例中定子组件安装示意图。

图7是实施例中定子支架的示意图。

图8是实施例中导向杆的示意图。

图9是实施例中双头法兰的示意图。

图10是实施例中电机轴的示意图。

其中：

1、端盖；

2、电机轴，21、电机轴内孔，22、定位凸台，23、凸台螺栓孔，24、电机引线孔，25、轴肩，26、轴承；

3、滚筒，31、滚筒包胶，32、滚筒铁心，33、燕尾槽，34、固定孔一，35、沉头螺钉；

4、转子盘，41、转子盘背铁，42、固定螺纹孔一，43、连接螺栓；

5、定位弯板，51、固定孔二，52、固定螺纹孔二，53、弯板加强筋，54、燕尾槽隼；

61、定子齿，62、定子轭，63、定位孔，64、定位压板；

7、定子支架，71、安装螺纹孔，72、减重孔，73、螺栓孔一；

8、导向杆，81、端部螺纹，82、内六角孔；

9、双头法兰，91、螺栓孔二，92、定位螺栓。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在本文中，“上、下、左、右、内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，本发明实施例中，“以上”、“以下”等，包括本数。

如图1至图10所示，本发明实施例的转子盘滚筒电机，包括转子组件和定子组件，其中，转子组件包括结合滚筒电机的外转子以及盘式电机的转子盘4，因盘式电机的转矩密度通常比传统的圆柱形电机大，由此，本实施例的电机转矩密度可明显高于现有的滚筒电机。

本实施例的转子盘滚筒电机给出了包含四个转子盘4和两个定子的结构，应当知道的是，以上转子盘4和定子的数量只是示例，并非对其数量的限制，实际设计中，根据滚筒电机轴向长度和转矩要求可对转子盘4数量和定子数量进行调整，本实施例对此不作具体限制。

本实施例中，考虑到盘式电机与传统圆柱形电机的不同，其磁通是沿轴向分布，因此盘式电机定转子之间存在较大的轴向磁拉力。如果定转子轴向固定不牢固，转子盘4或定子盘将会发生轴向移动，造成定转子接触，使得电机不能旋转，发生损坏。因此，本实施例的转子盘滚筒电机设计了转子轴向定位件和定子的三向定位组件。

具体的，转子轴向定位件可采用图5所示的定位弯板5结构，该定位弯板5包括与外转子连接的第一连接部，即图5中固定螺纹孔二52所在的部分，以及，与转子盘4连接的第二连接部，即图5中固定孔二51所在的部分，以及，与第一连接部和第二连接部相连的弯板加强筋53。其中，设置弯板加强筋53的好处在于，如果采用的转子盘4轴线磁拉力太大，则只是通过第一连接部和第二连接部很难克服转子盘4的轴向磁拉力，甚至会出现第一连接部和第二连接部的紧固件，如螺栓被损坏的情况，且一旦第一连接部和第二连接部的紧固螺栓被破坏，极易使得转子盘4和定子吸合，进而造成电机不能运转。因此，在定位弯板5设计弯板加强筋53，可避免定位弯板5受到转子盘4轴向磁拉力时发生形变，提高定位弯板5的抗弯强度。

外转子可采用滚筒3的结构，包括滚筒铁心32，在滚筒铁心32的外壁用磁钢胶将永磁体固定，并在外包裹滚筒包胶31，在滚筒铁心32的内壁沿周向间隔设置燕尾槽33，具体的，该燕尾槽33是沿滚筒铁心32的轴向延伸，即，燕尾槽33与滚筒铁心32的轴线平行，以此与定位弯板5的第一连接部的燕尾槽隼54配合。

转子盘4包括转子盘背铁41，该转子盘背铁41的外径等于滚筒铁心32的内径，如此可将转子盘背铁41通过定位弯板5固定在滚筒铁心32内。且在转子盘背铁41的一侧采用磁钢胶粘贴永磁体，在其另一侧设置固定螺纹孔一42，以用来与定位弯板5进行固定。因此，转子盘背铁41一方面为转子盘4提供机械支撑，另一方面为转子上的永磁体提供导磁磁路，也被称为转子轭。

