CN116054454A - 一种高功率密度的轴径向混合异步电机 - Google Patents

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王宝健
袁朗
闫奕名
叶小婷
付丽辉
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Abstract

本发明公开一种高功率密度的轴径向混合异步电机，包括右外到内依次设置的外壳、定子、转子、转轴，定子包括定子铁芯和绕组，所述转子包括笼型导条和转子铁芯，转轴通过两端的轴承固定在外壳中心，所述定子铁芯包括位于中间段的径向定子铁芯和位于两端的轴向定子铁芯，径向定子铁芯呈圆筒状与转轴共线，轴向定子铁芯呈圆盘状垂直于转轴，径向定子铁芯表面开有轴向槽，轴向定子铁芯表面开有径向槽，所述轴向槽与径向槽数目相同且位置对应，轴向槽与径向槽内绕有一套绕组，所述绕组以星型方式连接连接；所述笼型导条两端的端环直径小于笼型导条的最大直径。

Description

一种高功率密度的轴径向混合异步电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种轴径向混合异步电机。
背景技术
目前，异步电机现有的绕组结构大多数为分布式绕组，与集中式绕组相比，能充分利用空间位置，并有利于散热，削弱谐波磁场优化电动机性能，反电势比较正弦，纹波较小。同时，由于异步电机的分布式绕组线圈绕制较为复杂，绕组端部长度长，铜耗大，电机的轴向尺寸就随之变长，对电机的紧凑性设计不利。造成电机空间利用率低，电机的功率密度低等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高功率密度的轴径向混合异步电机，提出了一种结构紧凑，体积小，空间利用率高的异步电机，省去电机绕组端部效应，提高了电机性能；具有增大转矩密度的优点。
本发明通过以下技术方案实现：
一种高功率密度的轴径向混合异步电机，包括右外到内依次设置的外壳、定子、转子、转轴，定子包括定子铁芯和绕组，所述转子包括笼型导条和转子铁芯，转轴通过两端的轴承固定在外壳中心，所述定子铁芯包括位于中间段的径向定子铁芯和位于两端的轴向定子铁芯，径向定子铁芯呈圆筒状与转轴共线，轴向定子铁芯呈圆盘状垂直于转轴，径向定子铁芯表面开有轴向槽，轴向定子铁芯表面开有径向槽，所述轴向槽与径向槽数目相同且位置对应，轴向槽与径向槽内绕有一套绕组，所述绕组以星型方式连接；所述笼型导条两端的导环直径小于笼型导条的最大直径。
进一步的：外壳一端设有端环一，外壳另一端设有端环二、端环三、端环四；每组对应的轴向槽和径向槽内埋设由多根导线汇成的绕组线，所述绕组线一端挂设在端环一上，绕组线另一端根据A、B、C三相分别挂设在端环二、端环三、端环四上，并分别通过端环二、端环三、端环四引出线。
进一步的：所述导环直径大于转轴直径小于轴承外圈直径。
进一步的：端环一、端环二、端环三、端环四固定在外壳内壁且相互之间绝缘。
进一步的：所述定子铁芯和转子铁芯均通过硅钢片叠压成型。
本发明和现有技术相比有以下优点：
本发明解决了传统径向异步电机和轴向异步电机端接部分绕组太长的问题，提出了一种结构紧凑，体积小，空间利用率高的异步电机，绕组端部采用类双层端部结构，省去电机绕组端部效应，能保证绕组分布均匀，降低了端部用铜量，进而降低电阻，解决了传统径向异步电机和轴向异步电机端接部分的问题，提高了电机功率密度与电机效率，增强了电机性能；具有增大转矩密度的优点。同时采用了转矩与频率约束轴向、径向转子转速的方法，能保证在同一工作频率与相同输出转矩下，轴向转子、径向转子转速一致。
附图说明
图1为本发明一种高功率密度的轴径向混合异步电机结构图；
图2为本发明一种高功率密度的轴径向混合异步电机左侧绕组连接图；
图3为本发明一种高功率密度的轴径向混合异步电机右侧绕组连接图；
图中：
1、转轴；2、导条；3、绕组线；4、径向导条；5、导环；6、外壳；7、径向定子铁芯；8、转子铁芯；9、轴向定子铁芯；10、轴承；100、端环一；101、端环二；102、端环三；103、端环四。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖 直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明通过以下技术方案实现：
