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CN102075041B - 一种带有流体强制冷却的v形气隙横向磁场力矩电机 - Google Patents

一种带有流体强制冷却的v形气隙横向磁场力矩电机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种带有流体强制冷却的V形气隙横向磁场力矩电机，包括：定子固定轴、转子外壳及电机转轴，所述电机转轴通过轴承连接在定子固定轴上，定子固定轴上设置有多相电机定子，每一相电机定子包括定子绕组及两个相对组合而成的定子铁心，定子铁心由电机定子轭和定子斜齿构成，定子绕组横截面为梯形，设置在定子铁心之间；转子外壳的内腔内设置有电机转子，该电机转子由转子磁极和永磁体形成聚磁式结构；所述定子斜齿和转子磁极及永磁体之间形成V形气隙。本发明横向磁场力矩电机，增加了气隙的有效面积，使得电机力密度较高；电机定子之间和两边的电机定子外侧设置有冷却液流动腔，和冷却液流动腔相通的冷却液通孔设置在定子固定轴内，保证了电机的散热。

Description

一种带有流体强制冷却的V形气隙横向磁场力矩电机
技术领域
本发明属于永磁电机领域，特别涉及一种带有流体强制冷却的V形气隙横向磁场力矩电机。
背景技术
现有的横向磁场电机从拓扑结构上看，主要包括单边式拓扑结构和双边式拓扑结构。其中单边式横向磁场电机虽然结构相对简单，但是其气隙磁通密度低，输出力密度小，难以做成大转矩的力矩电机。双边式横向磁场电机具有两个气隙，转子一般采用聚磁式结构，可以在电机气隙中形成高的磁通密度，从而输出力密度大，较易做成大转矩力矩电机。双边式横向磁场电机很好的利用了横向磁场的原理，但是，传统的双边式横向磁场电机其永磁体和转子磁极都采用长方体形状，这样在永磁体体积相同的情况下，为了保证电机转子部分的机械强度，用于形成气隙的铁心有效长度就不能太长，造成电机气隙的有效面积减小，增加磁路磁阻，使得电机的漏磁较大，从而减小电机的力密度，使得价值昂贵的永磁体作用没有得到很好的发挥，影响了电机的性能。
鉴于以上问题，实有必要提供一种可以解决上述技术问题的横向磁场力矩电机。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种带有流体强制冷却的V形气隙横向磁场力矩电机，其增加了气隙有效面积，减小了磁路磁阻，减少了电机的漏磁，从而增加了电机的力密度，使得价值昂贵的永磁体作用得到很好的发挥。
为实现上述目的，本发明提供了一种带有流体强制冷却的V形气隙横向磁场力矩电机，包括在电机支架上固定有定子固定轴，该定子固定轴上设置有多相电机定子，每一相电机定子包括定子绕组，以及两个相对组合而成的定子铁心，所述定子绕组设置在相对的定子铁心之间，每一个定子铁心由电机定子轭和定子斜齿构成；转子外壳，通过第一轴承与定子固定轴连接，该转子外壳的内腔内设置有电机转子，该电机转子由转子磁极和永磁体组成，所述转子磁极沿圆周方向均匀装配在转子外壳内，所述永磁体安装在相邻转子磁极之间；电机转轴，设置在定子固定轴端部并与转子外壳固定连接；电机转轴端支架，通过第二轴承与电机转轴连接，其中，所述定子斜齿和转子磁极及永磁体之间形成V形气隙。
作为本发明的优选实施例，所述定子斜齿与电机定子轭构成一个整体，且定子斜齿沿圆周方向均匀设置在电机定子轭径向外侧一边的斜圆环面上；
作为本发明的优选实施例，所述每相定子铁心的定子斜齿在电机的旋转方向上错开一个极距，每相电机定子的一对定子铁心之间的径向外侧形成一个横截面为V形的环形空间；
作为本发明的优选实施例，所述定子绕组为环形的线圈结构，其横截面为梯形；
作为本发明的优选实施例，所述转子磁极和永磁体在垂直于电机旋转方向上的截面均为V形；
作为本发明的优选实施例，所述转子磁极两边的永磁体在转子磁极上形成聚磁式V形转子磁极结构；
