CN212435523U - 电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电机，包括：壳体；位于所述壳体中的电机定子；位于所述壳体中的电机输出轴；和排气装置，所述排气装置与所述壳体连接，并配置成可从所述壳体内向外排气。根据本实用新型的一个实施方式，在电机的输出轴上，安装涡轮装置，在电机旋转时，将电机内腔体抽成负压状态，电机转速越高，电机内部气压越低，真空度越高，转子与空气的摩擦阻力就越小，从而可以有效提高电机转速并可以采用直径比较大的转子，提高电机功率密度的同时增大低速扭矩并有利于大功率电机的设计。

Description

电机

技术领域

本实用新型大致涉及电机技术领域，尤其是涉及带有排气装置的电机。

背景技术

现有的电机中，随着电机转速的升高，转子与周围空气摩擦所形成的阻力也会相应地升高，因此转速不断升高带来摩擦阻力不断加大。为了减小摩擦阻力，在高速电机中，只能采用小直径的转子来减小空气摩擦阻力，从而限制了电机的扭力，尤其是低速时的扭力。

背景技术部分的内容仅仅是实用新型人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

实用新型内容

针对现有技术存在问题中的一个或多个，本实用新型提供一种电机，包括：壳体；位于所述壳体中的电机定子及电机转子；位于所述壳体中的电机输出轴；和排气装置，所述排气装置与所述壳体连接，并配置成可从所述壳体内向外排气。

根据本实用新型的一个方面，所述壳体上具有排气口，所述排气装置包括与所述排气口连通的抽气机。

根据本实用新型的一个方面，所述壳体上具有排气口，所述排气装置包括一组或多组涡轮转子叶片，所述涡轮转子叶片位于所述壳体内并安装在所述电机输出轴上，从而能够随着所述输出轴转动，所述排气口优选位于所述涡轮转子叶片的下游。

根据本实用新型的一个方面，所述排气装置包括多组涡轮转子叶片，在相邻的涡轮转子叶片之间设置有涡轮导向叶片。

根据本实用新型的一个方面，所述涡轮导向叶片固定在涡轮套上，所述涡轮套密封固定在所述外壳上。

根据本实用新型的一个方面，还包括涡轮排气腔前壁，所述涡轮排气腔前壁安装在所述涡轮转子叶片的下游与所述外壳5之间并与所述外壳5保持密封。

根据本实用新型的一个方面，所述排气口上设置有过滤器和/或单向阀。

根据本实用新型的一个方面，所述电机输出轴的出轴端采用气密结构。

根据本实用新型的一个方面，所述壳体上具有多个排气口。

本实用新型在电机的输出轴上，安装涡轮装置，在电机旋转时，将电机内腔体抽成负压状态，电机转速越高，电机内部气压越低，真空度越高，转子与空气的摩擦阻力就越小，从而可以采用直径比较大的转子，增大低速扭矩并有利于大功率电机的设计。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是根据本实用新型的一个实施例的电机的剖视图；

图2是根据本实用新型的一个实施例的电机的主视图；

图3是根据本实用新型的一个实施例的电机的侧视图；和

图4是根据本实用新型另一个实施例的电机的示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1是根据本实用新型的一个实施例的电机的剖视图；图2是根据本实用新型的一个实施例的电机的主视图；图3是根据本实用新型的一个实施例的电机的侧视图。

如图1所示，其中示出了根据本实用新型的第一实施方式的电机100。如图1所示，电机100包括：壳体9；电机定子及绕组3，其固定设置在所述壳体9内，当通电时产生旋转磁场；电机转子8，可转动地设置在所述壳体9 中，当受到电机定子及绕组3产生的旋转磁场作用时，所述电极转子8旋转；电机输出轴17，与所述电机转子8固定在一起，从而可以随着所述电机转子8旋转。根据本实用新型，所述电机100还包括排气装置，所述排气装置与所述壳体连接，设置在所述壳体内或者壳体外或者壳体上，并配置成可从所述壳体内向外排气，从而在所述壳体内产生负压，形成一定的真空度。

