CN207652161U - 用于盘式电机上的定子组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于盘式电机上的定子组件,包括定子机壳、N个定子绕组部件、定子第一端板、定子第二端板和定子内圈；定子绕组部件包括定子铁芯和定子绕组，定子铁芯包括第一挡板、第二挡板和芯轴，定子绕组绝缘地缠绕在芯轴上；定子第一端板和定子第二端板前后固定在定子机壳的内腔内，N个定子绕组部件均匀排成一圈地位于定子第一端板和定子第二端板之间，定子内圈固定在定子第一端板和定子第二端板之间。本实用新型定子组件结构独特和牢靠，装有本实用新型定子组件之盘式电机不仅具有轴向尺寸短的优点,而且还具有各种损耗小、散热效果好、温升低、效率高、功率密度大和材料利用率高等优点,是一种高效节能的电机。

Description

用于盘式电机上的定子组件

【技术领域】

本实用新型涉及盘式电机,特别是涉及盘式电机的定子组件,尤其涉及以电枢绕组为特征的定子组件。

【背景技术】

盘式电机是1821年由法拉第实用新型,100多年来,由于材料和工艺水平的限制,始终未能得到进一步发展。上世纪四五十年代, 盘式电机重新受到重视,被应用在计算机硬盘和微型磁带录音机等产品上。盘式电机与传统径向磁路电机相比较具有轴向尺寸短、运动部件少和电机效率高等优点,特别适合于电机轴向安装尺寸有严格限制的场合。

传统永磁电机采用径向磁极结构，它将绕组按一定的规律嵌放在铁芯叠片中，但这种电机轴向尺寸长,不适合在薄型的空间内安装。为此，以压缩轴向尺寸为目标，改变传统电机径向磁路为轴向磁路结构的盘式电机越来越受到人们重视。

随着盘式电机技术的一步步发展,人们发现,盘式电机的利用率一直做得不是很理想。现有技术盘式电机包括至少一套转子组件和电机轴;每套转子组件又都包括圆盘形的转子框架和偶数块永磁体;所述转子框架上均匀间隔地设有与所述永磁体适配的、同等数量的通孔,以及其上设有中央通孔;借助所述中央通孔,所述转子框架轴向固定在所述电机轴上;各该永磁体固定在所述转子框架的各通孔内,N、S极交替排列;转子框架的每个通孔中的永磁体为一整块,在永磁体同等体积的情况下,其气隙磁通密度相对较低,磁通利用率低,一整块厚度较厚的永磁体生产时成本也比较高。

大家知道传统电机定子把转子包在里面,散热效果不是很好,虽然盘式电机在结构上作了一些改进, 散热效果有所改善,但是在相同体积下盘式电机的定子齿数一般比传统电机的齿数多,也就意味着铁损多,效率低, 散热效果还需要有所提升。

在电机的损耗中，铁损占据了相当大的比例，这些损耗都以发热形式耗散了,不可再生能源，同时提高了电机温升，降低电机效率。减少电机铁损是电机设计一大课题，采用导磁率高，电阻大，涡流损耗小的新材料和新方法取代硅钢片直接冲压而成的定子铁芯和/或转子铁芯是电机研发的一个方向。硅钢片直接冲压而成的定子铁芯和/或转子铁芯在导磁率、电阻、涡流损耗和高频特性等方面的固有缺点使我们无法用其制造出更高效率的盘式电机。

【实用新型内容】

本实用新型要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种用于盘式电机上的定子组件, 结构独特和牢靠，装有本实用新型定子组件之盘式电机不仅具有轴向尺寸短的优点,而且还具有各种损耗小、散热效果好、温升低、效率高、功率密度大和材料利用率高等优点,是一种高效节能的电机。

