CN204271862U - 空心轴电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种空心轴电机，包括转子和定子主轴，所述转子为外转子，通过两端的轴承与所述定子主轴旋转连接，所述定子主轴为空心轴，所述定子主轴可以为单个件，也可以由一个主轴主体及一个或两个副轴组成，所述定子主轴的一端外侧可以设有风机，所述风机的出风口朝向所述定子主轴的轴孔以进行强制通风，所述定子主轴的侧壁上设有穿线通孔以通过轴孔和穿线通孔进行引线布线。本实用新型能够较好地解决定子的散热问题，以便于控制电机的温升，给电机转矩密度的提高提供空间，特别适应于低速大扭矩外转子永磁同步电机及基于这种电机的低速大扭矩无齿轮起重机起升机构。

Description

空心轴电机

技术领域

本实用新型涉及一种空心轴电机，特别是外转子空心轴电机，该电机的基本结构型式可用于低速大扭矩外转子永磁同步电机及基于这种电机的低速大扭矩无齿轮起重机起升机构。

背景技术

永磁同步电动机以其效率高、功率密度大等优点得到广泛应用，在此基础上发展起来一种转子在外、定子在内的永磁同步电机，即外转子永磁同步电机，相比于同体积的传统的内转子永磁同步电机，其定子直径较小，定子绕组端部接线较短，节省铜线，其转子直径较大，因此转动力臂较大，非常适合应用于输出大扭矩的场合，如起重机起升机构、电动车等。

但同时也伴随出现新的问题：由于定子铁心上的定子线圈是主要的发热源，而定子在内、转子在外的结构，对于通常两端采用封闭式结构的永磁同步电机而言，电机的散热特别是定子的散热比较困难，而且电机内部不含通风路径，因此非常容易导致电机温升，从而制约电机转矩密度的提高。

发明内容

为了解决现有技术下的上述问题，本实用新型提供了一种空心轴电机，能够较好地解决定子的散热问题，以便于控制电机的温升，给电机转矩密度的提高提供空间。

本实用新型的技术方案是：

一种空心轴电机，包括转子和定子主轴，所述转子为外转子，通过两端的轴承与所述定子主轴旋转连接，所述定子主轴为空心轴。

所述定子主轴包含多个轴段，其中用于安装定子铁心的中间轴段外径通常可以较大，位于所述中间轴段两端的两端轴段的外径均小于所述中间轴段的外径或者位于一端的轴段与所述中间轴段等径而位于另一端的轴段的外径小于所述中间轴段的外径。

所述两端的轴承通常可以分别安装在所述两端轴段上。

所述定子主轴一端或两端位于相应端所述轴承外侧的端部横截面外形优选为多边形。

所述定子主轴为单个件或由多个件构成，所述由多个件组成的定子主轴包括一个主轴主体及一个或两个副轴，所述主轴主体和副轴均为空心轴，所述副轴的外径小于所述主轴主体的外径且固定插接在所述主轴主体的一端，所述主轴主体和副轴分别构成所述定子主轴相应外径的轴段。

