CN115589100B - 一种轴向载荷均匀分布的永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴向载荷均匀分布的永磁电机，涉及永磁电机领域,包括机壳，所述机壳通过连接结构同轴转动连接有中空的外层转轴，所述外层转轴内轴向滑动连接有内层转轴，所述内层转轴的一端为电机的输出端，且另一端连接有活塞，所述外层转轴的一端固定有转轴端盖，所述转轴端盖上连接有旋转接头，所述旋转接头的接口连接有导热介质循环结构，所述外层转轴的一端连接有推力轴承，所述推力轴承安装在推力轴承座内，所述推力轴承座的四周连接有伞状支架，所述伞状支架的另一端皆固定连接在机壳的内壁。本发明将电机的轴向力分散，避免产生电机壳体形变的问题，在电机内的后端设置导热油流通回路，达到为电机降温散热的效果。

Description

一种轴向载荷均匀分布的永磁电机

技术领域

本发明涉及永磁电机领域，具体为一种轴向载荷均匀分布的永磁电机。

背景技术

永磁电动机以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性，提高了电动机的效率和功率密度。

相关公告号为CN114337054A的中国专利公开了一种可抗高过载轴向冲击载荷的电机，包括壳体，壳体呈筒形结构，壳体的一端开口，另一端设置有第一轴承室，第一轴承室的内侧设置有第一轴承；定子组件，定子组件设置在壳体的内侧，定子组件与壳体之间设置有弹性圆柱销；端盖，端盖设置在壳体的开口端，端盖的内侧设置有第二轴承室，第二轴承室的底部设置有第二外圆面和第二内圆面，第二外圆面与第二内圆面形成环形阶梯，第二轴承室的内侧设置有第二轴承，第二轴承的外圈顶在第二外圆面上，第二外圆面与第二内圆面之间的高度差小于第二轴承的轴向游隙；转子组件，转子组件穿过定子组件的内部，转子组件的两端分别穿过第一轴承和第二轴承，转子组件的轴肩直接或间接分别顶在第一轴承的内圈和第二轴承的内圈上。

现有的可抗高过载轴向冲击载荷的电机在实际使用中，当电机的转轴受到轴向力的情况下，电机的转轴需要轴向窜动产生轴向的位移，通过第二轴承的轴承内圈与第二轴承室的第二内圆面的刚性碰撞卸掉冲击，并传递冲击力至壳体与端盖的紧固件位置处，从而实现电机可抗高过载轴向冲击载荷，当冲击结束后，电机的转子组件可受电磁吸力归位并可通电正常工作，此过程中轴承与转轴之间会发生滑动，因此，转轴与轴承之间并不一定紧密连接，在转轴输出转矩时，转轴与轴承的接触面可能会发生滑动，尤其是在转轴突然加速转动的时候，转轴与轴承之间的接触面发生相对滑动易造成电机输出功率的损失，不可避免的降低了电机输出的功率密度，且转轴的轴向力经过卸力结构传导后多集中在电机后壳的中部，导致后壳与电机壳体连接处的应力较大，电机后壳的中部长期频繁的受力往往易导致电机后壳形变，或出现后壳松动的现象。

相关公告号为CN101383563B的中国专利公开了一种轴向大载荷永磁直驱电机，由机壳、转子、定子、轴承内盖、端盖、转轴、推力轴承、上支撑轴承、大长径比端盖和下支撑轴承组成，转子采用永磁结构，在转轴承重端安装一个大长径比端盖，大长径比端盖直径与电机机壳外径相同，推力轴承采用球面滚子推力轴承，球面滚子推力轴承安装在电机转轴和大长径比端盖的轴承座间，下支撑轴承在球面滚子推力轴承的下部安装在转轴端部，且镶嵌在大长径比端盖内，下支撑轴承与球面滚子推力轴承之间形成轴承室，轴承内盖在球面滚子推力轴承的上方安装在大长径比端盖的上部，轴承内盖与大长径比端盖之间形成油室，油室内装有液态润滑剂，在轴承室与油室之间大长径比端盖的轴承座上有数个油路通孔。

