CN113037040B - 一种低转子损耗双定子轴向磁通永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低转子损耗双定子轴向磁通永磁电机，所述电机包括两个定子、转子、转轴、轴承，所述转子夹在两个定子之间，转子与定子间有气隙，转子与定子转动配合。所述转子包括转子架和磁钢，转子架上设置有涡流阻断桥、风翅、磁钢安置孔。通过在转子架上设置涡流阻断桥，阻断转子架上涡流路径，降低电机转子损耗，进而降低电机温升；转子架上设置风翅，带动电机内部空气流动，进一步降低电机温升。低损耗、高散热能力降低了定子绕组线圈绝缘失效和转子磁钢不可逆退磁的风险，提升了电机运行的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别是涉及低转子损耗和高散热的双定子轴向磁通永磁电机。
背景技术
绕组节距y＝1的分数槽双定子轴向磁通永磁电机具有结构扁平、绕组端部短、功率密度高、散热好的优点，在军事、航天、民用等领域的特殊场合获得了一定的应用。现有的双定子轴向磁通永磁电机的转子结构大多是如图9所示(见CN201220335669.2)的表贴结构，为了增加转子机械强度，转子架采用金属材料,为了增强转子磁场，转子磁钢采用钕铁硼或钐钴永磁材料，上述的金属转子架和钕铁硼(或钐钴)材料均具有较强的导电性。但是，绕组节距y＝1的分数槽电机的电枢反应磁场谐波含量特别丰富，电枢反应磁场谐波会在金属转子架和钕铁硼(或钐钴)中产生涡电流，进而产生涡流损耗，不仅降低电机的效率，还会使电机运行温度较高，造成磁钢不可逆退磁。
为解决上述问题，专利(申请号CN201220335669.2)提出了磁钢分块法降低电机磁钢的涡流损耗，但没有考虑金属转子架的涡流损耗；专利(申请号CN201911297636.6)提出了磁钢采用低导电率的铁氧体永磁材料，虽然降低了磁钢的涡流损耗，但铁氧体永磁材料提供的气隙磁场较低，电机体积和重量都较大，同时也没有考虑金属转子架的涡流损耗；专利(申请号CN202021794592.6)提出了复合转子架结构，包含非金属复合材料和金属非导磁材料，相对于纯非金属复合材料转子架而言，虽然能降低转子架的涡流损耗，转子机械强度也获得了一定的增强，但该种结构的强度还是稍显不足，特别是在电机内部产生的热应力作用下，转子架会扭曲变形。
因此，提供一种双定子轴向磁通永磁电机，既能降低转子涡流损耗和提高电机效率，又具有足够的转子结构强度，还能够增强电机内部散热能力是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
发明目的：
本发明的目的是提供一种低转子损耗双定子轴向磁通永磁电机，一方面在保证转子具有足够机械强度的基础上解决电机转子涡流损耗较大的问题，降低电机转子损耗，提高电机运行效率；另一方面增强电机内部散热能力。
技术方案：
一种低转子损耗双定子轴向磁通永磁电机，所述电机包括定子1、转子2、转轴3和轴承4，定子为两个，所述转子2夹在两个定子1之间，且转子与两个定子之间有气隙5，转子2固定在转轴3上，定子1与转轴3之间设置轴承4，转轴3与轴承4转动配合，所述转子2包括转子架20和磁钢21；所述转子架20上设置有涡流阻断桥201、风翅202、连接筋203、磁钢安置孔204、磁钢限位台205和减重孔206，转子架20的涡流阻断桥201与连接筋203沿转子架20的周向交替分布，磁钢21嵌于转子架20的磁钢安置孔204内，减重孔206设置在涡流阻断桥201和连接筋203上(减重孔206也有降低涡流的作用)，对应涡流阻断桥201和连接筋203的外端的位置设置风翅202。
转子架20包括第一转子支架20A和第二转子支架20B，第一转子支架20A上的涡流阻断桥201与第二转子支架20B上的连接筋203相正对，第一转子支架20A和第二转子支架20B上的风翅202可以错开角度，也可以正对；涡流阻断桥201上的断缝2011处用金属焊接胶粘接；第一转子支架20A和第二转子支架20B用螺栓或铆钉固连。
所述磁钢21由多块子磁钢211拼接而成，每块子磁钢211形状相似，不同的子磁钢211之间相互绝缘，子磁钢211包括磁钢主体2111和磁钢固定台2112，磁钢固定台(2112)位于磁钢主体(2111)的两侧，磁钢固定台2112与磁钢限位台205搭接。(磁钢固定台(2112)与两侧的转子架(20)上的凸出的磁钢限位台(205)搭接，即两侧的磁钢限位台(205)将磁钢固定台(2112)夹持)。
