CN218416153U - 双定子单转子盘式永磁电机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种双定子单转子盘式永磁电机，包括：转子组件，包括沿径向延伸的转子盘和沿轴向延伸的套筒；两个定子组件，沿所述轴向对称分布在所述转子组件的两侧；以及轴承，沿径向设置在所述套筒与所述定子组件之间，其中，所述套筒和所述转子盘一体成型，所述轴承的内圈与所述套筒抗扭连接，所述轴承的外圈与所述定子组件抵接。一体成型的转子盘与套筒，增加了转子盘与转轴之间的连接力，以增加整个轴系的刚度，也避免盘式永磁电机的振动强度过大而导致的噪音及磨损、寿命减短等问题。套筒隔离了轴承与转轴的抵接，从而避免安装及转轴套入套筒时的轴向力过大而导致轴承变形，延长了使用寿命，同时还也简化了盘式电动机的安装工艺难度。

Description

双定子单转子盘式永磁电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，尤其涉及一种双定子单转子盘式永磁电机。

背景技术

盘式永磁电机也称轴向磁通电机，因其轴向尺寸短、具有结构紧凑、转矩功率密度大和效率高等优点，适用于要求薄型安装空间的驱动或伺服领域，因此，盘式永磁电机通常应用于电动汽车、船舶驱动、风力发电、矿产开采等领域。

相关技术中，如图1所示，盘式永磁电机包括转子组件10和定子组件20，转子组件10包括转子盘11，转子盘11与转轴80抗扭连接，轴承30设置在定子组件20与转轴80之间，轴承30内圈与转轴80抗扭连接，因此转轴80带动转子组件10相对定子组件20转动。

然而，再如图1所示，但由于盘式永磁电机轴向长度很短，所以转子盘11较薄。因此，由于转轴80与转子盘11的配合长度有限，导致转子盘11与转轴80之间的连接力不够，致使转子组件10的刚度不够，这将导致盘式永磁电机振动强度大和NVH(Noise VibrationHarshness，噪音、振动、声振粗糙度)问题。

实用新型内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种双定子单转子盘式永磁电动。

根据本公开实施例的第一方面，本公开提供一种双定子单转子盘式永磁电机，包括：转子组件，包括沿径向延伸的转子盘和沿轴向延伸的套筒；两个定子组件，沿所述轴向对称分布在所述转子组件的两侧；以及轴承，沿径向设置在所述套筒与所述定子组件之间，其中，所述套筒和所述转子盘一体成型，所述轴承的内圈与所述套筒抗扭连接，所述轴承的外圈与所述定子组件抵接。

在一些实施例中，所述定子组件包括：端盖，所述端盖的径向内侧与所述轴承的外圈抵接，所述端盖的轴向内侧设置有容纳槽；定子铁芯，固定于所述端盖的所述容纳槽内；PCB定子绕组，位于所述容纳槽内并与所述定子铁芯贴合固定。

在一些实施例中，所述端盖包括第一端盖和第二端盖；所述轴承包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承位于所述第一端盖和所述套筒之间，所述第二轴承位于所述第二端盖和所述套筒之间；其中，所述第一轴承为深沟球轴承，所述第二轴承为双列角接触球轴承。

在一些实施例中，所述盘式永磁电机还包括：第一紧固件；法兰盘，所述法兰盘包括径向部和轴向部，其中，所述径向部与所述第二端盖的外壁贴合，并通过所述第一紧固件与所述第二端盖固定，所述轴向部与所述第二轴承的外圈抵接，用以限定所述第二轴承的外圈的轴向运动。

在一些实施例中，所述盘式永磁电机还包括第二紧固件，所述第二紧固件沿所述轴向紧固在所述第一端盖的径向外侧和所述第二端盖的径向外侧。

在一些实施例中，所述盘式永磁电机还包括垫片套筒，所述垫片套筒套设在所述第二紧固件的外部，其中，所述垫片套筒在所述轴向上的两端分别与所述第一端盖和所述第二端盖抵接，用于调节所述盘式永磁电机在所述轴向上的总气隙。

在一些实施例中，所述定子铁芯包括复合软磁材料或硅钢材料。

在一些实施例中，所述转子组件还包括永磁体，所述转子盘在径向外侧的一端设置有轴向贯通的转子槽，所述永磁体嵌套并固定在所述转子槽内。

在一些实施例中，所述永磁体设置有多个且沿周向均匀布置，且所述永磁体呈倒梯形状。

在一些实施例中，所述转子盘和所述套筒由不锈钢材料而成。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本公开的转子组件通过与转子盘一体成型的套筒，增加了转子盘与转轴之间的连接力，以增加整个轴系的刚度，也避免盘式永磁电机的振动强度过大而导致的噪音及磨损、寿命减短等问题。此外，套筒隔离了轴承与转轴的抵接，从而避免在转轴套入套筒时产生的轴向力过大而导致轴承的变形，延长了轴承甚至整个盘式电动机的使用寿命，同时还也简化了盘式电动机的安装工艺难度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是相关技术中双定子单转子盘式永磁电机的示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的双定子单转子盘式永磁电机的剖视图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