一种高功率密度的轴径向混合异步电机，包括右外到内依次设置的外壳6、定子、转子、转轴，定子包括定子铁芯和绕组，所述转子包括笼型导条2和转子铁芯8，转轴1通过两端的轴承10固定在外壳6中心，所述定子铁芯包括位于中间段的径向定子铁芯7和位于两端的轴向定子铁芯9，径向定子铁芯7呈圆筒状与转轴1共线，轴向定子铁芯9呈圆盘状垂直于转轴1，径向定子铁芯7表面开有轴向槽，轴向定子铁芯9表面开有径向槽，所述轴向槽与径向槽数目相同且位置对应，轴向槽与径向槽内绕有一套绕组，所述绕组以星型方式连接连接；所述笼型导条2两端的导环5直径小于笼型导条2的最大直径，导环5与笼型导条2柱面上的轴向导条之间通过径向导条4连接。外壳6一端设有端环一100，外壳6另一端设有端环二101、端环三102、端环四103；每组对应的轴向槽和径向槽内埋设由多根导线汇成的绕组线3，所述绕组线3一端挂设在端环一100上，绕组线3另一端根据A、B、C三相分别挂设在端环二101、端环三102、端环四103上，并分别通过端环二101、端环三102、端环四103引出线。所述导环5直径大于转轴1直径小于轴承10外圈直径。端环一100、端环二101、端环三102、端环四103固定在外壳6内壁且相互之间绝缘。所述定子铁芯和转子铁芯8均通过硅钢片叠压成型。
本发明的工作原理是：
转子铁芯和定子铁芯由导磁材料制成，在常规状态下不显磁性，当其处于磁场中时可以迅速磁化，本实施例中的转子铁芯和定子铁芯8由硅钢片压制成型，硅钢片具有较大的导磁率，磁力线可以十分容易通过。利用三相交流电分别向本发明中的A、B、C三相绕组通电，正弦变化的电流可以在定子内产生旋转磁场。旋转的磁场会带动嵌有笼型导条2的转子铁芯8转动，从而带动转轴1转动，进而向外输出动力。
参照图1，本实施例中，定子铁芯的中间段和转子铁芯8的中间段形成的结构与传统的笼式异步电机相同，但定子铁芯两端增加了轴向定子铁芯9。所述轴向定子铁芯9上的绕组线3缠绕呈盘型，与转子笼型导条2两侧的径向导条4共同组成了类似轴向异步电机的结构，当绕组中通三相交流电时，轴向定子铁芯9可以在转子铁芯两端面上的径向导条4施加电磁驱动力。轴向定子铁芯7和径向定子铁芯9共同向转子施加电磁力，从而提高了电机的功率密度，增加整个电机的扭矩，提高电机效率。
参照图2、图3，本实施例中，绕组的卷绕方式是星形连接，绕组线3一端挂设在端环一100上，绕组线3另一端根据A、B、C三相分别挂设在端环二101、端环三102、端环四103上，并分别通过端环二101、端环三102、端环四103引出线。具体来说，由于定子铁芯上的径向槽面积不可能刚好与轴向槽面积相等，所以径向槽的绕组线一部分经过轴向槽后再于另一部分绕组线并起来接到电源。此外，绕组线将径向和轴向槽分相后，N根并联导线嵌入径向槽，M根进入轴向槽，然后再出来与N-M根合在一起接到端环上。端环一100、端环二101、端环三102、端环四103固定在外壳6内壁且相互之间绝缘。采用该端环连接的接线方式，与传统永磁同步电机的绕组接线方式相比，本接线方式节省绕组两端的绕组线短，绕组结构紧凑，体积小，所以漏磁少，电机空间利用率高；此外，该接线方式的绕组端部结构紧凑，减少了传统电机绕组的端部效应降低了端部用铜量，进而降低电阻，进一步增加了电机效率。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高功率密度的轴径向混合异步电机，包括右外到内依次设置的外壳（6）、定子、转子、转轴（1），定子包括定子铁芯和绕组，所述转子包括笼型导条（2）和转子铁芯（8），转轴（1）通过两端的轴承（10）固定在外壳（6）中心，其特征在于：所述定子铁芯包括位于中间段的径向定子铁芯（7）和位于两端的轴向定子铁芯（9），径向定子铁芯（7）呈圆筒状与转轴（1）共线，轴向定子铁芯（9）呈圆盘状垂直于转轴（1），径向定子铁芯（7）表面开有轴向槽，轴向定子铁芯（9）表面开有径向槽，所述轴向槽与径向槽数目相同且位置对应，轴向槽与径向槽内绕有一套绕组，所述绕组以星型方式连接；所述笼型导条（2）两端的导环（5）直径小于笼型导条（2）的最大直径。
2.根据权利要求1所述的一种高功率密度的轴径向混合异步电机，其特征在于：外壳（6）内壁一端设有端环一（100），外壳（6）内壁另一端设有端环二（101）、端环三（102）、端环四（103）；每组对应的轴向槽和径向槽内埋设由多根导线汇成的绕组线（3），所述绕组线（3）一端挂设在端环一（100）上，绕组线（3）另一端根据A、B、C三相分别挂设在端环二（101）、端环三（102）、端环四（103）上，并分别通过端环二（101）、端环三（102）、端环四（103）引出线。
3.根据权利要求1所述的一种高功率密度的轴径向混合异步电机，其特征在于：所述导环（5）直径大于转轴（1）直径小于轴承（10）外圈直径。
4.根据权利要求1所述的一种高功率密度的轴径向混合异步电机，其特征在于：端环一（100）、端环二（101）、端环三（102）、端环四（103）固定在外壳（6）内壁且相互之间绝缘。
5.根据权利要求1所述的一种高功率密度的轴径向混合异步电机，其特征在于：所述定子铁芯和转子铁芯（8）均通过硅钢片叠压成型。
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