如图1所示，电机100的一端具有后端盖5，用于封闭壳体9的一端，并例如用于通过后轴承6来支撑所述电机输出轴17的后端7，从而将电机后轴承6和输出轴后端7密封在后端盖5内部，利用后端盖5使得电机的内腔体与外界密封。电机100的另一端具有前端盖16，用于封闭外壳9的另一端，同时例如通过前轴承14来支撑所述电机输出轴17的前端15。图1中所示的壳体9、前端盖16、后端盖7为单独的部件，但本领域技术人员能够理解，它们中的一些也可以形成为整体的部件，例如壳体9和后端盖7可以整体构造。这些都在本实用新型的保护范围内。所述前端盖16和/或后端盖5都可以是所述壳体9的一部分。

所述电机100例如为单输出轴电机，即只有一端有输出轴。以下以单输出轴单机为例进行说明。但本领域技术人员能够理解，本实用新型并不限于单输出轴电机，同样可适用于双输出轴电机。例如如果电机为双输出轴，即带有后输出轴，则需要在后输出轴的内端或者外端加装密封装置，保证电机内腔体在后输出轴与后轴承6之间保持密封，同时要保持后轴承6本身密封，以及保持后轴承6与电机外壳9之间的密封。

注意，本领域技术人员能够理解，本实用新型中提到的“真空度”并不意味着绝对的真空，仅仅表明通过排气装置使得壳体内的气压低于外部的大气压，或者低于其不工作时的壳体内部气压。

下面参考图1详细描述排气装置。

如图1所示，根据本实用新型的一个实施例，所述排气装置包括一组或多组涡轮转子叶片10，所述涡轮转子叶片10位于所述壳体内，例如在电机转子8与电机前端盖16之间，并安装在所述电机输出轴17上，从而能够随着所述输出轴17转动。涡轮转子叶片10的直径根据电机的设计转速和电机的功率做相应的调整。所述外壳9上设置有排气口13。所述排气口13将电机内腔与外部连通。所述排气口13优选位于所述涡轮转子叶片的下游，将图 1中右侧电机转子所在的腔室中的空气向左侧排出。本领域技术人员可以构思，涡轮转子叶片10也可以安装在所述电机转子8上，或者与电机转子8集成在一起。例如电机转子8可做成中空的结构，中空部分可用来安装或集成涡轮转子叶片10。这些都在本实用新型的保护范围内。图1中所示的排气口 13设置在所述外壳9的侧壁上。本领域技术人员可以理解，排气口13也可以设置在所述外壳9的前端盖16上。

根据本实用新型的一个实施例，所述排气装置包括多组涡轮转子叶片10，在相邻的涡轮转子叶片10之间设置有涡轮导向叶片11，形成多级涡轮抽气结构。涡轮抽气结构的级数可以根据电机设计转速及转子直径等因素决定，转子直径加大，需要的真空度高，可增加抽气机的级数；电机设计转速高，涡轮效率增加，可以适当减小级数。图1中所示为三级涡轮结构。当然，在仅包括一组涡轮转子叶片10的情况下，在涡轮转子叶片10的下游也可以不设置涡轮导向叶片11。在各级涡轮转子叶片10之间设置涡轮导向叶片11，可以将来自上游涡轮转子叶片10的空气的方向进行校正，并输送到下游涡轮转子叶片10，提高效率。所述涡轮套2密封固定在所述外壳9上，例如可以通过机械结构与电机外壳9固定在一起并保持密封。所述涡轮转子垫圈18可固定在外壳9上，或者，可被压紧固定在涡轮套2上。所述涡轮转子垫圈18 与外壳9之间、涡轮转子垫圈18与涡轮套2之间以及涡轮套2与外壳9之间保持密封。