现有的轴向大载荷永磁直驱电机通过在设置双层的电机转轴结构，将传统的电机轴承替换为推力轴承，并通过电机内置的油路解决的轴承发热的问题，但实质上并没有很好的解决电机轴向载荷过大的问题，与上述的可抗高过载轴向冲击载荷的电机相同，转轴的轴向力皆传递在电机的后壳中部，同样存在着轴向力易导致后壳与电机壳体连接处的应力增大，电机后壳的中部长期频繁的受力导致电机后壳形变或后壳松动的问题。

而在实际所需要电机承载轴向力的场景里，例如：设置在室外的大型工业风扇，需要电机的转轴通过传动结构使大型工业风扇转动，在风扇频繁启停或受到外界自然风干扰的情况下，极易将转轴的轴向的力传递给电机的转轴，导致电机承载过量的轴向力而损坏；又如：小型的潜水器内的电机通过传动结构连接的转轴带动桨叶转动，在桨叶工作时或桨叶停转受到水流阻力时皆会传导较大的轴向力至电机的转轴，当电机的无法承受如此的轴向力时，往往就会损坏。

现有技术中对于电机轴向力的卸力以及提供对转轴卸力所需轴向位移的方式有采用在电机的输出轴上连接联轴器，再通过联轴器连接所需驱动设备的转轴，联轴器起到一定的卸力以及提供对转轴卸力所需轴向位移的作用，一定程度上避免电机转轴的轴向力损伤电机，但在电机的输出端连接联轴器不仅会增加装置的整体长度，还会增加电机的布设以及维护成本。

综上所述，现有的永磁电机在应对电机转轴的轴向力时，不易将轴向力分散，电机易因转轴的轴向力而损伤。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种轴向载荷均匀分布的永磁电机，以解决现有的永磁电机在应对电机转轴的轴向力时，不易将轴向力分散，电机易因转轴的轴向力而损伤的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种轴向载荷均匀分布的永磁电机，包括机壳，所述机壳通过连接结构同轴转动连接有中空的外层转轴，所述外层转轴内轴向滑动连接有内层转轴，所述内层转轴的一端为电机的输出端，且另一端连接有活塞，所述外层转轴的一端固定有转轴端盖，所述转轴端盖与活塞之间充满有导热介质，所述转轴端盖上连接有旋转接头，所述旋转接头的接口连接有导热介质循环结构，导热介质循环结构用作将电机内的热量导至电机外，所述外层转轴的一端连接有推力轴承，所述推力轴承安装在推力轴承座内，所述推力轴承座的四周连接有伞状支架，所述伞状支架的另一端皆固定连接在机壳的内壁，所述伞状支架用作将外层转轴的轴向力均匀分散至机壳上。

通过采用上述技术方案，设置内外转轴结构的电机，在轴承座外呈环形均匀间隔设置多组撑杆，多组撑杆的另一端皆与电机的外壳连接，将转轴的轴向力均匀传递至电机的壳体上，避免轴向力全部传递在电机的后壳上，充分的利用了电机的内部结构，将电机的轴向力分散，避免产生电机壳体形变的问题，在电机内的后端设置导热油流通回路，使导热油经过电机外的翅片之间后降温，达到为电机降温散热的效果，避免电机内的永磁铁因温度升高而产生不可逆的磁力消退。

