CN112910207A

CN112910207A - 一种双定子单转子盘式电机

Info

Publication number: CN112910207A
Application number: CN202110253017.8A
Authority: CN
Inventors: 刘景林; 陈颖康; 官睿智; 张超
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2021-02-25
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2021-06-04

Abstract

本发明提供了一种双定子单转子盘式电机，包括一个转子、两个定子、一个机壳和两个轴承。所述定子为双侧对称无槽无铁心结构，包括端盖与绕组，其中绕组为单层同心式短距绕组，与端盖通过环氧树脂直接粘结；所述转子为表面内嵌式结构，其中，转轴为空心轴，与转子铁心、转子架为一体成型结构；所述机壳和端盖均充当磁路的一部分。本发明的盘式电机没有齿槽转矩和定子铁心损耗，散热性能优良，机械强度高，可靠性强，提高了电机的效率、过载能力及功率密度。

Description

一种双定子单转子盘式电机

技术领域

本发明属电机技术领域，具体涉及一种双定子单转子盘式电机。

背景技术

由于制造工艺的提升和单边磁拉力问题的解决，盘式电机近年来获得越来越多的关注，由于其结构紧凑、效率高、功率密度大等优点，被广泛应用于电动车辆、飞轮储能系统和风力发电等场合。现有的双定子单转子盘式电机的定子铁心与端盖为两个单独的结构，两者往往需要通过复杂的定位环、定位孔、支撑架等结构进行固定；现有的双定子单转子盘式电机为了减小电机磁路的磁阻，往往有定子铁心结构，由此带来的磁滞和涡流损耗是不可避免的，对于极对数较多、运行频率较高的电机这一问题更为严重，且定子铁心的存在也会导致电机的转矩脉动和噪声，制约了电机的平稳运行和效率提升；传统结构的电机绕组散热困难，为了提高电机的过载能力，往往需要单独设计冷却液循环的管道，而这样增加了电机结构的设计难度，因此寻找一种过载能力高、结构简单、运行可靠、显著减小定子铁心损耗的结构拓扑尤为重要。

专利CN102130563A提出了“一种绕组为印刷电路板结构的盘式永磁电机”，通过将绕线设计为PCB板，简化了定子组件及电机的结构。但PCB板加工困难且该结构绕组的电流受限，只适用于中小功率的电机。

专利CN207625414U提出了“一种Halbach型阵列永磁盘式无铁芯空心轴电机”，通过将Halbach结构引入该电机结构来提升电机的功率密度。但该专利中的电机由于通电的电枢盘为转动部件，需要安装电刷且对工艺要求较高，且Halbach阵列不易实现，工程化难度较高。

发明内容

为了克服现有双定子单转子盘式电机定子铁心损耗高、绕组散热困难等不足，本发明提供一种新型双定子单转子盘式电机。能够在减小定子铁心损耗的同时提高电机的散热能力，进而提高电机的效率和过载能力。

一种双定子单转子盘式电机，包括一个转子、两个定子、一个机壳和两个轴承，其特征在于：定子为双侧对称无槽无铁心结构，包括端盖与绕组，其中，端盖充当定子轭，绕组为单层同心式短距绕组，节距为1，绕组与端盖通过环氧树脂直接粘结；转子为表面内嵌式结构，包括转轴、转子铁心、转子架、磁钢，其中，转轴为空心轴，与转子铁心、转子架为一体成型结构。

进一步地，所述的端盖包括凹台、端盖盘和端盖沿，其中，凹台用于放置轴承并对其进行轴向限位，端盖盘用于放置绕组并充当定子轭部，端盖沿用于和机壳连接。

进一步地，所述的转子铁心内有贯通的转子槽，用于放置磁钢，转子槽的深度大于磁钢的厚度，安装时磁钢沿轴向放入转子槽中，磁钢的上下表面与转子槽的上下表面间留有等长的轴向间隙，以环氧树脂灌封。

进一步地，所述的磁钢采用扇形结构，充磁方向为轴向，沿圆周方向相邻两块磁钢的充磁方向相反。

进一步地，所述的绕组由若干个同心线圈组成，单个线圈的两个端部为同心圆弧且弧度相等，其两个元件边的延长线交于同心圆弧的圆心，线圈端部圆弧对应的机械角度θ满足

其中，p为电机极对数，α为电机的极弧系数。

进一步地，电机有两条磁通路径，一条为任意磁钢A—气隙—端盖—气隙—磁钢A周向相邻的磁钢—气隙—端盖—气隙—磁钢A，另一条为任意磁钢A—气隙—端盖—机壳—端盖—气隙—磁钢A。

本发明的有益效果是：由于采用无槽无铁心结构，没有齿槽转矩和定子铁心损耗；由于机壳和端盖均充当磁路的一部分，充分利用了铁磁材料的性能，提高了功率密度；由于绕组为单层结构且与所述端盖直接粘结，散热性能优良，能够提高电机的过载能力；由于转轴与转子铁心、转子架为一体式结构，机械强度高，可靠性强。