作为本发明的优选实施例，所述两侧的电机定子的外侧分别设置有封液左右端盖，定子固定轴上沿径向分别设置有上下冷却液分通孔，所述定子固定轴上沿轴向分别设置有与上述上下冷却液分通孔连通的上下冷却液总通孔，且相邻的电机定子之间以及两侧的电机定子与其对应的封液左右端盖之间形成冷却液流动腔，该冷却液流动腔与前述上下冷却液分通孔及上下冷却液总通孔相通，所述上下冷却液总通孔分别延伸至定子固定轴的端部，在上下冷却液总通孔的端部安装有密封螺丝；
作为本发明的优选实施例，所述冷却液流动腔包括左冷却液流动腔、右冷却液流动腔，以及中间冷却液流动腔；所述封液左端盖与其相邻的电机定子之间以及封液右端盖与其相邻的电机定子之间分别形成所述左冷却液流动腔和右冷却液流动腔，而电机定子之间形成所述中间冷却液流动腔，所述中间冷却液流动腔径向外侧设置有封液环。
本发明带有流体强制冷却的V形气隙横向磁场力矩电机至少具有以下优点：由于本发明定子斜齿和转子磁极及永磁体之间形成V形气隙，因此，增加了气隙有效面积，减小了磁路磁阻，减少了电机的漏磁，从而增加了电机的力密度，使得价值昂贵的永磁体作用得到很好的发挥。
附图说明
图1为本发明横向磁场力矩电机的轴向结构示意图；
图2是本发明横向磁场力矩电机的定子铁心的结构示意图；
图3是本发明横向磁场力矩电机的电机定子的结构示意图；
图4是本发明横向磁场力矩电机的电机定子的剖开结构示意图；
图5是本发明横向磁场力矩电机的永磁体的结构示意图；
图6是本发明横向磁场力矩电机的转子磁极的结构示意图；
图7是本发明横向磁场力矩电机的转子铁心的结构示意图；
图8是本发明横向磁场力矩电机的电机转子的结构示意图；
图9是本发明横向磁场力矩电机的定子固定轴的结构示意图；
图10是本发明横向磁场力矩电机的定子固定轴的剖开结构示意图；
图11是本发明四相五十对极电机定子、电机转子和定子固定轴的结构示意图。
图中标号与对应元件的关系如下：
  1   电机支架   2   定子固定轴
  3   定子绕组总线孔   4   上冷却液总通孔
  5，17   第一轴承   6   转子外壳
  7   封液右端盖   8，10   电机定子轭
  9   转子磁极   11，12   定子斜齿
  13   定子绕组   14   封液左端盖
  15   电机转轴端支架   16   第二轴承
  18，31   密封螺丝   19   电机转轴
  20   左冷却液流动腔   21   V形气隙
  22   封液环   23   中间冷却液流动腔
  24   右冷却液流动腔   25   定子绕组单相线孔固定轴部分
  26   定子绕组单相线孔定子内侧部分   27   上冷却液分通孔
  28   永磁体装配间隙   29   永磁体
  30   下冷却液总通孔   32   下冷却液分通孔
  33   键槽   34   键
具体实施方式
下面结合附图对本发明横向磁场力矩电机做详细说明。
请参阅图1所示，本发明横向磁场力矩电机包括在电机支架1上固定的定子固定轴2、通过第一轴承5、17与定子固定轴2连接的转子外壳6、设置在定子固定轴2端部并与转子外壳6固定连接的电机转轴19，以及通过第二轴承16与电机转轴19连接的电机转轴端支架15。
请结合图2、图3和图4所示，所述定子固定轴2上设置有四相电机定子，每相电机定子包括定子绕组13，以及两个相对组合而成的定子铁心，所述定子绕组13为环形的线圈结构，其横截面为梯形，所述两个相对组合而成的定子铁心之间设置有与定子绕组13相应的横截面为梯形的环形空间，前述定子绕组13即安装在该横截面为梯形的环形空间内；每一个定子铁心由电机定子轭8、10和定子斜齿11、12构成一个整体，所述一个定子铁心上的定子斜齿的个数等于电机的极对数，所述定子斜齿11、12沿圆周方向设置在电机定子轭8、10径向外侧一边的斜圆环面上，所述一对定子铁心上相对的定子斜齿11，12在电机旋转方向错开一个极距，如此，在每相电机定子的一对定子铁心之间的径向外侧形成一个横截面为V形的环形空间。