优选地，所述插接在主轴主体一端的副轴与所述主轴主体过盈配合。

所述副轴可以为具有单一外径的轴，也可以为具有多段不同外径的阶梯轴。

依据实际需要，所述副轴的外端可以固定插接有二级副轴，所述二级副轴为空心轴，其外径小于所述副轴的外径且与所述副轴过盈配合。

优选地，所述定子主轴的一端外侧设有风机，所述风机的出风口朝向所述定子主轴的轴孔。

优选地，所述定子主轴的侧壁上设有穿线通孔。

本实用新型的有益效果为：

将电机定子主轴设置成空心轴，不仅有利于节省材料，而且使定子主轴与空气接触面积显著增大，使电机内积聚的热量特别是定子线圈产生的集中于定子的热量更容易地通过定子主轴与空气的热交换消散掉，从而解决了电机内部不含通风路径导致电机散热困难的问题，使电机温升得到有效的控制，促进外转子永磁同步电机应用的扩展，特别适应于低速大扭矩外转子永磁同步电机及基于这种电机的低速大扭矩无齿轮起重机起升机构。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型涉及的定子主轴的结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型公开了一种空心轴电机，特别是外转子空心轴电机。该电机的基本结构型式特别适合低速大扭矩外转子永磁同步空心轴电机，该空心轴电机包括转子1、定子2（或称定子铁心）和定子主轴3，所述转子为外转子，呈筒状，围在所述定子外侧，所述定子由硅钢片叠压而成，其上冲有均匀分布的定子槽，槽内嵌有三相对称绕组，即定子绕组，用于产生旋转磁场。所述转子包括钢制的筒体和贴在筒体内壁上或嵌在筒体内壁上的永磁体片，永磁体片用于产生永久磁场。所述定子同轴固定安装在所述定子主轴上，所述转子通过两端的轴承安装在定子主轴上且与所述定子主轴旋转连接，定子与转子间的空隙为气隙，整个电机的径向结构非常紧凑。

为了避免气隙中进入灰尘等异物，电机轴向(平行于定子主轴轴线的方向)的两端通常设有端盖或能够起到类似作用的其他件，使电机内部形成相对封闭的环境。所述定子主轴为空心轴，轴孔中可通过自然通风或强制通风的方式流通空气，使定子主轴与空气接触面积显著增大，使电机内积聚的热量特别是定子绕组产生的集中于定子的热量更容易地通过定子主轴与空气的热交换消散掉，从而解决了电机内部不含通风路径导致电机散热困难的问题，使电机温升可以得到有效的控制，促进外转子永磁同步电机应用的扩展。

所述定子主轴可以包含不同外径的多个（两个或超过两个）轴段（参见图2），各不同外径的轴段的设置位置可以是：（1）位于中部的中间轴段用于安装定子铁心，其外径较大（即外径大于所述外径较小的轴段的外径），靠近两端的两端轴段的外径较小（即外径小于所述外径较大的轴段的外径）；或者，（2）位于中部的中间轴段和位于一端的轴段的外径较大且两者等径，位于另一端的轴段的外径较小。所述转子可通过位于两端的轴承直接旋转支撑在所述定子主轴上，也可以是所述转子的两端固定连接有端面法兰盘4，所述端面法兰盘的内圆设有轴承座或轴承座结构，相应端的轴承5外圈安装在所述轴承座或轴承座结构上，所述轴承的内圈套接在所述定子主轴的相应轴颈上，由此实现所述转子与所述定子主轴的旋转连接。由于轴承的安装位置多在定子主轴的两端或靠近两端处，因此对于上述两种结构型式的定子主轴，两轴承支点通常是位于外径较小的两端轴段上，但一端轴段的外径较小而另一端轴段的外径较大时，则应采用相应大小的两个不同轴承分别安装在两端外径大小不同的轴段上。

相比于常见的内转子电机，低速大扭矩外转子电机及基于低速大扭矩外转子电机的无齿轮起重机起升机构的外转子或卷筒的内径较大，并且定子主轴也较粗，因此通常需要较大规格的轴承，由此将导致成本提高甚至实践中难以获得，而采用本实用新型中上述具有多个不同外径的轴段的定子主轴并且配合端面法兰盘的设置，可扩大轴承的选型范围，采用较小的轴承即可，由此带来成本、工艺、维护等多方面的好处。

作为进一步优选实施例，所述定子主轴的一端或两端位于相应端轴承外侧的端部的横截面外轮廓优选为多边形，特别是正多边形，如正三边形、四边形或六边形，以便与同样具有正多边形安装孔的定子主轴支撑座相配合使定子主轴稳定地保持静止，大幅度提高定子主轴的抗扭转能力。当所述定子主轴只有一端端部的横截面外轮廓为正多边形且两端端部外径不等时，优选将直径（外径或外形尺寸）较大的主轴端部设置成横截面外轮廓为正多边形的形状。所述定子主轴的其他轴段的横截面外轮廓保持常见的圆形，所述转子通过轴承旋转支撑在横截面外轮廓为圆形的轴段/轴颈上。对于定子主轴两端的端部均为正多边形的情况，用于安装轴承的轴段通常是紧邻上述正多边形轴段的圆柱形轴段；对于定子主轴一端的轴段为正多边形的情况，用于安装轴承的轴段一端是紧邻正多边形轴段的轴段，另一端是定子主轴的与正多边形轴段相对一端的端部轴段，该轴段上还可以安装外转子编码器，用于检测转子的位置和转速等，当然，外转子编码器的外转子（编码器外套）需要与转子同轴固定连接。