盘式永磁电机，通过励磁产生转矩把电能转换成机械能，普通电机的磁场方向是向半径方向发散的，而盘式电机的磁场方向是和转轴平行的，因此，盘式永磁电机又被称为轴向磁场电机。磁场从轴向走，不但磁能密度大，而且交换能量的空间也大，因此电机的转矩密度比径向磁场电机大幅提高。此外，轴向磁通电机的转子组件的直径更大，转子组件沿着定子旋转，扭矩等于力乘以半径，轴向磁通电机可以在相同的力下获得更大的扭矩，使用同等量的永磁体和铜绕组材料，轴向磁通电机可以输出更大的扭矩。

相关技术中，盘式永磁电机电枢的生产制造工艺是制约盘式永磁电机更广泛应用的一个瓶颈，其主要表现在定子铁芯生产工艺和绕线工艺两个方面。盘式永磁电机的定子铁芯为硅钢片卷绕结构，而在卷绕结构的定子铁芯上进行开槽，其工艺相当复杂，成本较高。在绕线工艺方面，盘式永磁电机的绕线工艺复杂，绕组端部交叉堆积严重，无法使用机器自动下线，容易出现人为的工艺缺陷，费时费力，生产成本高。

在本发明中，除非另有说明，否则轴向A、径向R和周向分别是指盘式永磁电机的轴向A、径向R和周向；轴向内侧一侧是指图2中靠近转子盘的一侧，轴向外侧是指图2中的远离转子盘的一侧；径向外侧是指在径向R上远离图2中的转轴的那侧，径向内侧是指在径向R上接近转轴的那侧。另外，“传动联接”是指两个部件之间能够传递驱动力/扭矩，这两个部件可以直接连接也可以通过各种传动机构或连接结构以实现上述功能。

为解决上述技术问题，本公开提供一种双定子单转子盘式永磁电机，如图2所示，盘式永磁电机与轴系配合，轴系包括转轴80，盘式永磁电机包括转子组件10、定子组件20和轴承30。

具体地，转子组件10包括沿径向R延伸的转子盘11和沿轴向A延伸的套筒12，套筒12和转子盘11一体成型，且转子盘11和套筒12由不锈钢材料而成。套筒12与转轴80抗扭连接，因此，转轴80通过套筒12带动转子盘11相对定子组件20转动。

如图2所示，套筒12在轴向A上可以延伸至定子组件20处，进一步地，套筒12在轴向A上的至少一端延伸至定子组件20的外部，从而使轴承30与转轴80隔离，使轴承30在径向R上位于套筒12与定子组件20之间，因此，轴承30的内圈与套筒12抗扭连接，转轴80的外圈与定子组件20抵接。

如此，转子组件10通过转子盘11与转轴80抗扭连接，套筒12的长度增加了套筒12与转轴80的接触面，从而增加了整个转子组件10与转轴80之间的连接力，在转轴80带动转子组件10高速转动时，避免了转轴80与套筒12之间大的震动强度及噪音，也增加了轴系与盘式永磁电机动力传递的稳定性。

另外，轴向加长的套筒12与转子盘11一体成型，且转子盘11和套筒12由不锈钢材料制成，一体成型的不锈钢材料制成的套筒12和转子盘11结构稳定，抗拉强度大不易断裂，从而避免长时间的高速转动工作下转子盘11与套筒12连接处的撕裂或断裂。

进一步地，转子组件10还包括永磁体13，转子盘11在径向R外侧的一端设置有轴向A贯通的转子槽，永磁体13嵌套并固定在转子槽内。进一步地，永磁体13设置有多个且沿周向均匀布置，且永磁体13呈倒梯形状。

在一些实施例中，定子组件20设置有两个，两个定子组件20沿轴向A对称分布在转子组件10的两侧，每个定子组件20包括端盖21、定子铁芯22和PCB定子绕组23。

两个定子组件20设置在转子组件10的两侧，转子组件10轴向A左右两侧的定子铁芯22的磁拉力可以相互抵消的，避免不平衡轴向力的问题。另外，定子组件20设置在转子组件10的外部，有利于定子组件20的定子铁芯22和PCB定子绕组23的散热，散热效率高。

