CN202798412U - 一种航空用无槽无刷永磁直流电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于直流电机领域，其目的是为了提供一种航空用无槽无刷永磁直流电机，包括定子、转子、机壳、前端盖和后端盖，是内转子一体化结构，所述转子包括磁轭，所述磁轭是环形结构；环形磁轭内圈设置有槽型结构。本实用新型提供的一种航空用无槽无刷永磁直流电机，大大简化电机结构，使功率、体积比大大提高，提高电机过载能力；电机转子重量减轻，转动惯量变小，明显提高电机的转速和快速启停能力。

Description

一种航空用无槽无刷永磁直流电机

技术领域

本实用新型涉及直流电机领域，特别是指一种航空用无槽无刷永磁直流电机。

背景技术

申请号为201120556470.8公开了一种高速永磁无槽无刷直流电机，是一种无槽无刷的直流电机，克服了现有永磁无刷直流电机因定子齿槽结构带来的转矩脉动不足，避免了电机高速运转时因转子部件动不平衡造成震动冲击现象的发生，本实用新型是该发明创造的改进，提高电机的功率重量比，提高电机的频响速度，以满足航天航空领域对电机功率、频响和稳定性的要求。

实用新型内容

本实用新型提供的一种航空用无槽无刷永磁直流电机，电机频响高、运行平稳，且功率重量比大。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种航空用无槽无刷永磁直流电机，包括定子、转子、机壳、前端盖和后端盖，是内转子一体化结构，所述转子包括磁轭，所述磁轭是环形结构；环形磁轭内圈设置有槽型结构。

所述电机转子从内到外依次是转子轴、磁轭、磁钢、护环；定子从外到内依次是定子铁芯、绝缘薄膜、定子绕组；定子铁芯由硅钢片堆叠而成。

所述电机还具有动平衡调整块、轴承、传感器磁钢座和传感器磁钢；传感器磁钢座位于动平衡调整块外侧；传感器磁钢座的一个端面与转轴一侧第一个阶梯轴表面贴合，传感器磁钢在圆周方向上与磁钢一致；轴承套设于转子轴上，位于传感器磁钢座外侧。

所述磁轭内环的水平和竖直两个方向设置有4个槽型。

所述定子绕组为筒形绕组。

所述护环套设于磁钢外围，与磁钢过盈配合。

所述护环的厚度为0.5-0.8mm。

优化的，所述传感器磁钢座由尼龙材料制成。

本实用新型提供的一种航空用无槽无刷永磁直流电机，大大简化电机结构，使功率、体积比大大提高，提高电机过载能力；电机转子重量减轻，转动惯量变小，明显提高电机的转速和快速启停能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本实用新型结构示意图。

图2：本实用新型的磁轭结构示意图。

其中：1—转子轴、2—磁轭、3—磁钢、4—护环、5—定子铁芯、6—筒形绕组、7—动平衡调整块、8—轴承、9—传感器磁钢座、10—传感器磁钢。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供的一种航空用无槽无刷永磁直流电机，包括定子、转子、机壳、前端盖和后端盖，是内转子一体化结构，所述转子包括磁轭2，所述磁轭2是环形结构；环形磁轭2内圈设置有槽型结构。所述电机转子从内到外依次是转子轴1、磁轭2、磁钢3、护环4；定子从外到内依次是定子铁芯5、绝缘薄膜、定子绕组；定子铁芯5由硅钢片堆叠而成。所述电机还具有动平衡调整块7、轴承8、传感器磁钢座9和传感器磁钢10；传感器磁钢座9位于动平衡调整块7外侧；传感器磁钢座9的一个端面与转轴1一侧第一个阶梯轴表面贴合，传感器磁钢10在圆周方向上与磁钢3一致；轴承8套设于转子轴1上，位于传感器磁钢座9外侧。所述磁轭2内环的水平和竖直两个方向设置有4个槽型。所述定子绕组为筒形绕组6。所述护环4套设于磁钢3外围，与磁钢3过盈配合。所述护环4的厚度为0.5-0.8mm。优化的，所述传感器磁钢座9由尼龙材料制成。