所述定子主轴可以为单个件，作为再进一步优化的技术方案，所述定子主轴也可以多个件构成，例如由一个主轴主体31及一个或两个副轴32（参见图2）组成，所述副轴的外径小于所述主轴主体的外径，插接在所述主轴主体的一端，相互插接的副轴和主轴主体之间采用过盈配合并通过过盈配合方式固定连接成一个完整的定子主轴，由此主轴主体以及副轴均可以采用等径的圆柱形轴，并分别构成定子主轴上不同外径的不同轴段，例如，当采用一个副轴时，所述主轴主体构成了中间轴段以及位于中间轴段一端且与中间轴段等径的轴段（这种轴段划分仅仅是为了表述上的便利，实际上可视为同一个轴段），中间轴段的另一端为由所述副轴构成的外径较小的轴段，但设有两个副轴时，所述主轴主体构成主轴的中间轴段，两个副轴分别构成外径较小的两端轴段，由此有利于降低加工成本，并有利于提高主轴强度。当然，某单个轴段也可以加工成阶梯轴，使靠近定子主轴端部的轴颈较小。根据需要，可以在所述主轴主体和所述副轴上加工出相应的结构，例如将副轴上用于同多边形定子主轴支撑座（支架）连接的端部加工成相应的多边形。另外，依据相同的思路，还可以设置多级副轴，例如插接在副轴外端的二级副轴，以简化主轴结构的加工。

在有副轴的情况下，转子的支撑可以采用以下三种方式：

（1）所述转子可通过轴承旋转支撑在所述主轴主体上，至少一根所述副轴的横截面外轮廓为正多边形，以便副轴与同样具有正多边形安装孔的定子主轴支撑座相配合以保持定子主轴的静止状态。当只有一根副轴或者只有一根副轴的横截面外轮廓为正多边形时，定子主轴另一端的安装可以采用普通的定子主轴支撑座，即与安装于其中的轴之间为圆柱形表面配合，安装位置可以在所述定子主轴主体上（该端不设副轴时），也可以在设置在该端的所述副轴上。

（2）所述转子通过轴承旋转支撑在所述副轴上，所述副轴为具有单一外径的轴或具有多段不同外径的阶梯轴，具体支撑方式如前面所述。

（3）所述转子的一端旋转支撑在所述主轴主体上，另一端旋转支撑在所述副轴上，所述副轴为具有单一外径的轴或具有多段不同外径的阶梯轴。

对于上述方式（2）、（3），所述副轴外伸一端的端部所在轴段的横截面外轮廓优选为正多边形；或者，所述副轴的轴孔中同轴插接固定有二级副轴，所述二级副轴的一端位于所述副轴轴孔之外，所述二级副轴为空心轴，且其横截面外轮廓为正多边形。正多边形轴段用于与同样具有正多边形安装孔的定子主轴支撑座相配合以保持定子主轴的静止状态，提高定子主轴的抗扭转能力。临近轴段上则可以用于安装轴承和编码器。

所述主轴主体与副轴、所述主轴主体与副轴及二级副轴形成组合式的定子主轴，由于所述副轴及二级副轴均为空心轴，由此无论单个件的定子主轴还是组合式的定子主轴均为空心轴，设有沿轴线方向延伸的轴孔33，所述轴孔可用于构成定子主轴内的轴向通风道，可以采用对该轴向风道强制通风的方式提高散热效果，轴孔一端为进风口，另一端为出风口。进风口的一端外侧设有风机，所述风机的出风口朝向所述定子主轴的轴孔。风机将外部冷空气从轴孔的进风端引入空心轴，经过与定子主轴的热交换，被加热了的空气从轴孔的另一端即出风口流出，形成强制风冷，从而加快电机的散热速度。