所述电机定子内安装定子绕组13的径向内侧设置有一个定子绕组单相线孔定子内侧部分26，用于单相绕组走线；另外，所述电机定子的内圆沿轴向设置有键槽33，请特别结合图9所示，所述定子固定轴2上设置有键34，安装时，定子固定轴2上的键34与电机定子上的键槽33配合用于定位和传递转矩。
下面，请结合图5至图8所示，所述转子外壳6的内腔内设置有四相电机转子，每相电机转子由转子磁极9和永磁体29组成，所述转子磁极9沿圆周方向均匀装配在转子外壳6内腔，且转子磁极9在垂直于电机旋转方向的截面为V形，同时，转子磁极9的厚度沿径向从一端至另一端逐渐增加，多个转子磁极9沿圆周方向均匀分布形成转子铁心，相邻转子磁极9之间形成等宽度的永磁体装配间隙28；永磁体29在垂直于电机旋转方向的截面为V形，厚度相同，便于加工，永磁体29即沿圆周方向以N向和S向交错地设置在该永磁体装配间隙28内，这样转子磁极9和永磁体29配合形成一个横截面为V形的圆环，转子磁极9两边的永磁体29在转子磁极9上形成聚磁式V形转子磁极结构。
在本发明中，转子磁极9和永磁体29在垂直于电机旋转方向的截面都是V形，其正好容置于前述横截面为V形的环形空间内，因此在电机定子的定子斜齿11、12和转子磁极9及永磁体29之间存在一条V形气隙21。
下面请结合图9和图10所示，所述定子固定轴2的轴向为阶梯形结构，其中，在定子固定轴2的中心沿轴向设置有用于电机走线的定子绕组总线孔3，该定子绕组总线孔3贯穿定子固定轴2的两端，另外，在定子固定轴2上沿径向设置有定子绕组单相线孔固定轴部分25，该定子绕组单相线孔固定轴部分25、定子绕组总线孔3，以及定子绕组单相线孔定子内侧部分26相通，且该定子绕组单相线孔固定轴部分25贯穿至定子固定轴2表面。
请继续参阅图1所示，各相电机定子沿轴向均匀分布，位于两端的两相电机定子的外侧设置有封液左端盖14和封液右端盖7，相邻的电机定子之间以及两侧的电机定子与相应的封液左端盖14或封液右端盖7之间形成冷却液流动腔，其中，所述封液左端盖14和左端的电机定子之间的冷却液流动腔为左冷却液流动腔20，所述封液右端盖7和右端的电机定子之间的冷却液流动腔为右冷却液流动腔24，而相邻电机定子之间形成的冷却液流动腔为中间冷却液流动腔23，所述中间冷却液流动腔23的径向外侧设置有封液环22。
下面，请特别参阅图1、图9及图10所示，定子固定轴2上沿径向分别设置有上下冷却液分通孔27、32，所述定子固定轴2上沿轴向分别设置有与上述上下冷却液分通孔27、32连通的上下冷却液总通孔4、30，且上述上下冷却液分通孔27、32与所述左右以及中间冷却液流动腔20，24，23连通，所述上下冷却液总通孔4、30分别延伸至定子固定轴2的端部。如此，冷却液从上冷却液总通孔4注入，经上冷却液分通孔27分别流入左右以及中间冷却液流动腔20，24，23，再经过下冷却液分通孔32流入下冷却液总通孔30流出，形成循环达到冷却的目的，为了加工方便，上冷却液总通孔4和下冷却液总通孔32做成通孔，这样在定子固定轴2另一端分别安装密封螺丝18和31用于防止冷却液的流出。如此，该流体强制冷却系统的设置，保证了电机的散热，使得电机可以输出大力矩。
下面，请参阅图11所示，为本发明电机的四相五十对极电机定子、电机转子和定子固定轴2的结构示意图。所述电机相数m为4相，所述电机四相之间安装在转子外壳6内的V形转子磁极沿轴向对齐；电机定子四相之间定子斜齿沿圆周方向互差1/4个极距，这样使得电机的输出转矩没有零点；电机设置成多相可以较好地的消除电机的自定位转矩，减小了电机输出力矩的脉动。
本发明带有流体强制冷却的V形气隙横向磁场力矩电机，所述电机各相之间相互独立，没有磁路耦合，其相数m可以根据输出转矩的需要增加，m最小值为2，最大值为8。
需要说明：本文中所述的冷却液即发明名称中的流体。