本发明进一步设置为，所述机壳的前端连接有前机盖，所述前机盖的中心设置有转子轴承，所述前机盖通过转子轴承转动连接外层转轴。

通过采用上述技术方案，前机盖起到支撑外层转轴的作用，使外层转轴转动连接在电机内。

本发明进一步设置为，所述外层转轴在转轴端盖的一侧设置有环形的弹簧座，所述弹簧座上设置有复位弹簧，所述复位弹簧的另一端与活塞连接。

通过采用上述技术方案，复位弹簧使内层转轴在轴向力撤销的时候能够正常复位。

本发明进一步设置为，所述转轴端盖的中心设置有连接口，所述连接口内设置有螺纹结构，且通过螺纹结构连接旋转接头。

通过采用上述技术方案，通过螺纹结构稳定的连接旋转接头。

本发明进一步设置为，所述外层转轴内壁呈环形间隔设置有多条外层导向条，所述内层转轴的外壁呈环形间隔设置有多组与外层导向条配合的内层导向条。

通过采用上述技术方案，通过外层导向条与内层导向条配合实现内层转轴与外层转轴同时转动，且内层转轴能够在外层转轴内沿电机的轴向滑动。

本发明进一步设置为，所述旋转接头的循环出油端通过出油管连接有第一油箱，所述旋转接头的循环入油端通过入油管连接有第二油箱，所述第一油箱与第二油箱皆固定在机壳内。

通过采用上述技术方案，油箱的设置能够使导热介质循环管内的压力以及导热介质的流速较为均衡。

本发明进一步设置为，所述第一油箱与第二油箱皆为环形结构，且相互之间连接有多组回字形的导热介质循环管，所述第一油箱、第二油箱以及导热介质循环管内皆充满有导热介质。

通过采用上述技术方案，使导热介质能够在导热介质循环结构内均匀的循环，以便将电机内的热量带出。

本发明进一步设置为，多组所述导热介质循环管呈环形均匀间隔分布，所述导热介质循环管的一端连接在第一油箱的外壁，且朝向机壳外穿出机壳，所述导热介质循环管位于机壳外的部分通过支撑结构支撑，且在机壳外沿电机的轴向设置，所述导热介质循环管在机壳上远离穿出端的一端穿入机壳，所述导热介质循环管位于机壳内的部分通过支撑结构支撑，且在机壳内沿电机的轴向设置，所述导热介质循环管的另一端连接在第二油箱的一侧。

通过采用上述技术方案，通过导热介质循环管能够轻松的将热量带出机壳，使热量不必经过厚重的机壳即可快速散发至空气。

本发明进一步设置为，所述机壳的外壁沿电机轴向间隔设置有散热翅片，所述散热翅片平行于导热介质循环管，且与导热介质循环管相接触。

通过采用上述技术方案，散热翅片不仅能起到对机壳散热的效果，还能够成为位于机壳外导热介质循环管的散热结构。

本发明进一步设置为，所述机壳内壁沿电机轴线间隔设置有多组定子，所述导热介质循环管平行于定子。

通过采用上述技术方案，使得导热介质循环管在机壳内能够更为高效的吸收电机工作所产生的热量。

综上所述，本发明主要具有以下有益效果：

1、本发明通过设置内外转轴结构的电机，在外层转轴内设置导热油，在内层转轴的一端设置有活塞，使内层转轴轴向滑动连接在外层转轴内，当内层转轴滑动时，电机内层转轴一端的活塞挤压导热油，将轴向力分散一部分以压力的形式作用在外层转轴的壳体上，并通过在外层转轴的一端设置推力轴承，在推力轴承外设置轴承座，在轴承座外呈环形均匀间隔设置多组撑杆，多组撑杆的另一端皆与电机的外壳连接，将转轴剩余的轴向力均匀传递至电机的壳体上，避免轴向力全部传递在电机的后壳上，充分的利用了电机的内部结构，将电机的轴向力分散，避免产生电机壳体形变的问题，滑动设置在外层转轴内的内层转轴同样为电机提供了转轴轴向位移的空间，更进一步避免了电机受轴向力易损坏的问题；

2、本发明通过在电机内的后端设置导热油流通回路，通过旋转接头连接两组不同的油缸，在两组油缸之间设置相连通的导油管，使导热油经过电机外的翅片之间后降温，并在电机内经过发热的定子附近吸热，以此在永磁电机减弱轴向力所带来影响的同时，达到为电机降温散热的效果，避免电机内的永磁铁因温度升高而产生不可逆的磁力消退。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的后视内视立体图；

