CN106877578B - 一种油冷、低耗内转子永磁电机 - Google Patents
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Abstract
一种油冷、低耗内转子永磁电机，属于电机领域，本发明的目的是减小油摩损耗，改善散热能力，进而提高应用于充油环境电机的功率密度。本发明包括定子和转子，定子包括机壳、定子铁芯、绝缘层、轴向键、多个定子线圈及两个端盖；转子包括转子轴、转子磁轭、两个轴承及多个磁钢。本发明的特征是每个磁钢的内圆弧面两侧均削内角；在由多个磁钢组成的转子外圆面上沿轴向设有旋进引流槽；在转子磁轭的内圆面沿轴向设有斜过流槽，并且多个斜过流槽沿圆周对称分布；当定子铁芯直接浇注成型时，应在其轭部留出多个回流孔，或者在其背部留出多个回流槽，为油在电机内部循环提供通道。在充油高温环境下使用此类电机能够提高功率密度，具有很大的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种内转子永磁电机，属于电机领域。
背景技术
在永磁电机设计中，为了减小气隙磁场的谐波，多采用不等气隙的设计方案，粘接在转子磁轭上的磁钢所形成的外表面不是光滑的圆柱面（如图15所示），而是存在着凸起。在某些工作环境中，电机浸于油中运行，且内部充油，相比在空气中运行的电机就会带来特殊问题。首先，转子在流体中运动时，非光滑的外表面导致较大的阻力，电机的油摩损耗增加，效率降低，整个系统的功率密度下降。其次，现有充油永磁电机气隙内的油基本上是周向流动，轴向流动较小，热量的传递主要依靠热传导，没有充分利用油良好的导热特性。
发明内容
本发明的目的是提供一种油冷、低耗内转子永磁电机，它能减小油摩损耗，改善散热能力，进而提高应用于充油环境电机的功率密度。
实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种油冷、低耗内转子永磁电机，它包括定子和转子，所述的定子包括机壳、定子铁芯、绝缘层、轴向键、多个定子线圈及两个端盖；所述的转子包括转子轴、转子磁轭、两个轴承及多个磁钢；所述的转子磁轭固定在转子轴外圆面上，转子磁轭外圆面位于同一圆周上依次紧密排布有多个磁钢，转子轴的两端各通过一个轴承与两个端盖转动连接，所述的机壳环套装在多个磁钢外侧，机壳与两个端盖通过螺钉可拆卸固定连接，多个磁钢外侧环套装有定子铁芯，所述的定子铁芯设置在机壳内部，所述的定子铁芯与磁钢之间设有径向间隙，定子铁芯沿圆周方向均布设置有多个与定子铁芯内圆面相通的安装槽，每个所述的安装槽内表面均设有绝缘层，每个安装槽内均设置有定子线圈，定子铁芯与机壳通过轴向键可拆卸固定连接；
每个磁钢的内圆弧面两侧均削内角，即保留磁钢与气隙侧相近的外圆弧面，削去磁钢与转子磁轭侧相近的内圆弧面的两角，因为保留了磁钢完整的外圆弧面，磁钢拼接后形成的转子外表面依然是光滑的圆柱面；在由多个磁钢组成的外圆面上沿轴向设有至少一个旋进引流槽；在转子磁轭的内圆面沿轴向设有至少两个斜过流槽，并且所有的斜过流槽沿圆周对称分布；当定子铁芯直接浇注成型时，在定子铁芯的轭部留出多个回流孔，或者在其背部留出多个回流槽，为油在电机内部循环提供通道，每个端盖上均设有通油孔。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
1、本发明中使用的是削内角磁钢，即保留磁钢与气隙侧相近的外圆弧面，削去磁钢与转子磁轭侧相近的内圆弧面的两角。因为保留了磁钢完整的外圆弧面，磁钢拼接后形成的转子外表面依然是光滑的圆柱面。与采用不等气隙设计的永磁电机相比，本发明中电机转子旋转时阻力降低，油摩损耗减小，电机功率密度提高。此外，磁钢的削内角与转子磁轭外圆面形成多条轴向通道，利于油在电机内部迅速通过，增加电机内进油量，加快电机内部热量的传导，改善散热能力。本发明中的削内角磁钢与传统瓦片形磁钢的气隙磁场示意图（如图16所示），经过对比可以发现，削内角磁钢产生的气隙磁场谐波显著减小。