如图1所示，电机100的涡轮套2之间，设置有涡轮转子垫圈18，用于为涡轮转子叶片10提供精确的工作空间。

根据本实用新型的一个实施例，在涡轮转子叶片组10与电机前端盖16 之间，所述电机100还包括涡轮排气腔前壁1，所述涡轮排气腔前壁1安装在所述涡轮转子叶片的下游与所述前端盖16之间，并与所述外壳9保持密封。

根据本实用新型的一个实施例，所述排气口13上设置有过滤器和/或单向阀12。过滤器例如为多级过滤器，用于过滤空气中的灰尘、杂物以及湿气，使得进入电机内腔体的空气保持干净和干燥。单向阀也可以用于实现类似的用途和功能。

下面描述图1所示的电机100的工作。

当电机100按照设定方向转动时(例如，从输出轴前方观察为顺时针旋转)，输出轴带动其上安装的涡轮转子叶片10旋转，将电机内腔体空气向下游输送并抽出，通过排气口13以及过滤器和/或单向阀12排出电机内腔体，使得电机内腔体电机转子8周围保持负压，从而减小电机转子旋转时的空气阻力。当电机100停止转动时，外界空气可通过过滤器滤除灰尘、杂物和湿气等，经过排气口13进入电机的内腔体，保持电机在不工作时内外压力的一致。

根据本实用新型的一个实施例，可以在壳体9上只设置一个排气口13。在电机100开始旋转时，涡轮逐渐加速，将转子周围空腔的空气逐渐抽出，通过排气口排出，转子周围空腔体积并不大，空气量也很小，只需要一个排气孔就可以。当电机达到工作转速时，转子周围的真空度也达到并维持在相应的值，这时，实际上并没有空气通过排气孔。电机加速时，涡轮转子叶片也加速，抽出更多空气，通过排气孔排出，直到电机速度恒定；电机减速时，涡轮转子叶片也同时减速，抽气效率减小，部分空气从排气孔进入电机转子腔体，直到电机转速恒定。本领域技术人员也能够理解，本实用新型的电机也可以包括多个排气口13，例如沿着壳体9的周边均匀地分布，用于均匀地排出气体。这些都在本实用新型的保护范围内。

通过涡轮来抽负压能够带来明显的优势。

传统电机中，转速一般只有几千转，每分钟万转以上的电机就被视为高转速电机。在这个转速下，转子与空气的摩擦力不足以对电机性能造成很严重的影响。

而现代的新型电机，转速可以设计的非常高，达到十几万转甚至几十万转。提高转速的优势在于，电机的功率密度可以做的非常大，在航空航天、精密机械、机器人等领域有着广泛的用途。随着电机转速的提高，电机转子与空气的摩擦阻力对电机性能的影响也会逐渐增大，转子外沿的线速度甚至接近音速，对电机造成巨大的影响。采用涡轮抽气的方案，可以让电机转子在很高的真空环境中旋转，大大降低空气摩擦阻力，提高电机性能。

本实用新型在用于单向出轴方案时(绝大部分电机为单向出轴)，电机后端盖与电机外壳形成密封结构，电机转子唯一与电机外部大气相通的通道为涡轮转子叶片组、涡轮导向叶片组及涡轮排气口。电机工作时，涡轮转子叶片组靠近电机转子一侧为负压侧，靠近涡轮排气腔前壁一侧为常压并随着电机加速而有微小变化(涡轮排气腔通过排气口与大气相通，电机加速时，涡轮排气腔为正压，直到电机恒速，涡轮排气腔压力与电机外的气压相等；电机减速时，涡轮排气腔为负压，直到电机恒速，涡轮排气腔压力与电机外气压相等)。由于涡轮排气腔通过涡轮排气口与大气相通，所以涡轮排气腔并不需要采用气压密封结构，包括电机前轴承，都可以工作在常压环境，这大大简化了制造工艺。

