阅读说明：本技术 马蹄铁型绕组永磁电机 () 是由 吴凡 张华� 汪源 张少文 曹宏 石先平 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种马蹄铁型绕组永磁电机,包括转子单元装入定子单元内,电机轴连接转子单元；定子单元由多个马蹄铁型定子围成的环形定子,马蹄铁型定子由硅钢片叠成,在马蹄铁型定子的两条腿上缠绕定子绕组形成马蹄铁型定子铁芯,机壳套装在定子单元的外周,转子单元包括转子轭部和多个粘贴在转子轭部表面上的磁铁,电机轴连接转子轭部。优点,本永磁电机通过对定子上绕组的安装结构进行设计,提出了一种复合磁路结构,从而提高永磁电机转矩密度和功率密度实现轻量化,并将定子总成采用真空灌封方案,提高散热效果,具有较高的转矩密度优。()

马蹄铁型绕组永磁电机

技术领域

本发明涉及一种马蹄铁型绕组永磁电机，属于永磁电机技术领域。

背景技术

与传统电励磁电机相比，永磁电机具有结构简单、紧凑，运行可靠性高，体积小、轻量化，损耗低，效率高，控制精度高等优势。永磁电机的形状和尺寸已经类型不像常规感应电机，可以灵活多样等显著优点。因而受到工业和民用各个行业的广泛关注。

发明内容

本发明提出一种马蹄铁型绕组永磁电机，采用马蹄铁型定子铁芯，具体技术方案为：

一种马蹄铁型绕组永磁电机，包括定子单元、转子单元和冷却环形管道单元，转子单元装入定子单元内，冷却环形管道单元灌封在定子单元内，电机轴连接转子单元；

定子单元由多个马蹄铁型定子围成的环形定子，所有马蹄铁型定子的开口朝内，马蹄铁型定子由硅钢片叠成，在马蹄铁型定子的两条腿上缠绕定子绕组形成马蹄铁型定子铁芯，定义马蹄铁型定子铁芯的U型绕组一端磁场为N极，另一端磁场为S极；马蹄铁型定子铁芯的每条腿端部固定铁芯框架，每个马蹄铁型定子铁芯上的两个铁芯框架之间留有间隙；构成环形定子的每相邻两个马蹄铁型定子铁芯上的相邻两个铁芯框架之间留有间隙，且构成环形定子的每相邻两个马蹄铁型定子铁芯的N极和S极交替布置；

冷却环形管道单元包括四层依次套设的环形管道，分别为第一层环形管道、第二层矩形波状环形管道、第三层环形管道和第四层矩形波状环形管道，四层环形管道之间通过径向的连通管定型并连通，在连通管上接出进口和出口；

第一层环形管道和第三层环形管道位于马蹄铁型定子的开口内，第二层矩形波状环形管道和第四层矩形波状环形管道套在马蹄铁型定子铁芯上，第二层矩形波状环形管道和第四层矩形波状环形管道内的每个矩形波分别对应每个马蹄铁型定子铁芯设置用于对马蹄铁型定子铁芯进行散热降温；

机壳套装在定子单元的外周，在定子单元、冷却环形管道单元和机壳的空隙内填入环氧树脂，采用环氧树脂真空浇注并固化成型，将定子单元、冷却环形管道单元和机壳固化成为一个整体定子总成；

转子单元包括转子轭部和多个粘贴在转子轭部外表面上的磁铁，磁铁对应环形定子设置两个环形，且位于同一圆周上的磁铁为N极和S极交替设置；位于同一圆周上的相邻磁铁之间留有间隙，磁铁的数量与U型绕组的数量根据任意的常规永磁电机槽极配合数设置；

电机轴连接转子轭部。

本发明的马蹄铁型绕组永磁电机的原理为，马蹄铁型定子绕组利用U型绕组一端磁场为N，则另一端磁场必定是S极原理，并充分利用此原理，将N-S极的两端同时放置于气隙磁场内。这样电机即形成轴向磁通分路又形成了径向磁通分路，极大的利用了磁场作用，没有常规电机定子轭部，增大永磁电机的转矩密度和功率密度。定子相邻两各绕组某一时候通电，形成了N-S/N-S定子磁极，并将这两对N-S/N-S磁极对应转子上相邻磁钢N-S/N-S。

对本发明技术方案的优选，铁芯框架为方板，在方板上开设供马蹄铁型定子铁芯的腿***的孔。铁芯框架采用导磁材料制成，为45号钢板或Q235钢板或Q195钢板。由于每个马蹄铁型定子铁芯均是独立的单元，马蹄铁型定子铁芯固定在铁芯框架上，铁芯框架是导磁材料，有聚磁作用，而每个铁芯框架N-S之间不能短路磁路，需要被隔断，因此相邻两个铁芯框架之间留有间隙。