具体的，转子盘4和外转子均通过紧固件与定位弯板5固定，如图2-图5所示，在滚筒铁心32的燕尾槽33位置设计有固定孔一34，对应的，在定位弯板5的第一连接部设计有固定螺纹孔二52，使用沉头螺钉35可依次穿过固定螺纹孔二52和固定孔一34，如此可将滚筒铁心32同定位弯板5的第一连接部连接固定。在转子盘背铁41上设计有固定螺纹孔一42，对应的，在定位弯板5的第二连接部设计有固定孔二51，利用连接螺栓43可依次穿过固定孔二51和固定螺纹孔一42，如此可将转子盘4同定位弯板5的第二连接部连接固定。

具体安装时，可先将数个定位弯板5安装在转子盘背铁41上，并用连接螺栓43进行紧固。或者，为了提高两者的连接紧固程度，可在连接螺栓43的螺纹表面涂螺纹紧固胶。之后，将转子盘4上定位弯板5的燕尾槽榫54和滚筒铁心32内壁的燕尾槽33对应，并沿轴向方向将转子盘4移动到预先设定位置，之后用沉头螺钉35将定位弯板5固定在滚筒铁心32的内壁上。由此，燕尾槽33一方面参与转子盘4向滚筒3传递转矩，另一方面燕尾槽33可为转子盘4提供克服轴向磁拉力的机械力，可提高整个电机的可靠性。通过上述的安装可将转子盘4固定在滚筒3内，实现将转子盘4上的机械转矩传递到滚筒3上，利用转子盘4驱动滚筒3向外界输出机械转矩。

本实施例的定子组件包括有定子，该定子安装在电机轴2上，并且将转子盘4安装在定子的轴向两侧，具体的，可根据电机轴向长度和转矩需求设计定子的数量，本实施例以安装有两个定子为例进行说明。

考虑到定子的轴向长度一般较短，为避免定子在轴向、周向和径向产生位移，设计了三向定位组件将定子同电机轴2连接固定。具体的，该三向定位组件包括径向上位于电机轴2与定子之间的定子支架7，以及轴向上位于定子两侧的定位凸台22和定位压板64。

如图6至图10所示，轴向上两个定子之间通过双头法兰9连接固定，单个的定子包括定子轭62以及位于定子轭62两侧的定子齿61，并且，在定子轭62沿周向间隔设有定位孔63，该定位孔63用来在径向上安装导向杆8，因此该定位孔63沿径向延伸。相配合的，在定子支架7沿周向间隔设有与安装螺纹孔71，也是用来安装导向杆8，如此，导向杆8可依次穿过定子轭62和定子支架7，从而将两者连接固定。

具体的，导向杆8的一端设有端部螺纹81，用来与定子支架7的安装螺纹孔71连接，导向杆8的另一端头设有紧固件安装孔，具体可采用内六角孔82，在该内六角孔82内安装六角螺栓将到导向杆8同定子轭62固定。

考虑到定子与转子类似，也存在较大的轴向磁拉力。为克服定子上的轴向磁拉力，在电机轴2的设定位置形成有定位凸台22，具体可采用车床加工的方式形成。并且，在定位凸台22上沿周向间隔设置有凸台螺栓孔23，用来使定位螺栓92穿过将其固定。

在定子支架7的轴向之间放置双头法兰9，并在双头法兰9的端面设计同凸台螺栓孔23对应的螺栓孔二91，同样用于使定位螺栓92穿过将其固定。以及，在于定位凸台22相对侧的定子支架7外部安装的定位压板3上也设计同凸台螺栓孔23对应的连接孔，用来使定位螺栓92穿过将其固定。如此，沿电机轴2的轴向上，使用定位螺栓92依次将定位凸台22、定子支架7、双头法兰9、定子支架7和定位压板64连接固定形成一整体。此外，为提高连接固定的强度，可在紧固连接用的定位螺栓92以及其他连接螺纹处均涂抹螺纹胶。或者，为减小定子轭62的涡流损耗，将导向杆8采用导磁性能较差的不锈钢材料制作而成。或者，为加强定子和电机轴2的连接强度，可以采用电焊将定位压板64和电机轴2焊接在一起。