当然，本实用新型的技术方案并不限于极高转速的电机，不限于电机的转速。对于传统的几千转、上万转的电极也可以适用，这些都在本实用新型的保护范围内。

本实用新型的实施例也可应用于双出轴电机。在双出轴电机工作时，涡轮转子叶片旋转，将转子周围腔体抽成负压，由于转子内腔通过后轴承间隙与电机外大气相通，空气沿着后轴与后轴承之间的间隙以及轴承本身的间隙进入转子周围的负压区，会导致转子周围腔体气压上升，影响涡轮抽气效果，严重时会导致转子周围空腔的负压很难达到设计值，作为一种优选的方案，可以在输出轴的后端采用气密结构来克服此问题。

图4示出了根据本实用新型另一个实施例的电机200的示意图。下面仅描述电机200与电机100的区别之处。

如图4所示，电机200内部不包括涡轮排气转子。替换涡轮排气转子，排气装置包括抽气机22，该抽气机22通过管道21与所述排气孔13相连，从而能够从电机200的内腔体排出空气。

抽气机将电机内部抽成负压状态，这时空气可能会沿着电机轴与轴承之间的间隙、轴承本身的间隙以及轴承与端盖之间的间隙进入电机内部，造成抽气效率降低。根据一个优选的实施方式，在图3所示的出轴端，采用气密结构来提高抽气效率。

图4中所示的电机200内部不包括涡轮排气转子。本领域技术人员也可以构思，也可以将电机200内部的涡轮排气转子(如图1所示)与抽气机22 结合使用，以提高排气效率。这些都在本实用新型的保护范围内。

本实用新型还提供一种给电机内部排气的方法，包括：

启动电机；

通过电机壳体上的排气口，从电机的内腔向电机壳体外部排气。

根据本实用新型的一个实施例，所述向电机壳体外部排气包括：通过抽气机从所述排气口向电机壳体外部排气。

根据本实用新型的一个实施例，所述向电机壳体外部排气包括：通过安装在电机输出轴上的一组或多组涡轮转子叶片，从所述排气口向电机壳体外部排气。

根据本实用新型，在电机的输出轴上，安装排气装置，例如涡轮转子叶片，在电机旋转时，将电机内腔体抽成负压状态，电机转速越高，电机内部气压越低，真空度越高，转子与空气的摩擦阻力就越小，从而可以有效提高电机转速并可以采用直径比较大的转子，提高电机功率密度的同时增大低速扭矩并有利于大功率电机的设计。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电机，其特征在于，包括：

壳体；

位于所述壳体中的电机定子；

位于所述壳体中的电机输出轴；和

排气装置，所述排气装置与所述壳体连接，并配置成可从所述壳体内向外排气。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述壳体上具有排气口，所述排气装置包括与所述排气口连通的抽气机。

3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述壳体上具有排气口，所述排气装置包括一组或多组涡轮转子叶片，所述涡轮转子叶片位于所述壳体内并安装在所述电机输出轴上或电机转子上，从而能够随着所述输出轴转动。

4.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述排气装置包括多组涡轮转子叶片，在相邻的涡轮转子叶片之间可以设置涡轮导向叶片。

5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述涡轮导向叶片固定在涡轮套上，所述涡轮套密封固定在所述壳体上。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的电机，其特征在于，所述壳体包括前端盖，所述电机还包括涡轮排气腔前壁，所述前端盖封闭所述壳体的一端并支撑所述电机输出轴，所述涡轮排气腔前壁安装在所述涡轮转子叶片的下游与所述前端盖之间并与所述壳体保持密封。

7.根据权利要求3-5中任一项所述的电机，其特征在于，所述排气口上设置有过滤器和/或单向阀。

8.根据权利要求2-5中任一项所述的电机，其特征在于，所述电机输出轴的出轴端采用气密结构。

9.根据权利要求2-5中任一项所述的电机，其特征在于，所述壳体上具有多个排气口。

10.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述壳体还包括后端盖，所述后端盖密封封闭所述壳体的另一端，并支撑所述电机输出轴。

11.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述排气口位于所述涡轮转子叶片的下游。

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