进一步地，端盖21的径向R内侧与轴承30的外圈抵接，端盖21的轴向A内侧设置有容纳槽213(即靠近转子组件10的一侧)；定子铁芯22固定于端盖21的容纳槽213内；PCB定子绕组23，位于容纳槽213内并与定子铁芯22贴合固定。

PCB定子绕组23是一种在绝缘基材上按预定设计制成印刷电路或印制线路的成品板。因PCB结构扁平，在结构上非常适合轴向A磁路结构的盘式永磁电机。使用PCB板上的电路作为盘式永磁电机的电枢绕组，能使盘式永磁电机的绕组工艺大为简化。另外，可根据需要将PCB板绕组设计为环形或方形等结构形式，灵活多变。

定子铁芯22包括复合软磁材料或硅钢材料。由于与PCB定子绕组23配合，因此在定子铁芯22无需开绕线槽，在定子铁芯22上固定PCB板就制成电枢组件。

如此，PCB定子绕组23的设置，既简化了定子铁芯22生产制造工艺，又同时省去了绕线、下线、接线等工艺，使原本复杂的盘式永磁电机的电枢制造得到简化，为进行自动化大批量生产带来便利。

在一些实施例中，由于定子组件20设置有两个，因此两个定子组件20的端盖21分别为第一端盖211和第二端盖212。轴承30也设置为两个，分别为第一轴承31和第二轴承32。

如图2所示，第一轴承31位于第一端盖211和套筒12之间，第二轴承32位于第二端盖212和套筒12之间；其中，第一轴承31为深沟球轴承30，第二轴承32为双列角接触球轴承30。

具体地，本公开实施例的盘式永磁电机在组装时，往往需要先组装第二端盖212及第二轴承32，而后在组装第一端盖211和第一轴承31，在组装过程中，第二端盖212和第二轴承32需要承受更多的轴向力，此外，在盘式永磁电机的定子组件20和转子组件10组装完毕后，最后与轴系的转轴80配合时，转轴80套入套筒12内，且与套筒12过盈配合，也会对第二轴承32产生较大的轴向力，因此第二轴承32为双列角接触球轴承30，双列角接触球轴承30能够承受较大的轴向力和较高的径向力，因此可以避免轴承30在组装过程中变形导致的损害失效。

在一些实施例中，盘式永磁电机还包括第一紧固件40和法兰盘50。

其中，法兰盘50包括径向部51和轴向部52，径向部51与第二端盖212的外壁贴合，并通过第一紧固件40与第二端盖212固定，轴向部52与第二轴承32的外圈抵接，用以限定第二轴承32的外圈的轴向A运动。

轴承30的内圈与套筒12过盈配合，并随套筒12和转轴80传动连接，而轴承30的外圈与端盖21的径向R内侧抵接，只起到支撑的作用，可相对轴承30内圈和端盖21轴向A移动，法兰盘50的设置可以避免第二轴承32外圈的轴向A移动，起到限位定位的作用。

法兰盘50的径向部51的外壁可以与端盖21的径向R内侧贴合，也可以是与端盖21的径向R内侧过盈配合，通过过盈配合使法兰盘50与端盖21的径向R内侧产生预紧力，再通过第一紧固件40将法兰盘50的轴向部52固定在端盖21。

第一紧固件40可以为螺栓、螺钉或销钉等，第一紧固件40也可以设置为多个，多个第一紧固件40沿周向等间隔设置，第一紧固件40的类型、数量及排列方式只是示例性的，在此不作具体赘述。

在一些实施例中，盘式永磁电机还包括第二紧固件60，第二紧固件60沿轴向A紧固在第一端盖211的径向R外侧和第二端盖212的径向R外侧。

第一端盖211和第二端盖212直接通过第二紧固件60固定，省去了设置筒状壳体的设置，节省了材料及简化了组装工艺，降低了成本。此外，第二紧固件60也设置为多个，多个第二紧固件60沿盘式永磁电机的周向等间隔设置。

在一些实施例中，盘式永磁电机还包括垫片套筒70，垫片套筒70套设在第二紧固件60的外部，其中，垫片套筒70在轴向A上的两端分别与第一端盖211和第二端盖212抵接，用于调节盘式永磁电机在轴向A上的总气隙。

转子绕组的永磁体13与两个端盖21上的两个PCB定子绕组23的气隙间隔相同。而通过改变垫片套筒70轴向A上的长度，在无需改变端盖21尺寸的情况下可以改变永磁体13与PCB定子绕组23之间的气隙间隔，从而以适应不同性能、不同运行环境需求的盘式永磁电机，使得定子组件20和转子组件10适配性高，适用范围更广，从而降低成本。