对本发明技术方案的优选，磁铁采用磁钢胶水粘贴在转子轭部表面。磁钢胶水为外购件。

对本发明技术方案的优选，第一层环形管道和第三层环形管道由铜管围成的环形，第二层矩形波状环形管道和第四层矩形波状环形管道由铜管按矩形波折弯制成并围成环形。

本发明与现有技术相比的有益效果：

本永磁电机通过对定子上绕组的安装结构进行设计，提出了一种复合磁路结构，从而提高永磁电机转矩密度和功率密度实现轻量化，并将定子总成采用真空灌封方案，提高散热效果，具有较高的转矩密度优。

1、采用集中绕组方式，节省铜材，同时大幅降低铜耗。

2、采用马蹄铁型铁芯，铁芯采用硅钢片叠压或粘结成型，节约硅钢片材料耗费。

3、采用马蹄铁型铁芯，一端N极，另一端必定是S极，马蹄铁型铁芯两端均绕制线圈，具有加倍聚磁作用，利用率高。

4、采用马蹄铁型铁芯，定子损耗低，磁路大幅缩短，损耗降低。

5、马蹄铁型铁芯，既利用轴向磁路，又利用了径向磁路，属于混合型磁路永磁电机。

6、采用马蹄铁型铁芯，可以做成多极，适合低速大扭矩场合应用，整机重量会大幅减轻。

7、采用冷却环形管道单元，与定子固化为一个整体，省略了现有技术中的夹壳水冷机壳。

附图说明

图1是马蹄铁型定子铁芯的结构示意图。

图2是模拟电机形成轴向磁通分路的示意图。

图3是模拟电机形成径向磁通分路的示意图。

图4是相邻两个马蹄铁型定子铁芯绕组通电形成N-S/N-S定子磁极的示意图。

图5是将图4的两对N-S/N-S磁极对应转子上相邻磁钢N-S/N-S的示意图。

图6是铁芯框架组成一个环形的示意图。

图7是定子单元、转子单元和电机轴的装配示意图。

图8是图7中装上机壳的示意图。

图9是冷却环形管道单元的示意图。

图10是冷却环形管道单元与定子单元和机壳装配的示意图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1-图10和具体实施方式做进一步的描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

根据图1、图2和图3所示，马蹄铁型绕组永磁电机的马蹄铁型定子绕组利用U型绕组一端磁场为N，则另一端磁场必定是S极原理，并充分利用此原理，将N-S极的两端同时放置于气隙磁场内。这样电机即形成轴向磁通分路又形成了径向磁通分路，极大的利用了磁场作用，没有常规电机定子轭部，增大永磁电机的转矩密度和功率密度。

根据图4和5所示，定子相邻两各绕组某一时候通电，形成了N-S/N-S定子磁极，并将这两对N-S/N-S磁极对应转子上相邻磁钢N-S/N-S。

将n个马蹄铁型定子铁芯固定在铁芯框架上，由于每个马蹄铁型定子铁芯均是独立的单元，固定在铁芯框架上，框架是导磁材料，有聚磁作用，而每个框架N-S之间不能短路磁路，需要被隔断，如图2、图3和图6所示。

需要说明的是，若采用的是18个马蹄铁型定子铁芯，转子采用16极磁钢拼接而成，组成18U/16P型永磁电机模型；此发明并不限定18U/16P；可以任意的常规三相永磁电机槽极配合数，如：9U/8P；12U/10P；36U/24P；36U/32P等等，不再累述；同时此发明不限定三相，同样适用于五相、六相、九相等永磁电机。此处只是为了便于说明，采用18U/16P型结构说明具体发明内容。

实施例1

如图7和8所示，实施例1以18个马蹄铁型定子铁芯、转子采用16极磁钢拼接而成，组成18U/16P型永磁电机模型，详细说明。

一种马蹄铁型绕组永磁电机，包括定子单元和转子单元，转子单元装入定子单元内，电机轴3连接转子单元。

定子单元由多个马蹄铁型定子1围成的环形定子，所有马蹄铁型定子1的开口朝内，马蹄铁型定子1由硅钢片叠成，在马蹄铁型定子1的两条腿上缠绕定子绕组2形成马蹄铁型定子铁芯，定义马蹄铁型定子铁芯的U型绕组一端磁场为N极，另一端磁场为S极；马蹄铁型定子铁芯的每条腿端部固定铁芯框架3，每个马蹄铁型定子铁芯上的两个铁芯框架3之间留有间隙；构成环形定子的每相邻两个马蹄铁型定子铁芯上的相邻两个铁芯框架3之间留有间隙，且构成环形定子的每相邻两个马蹄铁型定子铁芯的N极和S极交替布置。