2、带旋进引流槽结构的转子（即在转子外表面加工出左旋或者右旋的旋进引流槽），将转子直立放置在水平面时，旋进引流槽沿逆时针方向旋转上升即为左旋的旋进引流槽；旋进引流槽沿顺时针方向旋转上升即为右旋的旋进引流槽。其中，旋进引流槽的横截面形状可以为矩形、半圆形、三角形或梯形。将横截面设计成以上形状可以使转子带动其周围的油运动。旋进引流槽加工在多个磁钢排布形成的圆筒状结构的外表面上。此外，可以根据具体设计需求，增加旋进引流槽数量。当电机旋转时，转子外表面的旋进引流槽会带动附近的油在周向运动的同时做轴向运动，加快电机内部热量的传导，改善散热能力，提高电机功率密度。
3、在转子冲片上设置多个与其内圆相通，且沿圆周对称分布的缺口，叠压过程中相邻的转子冲片依次错开一定角度，组成带有斜过流槽的转子磁轭。所有的斜过流槽倾斜方向相同。在电机运行过程中，从通油孔注入的油不仅可从气隙流过，还可从转子磁轭的斜过流槽流过；此外，斜过流槽在随转子旋转时对油产生吸力，加快油在电机内部的循环速度，提升散热能力。
4、当定子铁芯直接浇注成型时，在其轭部留出多个回流孔，或者在其背部留出多个回流槽，为油在电机内部循环提供通道。定子铁芯加轴向孔只在风冷电机中应用过，目的是增加电机的通风量。在充油电机中不曾使用，本发明中该措施的目的是形成油循环的通道。
附图说明
图1是本发明的一种油冷、低耗内转子永磁电机的主剖视图，电机涉及的定子绕组为分布式结构；
图2是图1的A-A截面的剖视图；
图3是本发明的一种油冷、低耗内转子永磁电机的主剖视图，电机涉及的定子绕组为集中式结构；
图4是图3的B-B截面的剖视图；
图5是磁钢的结构示意图，其中的磁钢内圆弧面两侧均削内角，所述的削内角的表面为斜面；
图6是磁钢的结构示意图，其中的磁钢内圆弧面两侧均削内角，所述的削内角的表面为向外凸的圆弧面；
图7是磁钢的结构示意图，其中的磁钢内圆弧面两侧均削内角，所述的削内角的表面为向内凹的圆弧面；
图8是磁钢的结构示意图，其中的磁钢内圆弧面两侧均削内角，所述的削内角形状为V字形；
图9是带旋进引流槽的磁钢的结构示意图，所述的旋进引流槽为左旋的旋进引流槽；
图10是带旋进引流槽的磁钢的结构示意图，所述的旋进引流槽为右旋的旋进引流槽；
图11是斜过流槽的结构示意图，所述的斜过流槽为左斜的斜过流槽；
图12是斜过流槽的结构示意图，所述的斜过流槽为右斜的斜过流槽；
图13是定子铁芯的结构示意图，在定子铁芯的轭部留出回流孔；
图14是定子铁芯的结构示意图，在定子铁芯的背部留出回流槽；
图15是现有技术的结构示意图；
图16是本发明中的削内角磁钢与传统瓦片形磁钢的气隙磁场示意图，其中曲线C为削内角磁钢的气隙磁密曲线，曲线D为传统瓦片形磁钢的气隙磁密曲线。
附图编号说明：
转子轴1、轴承2、端盖3、通油孔3-1、机壳4、定子线圈5、定子铁芯6、回流孔6-1、回流槽6-2、磁钢7、旋进引流槽7-1、转子磁轭8、斜过流槽8-1、绝缘层9、轴向键10、螺钉11、削内角12、轴向通道13。
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1~图14所示，本实施方式记载的是一种油冷、低耗内转子永磁电机，它包括定子和转子，所述的定子包括机壳4、定子铁芯6、绝缘层9、轴向键10、多个定子线圈5及两个端盖3；所述的转子包括转子轴1、转子磁轭8、两个轴承2及多个磁钢7；所述的转子磁轭8固定在转子轴1外圆面上，转子磁轭8外圆面位于同一圆周上依次紧密排布有多个磁钢7，转子轴1的两端各通过一个轴承2与两个端盖3转动连接，所述的机壳4环套装在多个磁钢7外侧，机壳4与两个端盖3通过螺钉11可拆卸固定连接，多个磁钢7外侧环套装有定子铁芯6，所述的定子铁芯6设置在机壳4内部，所述的定子铁芯6与磁钢7之间设有径向间隙，定子铁芯6沿圆周方向均布设置有多个与定子铁芯6内圆面相通的安装槽，每个所述的安装槽内表面均设有绝缘层9，每个安装槽内均设置有定子线圈5，定子铁芯6与机壳4通过轴向键10可拆卸固定连接；
每个磁钢7的内圆弧面两侧均削内角12（即保留磁钢7与气隙侧相近的外圆弧面，削去磁钢7与转子磁轭8侧相近的内圆弧面的两角。因为保留了磁钢7完整的外圆弧面，磁钢7拼接后形成的转子外表面依然是光滑的圆柱面）；在由多个磁钢7组成的外圆面上沿轴向设有至少一个旋进引流槽7-1；在转子磁轭8的内圆面沿轴向设有至少两个斜过流槽8-1，并且所有的斜过流槽8-1沿圆周对称分布；当定子铁芯6直接浇注成型时，在定子铁芯6的轭部留出多个回流孔6-1，或者在其背部留出多个回流槽6-2，为油在电机内部循环提供通道，每个端盖3上均设有通油孔3-1。