所述第一转子支架20A和第二转子支架20B上的涡流阻断桥201与连接筋203周向交替分布；第一转子支架20A和第二转子支架20B为金属材料，表面覆盖有绝缘涂层。
所述定子1包括定子电枢10、机座11和盖板、定子电枢10固定在机座11内，盖板置于机座11一侧。
定子电枢10包含定子齿101、定子轭102和绕组线圈103，绕组线圈103套在定子齿101上，通电的定子电枢10在气隙5中产生圆形旋转磁场，该圆形旋转磁场与转子2上的磁钢21相互作用，驱动转子2旋转。
机座11上设置水道111(在机座(11)的一个面上挖的槽)，冷却水流动方向F为：从入水口113流入，接着经过机座11的内径，再流向机座11的外径，最后经出水口112流出。
优点效果：
为解决背景技术的问题，本申请提出的两个转子支架与涡流阻断桥相配合的方案，既保证了电机转子的强度，又极大降低了转子架的涡流损耗，提升了电机的效率；转子架上设置风翅的方案，提升了电机散热能力，降低了定子绕组线圈绝缘失效和转子磁钢不可逆退磁的风险。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的低转子损耗双定子轴向磁通永磁电机采用带有涡流阻断桥的两个转子支架夹装磁钢的方案，一方面可以很方便的对转子组件进行装配，另一方面与转子支架上不设置涡流阻断桥相比，转子支架涡流损耗约降低了一半，同时保证了转子具有足够的强度。本发明的电机转子架上设置风翅方案，提高了电机内部空气流通速度，降低了电机绕组线圈端部温度，可以有效地提升电机散热能力，与不设置风翅相比，电机内部最高温度点下降超过5℃。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明低转子损耗轴向磁通永磁电机结构示意图；
图2为本发明低转子损耗轴向磁通永磁电机转子示意图；
图3为本发明低转子损耗轴向磁通永磁电机转子爆炸示意图；
图4为本发明低转子损耗轴向磁通永磁电机转子支架示意图；
图5为本发明低转子损耗轴向磁通永磁电机磁钢示意图；
图6为本发明低转子损耗轴向磁通永磁电机定子电枢示意图；
图7为本发明低转子损耗轴向磁通永磁电机机座示意图；
图8为有涡流阻断桥转子架和无涡流阻断桥转子架的涡流云图；
图9为传统双定子轴向磁通永磁电机的转子结构图；
其中：1-定子、10-定子电枢、101-定子齿、102-定子轭、103-绕组线圈、11-机座、111-水道、112-出水口、113-入水口12A-第一盖板、第二12B-盖板、2-转子、20-转子架、20A-第一转子支架、20B-第二转子支架、201-涡流阻断桥、202-风翅、203-连接筋、204-磁钢安置孔、205-磁钢限位台、206-减重孔、2011-断缝、21-磁钢、211-子磁钢、2111-磁钢主体、2112磁钢固定台、3-转轴、4-轴承、5-气隙
具体实施方式
一种低转子损耗双定子轴向磁通永磁电机，所述电机包括定子1、转子2、转轴3、轴承4，定子1为两个，所述转子2夹在两个定子1之间，且转子与两者之间有气隙5，转子2固定在转轴3上，定子1与转轴3之间设置轴承4，转轴3与轴承4转动配合；所述转子2包括转子架20和磁钢21，磁钢21嵌于转子架20内；所述转子架20上设置有涡流阻断桥201、风翅202、连接筋203、磁钢安置孔204、磁钢限位台205和减重孔206。
转子架20的涡流阻断桥201与连接筋203沿转子架20的周向交替分布，磁钢21嵌于转子架20的磁钢安置孔204内，减重孔206设置在涡流阻断桥201和连接筋203上(减重孔206也有降低涡流的作用)，对应阻断桥201和连接筋203的外端的位置设置风翅202。
转子架20包括第一转子支架20A和第二转子支架20B，第一转子支架20A上的涡流阻断桥201与第二转子支架20B上的连接筋203相正对，第一转子支架20A和第二转子支架20B上的风翅202可以错开角度，也可以正对；涡流阻断桥201上的断缝2011处用金属焊接胶粘接，可极大增加其机械强度；第一转子支架20A和第二转子支架20B用螺栓或铆钉固连；涡流阻断桥201上的断缝2011截断转子架20上的涡流路径，转子架20上的涡流是定子电枢20产生的谐波磁场所引起的；转子架20转动时，转子架20上的风翅202可以让电机内部的空气流通。