图3为本发明的机壳内视立体图；

图4为本发明的图3中A的放大图；

图5为本发明的单条导热介质循环管连接状态立体图；

图6为本发明的外转轴内视立体图；

图7为本发明的图6中B的放大图；

图8为本发明的转轴结构截面图。

图中：1、机壳；2、前机盖；3、后机盖；4、转子轴承；5、推力轴承；501、推力轴承座；502、伞状支架；6、外层转轴；601、转轴端盖；602、连接口；603、弹簧座；604、复位弹簧；605、外层导向条；7、内层转轴；701、活塞；702、内层导向条；8、旋转接头；9、第一油箱；10、第二油箱；11、出油管；12、入油管；13、导热介质循环管；14、定子；15、散热翅片。

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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面根据本发明的整体结构，对其实施例进行说明。

一种轴向载荷均匀分布的永磁电机，如图1-8所示，包括机壳1，机壳1通过连接结构同轴转动连接有中空的外层转轴6，连接结构具体包括转子轴承4与推力轴承5，外层转轴6内轴向滑动连接有内层转轴7，内层转轴7的一端为电机的输出端，且另一端连接有活塞701，外层转轴6的一端固定有转轴端盖601，转轴端盖601与活塞701之间充满有导热介质，导热介质具体优选为导热油，转轴端盖601上连接有旋转接头8，旋转接头8具体优选为导热油旋转接头，机壳1远离前机盖2的一端设置有后机盖3，后机盖3起到保护机壳1内组件的作用，旋转接头8的接口连接有导热介质循环结构，导热介质循环结构用作将电机内的热量导至电机外，达到为电机降温散热的效果，避免电机内的永磁铁因温度升高而产生不可逆的磁力消退，外层转轴6的一端连接有推力轴承5，推力轴承5安装在推力轴承座501内，推力轴承座501的四周连接有伞状支架502，伞状支架502的另一端皆固定连接在机壳1的内壁，伞状支架502用作将外层转轴6的轴向力均匀分散至机壳1上，将电机的轴向力分散，避免产生电机壳体形变的问题。

在上述结构的基础上，本实施例中，机壳1的前端连接有前机盖2，前机盖2起到保护机壳1内组件的作用，前机盖2的中心设置有转子轴承4，前机盖2通过转子轴承4转动连接外层转轴6，前机盖2同时也起到支撑外层转轴6的作用，使外层转轴6转动连接在电机内。

在上述结构的基础上，本实施例中，外层转轴6在转轴端盖601的一侧设置有环形的弹簧座603，环形的弹簧座603的中心留有供导热介质流动的通口，述弹簧座603上设置有复位弹簧604，复位弹簧604的另一端与活塞701连接，复位弹簧604使内层转轴7在轴向力撤销的时候能够正常复位，具体实施时，弹簧座603上安装的复位弹簧604弹性系数不应过大，避免出现轴向力较小无法使内层转轴7滑动的情况。

在上述结构的基础上，本实施例中，转轴端盖601的中心设置有连接口602，连接口602内设置有螺纹结构，且通过螺纹结构连接旋转接头8，通过螺纹结构稳定的连接旋转接头8。

在上述结构的基础上，本实施例中，外层转轴6内壁呈环形间隔设置有多条外层导向条605，内层转轴7的外壁呈环形间隔设置有多组与外层导向条605配合的内层导向条702，通过外层导向条605与内层导向条702配合实现内层转轴7与外层转轴6同时转动，且内层转轴7能够在外层转轴6内沿电机的轴向滑动，外层导向条605与内层导向条702配合实现外层转轴6向内层转轴7传递转矩，进而使内层转轴7跟随外层转轴6转动。