本发明电机的有益效果包括以下几点：
1.电机定子的定子斜齿和转子磁极及永磁体之间形成有V形气隙，增加了气隙有效面积，减小了磁路磁阻，减少了电机的漏磁，从而增加了电机的力密度，使得价值昂贵的永磁体作用得到很好的发挥；
2.整个电机的流体强制冷却系统保证了电机的散热，使得电机可以输出大力矩；
3.本发明电机的电机定子轭和定子斜齿设计成一个整体，易于加工制造，转子采用聚磁结构，增加了气隙磁通密度；
4.定子绕组的横截面为梯形，使得主磁路横截面面积均匀，有效地利用了空间。
5.由于本发明的永磁体的有效利用率高而降低了电机整体成本。
以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种带有流体强制冷却的V形气隙横向磁场力矩电机，其特征在于：包括：
在电机支架(1)上固定有定子固定轴(2)，该定子固定轴(2)上设置有多相电机定子，每一相电机定子包括定子绕组(13)，以及两个相对组合而成的定子铁心，所述定子绕组(13)设置在相对的定子铁心之间，每一个定子铁心由电机定子轭(8、10)和定子斜齿(11、12)构成；
转子外壳(6)，通过第一轴承(5、17)与定子固定轴(2)连接，该转子外壳(6)的内腔内设置有电机转子，该电机转子由转子磁极(9)和永磁体(29)组成，所述转子磁极(9)沿圆周方向均匀装配在转子外壳(6)内，所述永磁体(29)安装在相邻转子磁极(9)之间；
电机转轴(19)，设置在定子固定轴(2)端部并与转子外壳(6)固定连接；
电机转轴端支架(15)，通过第二轴承(16)与电机转轴(19)连接，其中，
所述定子斜齿(11、12)和转子磁极(9)及永磁体(29)之间形成V形气隙(21)；所述定子斜齿(11、12)与电机定子轭(8、10)构成一个整体，且定子斜齿(11、12)沿圆周方向均匀设置在电机定子轭(8、10)径向外侧一边的斜圆环面上；
所述每相定子铁心的定子斜齿(11、12)在电机的旋转方向错开一个极距，每相电机定子的一对定子铁心之间的径向外侧形成一个横截面为V形的环形空间；所述转子磁极(9)和永磁体(29)在垂直于电机旋转方向上的截面均为V形，其正好容置于前述横截面为V形的环形空间内。
2.如权利要求1所述的带有流体强制冷却的V形气隙横向磁场力矩电机，其特征在于：所述定子绕组(13)为环形的线圈结构，其横截面为梯形。
3.如权利要求1所述的带有流体强制冷却的V形气隙横向磁场力矩电机，其特征在于：所述转子磁极(9)两边的永磁体(29)在转子磁极(9)上形成聚磁式V形转子磁极结构。
4.如权利要求1所述的带有流体强制冷却的V形气隙横向磁场力矩电机，其特征在于：位于两端的两相电机定子的外侧分别设置有封液左右端盖(14、7)，定子固定轴(2)上沿径向分别设置有上下冷却液分通孔(27、32)，所述定子固定轴(2)上沿轴向分别设置有与上述上下冷却液分通孔(27、32)连通的上下冷却液总通孔(4、30)，相邻的电机定子之间以及两侧的电机定子与其对应的封液左右端盖(14、7)之间形成冷却液流动腔，该冷却液流动腔与前述上下冷却液分通孔(27、32)及上下冷却液总通孔(4、30)相通，所述上下冷却液总通孔(4、30)分别延伸至定子固定轴(2)的端部，在上下冷却液总通孔(4、30)的端部安装有密封螺丝(18、31)。
5.如权利要求4所述的带有流体强制冷却的V形气隙横向磁场力矩电机，其特征在于：所述冷却液流动腔包括左冷却液流动腔(20)、右冷却液流动腔(24)，以及中间冷却液流动腔(23)；所述封液左端盖(14)与其相邻的电机定子之间以及封液右端盖(7)与其相邻的电机定子之间分别形成所述左冷却液流动腔(20)和右冷却液流动腔(24)，而电机定子之间形成所述中间冷却液流动腔(23)，所述中间冷却液流动腔(23)径向外侧设置有封液环(22)。
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