CN109728698A - 一种永磁集成式电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种永磁集成式电机，机壳内设有转轴，转轴上依次串联有筒式电机定子和盘式电机定子，盘式电机定子的一端设有与之配合的盘式电机转子盘，机壳的两端分别设有固定端盖，筒式电机定子和盘式电机定子内贯穿设有硬绕组。使用时，结合盘式电机与筒式电机的空间结构特点，在有限的空间内进一步提高了电机的转矩密度和输出能力，筒式电机结构产生的电流谐波与盘式电机产生的电流谐波存在相位和幅值上的差异，从而达到相互削弱的作用，有利于改善电机波形，提高电机性能。
Description
技术领域
本发明涉及永磁同步电机的技术领域，具体地说是一种永磁集成式电机,尤其包括一种永磁筒式电机与盘式电机合成的集成式电机。
背景技术
伴随着电机商业规模化与全球化竞争的加剧，业界对电机驱动系统，在高速高功率密度、轻量小型化、低成本、低能耗、高可靠性、一致性等方面提出了一系列更高的技术要求。而随着电机行业的进一步发展，传统的永磁电机已经很难满足越来越高的性能要求，尤其在有限的体积空间内，如何提高电机的输出转矩。常规的筒式电机由于定子绕组端部比较高，所以要求电机的轴向空间往往比较大，导致电机的转矩密度上不如盘式电机，同时电机转矩密度在8Nm/kg到10Nm/kg，盘式电机转矩密度可以达到20Nm/kg到25Nm/kg。盘式电机适用于轴向空间比较小的场合，无法充分利用轴向空间比较大的空间特点。永磁电机按磁场方向可分为径向磁场和轴向磁场两种。轴向磁场的电机也叫作盘式永磁电机，盘式电机的轴向尺寸短，可适用于要求薄型安装的场合，转矩密度很高，结构紧凑。
永磁电机按磁场方向可分为径向磁场和轴向磁场两种。径向磁场的电机也叫作筒式永磁电机，筒式电机需要一个合适的长径比空间，电机输出转矩大，具有更高的功率密度以及高速弱磁性能。
专利号为CN 205945322 U提出了一种交流和直流的组合电机，是采用两个控制器分别控制直流和交流电机，造成成本高，安装不便等困难，而且还要考虑两组电机运行过程中磁场干扰的问题，并不适合实际应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的永磁集成式电机，它可克服现有技术中无法充分利用电机内部空间，电机性能不佳的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种永磁集成式电机，包括机壳，其特征在于：机壳内设有转轴，转轴上依次串联有筒式电机定子和盘式电机定子，盘式电机定子的一端设有与之配合的盘式电机转子盘，机壳的两端分别设有固定端盖，筒式电机定子和盘式电机定子内贯穿设有硬绕组。
优选的，硬绕组由若干个硬绕分组拼合成圆柱状, 每个硬绕分组由四根成型线圈以阶梯状的方式叠加而成，使得上下每一层的成型线圈之间存在错位；硬绕组的一端弯折后卡扣在盘式电机定子表面形成盘式绕组，另一端插入筒式电机定子并且弯折后形成筒式绕组。筒式电机定子的槽数与盘式电机的槽数相同，转子极数相同。
进一步，筒式电机定子内设有筒式转子，筒式转子内嵌设有筒式永磁体，筒式转子与盘式电机定子之间设有隔磁板。
进一步，盘式电机转子盘内嵌设有盘式永磁体，盘式永磁体通过螺钉固定于盘式转子盘上，螺钉位于永磁体的几何中心位置。
更进一步，每个硬绕分组的一端弯折后成V型卡扣在盘式电机定子表面，使得盘式绕组与筒式绕组之间呈90度的垂直相交。每个硬绕分组由4-8根成型线圈叠加而成，每根成型线圈包括一个V型端部和与V型端部垂直的竖直部，四根成型线圈在V型端为纵向叠加，在竖直部为横向并列叠加，这里的V型端的V型夹角角度为15—50度。
相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：