为了使导热介质循环管13内的压力以及导热介质的流速较为均衡，旋转接头8的循环出油端通过出油管11连接有第一油箱9，旋转接头8的循环入油端通过入油管12连接有第二油箱10，第一油箱9与第二油箱10皆固定在机壳1内，油箱的设置能够使导热介质循环管13内的压力以及导热介质的流速较为均衡，第一油箱9与第二油箱10皆为环形结构，且相互之间连接有多组回字形的导热介质循环管13，第一油箱9、第二油箱10以及导热介质循环管13内皆充满有导热介质，使导热介质能够在导热介质循环结构内均匀的循环，以便将电机内的热量带出，旋转接头8的循环出油端设置有朝向出油管11方向的单向阀，旋转接头8的循环入油端设置有朝向旋转接头8内部的单向阀，保证导热介质的正常流动。

为了提高电机的散热效率，多组导热介质循环管13呈环形均匀间隔分布，导热介质循环管13的一端连接在第一油箱9的外壁，且朝向机壳1外穿出机壳1，导热介质循环管13位于机壳1外的部分通过支撑结构支撑，且在机壳1外沿电机的轴向设置，导热介质循环管13在机壳1上远离穿出端的一端穿入机壳1，导热介质循环管13位于机壳1内的部分通过支撑结构支撑，且在机壳1内沿电机的轴向设置，导热介质循环管13的另一端连接在第二油箱10的一侧，通过导热介质循环管13能够轻松的将热量带出机壳1，使热量不必经过厚重的机壳1即可快速散发至空气。

其中机壳1的外壁沿电机轴向间隔设置有散热翅片15，散热翅片15平行于导热介质循环管13，且与导热介质循环管13相接触，散热翅片15不仅能起到对机壳1散热的效果，还能够成为位于机壳1外导热介质循环管13的散热结构，使导热介质循环管13内的导热介质快速向空气中散热。

本实施例还提供了机壳1内壁沿电机轴线间隔设置有多组定子14，在电机工作时，定子14上的线圈导电会散发大量的热量，若不及时将热量导出，可能使永磁电机内的永磁铁不可逆的消磁，导热介质循环管13平行于定子14，使得导热介质循环管13在机壳1内能够更为高效的吸收电机工作所产生的热量。

实际应用状态下，在电机的输出端所需要承受轴向力时，内层转轴7在外层转轴6内滑动，活塞701同样在外层转轴6内滑动挤压导热介质，使内层转轴7发生运动的轴向力一部分转换为挤压导热介质的压力，导热介质受到挤压后通过出油管11流出，使导热介质开始循环，而另一部分的轴向力转换为复位弹簧604的弹力，复位弹簧604将力传导至弹簧座603，弹簧座603将力依次经过外层转轴6、推力轴承5、推力轴承座501、伞状支架502均匀分散至机壳1，在轴向力消失的瞬间，复位弹簧604复位释放弹力，在弹力释放的过程中，导热介质从入油管12通过旋转接头8流回外层转轴6内，消耗掉复位弹簧604的弹力，避免复位弹簧604出现往复震动，同时也进一步的使导热介质顺畅流动，更进一步的，导热介质在电机工作时温度上升，流动性同时也会上升，更加利于导热介质在导热介质循环结构内流动。

本发明创造性的设置液压卸力以及伞状支架卸力的结构,避免了现有的永磁电机在应对电机转轴的轴向力时，不易将轴向力分散，电机易因转轴的轴向力而损伤的缺点；本方案中，通过设置内外转轴结构的电机，在轴承座外呈环形均匀间隔设置多组撑杆，多组撑杆的另一端皆与电机的外壳连接，将转轴的轴向力均匀传递至电机的壳体上，避免轴向力全部传递在电机的后壳上，充分的利用了电机的内部结构，将电机的轴向力分散，避免产生电机壳体形变的问题，在电机内的后端设置导热油流通回路，使导热油经过电机外的翅片之间后降温，达到为电机降温散热的效果，避免电机内的永磁铁因温度升高而产生不可逆的磁力消退。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合，本领域技术人员在阅读完本说明书后可在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，可以根据需要对实施例做出没有创造性贡献的修改、替换和变型等，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种轴向载荷均匀分布的永磁电机，包括机壳（1），其特征在于：所述机壳（1）通过连接结构同轴转动连接有中空的外层转轴（6），所述外层转轴（6）内轴向滑动连接有内层转轴（7），所述内层转轴（7）的一端为电机的输出端，且另一端连接有活塞（701），所述外层转轴（6）的一端固定有转轴端盖（601），所述转轴端盖（601）与活塞（701）之间充满有导热介质，所述转轴端盖（601）上连接有旋转接头（8），所述旋转接头（8）的接口连接有导热介质循环结构，导热介质循环结构用作将电机内的热量导至电机外，所述外层转轴（6）的一端连接有推力轴承（5），所述推力轴承（5）安装在推力轴承座（501）内，所述推力轴承座（501）的四周连接有伞状支架（502），所述伞状支架（502）的另一端皆固定连接在机壳（1）的内壁，所述伞状支架（502）用作将外层转轴（6）的轴向力均匀分散至机壳（1）上。