具体实施方式二：如图2和图4所示，本实施方式对具体实施方式一作进一步说明，所述的多个磁钢7的削内角12与转子磁轭8外圆面形成多条轴向通道13。
具体实施方式三：如图9和图10所示，本实施方式对具体实施方式一作进一步说明，所述的旋进引流槽7-1为左旋或右旋的旋进引流槽7-1，所述的左旋或右旋的旋进引流槽7-1的设置原则是：将转子直立放置在水平面时，旋进引流槽7-1沿逆时针方向旋转上升即为左旋的旋进引流槽7-1；旋进引流槽7-1沿顺时针方向旋转上升即为右旋的旋进引流槽7-1，其中，旋进引流槽7-1的横截面形状为矩形、半圆形、三角形或梯形。
具体实施方式四：如图11和图12所示，本实施方式对具体实施方式一作进一步说明，所述的斜过流槽8-1的加工过程是：在组成转子磁轭8的数个转子冲片上设置多个与其内圆相通，且沿圆周对称分布的缺口，叠压过程中相邻的转子冲片依次错开一定角度，组成带有至少两个斜过流槽8-1的转子磁轭8，所有斜过流槽8-1倾斜方向一致，即可以左斜，也可以右斜。
Claims (4)
1.一种油冷、低耗内转子永磁电机，它包括定子和转子，所述的定子包括机壳（4）、定子铁芯（6）、绝缘层（9）、轴向键（10）、多个定子线圈（5）及两个端盖（3）；所述的转子包括转子轴（1）、转子磁轭（8）、两个轴承（2）及多个磁钢（7）；所述的转子磁轭（8）固定在转子轴（1）外圆面上，转子磁轭（8）外圆面位于同一圆周上依次紧密排布有多个磁钢（7），转子轴（1）的两端各通过一个轴承（2）与两个端盖（3）转动连接，所述的机壳（4）环套装在多个磁钢（7）外侧，机壳（4）与两个端盖（3）通过螺钉（11）可拆卸固定连接，多个磁钢（7）外侧环套装有定子铁芯（6），所述的定子铁芯（6）设置在机壳（4）内部，所述的定子铁芯（6）与磁钢（7）之间设有径向间隙，定子铁芯（6）沿圆周方向均布设置有多个与定子铁芯（6）内圆面相通的安装槽，每个所述的安装槽内表面均设有绝缘层（9），每个安装槽内均设置有定子线圈（5），定子铁芯（6）与机壳（4）通过轴向键（10）可拆卸固定连接；
其特征在于：每个磁钢（7）的内圆弧面两侧均削内角（12），即保留磁钢（7）与气隙侧相近的外圆弧面，削去磁钢（7）与转子磁轭（8）侧相近的内圆弧面的两角，因为保留了磁钢（7）完整的外圆弧面，磁钢（7）拼接后形成的转子外表面依然是光滑的圆柱面；在由多个磁钢（7）组成的外圆面上沿轴向设有至少一个旋进引流槽（7-1）；在转子磁轭（8）的内圆面沿轴向设有至少两个斜过流槽（8-1），并且所有的斜过流槽（8-1）沿圆周对称分布；当定子铁芯（6）直接浇注成型时，在定子铁芯（6）的轭部留出多个回流孔（6-1），或者在其背部留出多个回流槽（6-2），为油在电机内部循环提供通道。
2.根据权利要求1所述的一种油冷、低耗内转子永磁电机，其特征在于，所述的多个磁钢（7）的削内角（12）与转子磁轭（8）外圆面形成多条轴向通道（13）。
3.根据权利要求1所述的一种油冷、低耗内转子永磁电机，其特征在于，所述的旋进引流槽（7-1）为左旋或右旋的旋进引流槽（7-1），所述的左旋或右旋的旋进引流槽（7-1）的设置原则是：将转子直立放置在水平面时，旋进引流槽（7-1）沿逆时针方向旋转上升即为左旋的旋进引流槽（7-1）；旋进引流槽（7-1）沿顺时针方向旋转上升即为右旋的旋进引流槽（7-1），其中，旋进引流槽（7-1）的横截面形状为矩形、半圆形、三角形或梯形。
4.根据权利要求1所述的一种油冷、低耗内转子永磁电机，其特征在于，所述的斜过流槽（8-1）的加工过程是：在组成转子磁轭（8）的数个转子冲片上设置多个与其内圆相通，且沿圆周对称分布的缺口，叠压过程中相邻的转子冲片依次错开一定角度，组成带有至少两个斜过流槽（8-1）的转子磁轭（8），所有斜过流槽（8-1）倾斜方向一致。
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