所述磁钢21由多块子磁钢211拼接而成，每块子磁钢211形状相似，不同的子磁钢211之间相互绝缘，多块子磁钢211拼接方案可以阻断整块磁钢的涡电流路径，降低磁钢的涡流损耗，可有效的防止磁钢发生高温退磁现象，同时，还能提高电机的运行效率；子磁钢211包括磁钢主体2111和磁钢固定台2112，磁钢固定台(2112)位于磁钢主体(2111)的两侧，磁钢固定台2112与磁钢限位台205搭接，二者互相咬合，保证了磁钢21与转子架20相对静止，有效防止磁钢21被甩出。(磁钢固定台(2112)与两侧的转子架(20)上的凸出的磁钢限位台(205)搭接，即两侧的磁钢限位台(205)将磁钢固定台(2112)夹持)
所述第一转子支架20A和第二转子支架20B上的涡流阻断桥(201)与连接筋(203)周向交替分布；第一转子支架20A和第二转子支架20B为金属材料，表面覆盖有绝缘涂层，绝缘涂层可以阻止涡电流在转子支架20A和转子支架20B的流通，否则，涡流阻断桥201就失去了阻断涡电流路径的作用，涡电流就会避开涡流阻断桥201，通过第一转子支架20A和第二转子支架20B上连接筋203流通。
所述定子1包括定子电枢10、机座11和盖板、定子电枢10固定在机座11内，因为定子1为两个，相应的电枢10、机座11和盖板都是两个，对应两个定子1的盖板分别为第一盖板12A和第二盖板12B，第一盖板12A置于其中一个机座11一侧，第二盖板12B置于另一个机座11一侧。
定子电枢10包含定子齿101、定子轭102和绕组线圈103，绕组线圈103套在定子齿101上，通电的定子电枢10在气隙5中产生圆形旋转磁场，该圆形旋转磁场与转子2上的磁钢21相互作用，驱动转子2旋转。
机座11上设置水道111(在机座(11)的一个面上挖的槽)，冷却水流动方向F为：从入水口113流入，接着经过机座11的内径，再流向机座11的外径，最后经出水口112流出。其中一个机座11与第一盖板12A间以及另一个机座11与第二盖板12B间均放置密封元件，再通过螺栓或铆钉将机座11与盖板固连，防止冷却水泄露流入电机内部，对电机产生影响。
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。
如图1至图8所示：本实例提供了一种低转子损耗轴向磁通永磁电机，所述电机包括两个定子1、转子2、转轴3、轴承4，所述转子2夹在两个定子1之间，且转子与两者之间有气隙5，转子2固定在转轴3上，转轴3与轴承4转动配合；所述转子2包括转子架20和磁钢21，磁钢21嵌于转子架20内；所述转子架20上设置有涡流阻断桥201、风翅202、连接筋203、磁钢安置孔204、磁钢限位台205和减重孔206。
优选的，如图2和图3所示，转子架20包括第一转子支架20A和第二转子支架20B，第一转子支架20A上的涡流阻断桥201与第二转子支架20B上的连接筋203相正对，第一转子支架20A和第二转子支架20B上的风翅202可以错开角度，也可以正对；涡流阻断桥201的断缝2011处用金属焊接胶粘接，可极大增加其机械强度；第一转子支架20A和第二转子支架20B用螺栓或铆钉固连；涡流阻断桥201截断转子架20上的涡流路径，转子架20上的涡流是定子电枢20产生的谐波磁场所引起的，图8出示了有涡流阻断桥转子架和无涡流阻断桥转子架的涡流云图，有涡流阻断桥的转子架上的涡流云C比无涡流阻断桥转子架的涡流云浓度更低；转子架20转动时，转子架20上的风翅202可以让电机内部的空气流通。
优选的，如图5所示，所述磁钢21由多块子磁钢211拼接而成，每块子磁钢211形状相似，不同的子磁钢211之间相互绝缘，多块子磁钢211拼接方案可以阻断整块磁钢的涡电流路径，降低磁钢的涡流损耗，可有效的防止磁钢发生高温退磁现象，同时，还能提高电机的运行效率；子磁钢211包括磁钢主体2111和磁钢固定台2112，磁钢固定台2112与磁钢限位台205搭接(如图4和图5所示)，二者互相咬合，保证了磁钢21与转子架20相对静止，防止转子2高速旋转时磁钢21被甩出。