可以理解的是，本公开中“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

进一步可以理解的是，术语“第一”、“第二”等用于描述各种结构，但这些结构不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的结构彼此区分开，并不表示特定的顺序或者重要程度。实际上，“第一”、“第二”等表述完全可以互换使用。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一结构也可以被称为第二结构，类似地，第二结构也可以被称为第一结构。

进一步可以理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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实施例和简化描述，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。

进一步可以理解的是，除非有特殊说明，“连接”包括两者之间不存在其他构件的直接连接，也包括两者之间存在其他元件的间接连接。另外，术语“抗扭连接”是指两个元件之间以不相对于彼此转动的方式连接，其可以经由压配合(即过盈配合)来实现，也可以通过将所提及的两个部件一体地形成来实现。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

进一步可以理解的是，本公开实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作，但是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作，或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中，多任务和并行处理可能是有利的。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利范围指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利范围来限制。

Claims (10)

1.一种双定子单转子盘式永磁电机，其特征在于，包括：

转子组件(10)，包括沿径向(R)延伸的转子盘(11)和沿轴向(A)延伸的套筒(12)；

两个定子组件(20)，沿所述轴向(A)对称分布在所述转子组件(10)的两侧；以及

轴承(30)，沿径向(R)设置在所述套筒(12)与所述定子组件(20)之间，

其中，所述套筒(12)和所述转子盘(11)一体成型，所述轴承(30)的内圈与所述套筒(12)抗扭连接，所述轴承(30)的外圈与所述定子组件(20)抵接。

2.根据权利要求1所述的双定子单转子盘式永磁电机，其特征在于，所述定子组件(20)包括：

端盖(21)，所述端盖(21)的径向(R)内侧与所述轴承(30)的外圈抵接，所述端盖(21)的轴向(A)内侧设置有容纳槽(213)；

定子铁芯(22)，固定于所述端盖(21)的所述容纳槽(213)内；

PCB定子绕组(23)，位于所述容纳槽(213)内并与所述定子铁芯(22)贴合固定。

3.根据权利要求2所述的双定子单转子盘式永磁电机，其特征在于，

所述端盖(21)包括第一端盖(211)和第二端盖(212)；

所述轴承(30)包括第一轴承(31)和第二轴承(32)，所述第一轴承(31)位于所述第一端盖(211)和所述套筒(12)之间，所述第二轴承(32)位于所述第二端盖(212)和所述套筒(12)之间；

其中，所述第一轴承(31)为深沟球轴承(30)，所述第二轴承(32)为双列角接触球轴承(30)。

4.根据权利要求3所述的双定子单转子盘式永磁电机，其特征在于，所述盘式永磁电机还包括：

第一紧固件(40)；

法兰盘(50)，所述法兰盘(50)包括径向部(51)和轴向部(52)，

其中，所述径向部(51)与所述第二端盖(212)的外壁贴合，并通过所述第一紧固件(40)与所述第二端盖(212)固定，所述轴向部(52)与所述第二轴承(32)的外圈抵接，用以限定所述第二轴承(32)的外圈的轴向(A)运动。

5.根据权利要求3所述的双定子单转子盘式永磁电机，其特征在于，还包括第二紧固件(60)，所述第二紧固件(60)沿所述轴向(A)紧固在所述第一端盖(211)的径向(R)外侧和所述第二端盖(212)的径向(R)外侧。

6.根据权利要求5所述的双定子单转子盘式永磁电机，其特征在于，还包括垫片套筒(70)，所述垫片套筒(70)套设在所述第二紧固件(60)的外部，

其中，所述垫片套筒(70)在所述轴向(A)上的两端分别与所述第一端盖(211)和所述第二端盖(212)抵接，用于调节所述盘式永磁电机在所述轴向(A)上的总气隙。

7.根据权利要求2所述的双定子单转子盘式永磁电机，其特征在于，所述定子铁芯(22)包括复合软磁材料或硅钢材料。

8.根据权利要求1所述的双定子单转子盘式永磁电机，其特征在于，所述转子组件(10)还包括永磁体(13)，所述转子盘(11)在径向(R)外侧的一端设置有轴向(A)贯通的转子槽，所述永磁体(13)嵌套并固定在所述转子槽内。

9.根据权利要求8所述的双定子单转子盘式永磁电机，其特征在于，所述永磁体(13)设置有多个且沿周向均匀布置，且所述永磁体(13)呈倒梯形状。

10.根据权利要求1所述的双定子单转子盘式永磁电机，其特征在于，所述转子盘(11)和所述套筒(12)由不锈钢材料制成。

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