1、本发明所述的改进方案，转轴上依次串联有筒式电机定子和盘式电机定子，机壳的两端分别设有固定端盖，筒式电机结构产生的电流谐波与盘式电机产生的电流谐波存在相位和幅值上的差异，从而达到相互削弱的作用，有利于改善电机波形，提高电机性能；
2、本发明的技术方案的中，筒式电机定子和盘式电机定子内贯穿设有硬绕组，由于采用硬绕组的结构，大大增加了槽满率，并且利用了端部的硬绕组做成盘式电机，增加了铜的利用率，提高了电机的效率；
3、本发明结合筒式永磁同步电机与盘式电机特点，充分利用了电机内部空间，轴端采用盘式电机结构，进一步提高了电机的转矩密度；
4、本发明的设计结构布局合理，加工便捷，成本较低，易于推广和应用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的剖视图。
图3为本发明的硬绕分组的结构示意图。
图4为本发明的硬绕组的结构示意图。
图5为本发明的硬绕组插入筒式电机定子的结构示意图。
图6为本发明的硬绕组与盘式电机定子的结合示意图。
附图标记：
1.前端盖 2 机壳 3.筒式电机定子 4.盘式电机定子 5.盘式电机转子 6.后端盖 7.圆螺母 8.硬绕组 9.盘式永磁体 10.圆螺母 11.隔磁板 12.硬绕组 13.转子端板 14.轴15.轴承；
81.硬绕分组 82. V型端部 83.竖直部。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种永磁集成式电机，具体参见图1，包括机壳，其与现有技术的区别在于：机壳内设有转轴，转轴上依次串联有筒式电机定子和盘式电机定子，盘式电机定子的一端设有与之配合的盘式电机转子盘，机壳的两端分别设有固定端盖，筒式电机定子和盘式电机定子内贯穿设有硬绕组。
具体来说，绕组采用硬绕组，呈U形状扣在盘式电机定子上，4-8根硬绕组呈阶梯状，定子壳体下方开有通孔，硬绕组从通孔引出，插入到筒式电机定子中，另一端弯折焊接。本发明结合筒式永磁同步电机与盘式电机特点，充分利用了电机内部空间，轴端采用盘式电机结构，进一步提高了电机的转矩密度，转矩密度有原来的筒式电机转矩密度在8Nm/kg到10Nm/kg提升到14Nm/kg到18Nm/kg。
在一个实施例中，机壳腔内固定设置有筒式电机定子和盘式电机定子， 所述定子内有贯穿的硬绕组，所述盘式定子后端盖测设有转子盘，所述定子与转子盘之间设有永磁体，所述永磁体固定在转子盘上，所述转子盘套在转轴上。
进一步，硬绕组由若干个硬绕分组拼合成圆柱状的框架结构，一般采用8-20个硬绕分组拼合而成, 每个硬绕分组由四根成型线圈以阶梯状的方式叠加而成，使得上下每一层的成型线圈之间存在错位；硬绕组的一端弯折后卡扣在盘式电机定子表面形成盘式绕组，另一端插入筒式电机定子并且弯折后形成筒式绕组。
进一步说明，硬绕分组的上下每一层成型线圈之间的错位能使空间结构变的更紧凑，提高绕组利用率，如果成型线圈厚度为b，则错位距离为b+0.3mm到b+0.5mm。
具体来说，每个硬绕分组的一端弯折后成V型卡扣在盘式电机定子表面，使得盘式绕组与筒式绕组之间呈90度的垂直相交。每个硬绕分组由四根成型线圈叠加而成，每根成型线圈包括一个V型端部和与V型端部垂直的竖直部，这里的垂直部与V型开口端部垂直相交，四根成型线圈在V型端为沿着转轴径向方向的上下纵向叠加，在竖直部为沿着转轴径向方向的前后横向并列叠加，这里的V型端的V型夹角角度为15-50度。
进一步，每一个硬绕分组的一端也可以弯折成U型后卡扣在盘式电机定子表面，采用8根成型线圈叠加形成一个硬绕分组，硬绕分组的上下每一层成型线圈之间存在错位。
在另一个实施例中，筒式电机定子的槽数与盘式电机的槽数相同，转子极数相同。筒式电机定子内设有筒式转子，筒式转子内嵌设有筒式永磁体，筒式转子与盘式电机定子之间设有隔磁板。盘式电机转子盘内嵌设有盘式永磁体，盘式永磁体通过螺钉固定于盘式转子盘上，螺钉位于永磁体的几何中心位置。盘式电机定子由12块硅钢片叠压而成，并且通过螺钉固定在盘式电子定子壳体内。筒式电机转子和盘式电机转子与转轴径向通过键槽固定，转轴的两端分别设有一个深沟球轴承。