本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是：

本实用新型提供一种用于盘式电机上的定子组件，包括中空的定子机壳、N个定子绕组部件、设有第一中心通孔的定子第一端板、设有第二中心通孔的定子第二端板和中空的定子内圈；每一个定子绕组部件又都包括由软磁材料形成的粉末压铸而成的定子铁芯和定子绕组，所述定子铁芯形状为工字型结构，包括两头扇形的第一挡板和第二挡板，以及中间的芯轴，所述芯轴将所述第一挡板和第二挡板联接在一起，所述第一挡板、芯轴和第二挡板形成一圈开放式的容腔，所述定子绕组绝缘地缠绕在所述芯轴上并位于所述容腔内；所述定子第一端板上均匀地设有一圈N个与所述第一挡板相适配的第一通孔，所述定子第二端板上均匀地设有一圈N个与所述第二挡板相适配的第二通孔；所述定子内圈的内腔依次设有相互连通的前轴承室、第三中心通孔和后轴承室；所述定子第一端板和定子第二端板前后固定在所述定子机壳的内腔内，N个定子绕组部件均匀排成一圈地位于所述定子第一端板和定子第二端板之间，并且每一个定子绕组部件的第一挡板和第二挡板分别卡在对应的所述定子第一端板之第一通孔和定子第二端板之第二通孔内，N个定子绕组部件的外端部与所述定子机壳的内腔都有径向空隙，所述定子内圈固定在所述定子第一端板和定子第二端板之间，并且所述定子内圈的前轴承室与所述定子第一端板的第一中心通孔相连通,所述定子内圈的后轴承室与所述定子第二端板的第二中心通孔相连通；其中N≥3m，m为正整数。

所述定子铁芯全部外表面都喷涂有防腐蚀、防生锈和防绝缘的绝缘漆。

所述定子组件还包括环形的循环冷却管，该循环冷却管设置在所述定子组件的径向空隙内，其两端的进水管头和出水管头分别与所述定子机壳上的进水管和出水管相接通。

所述定子组件装配好后，用胶粘剂对所述定子组件进行整体灌胶,使所述定子组件之各零部件牢牢地粘成一体。

同现有技术相比较，本实用新型用于盘式电机上的定子组件之有益效果在于：

一、本实用新型定子铁芯用软磁材料制成的粉末通过定子模具压制成型，使得磁场能在各个维度方向运动，同时极大地降低了零件的铁损耗，提高了电机效率；

二、本实用新型采用N个独立的定子绕组部件，不但便于定子铁芯的制造,而且绕线也方便，同时降低了铁损耗和铜损耗，散热性能也好，提升了电机的整体效率，装配也方便和也节约工时；

三、本实用新型定子绕组直接缠绕在定子铁芯上，极大地减少了端部无效铜的用量，降低了铜损耗，提高了绕线的槽满率，同时散热性能好，也提升了电机的整体效率；

四、本实用新型采用定子机壳、N个定子绕组部件、定子第一端板、定子第二端板和定子内圈装配在一起形成定子组件，结构独特和牢靠；

五、固定盘式电机之转轴的前轴承和后轴承都可以安装在定子组件之定子内圈的前轴承室和后轴承室内,这样可以充分利用定子机壳的厚度,使装有本实用新型定子组件之盘式电机的轴向尺寸更短。

综上所述，本实用新型用于盘式电机上的定子组件结构独特和牢靠，装有本实用新型定子组件之盘式电机不仅具有轴向尺寸短的优点,而且还具有各种损耗小、散热效果好、温升低、效率高、功率密度大和材料利用率高等优点,是一种高效节能的电机。

【附图说明】

图1是本实用新型用于盘式电机上的定子组件优选实施例的轴测投影示意图;

图2是所述定子组件的正投影纵剖面示意图;

图3是所述定子组件被切去一部分的轴测投影示意图;

图4是所述定子组件部分分解后的轴测投影示意图，为了节约空间, 固定定子第一端板和定子第二端板的螺丝99仍然放在定子机壳的螺纹孔内，而固定定子内圈的螺丝99则放在定子内圈的螺纹孔内;

图5是所述定子组件之定子第一端板23的轴测投影示意图;