具体安装时，首先将通过定位弯板5固定在转子盘4放到外转子滚筒3的滚筒铁心32预定位置，并在滚筒铁心32外表面用沉头螺钉35将定位弯板5和滚筒铁心32固定。另外，在电机外面，将导向杆8通过定子轭62的径向定位孔63安装到定子支架7上，并在固定导向杆8的螺栓和其端部螺纹81涂抹螺纹胶，然后完成绕组和槽楔的安装以及定子的浸漆。之后，将绕组安装完好并浸漆完毕的定子和定子支架7安装到电机轴2上，安装时保证定子支架7的安装螺栓孔71和电机轴2的定位凸台22的凸台螺栓孔23对齐。此后，用同样的方式安装此定子的另外一侧的转子盘4，并利用沉头螺钉35将此转子盘4固定在滚筒铁心32上。再之后，安装双头法兰9，并使双头法兰9的轴向长度等于两个定子支架7之间的轴向距离，以及将双头法兰9的螺栓孔二91和凸台螺栓孔23对齐。之后，同前述的第一个定子安装类似，先将转子盘4安装在滚筒3预定位置，即完成定子内侧的转子盘4安装。之后同样的再完成另外一个定子的安装，即，将绕组、定子支架7和导向杆8安装完毕并完成绕组浸漆的定子安装到电机轴2上，同样的，保证定子支架7的安装螺栓孔71和电机轴2的凸台螺栓孔23对齐。之后再安装定子另一侧的转子盘4，并在之后安装定位压板64。最后，将电机轴2的定位凸台22、定子支架7、双头法兰9和定位压板64用定位螺栓92固定，并使用焊机将定位压板64和电机轴2焊在一起，如此，可完成电机的定子组件和转子组件的安装。之后，再安装电机两侧的轴承26和端盖1，以及，考虑到电机定转子之间存在一定的轴向磁拉力，该轴承26可选用角接触轴承。最后，在滚筒铁心32外安装滚筒包胶31，完成整个电机的装配。

本实施例中，在定子支架7设置有轴向减重孔72，可用来为定子绕组在电机内部走线提供通道，以及，电机轴2上的电机引线孔24可将绕组引线串到转轴的内孔，并最终引出到电机外部。

本实施例的转子盘滚筒电机，可结合盘式电机转矩密度较大的优点，使得其转矩密度明显高于现有的滚筒电机。并且，可在提高转矩密度的同时，制造、生产工艺的要求不明显提高，制造成本不明显增加。

在各实施例不相矛盾的情形下，各实施例中的至少部分技术方案可重新组合形成本发明的实质技术方案，当然，各实施例间也可以相互引用或包含。并且，需要说明的是，本领域技术人员在重新组合各实施例记载的技术手段时所做出的适应性调整修改也将落入本发明的保护范围。

以上结合具体实施方式描述了本发明的技术原理，但需要说明的是，上述的这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的具体限制。基于此处的解释，本领域的技术人员在不付出创造性劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式或等同替换，都将落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种转子盘滚筒电机，其特征在于：包括转子组件和定子组件，所述转子组件包括外转子以及与外转子相连且位于外转子内的转子盘，所述转子盘通过转子轴向定位件与外转子连接固定；

所述定子组件包括沿轴向安装在电机轴上的至少一定子，所述定子通过三向定位组件与电机轴连接固定，所述转子盘位于定子的轴向两侧；

所述转子盘包括转子盘背铁，所述转子盘背铁的一侧安装有永磁体；

所述转子轴向定位件包括与外转子连接的第一连接部、与转子盘连接的第二连接部以及与第一连接部和第二连接部相连的加强筋；

所述外转子包括滚筒铁心，所述滚筒铁心的内壁沿周向间隔设有与第一连接部的燕尾槽隼配合的燕尾槽，所述燕尾槽与滚筒铁心的轴线平行，所述滚筒铁心与第一连接部通过紧固件连接固定；

所述三向定位组件包括径向上位于电机轴与定子之间的定子支架，以及轴向上位于定子两侧的定位凸台和定位压板；

所述定子包括定子轭以及位于定子轭两侧的定子齿，所述定子轭沿周向间隔设有定位孔且所述定位孔沿径向延伸，所述定子支架沿周向间隔设有与定位孔相配的安装螺纹孔，定子支架与定子通过导向杆连接。

2.如权利要求1所述的转子盘滚筒电机，其特征在于：所述转子盘背铁的另一侧设有固定螺纹孔一且所述转子盘背铁通过紧固件与第二连接部连接固定。

3.如权利要求1所述的转子盘滚筒电机，其特征在于：所述定子的数量是两个，轴向上两个定子之间通过双头法兰连接固定。

4.如权利要求1所述的转子盘滚筒电机，其特征在于：所述定子支架设有减重孔，所述导向杆的一端设有与定子支架相连的端部螺纹，导向杆的另一端设有紧固件安装孔。

5.如权利要求1所述的转子盘滚筒电机，其特征在于：沿轴向上所述定位凸台、定子支架、双头法兰和定位压板通过定位螺栓连接固定。

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