每个硬绕分组的一端弯折后成V型卡扣在盘式电机定子表面，使得盘式绕组与筒式绕组之间呈90度的垂直相交。这里的垂直部与V型开口端部垂直相交，四根成型线圈在V型端为沿着转轴径向方向的上下纵向叠加，在竖直部为沿着转轴径向方向的前后横向并列叠加，这里的V型端的V型夹角角度为30度，然后V型的两条边平移，这样可以保证槽是平行槽，刚好放的下硬绕组，槽满率会很高。
在一个具体的实施例中，采用筒式12槽8极电机定子与盘式12槽8极电子定子串联，筒式电机结构产生的电流谐波与盘式电机产生的电流谐波存在相位和幅值上的差异，从而达到相互削弱的作用，有利于改善电机波形，提高电机性能，可以有效的削减电流谐波，谐波畸变率与普通的筒式电机相比可以降低50%以上。
具体来说，盘式电机定子为12槽8极结构，每槽有两个线圈，磁钢为表贴式。绕组采用硬绕组，呈U形状扣在盘式电机定子上，6根硬绕组呈阶梯状，定子壳体下方开有通孔，硬绕组从通孔引出，插入到筒式电机定子中，另一端弯折焊接。筒式电机定子与盘式电机定子槽数相同，转子极数相同，采用集中式绕组，每槽8根导体。筒式电机的极数与盘式电机相同，不会产生由于磁极结构不一样导致的转轴受力不均匀现象。
综上所述，本发明结合筒式电机、盘式电机特点，在需求轴向空间相对比较大的情况下，采用筒式盘式相结合的电机结构，充分利用轴向空间尺寸和盘式电机单位体积内出力大的特点，轴端采用盘式电机结构，进一步提高了电机的转矩密度，转矩密度有原来的筒式电机转矩密度在8Nm/kg到10Nm/kg提升到14Nm/kg到18Nm/kg，提出了一种新型的永磁电机结构，提高了电机的空间利用率，增加了电机的转矩输出。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种永磁集成式电机，包括机壳，其特征在于：机壳内设有转轴，转轴上依次串联有筒式电机定子和盘式电机定子，盘式电机定子的一端设有与之配合的盘式电机转子盘，机壳的两端分别设有固定端盖，筒式电机定子和盘式电机定子内贯穿设有硬绕组。
2.根据权利要求1所述的一种永磁集成式电机，其特征在于：硬绕组由若干个硬绕分组拼合成圆柱状, 每个硬绕分组由4-8根成型线圈以阶梯状的方式叠加而成，使得上下每一层的成型线圈之间存在错位；硬绕组的一端弯折后卡扣在盘式电机定子表面形成盘式绕组，另一端插入筒式电机定子并且弯折后形成筒式绕组。
3.根据权利要求1所述的一种永磁集成式电机，其特征在于：筒式电机定子的槽数与盘式电机的槽数相同，转子极数相同。
4.根据权利要求1所述的一种永磁集成式电机，其特征在于：筒式电机定子内设有筒式转子，筒式转子内嵌设有筒式永磁体，筒式转子与盘式电机定子之间设有隔磁板。
5.根据权利要求1所述的一种永磁集成式电机，其特征在于：盘式电机转子盘内嵌设有盘式永磁体，盘式永磁体通过螺钉固定于盘式转子盘上，螺钉位于永磁体的几何中心位置。
6.根据权利要求2所述的一种永磁集成式电机，其特征在于：每个硬绕分组的一端弯折后成V型卡扣在盘式电机定子表面，使得盘式绕组与筒式绕组之间呈90度的垂直相交。
7.根据权利要求6所述的一种永磁集成式电机，其特征在于：每个硬绕分组由四根成型线圈叠加而成，每根成型线圈包括一个V型端部和与V型端部垂直的竖直部，四根成型线圈在V型端为纵向叠加，在竖直部为横向并列叠加，这里的V型端的V型夹角角度为15—50度。
8.根据权利要求1所述的一种永磁集成式电机，其特征在于：盘式电机定子由硅钢片叠压而成，并且通过螺钉固定在盘式电子定子壳体内。
9.根据权利要求1所述的一种永磁集成式电机，其特征在于：筒式电机转子和盘式电机转子与转轴径向通过键槽固定，转轴的两端分别设有一个深沟球轴承。
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