图6是所述定子组件之定子第二端板24的轴测投影示意图；

图7是所述定子组件之定子绕组部件22的轴测投影示意图；

图8是所述定子绕组部件22之定子铁芯221的轴测投影示意图。

【具体实施方式】

下面结合各附图对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1至图8,本实用新型提供了一种用于盘式电机上的定子组件20，包括中空的定子机壳21、N个定子绕组部件22、设有第一中心通孔231的定子第一端板23、设有第二中心通孔241的定子第二端板24和中空的定子内圈25；每一个定子绕组部件22又都包括由软磁材料形成的粉末压铸而成的定子铁芯221和定子绕组222，所述定子铁芯221形状为工字型结构，包括两头扇形的第一挡板2211和第二挡板2212，以及中间的芯轴2213，所述芯轴2213将所述第一挡板2211和第二挡板2212联接在一起，所述第一挡板2211、芯轴2213和第二挡板2212形成一圈开放式的容腔2214，所述定子绕组222绝缘地缠绕在所述芯轴2213上并位于所述容腔2214内；所述定子第一端板23上均匀地设有一圈N个与所述第一挡板2211相适配的第一通孔232，所述定子第二端板24 上均匀地设有一圈N个与所述第二挡板2212相适配的第二通孔242；所述定子内圈25的内腔依次设有相互连通的前轴承室251、第三中心通孔252和后轴承室253；所述定子第一端板23和定子第二端板24前后固定在所述定子机壳21的内腔内，N个定子绕组部件22均匀排成一圈地位于所述定子第一端板23和定子第二端板24之间，并且每一个定子绕组部件22的第一挡板2211和第二挡板2212分别卡在对应的所述定子第一端板23之第一通孔232和定子第二端板24之第二通孔242内，N个定子绕组部件22的外端部与所述定子机壳21的内腔都有径向空隙29，所述定子内圈25固定在所述定子第一端板23和定子第二端板24之间，并且所述定子内圈25的前轴承室251与所述定子第一端板23的第一中心通孔231相连通, 所述定子内圈25的后轴承室253与所述定子第二端板24的第二中心通孔241相连通；其中N≥3m，m为正整数。

所述定子铁芯221全部外表面都喷涂有防腐蚀、防生锈和防绝缘的绝缘漆。

参见图1至图4,所述定子组件20还包括环形的循环冷却管26，该循环冷却管26设置在所述定子组件20的径向空隙29内，其两端的进水管头261和出水管头262分别与所述定子机壳21上的进水管219和出水管218相接通。

所述定子组件20装配好后，用胶粘剂对所述定子组件20进行整体灌胶,使所述定子组件20之各零部件牢牢地粘成一体。

参见图1至图3,固定盘式电机之转轴的前轴承（未画出）和后轴承（未画出）都可以安装在定子组件20之定子内圈25的前轴承室251和后轴承室253内,这样可以充分利用定子机壳的厚度,使装有本实用新型定子组件之盘式电机的轴向尺寸更短。

参见图1至图8,本实用新型定子组件20的制造方法包括如下步骤：

a、定子组件20的制作，所述定子组件20包括中空的定子机壳21、N个定子绕组部件22、设有第一中心通孔231的定子第一端板23、设有第二中心通孔241的定子第二端板24和中空的定子内圈25；每一个定子绕组部件22又都包括定子铁芯221和定子绕组222;其中N≥3m，m为正整数；

a₁、定子铁芯221的制作：将软磁材料制成粉末状，将粉末状的软磁材料用定子模具压制成定子铁芯221；然后将所述定子铁芯221进行绝缘处理，即将所述定子铁芯221的全部外表面上都喷涂有防腐蚀、防生锈和防绝缘的绝缘漆；制作完成的定子铁芯221形状为工字型结构，包括两头扇形的第一挡板2211和第二挡板2212，以及中间的芯轴2213，所述芯轴2213将所述第一挡板2211和第二挡板2212联接在一起，所述第一挡板2211、芯轴2213和第二挡板2212形成一圈开放式的容腔2214; 由于现有技术硅钢片冲压的定子铁芯限制了三维磁场性能优势的发挥，而本实用新型通过软磁材料制成的粉末，再用定子模具压制成型，制作成定子铁芯，使得磁场能在各个维度方向运动，同时极大地降低了零件的铁损耗，提高了电机效率；