优选的，如图2和图4所示，所述第一转子支架20和第二转子支架20B上的涡流阻断桥201与连接筋203周向交替分布；第一转子支架20A和第二转子支架20B为金属材料，表面覆盖有绝缘涂层，绝缘涂层可以阻止涡电流在第一转子支架20A和第二转子支架20B的流通，否则，涡流阻断桥201就失去了阻断涡电流路径的作用，涡电流就会避开涡流阻断桥201，通过第一转子支架20A和第二转子支架20B上连接筋203流通。
优选的，如图1所示，所述定子1包括定子电枢10、机座11、第一盖板12A和第二盖板12B，定子电枢10固定在机座11内，第一盖板12A或第二盖板12B置于机座11一侧。
优选的，如图6所示，定子电枢10包含定子齿101、定子轭102和绕组线圈103，绕组线圈103套在定子齿101上，绕组线圈103可以组成多相(大于等于二相)绕组，定子电枢10上的多相绕组通电后在气隙5中产生圆形旋转磁场，该圆形旋转磁场与转子2上的磁钢21相互作用，驱动转子2旋转。
优选的，如图7所示，机座11上设置水道111，冷却水流动方向F为：从入水口113流入，接着经过机座11的内径，再流向机座11的外径，最后经出水口112流出。如图1所示，机座11与第一盖板12A及第二盖板12B间均放置密封元件，再通过螺栓或铆钉将机座11与盖板固连，防止冷却水泄露流入电机内部，对电机产生影响。
本发明提供一种低转子损耗双定子轴向磁通永磁电机，转子强度高，转子损耗小，电机效率高；电机的散热效果更好，降低了定子绕组线圈绝缘失效和转子磁钢不可逆退磁的风险。
Claims (6)
1.一种低转子损耗双定子轴向磁通永磁电机，所述电机包括定子（1）、转子（2）、转轴（3）和轴承（4），定子为两个，所述转子（2）夹在两个定子（1）之间，且转子与两个定子之间有气隙（5），转子（2）固定在转轴（3）上，定子（1）与转轴（3）之间设置轴承（4），转轴（3）与轴承（4）转动配合，其特征在于：所述转子（2）包括转子架（20）和磁钢（21）；所述转子架（20）上设置有涡流阻断桥（201）、风翅（202）、连接筋（203）、磁钢安置孔（204）、磁钢限位台（205）和减重孔（206），转子架（20）的涡流阻断桥（201）与连接筋（203）沿转子架（20）的周向交替分布，磁钢（21）嵌于转子架（20）的磁钢安置孔（204）内，减重孔（206）设置在涡流阻断桥（201）和连接筋（203）上，对应涡流阻断桥（201）和连接筋（203）的外端的位置设置风翅（202）；
转子架（20）为两个，分别为第一转子支架（20A）和第二转子支架（20B），第一转子支架（20A）上的涡流阻断桥（201）与第二转子支架（20B）上的连接筋（203）相正对；涡流阻断桥（201）上的断缝（2011）处用金属焊接胶粘接；第一转子支架（20A）和第二转子支架（20B）固连。
2.根据权利要求 1 所述的低转子损耗双定子轴向磁通永磁电机，其特征在于：所述定子（1）包括定子电枢（10）、机座（11）和盖板；定子电枢（10）固定在机座（11）内，盖板置于机座（11）一侧。
3.根据权利要求 1 所述的低转子损耗双定子轴向磁通永磁电机，其特征在于：所述磁钢（21）由多块子磁钢（211）拼接而成，不同的子磁钢（211）之间相互绝缘，子磁钢（211）包括磁钢主体（2111）和磁钢固定台（2112），磁钢固定台（2112）位于磁钢主体（2111）的两侧，磁钢固定台（2112）与磁钢限位台（205）搭接。
4.根据权利要求 1 所述的低转子损耗双定子轴向磁通永磁电机，其特征在于：第一转子支架（20A）和第二转子支架（20B）为金属材料，表面覆盖有绝缘涂层。
5.根据权利要求 2 所述的低转子损耗双定子轴向磁通永磁电机，其特征在于：定子电枢（10）包含定子齿（101）、定子轭（102）和绕组线圈（103），绕组线圈（103）套在定子齿（101）上，通电的定子电枢（10）在气隙（5）中产生圆形旋转磁场。
6.根据权利要求 2所述的低转子损耗双定子轴向磁通永磁电机，其特征在于：在机座（11）的一个面上挖的槽，形成水道（111），冷却水流动方向F 为：从入水口（113）流入，接着经过机座（11）的内径，再流向机座（11）的外径，最后经出水口（112）流出。
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