由于定子主轴用于承担定子和定子绕组铜线的重量，且应避免可导致单边磁拉力的轴变形，因此需要定子主轴具有一定的刚度和强度，因而定子主轴外径较大，在这种情况下，通过采用带阶梯的定子主轴或在主轴主体的端部插接副轴的方式以形成所需的阶梯结构，由此在不影响定子主轴刚度和强度的前提下形成尺寸较小的轴颈，以利于其他件/装置（例如轴承和编码器等）在该轴颈上的安装，减小相关件/装置的尺寸要求，有利于轴承、编码器等的选型，并降低成本。

作为一个优选的改进方案，所述定子主轴的侧壁上设有穿线通孔34，从定子主轴的轴孔进行引线和布线，并穿过所述的穿线通孔连接定子线圈，从靠近穿线通孔的一端轴孔出线，由此简化了引线布线的结构，并提高了安全性。

本实用新型中没有明确说明某个轴段的横截面外轮廓形状的，通常可以默认其为常见的圆形，也可以依据现有技术采用其他形状。涉及到轴和孔之间的固定连接的，除采用过盈配合外，还可以采用键连接，或附加焊接。

Claims (18)

1.一种空心轴电机，包括转子和定子主轴，其特征在于所述转子为外转子，通过两端的轴承与所述定子主轴旋转连接，所述定子主轴为空心轴。

2.如权利要求1所述的空心轴电机，其特征在于所述定子主轴包含多个轴段，其中用于安装定子铁心的中间轴段外径较大，位于所述中间轴段两端的两端轴段的外径均小于所述中间轴段的外径或者位于一端的轴段与所述中间轴段等径而位于另一端的轴段的外径小于所述中间轴段的外径。

3.如权利要求2所述的空心轴电机，其特征在于所述两端的轴承分别安装在所述两端轴段上。

4.如权利要求3所述的空心轴电机，其特征在于所述定子主轴一端或两端位于相应端所述轴承外侧的端部横截面外形为多边形。

5.如权利要求2、3或4所述的空心轴电机，其特征在于所述定子主轴为单个件或由多个件构成，所述由多个件组成的定子主轴包括一个主轴主体及一个或两个副轴，所述主轴主体和副轴均为空心轴，所述副轴的外径小于所述主轴主体的外径且固定插接在所述主轴主体的一端，所述主轴主体和副轴分别构成所述定子主轴相应外径的轴段。

6.如权利要求5所述的空心轴电机，其特征在于所述插接在主轴主体一端的副轴与所述主轴主体过盈配合。

7.如权利要求6所述的空心轴电机，其特征在于所述副轴为具有单一外径的轴或具有多段不同外径的阶梯轴。

8.如权利要求7所述的空心轴电机，其特征在于所述副轴的外端固定插接有二级副轴，所述二级副轴为空心轴，其外径小于所述副轴的外径且与所述副轴过盈配合。

9.如权利要求1、2、3或4所述的空心轴电机，其特征在于所述定子主轴的一端外侧设有风机，所述风机的出风口朝向所述定子主轴的轴孔。

10.如权利要求5所述的空心轴电机，其特征在于所述定子主轴的一端外侧设有风机，所述风机的出风口朝向所述定子主轴的轴孔。

11.如权利要求6所述的空心轴电机，其特征在于所述定子主轴的一端外侧设有风机，所述风机的出风口朝向所述定子主轴的轴孔。

12.如权利要求7所述的空心轴电机，其特征在于所述定子主轴的一端外侧设有风机，所述风机的出风口朝向所述定子主轴的轴孔。

13.如权利要求8所述的空心轴电机，其特征在于所述定子主轴的一端外侧设有风机，所述风机的出风口朝向所述定子主轴的轴孔。

14.如权利要求1、2、3或4所述的空心轴电机，其特征在于所述定子主轴的侧壁上设有穿线通孔。

15.如权利要求5所述的空心轴电机，其特征在于所述定子主轴的侧壁上设有穿线通孔。

16.如权利要求6所述的空心轴电机，其特征在于所述定子主轴的侧壁上设有穿线通孔。

17.如权利要求7所述的空心轴电机，其特征在于所述定子主轴的侧壁上设有穿线通孔。

18.如权利要求8所述的空心轴电机，其特征在于所述定子主轴的侧壁上设有穿线通孔。