a₂、定子绕组部件22 的制作，将定子绕组222绝缘地缠绕在所述定子铁芯221的芯轴2213上并位于所述定子铁芯221的容腔2214内，这样便制作了一个定子绕组部件22；现有技术定子绕组大多采用跨距绕组，导致绕线端部过长，无效铜的用量增加，损耗更大；而本实用新型采用扁铜线或漆包线直接缠绕在所述定子铁芯221的芯轴2213上形成定子绕组222，极大地减少了端部无效铜的用量，降低了铜损耗，提高了绕线的槽满率，同时散热性能非常好，也提升了电机的整体效率；

a₃、在定子第一端板23上均匀地设有一圈N个与所述定子铁芯221之第一挡板2211相适配的第一通孔232；在定子第二端板24 上均匀地设有一圈N个与所述定子铁芯221之第二挡板2212相适配的第二通孔242；将定子内圈25的内腔依次设有相互连通的前轴承室251、第三中心通孔252和后轴承室253；

a₄、将定子第一端板23用螺丝99固定在所述定子机壳21的内腔内，并将定子内圈25的一端面用螺丝99固定在所述定子第一端板23上，使得所述定子内圈25的前轴承室251与所述定子第一端板23的第一中心通孔231相连通；将N个定子绕组部件22的第一挡板2211分别放入到对应的所述定子第一端板23之第一通孔232内，该N个定子绕组部件22的外端部与所述定子机壳21的内腔都有径向空隙29，然后将定子第二端板24 也用螺丝99固定在所述定子机壳21的内腔内，并使每一个定子绕组部件22的第二挡板2212分别卡在对应的所述定子第二端板24之第二通孔242内，这样使得N个定子绕组部件22均匀排成一圈地位于所述定子第一端板23和定子第二端板24之间；也用螺丝99将定子第二端板24与定子内圈25的另一端面固定，并使所述定子内圈25的后轴承室253与所述定子第二端板24的第二中心通孔241相连通；

定子第一端板23和定子第二端板24采用工程塑料制成，定子第一端板23的外圈设有一圈通孔239，定子第一端板23的内圈设有一圈通孔238，定子第二端板24的外圈设有一圈通孔249，定子第二端板24的内圈设有一圈通孔248；定子机壳21采用铸铝材料制成，其内腔的内壁中部设有一圈凸起215，该凸起上设有螺纹孔，螺丝99穿过定子第一端板23的通孔239后将定子第一端板23固定在所述定子机壳21的内腔之凸起215的螺纹孔内，同理螺丝99穿过定子第二端板24的通孔249后将定子第二端板24固定在所述定子机壳21的内腔之凸起215的螺纹孔内；定子内圈25采用不锈钢材料制成，定子内圈25的外圈设有一圈螺纹孔，螺丝99穿过定子第一端板23的通孔238后将拧入到在定子内圈25的螺纹孔内，同理螺丝99穿过定子第二端板24的通孔248后拧入到在定子内圈25的螺纹孔内，从而使定子内圈25固定在定子第一端板23和定子第二端板24之间；

a₅、用胶粘剂对上述定子组件20进行整体灌胶,使所述定子组件20之各零部件牢牢地粘成一体，等待胶粘剂固化成型,这样就完成了定子组件20的制作；

胶粘剂可以是任何一种使用耐温不低于所述电机绝缘等级耐温水平的胶粘剂，例如胶粘剂可以采用环氧树脂；胶粘剂固化成型可以在常温下固化一段时间,也可以烘烤定型,如在温度为60±2摄氏度,时间为2.5～4.0小时的条件下烘烤定型。

本实用新型采用N个独立的定子绕组部件22，不但便于定子铁芯221的制造,而且绕线也方便，同时降低了铁损耗和铜损耗，散热性能也好，提升了电机的整体效率。

参见图1至图4,在步骤a₄中, 在固定所述定子第二端板24之前，将循环冷却管26设置在所述径向空隙29内，其两端的进水管头261和出水管头262分别与定子机壳21上的进水管219和出水管218相接通。循环冷却管26采用铜管做成。循环冷却管26起到散热作用。