所述磁轭2与转子轴1过盈配合，磁钢3表贴于磁轭2，护环4套设于磁钢3外围，与磁钢3过盈配合；所述定子铁芯5是无槽圆环，筒形绕组6绕制于定子铁芯5上，筒形绕组6的外径与定子铁芯5内径贴合。转子轴1上设置有动平衡调整块7，与磁轭2相邻。电机一端还设置有传感器磁钢座9和传感器磁钢10；传感器磁钢座9位于轴承8和动平衡调整块7之间；传感器磁钢座9的一个端面与转轴1一侧第一个阶梯轴表面贴合，传感器磁钢10在圆周方向上与磁钢3一致。轴承8套设于转子轴1上，位于传感器磁钢座9外侧。定子铁芯5由硅钢片堆叠而成。筒形绕组6为双层绕组。所述护环4的厚度为0.5-0.8mm。定子铁芯5内壁设置有绝缘薄膜。定子铁芯5为DW310-35；护环锈钢1Cr18Ni9Ti.

本实施例以下表各项为参数目标进行计算设计：

表1主要参数表

电磁结构设计部分：

一、主要尺寸确定：

1.预取效率，空载转速：

η'＝0.75    n₀＝24000r/m

2.计算功率，电机长期工作：

$P^{\′}=\frac{1+2{\mathrm{\η}}^{\′}}{3{\mathrm{\η}}^{\′}}{P}_N=\frac{1+2\×0.75}{3\×0.75}\×2100=2333W$

3.预取线负荷：

A＝80A/cm＝8000A/m

4.预取气隙磁感应强度：

B_δ＝0.65T

5.由于本电机采用瓦形铷铁硼磁钢，故预取计算极弧系数为：

α_i＝0.9

6.依电机的额定功率和额定转速确定电机转子的外径

D＝42mm

取电机长度：

L＝80mm

则其长径比：

$\mathrm{\λ}=\frac{L}{D}=\frac{80}{42}\≈1.9$

7.由于电机转速较高，相应的极对数要少一些。故取极对数：

2P＝6

8.计算级距：

$\mathrm{\τ}=\frac{\mathrm{\πD}}{2P}=\frac{3.14\×4.2}{2\×3}=2.198\mathrm{cm}$

9.确定磁钢3尺寸：

依据转子结构及其长度，结合经验设计采用瓦形磁钢。磁钢3内径与转子外径一致为42mm，厚度为4mm，即外径为50mm。

10.护环尺寸的确定：

护环4内径与磁钢3外径一致为50mm，为了在保证其刚度的情况下磁阻又尽可能的小取其厚度为1mm，则护环4外径为52mm。护环4采用非导磁材料的不锈钢1Cr18Ni9Ti。

11.磁路计算：

磁钢3可产生的总磁通为：

ψ＝πDB_rLα_i×10^-4＝6.172×10^-3Wb

本电机采用三相六状态的工作模式，故其两相（导通）磁通为：

ψ₂＝4.114656×10^-3Wb

12.导体数量计算：

两相导体总数：

$N=\frac{60U_N(2\sqrt{\mathrm{\η}}-\mathrm{\η})}{{\mathrm{\ψ}}_{2{}_{}}{n}_0}=\frac{60\×110\×(2\sqrt{0.75}-0.75)}{0.004114656\×24000}=65.63\≈66$

则单相约为33根。考虑到用虚拟18槽的线圈结构方式，则每相线圈将占用6个虚拟槽。即每个虚拟槽内含5根导线。

13.导体尺寸确定：

取AJ=900(A/cm)（A/mm²），由线负荷A＝80A/cm可求出线电流：

J＝11.25A/mm²

预估导线截面积：

$S_c=\frac{P_N}{U_N\mathrm{\ηJ}}=\frac{2100}{110\×0.75\×11.25\×{10}^6}=2.26{\mathrm{mm}}^2$