机壳4套装在定子单元的外周，将定子单元和机壳4采用环氧树脂真空浇注，并固化成型，使得定子铁芯、绕组和机壳成为一个整体定子总成。

实施例1中铁芯框架3为方板，在方板上开设供马蹄铁型定子铁芯的腿***的孔。铁芯框架3采用导磁材料制成，为45号钢板或Q235钢板或Q195钢板。由于每个马蹄铁型定子铁芯均是独立的单元，马蹄铁型定子铁芯固定在铁芯框架上，铁芯框架是导磁材料，有聚磁作用，而每个铁芯框架N-S之间不能短路磁路，需要被隔断，因此相邻两个铁芯框架之间留有间隙。

实施例1中18个马蹄铁型定子铁芯和聚磁板框架独立，通过工装(工装为与定子总成内径相匹配的圆柱，18个马蹄铁型定子铁芯和聚磁板框架围绕着圆柱安装定位，组合成一个圆周形定子总成，并将电机机壳4固定在定子铁芯外周，将定子和机壳采用高导热系数高绝缘性能的环氧树脂真空浇注，并固化成型，使得马蹄铁型定子铁芯、绕组、机壳成为一个整体，定子总成，需要将内腔浇注、固化。

高导热系数高绝缘性能的环氧树脂为外购件，本实施例中优先采用德国艾伦塔斯生产并销售的Elantas 5262的双组分环氧脚注混合物，将马蹄铁型定子铁芯、绕组、机壳成为一个整体，形成定子总成。

如图7所示，转子单元包括转子轭部5和多个粘贴在转子轭部5表面上的磁铁6，磁铁6对应环形定子设置两个环形，且位于同一圆周上的磁铁6为N极和S极交替设置；位于同一圆周上的相邻磁铁6之间留有间隙，磁铁6的数量与U型绕组的数量根据任意的常规永磁电机槽极配合数设置。电机轴3连接转子轭部5。

磁铁6采用磁钢胶水粘贴在转子轭部5表面。磁钢胶水为外购件，优先采用乐泰326。

实施例2

实施例2是在实施例1的基础上增设了给定义马蹄铁型定子铁芯散热降温的冷却环形管道。

传统液冷电机均采用夹壳水冷或者螺旋水道盘管(铜管)方式，但是由于实际铸造和焊接可能存在缺陷，导致漏水(冷却液)，使得电机可靠性降低乃至烧毁电机。一般水冷电机采用钢件焊接或者重力铸造，焊接焊缝处在大的液压作用下易漏，而且很难补救，对焊接工艺要求非常高

常规使用液冷冷却电机，为了让液体有更好的带走热量，整个液冷系统需要加压，加速液体流通。这样使得原有冷却水道泄露问题更加突出。

而我们采用铜管，弯曲组成盘管形式，就可以完全杜绝泄露问题。另外铜管耐压性能更好。

如图9和10所示，马蹄铁型绕组永磁电机，包括定子单元、转子单元和冷却环形管道单元，转子单元装入定子单元内，冷却环形管道单元灌封在定子单元内，电机轴连接转子单元。

冷却环形管道单元包括四层依次套设的环形管道，分别为第一层环形管道7、第二层矩形波状环形管道8、第三层环形管道9和第四层矩形波状环形管道10，四层环形管道之间通过径向的连通管11定型并连通，在连通管11上接出进口12和出口13。

如图10所示，第一层环形管道7和第三层环形管道9位于马蹄铁型定子1的开口内，第二层矩形波状环形管道8和第四层矩形波状环形管道10套在马蹄铁型定子铁芯上，第二层矩形波状环形管道8和第四层矩形波状环形管道10内的每个矩形波分别对应每个马蹄铁型定子铁芯设置用于对马蹄铁型定子铁芯进行散热降温。

第一层环形管道7和第三层环形管道9由铜管围成的环形，第二层矩形波状环形管道8和第四层矩形波状环形管道10由铜管按矩形波折弯制成并围成环形。

实施例2中在定子单元、冷却环形管道单元和机壳4的空隙内填入环氧树脂，采用环氧树脂真空浇注并固化成型，将定子单元、冷却环形管道单元和机壳4固化成为一个整体定子总成。

环氧树脂为高导热系数高绝缘性能的环氧树脂，为外购件，本实施例中优先采用德国艾伦塔斯生产并销售的Elantas 5262的双组分环氧脚注混合物，将定子单元、冷却环形管道单元和机壳4固化成为一个整体定子总成。

实施例2中冷却环形管道单元灌封在定子单元内，省略了现有技术中水冷型电机的夹壳水冷机壳。

实施例2的电机在实施时，需降温由进口通入冷却液，吸收了热量后的冷却液由出口排出。

本发明未涉及部分均与现有技术相通或采用现有技术加以实现。

凡本发明说明书中未作特别说明的均为现有技术或者通过现有的技术能够实现，应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。