附图说明

图1是本发明的双定子单转子盘式电机结构示意图；

图2为本发明的端盖及绕组有效边的示意图；

其中，图2a为等轴二测图，图2b为俯视图，图2c为主视图；

图3为本发明的线圈示意图；

图4为本发明的定子部分装配示意图；

图5为本发明的转子部分装配示意图；

图中，1-端盖，2-机壳，3-转子铁心，4-转轴，5-轴承，6-绕组，7-磁钢，11-凹台，12-端盖盘，13-端盖沿，21-机壳沿，31-转子槽，32-转子架，61-线圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

如图1所示，本发明的盘式电机结构包括端盖1、机壳2、转子铁心3、转子架32、转轴4、轴承5、绕组6、磁钢7等。出于减小厚度和重量的考虑，端盖1和机壳2均采用1J22材料制成；为了减小加工难度，转子铁心3、转子架32、和转轴4为一体成型的结构，采用整块的铸铁或钢锻制而成；磁钢7采用钕铁硼材料；为了减小转子铁心的轴向长度，磁钢7为表面内嵌式结构。

如图2a、2b、2c所示，端盖盘12为凹台11与端盖沿13之间的区域，绕组6为单层同心式绕组，由若干个线圈组成，线圈61在端盖1上的投影均位于端盖盘12区域内，且与端盖盘12最边缘留有一定裕量。绕组6与端盖盘12之间轴向预留有一定间隙，该轴向间隙用于环氧树脂粘结灌封。

如图3所示，单个线圈61的两个端部为同心圆弧且弧度相等，其两个元件边的延长线交于同心圆弧的圆心，因而单个线圈61跨过的电角度即为圆弧形端部对应的机械角度θ与电机极对数p的乘积。若记电机的极弧系数为α，则为了保证每个线圈61均产生有效转矩，应满足

如图4所示，两个端盖1均有端盖沿13，其形状与机壳沿21形状相对应，其目的为保证端盖1与机壳2装配时相互配合。

如图1、5所示，转子铁心3内有贯通的转子槽31，转子槽31内径与转轴4外径之间凸起的部分是转子架32。转子槽31用于放置磁钢7，磁钢7充磁方向为轴向，形状为扇形，沿圆周方向相邻两块磁钢7充磁方向相反，转子槽31的深度略大于磁钢7的厚度，安装时磁钢7沿轴向放入转子槽31中，磁钢7的上下表面与转子槽31的上下表面均有相等的轴向间隙，该轴向间隙通过环氧树脂灌封。

如图1～5所示，本电机有两条主磁路，由于周向相邻两块磁钢7极性相反，从而与两侧正对的气隙、端盖1形成闭合磁路，该磁路(记为磁路1)占主磁路的大部分，另有少部分磁路(记为磁路2)通过单块磁钢7、机壳2以及与磁钢7正对的气隙、端盖1闭合。磁路1包含四段气隙和两块磁钢7，磁路2包含一块磁钢7和两段气隙。

如图1、2a、2b、2c、4、5所示，先将扁线绕制成同心式单层绕组6，然后将其用环氧树脂粘结在端盖盘12上，再把磁钢7沿轴向放入转子槽31后通过环氧树脂粘结，转子铁心3、转子架32与转轴4一体成型，转轴4与轴承5的内圈固定，轴承5放置于端盖1的凹台11上，转子架32与凹台11共同对轴承5的轴向进行限位，机壳2与端盖1通过形状相互对应的机壳沿21、端盖沿13进行粘结或焊接。

Claims

1.一种双定子单转子盘式电机，包括一个转子、两个定子、一个机壳和两个轴承，其特征在于：定子为双侧对称无槽无铁心结构，包括端盖与绕组，其中，端盖充当定子轭，绕组为单层同心式短距绕组，节距为1，绕组与端盖通过环氧树脂直接粘结；转子为表面内嵌式结构，包括转轴、转子铁心、转子架、磁钢，其中，转轴为空心轴，与转子铁心、转子架为一体成型结构。

2.如权利要求1所述的一种双定子单转子盘式电机，其特征在于：所述的端盖包括凹台、端盖盘和端盖沿，其中，凹台用于放置轴承并对其进行轴向限位，端盖盘用于放置绕组并充当定子轭部，端盖沿用于和机壳连接。

3.如权利要求1或2所述的一种双定子单转子盘式电机，其特征在于：所述的转子铁心内有贯通的转子槽，用于放置磁钢，转子槽的深度大于磁钢的厚度，安装时磁钢沿轴向放入转子槽中，磁钢的上下表面与转子槽的上下表面间留有等长的轴向间隙，以环氧树脂灌封。

4.如权利要求1、2或3所述的一种双定子单转子盘式电机，其特征在于：所述的磁钢采用扇形结构，充磁方向为轴向，沿圆周方向相邻两块磁钢的充磁方向相反。

5.如权利要求1、2、3或4所述的一种双定子单转子盘式电机，其特征在于：所述的绕组由若干个同心线圈组成，单个线圈的两个端部为同心圆弧且弧度相等，其两个元件边的延长线交于同心圆弧的圆心，线圈端部圆弧对应的机械角度θ满足

其中，p为电机极对数，α为电机的极弧系数。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的一种双定子单转子盘式电机，其特征在于：电机有两条磁通路径，一条为任意磁钢A—气隙—端盖—气隙—磁钢A周向相邻的磁钢—气隙—端盖—气隙—磁钢A，另一条为任意磁钢A—气隙—端盖—机壳—端盖—气隙—磁钢A。