2.根据权利要求1所述的轴向载荷均匀分布的永磁电机，其特征在于：所述机壳（1）的前端连接有前机盖（2），所述前机盖（2）的中心设置有转子轴承（4），所述前机盖（2）通过转子轴承（4）转动连接外层转轴（6）。

3.根据权利要求1所述的轴向载荷均匀分布的永磁电机，其特征在于：所述外层转轴（6）在转轴端盖（601）的一侧设置有环形的弹簧座（603），所述弹簧座（603）上设置有复位弹簧（604），所述复位弹簧（604）的另一端与活塞（701）连接。

4.根据权利要求1所述的轴向载荷均匀分布的永磁电机，其特征在于：所述转轴端盖（601）的中心设置有连接口（602），所述连接口（602）内设置有螺纹结构，且通过螺纹结构连接旋转接头（8）。

5.根据权利要求1所述的轴向载荷均匀分布的永磁电机，其特征在于：所述外层转轴（6）内壁呈环形间隔设置有多条外层导向条（605），所述内层转轴（7）的外壁呈环形间隔设置有多组与外层导向条（605）配合的内层导向条（702）。

6.根据权利要求1所述的轴向载荷均匀分布的永磁电机，其特征在于：所述旋转接头（8）的循环出油端通过出油管（11）连接有第一油箱（9），所述旋转接头（8）的循环入油端通过入油管（12）连接有第二油箱（10），所述第一油箱（9）与第二油箱（10）皆固定在机壳（1）内。

7.根据权利要求6所述的轴向载荷均匀分布的永磁电机，其特征在于：所述第一油箱（9）与第二油箱（10）皆为环形结构，且相互之间连接有多组回字形的导热介质循环管（13），所述第一油箱（9）、第二油箱（10）以及导热介质循环管（13）内皆充满有导热介质。

8.根据权利要求7所述的轴向载荷均匀分布的永磁电机，其特征在于：多组所述导热介质循环管（13）呈环形均匀间隔分布，所述导热介质循环管（13）的一端连接在第一油箱（9）的外壁，且朝向机壳（1）外穿出机壳（1），所述导热介质循环管（13）位于机壳（1）外的部分通过支撑结构支撑，且在机壳（1）外沿电机的轴向设置，所述导热介质循环管（13）在机壳（1）上远离穿出端的一端穿入机壳（1），所述导热介质循环管（13）位于机壳（1）内的部分通过支撑结构支撑，且在机壳（1）内沿电机的轴向设置，所述导热介质循环管（13）的另一端连接在第二油箱（10）的一侧。

9.根据权利要求8所述的轴向载荷均匀分布的永磁电机，其特征在于：所述机壳（1）的外壁沿电机轴向间隔设置有散热翅片（15），所述散热翅片（15）平行于导热介质循环管（13），且与导热介质循环管（13）相接触。

10.根据权利要求8所述的轴向载荷均匀分布的永磁电机，其特征在于：所述机壳（1）内壁沿电机轴线间隔设置有多组定子（14），所述导热介质循环管（13）平行于定子（14）。

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