在步骤a₁定子铁芯221的制作过程中, 软磁材料是通过熔炼和气雾化制成的粉末状；在将粉末状的软磁材料用定子模具压制成定子铁芯221之前，还对粉末状的软磁材料进行表面喷涂，使粉末状的软磁材料喷涂上一层绝缘层；而在将粉末状的软磁材料用定子模具压制成定子铁芯221之后和将所述定子铁芯221的全部外表面上都喷涂绝缘漆之前，将所述定子铁芯221进行退火处理。也就是说, 定子铁芯221的制作过程包括：将软磁材料通过熔炼和气雾化制成的粉末状；对粉末状的软磁材料进行表面喷涂，使粉末状的软磁材料喷涂上一层绝缘层；将粉末状的软磁材料用定子模具压制成定子铁芯221；将所述定子铁芯221进行退火处理；将所述定子铁芯221的全部外表面上都喷涂绝缘漆。

本实用新型软磁材料包括内含铁硅合金的软磁材料。

参见图1至图4，定子组件20的定子铁芯221有12个, 定子绕组部件22为12个, 12个集中式的定子绕组通过设定的连接方式后形成三相绕组，并引出三个线头，作为电机的UVW三相输出端。参见图3，N个定子绕组部件22的外端部与所述定子机壳21的内腔形成的径向空隙29不但可以设置循环冷却管26，而且各定子绕组的线头也是从此引出，而且还可以起到通风和散热的作用。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制;应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围;因此,凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种用于盘式电机上的定子组件，其特征在于：

所述定子组件(20)包括中空的定子机壳(21)、N个定子绕组部件(22)、设有第一中心通孔（231）的定子第一端板(23)、设有第二中心通孔（241）的定子第二端板(24)和中空的定子内圈（25）；每一个定子绕组部件(22)又都包括由软磁材料形成的粉末压铸而成的定子铁芯(221)和定子绕组（222），所述定子铁芯（221）形状为工字型结构，包括两头扇形的第一挡板（2211）和第二挡板（2212），以及中间的芯轴（2213），所述芯轴（2213）将所述第一挡板（2211）和第二挡板（2212）联接在一起，所述第一挡板（2211）、芯轴（2213）和第二挡板（2212）形成一圈开放式的容腔（2214），所述定子绕组（222）绝缘地缠绕在所述芯轴（2213）上并位于所述容腔（2214）内；所述定子第一端板(23)上均匀地设有一圈N个与所述第一挡板（2211）相适配的第一通孔（232），所述定子第二端板(24) 上均匀地设有一圈N个与所述第二挡板（2212）相适配的第二通孔（242）；所述定子内圈（25）的内腔依次设有相互连通的前轴承室(251)、第三中心通孔（252）和后轴承室(253)；所述定子第一端板(23)和定子第二端板(24)前后固定在所述定子机壳(21)的内腔内，N个定子绕组部件(22)均匀排成一圈地位于所述定子第一端板(23)和定子第二端板(24)之间，并且每一个定子绕组部件(22)的第一挡板（2211）和第二挡板（2212）分别卡在对应的所述定子第一端板(23)之第一通孔（232）和定子第二端板(24)之第二通孔（242）内，N个定子绕组部件(22)的外端部与所述定子机壳(21)的内腔都有径向空隙（29），所述定子内圈（25）固定在所述定子第一端板(23)和定子第二端板(24)之间，并且所述定子内圈（25）的前轴承室(251)与所述定子第一端板(23)的第一中心通孔（231）相连通, 所述定子内圈（25）的后轴承室(253)与所述定子第二端板(24)的第二中心通孔（241）相连通；其中N≥3m，m为正整数。

2.根据权利要求1所述的用于盘式电机上的定子组件，其特征在于：

所述定子铁芯（221）全部外表面都喷涂有防腐蚀、防生锈和防绝缘的绝缘漆。

3.根据权利要求1所述的用于盘式电机上的定子组件，其特征在于：

所述定子组件(20)还包括环形的循环冷却管（26），该循环冷却管（26）设置在所述定子组件(20)的径向空隙（29）内，其两端的进水管头（261）和出水管头（262）分别与所述定子机壳(21)上的进水管（219）和出水管（218）相接通。

4.根据权利要求1至3之任一项所述的用于盘式电机上的定子组件，其特征在于：

所述定子组件(20)装配好后，用胶粘剂对所述定子组件(20)进行整体灌胶,使所述定子组件(20)之各零部件牢牢地粘成一体。