计算其直径为：d=1.7mm。明显线径较粗，线圈绕制困难。为了克服这种情况的发生，可以采用15根线径为0.45mm的细导线并联而成。

14.定子铁心尺寸的确定：

根据导体线圈的匝数及直径和护环4的外径、气隙等综合确定定子铁心的内径为68mm，外径为85mm。

如图1所示，转子由转子轴1、磁轭2、磁钢3、护环4、轴承8、传感器磁钢座9、传感器磁钢10构成。磁轭2为环形；磁钢3的安装采用表贴式，为了避免出现转子高转速运转时将磁钢3甩出的情况，在磁钢3的外围加非导磁的护环4，材料为不锈钢；护环4的内径略小于磁钢3外径，其配合为过盈配合，护环4的长度与磁钢3长度相等；由于护环4会对磁通产生磁阻，所以其厚度在不影响刚度的情况下尽可能的小，一般取0.5-0.8mm。

所述磁轭2是环形结构；环形磁轭内圈的水平和竖直两个方向设置有4个槽型结构，槽口截面形状与花键槽槽型相同。减轻了转子的重量，大大提高电机功率重量比，提高电机的频响。

安装时，将磁轭2压入转轴1，直至磁轭2端面与转轴1轴肩贴合为止。压入后转轴1和磁轭2固为一体。将磁钢3均匀的粘贴于磁轭2表面后将护环4套设于其外侧。传感器磁钢座9的左端面与转轴1右侧第一个阶梯轴表面贴合，传感器磁钢10的设置于圆周方向上与磁钢3一致，磁钢座9采用轻质的尼龙材料进一步减轻重量。轴承8套设于转子轴1上。

定子铁心5用硅钢片堆叠成圆环状。定子铁心5内壁加绝缘薄膜使电机整体要达到较高的绝缘等级。筒形绕组6采用虚拟的有槽电机的绕制方法。绕制之后其外径与定子铁心5内径贴合；内径依护环4外径和气隙大小决定。一般取筒形绕组6内径比护环4外径1mm-2mm。

本实用新型提供的一种航空用无槽无刷永磁直流电机，大大简化电机结构，使功率、体积比大大提高，提高电机过载能力；电机转子重量减轻，转动惯量变小，明显提高电机的转速和快速启停能力。

当然，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员应该可以根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种航空用无槽无刷永磁直流电机，包括定子、转子、机壳、前端盖和后端盖，是内转子一体化结构，所述转子包括磁轭（2），其特征在于：所述磁轭（2）是环形结构；环形磁轭（2）内圈设置有槽型结构。

2.根据权利要求1所述的一种航空用无槽无刷永磁直流电机，其特征在于：所述电机转子从内到外依次是转子轴（1）、磁轭（2）、磁钢（3）、护环（4）；定子从外到内依次是定子铁芯（5）、绝缘薄膜、定子绕组；定子铁芯（5）由硅钢片堆叠而成。

3.根据权利要求1所述的一种航空用无槽无刷永磁直流电机，其特征在于：所述电机还具有动平衡调整块（7）、轴承（8）、传感器磁钢座（9）和传感器磁钢（10）；传感器磁钢座（9）位于动平衡调整块（7）外侧；传感器磁钢座（9）的一个端面与转轴（1）一侧第一个阶梯轴表面贴合，传感器磁钢（10）在圆周方向上与磁钢（3）一致；轴承（8）套设于转子轴（1）上，位于传感器磁钢座（9）外侧。

4.根据权利要求1所述的一种航空用无槽无刷永磁直流电机，其特征在于：所述磁轭（2）内环的水平和竖直两个方向设置有4个槽型。

5.根据权利要求2所述的一种航空用无槽无刷永磁直流电机，其特征在于：所述定子绕组为筒形绕组（6）。

6.根据权利要求2所述的一种航空用无槽无刷永磁直流电机，其特征在于：所述护环（4）套设于磁钢（3）外围，与磁钢（3）过盈配合。

7.根据权利要求2所述的一种航空用无槽无刷永磁直流电机，其特征在于：所述护环（4）的厚度为0.5-0.8mm。

8.根据权利要求3所述的一种航空用无槽无刷永磁直流电机，其特征在于：所述传感器磁钢座（9）由尼龙材料制成。

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