一種油冷、低耗內轉子永磁電機的製作方法
2023-06-18 20:43:12
本發明涉及一種內轉子永磁電機，屬於電機領域。
背景技術：
在永磁電機設計中，為了減小氣隙磁場的諧波，多採用不等氣隙的設計方案，粘接在轉子磁軛上的磁鋼所形成的外表面不是光滑的圓柱面（如圖15所示），而是存在著凸起。在某些工作環境中，電機浸於油中運行，且內部充油，相比在空氣中運行的電機就會帶來特殊問題。首先，轉子在流體中運動時，非光滑的外表面導致較大的阻力，電機的油摩損耗增加，效率降低，整個系統的功率密度下降。其次，現有充油永磁電機氣隙內的油基本上是周向流動，軸向流動較小，熱量的傳遞主要依靠熱傳導，沒有充分利用油良好的導熱特性。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種油冷、低耗內轉子永磁電機，它能減小油摩損耗，改善散熱能力，進而提高應用於充油環境電機的功率密度。
實現上述目的，本發明採取的技術方案如下：
一種油冷、低耗內轉子永磁電機，它包括定子和轉子，所述的定子包括機殼、定子鐵芯、絕緣層、軸向鍵、多個定子線圈及兩個端蓋；所述的轉子包括轉子軸、轉子磁軛、兩個軸承及多個磁鋼；所述的轉子磁軛固定在轉子軸外圓面上，轉子磁軛外圓面位於同一圓周上依次緊密排布有多個磁鋼，轉子軸的兩端各通過一個軸承與兩個端蓋轉動連接，所述的機殼環套裝在多個磁鋼外側，機殼與兩個端蓋通過螺釘可拆卸固定連接，多個磁鋼外側環套裝有定子鐵芯，所述的定子鐵芯與磁鋼之間設有徑向間隙，定子鐵芯沿圓周方向均布設置有多個與定子鐵芯內圓面相通的安裝槽，每個所述的安裝槽內表面均設有絕緣層，每個安裝槽內均設置有定子線圈，定子鐵芯與機殼通過軸向鍵可拆卸固定連接；
每個磁鋼的內圓弧面兩側均削內角（即保留磁鋼與氣隙側相近的外圓弧面，削去磁鋼與轉子磁軛側相近的內圓弧面的兩角。因為保留了磁鋼完整的外圓弧面，磁鋼拼接後形成的轉子外表面依然是光滑的圓柱面）；在由多個磁鋼組成的外圓面上沿軸向設有至少一個旋進引流槽；在轉子磁軛的內圓面沿軸向設有至少兩個斜過流槽，並且所有的斜過流槽沿圓周對稱分布；當定子鐵芯直接澆注成型時，在定子鐵芯的軛部留出多個回流孔，或者在其背部留出多個回流槽，為油在電機內部循環提供通道，每個端蓋上均設有通油孔。
本發明相對於現有技術的有益效果是：
1、本發明中使用的是削內角磁鋼，即保留磁鋼與氣隙側相近的外圓弧面，削去磁鋼與轉子磁軛側相近的內圓弧面的兩角。因為保留了磁鋼完整的外圓弧面，磁鋼拼接後形成的轉子外表面依然是光滑的圓柱面。與採用不等氣隙設計的永磁電機相比，本發明中電機轉子旋轉時阻力降低，油摩損耗減小，電機功率密度提高。此外，磁鋼的削內角與轉子磁軛外圓面形成多條軸向通道，利於油在電機內部迅速通過，增加電機內進油量，加快電機內部熱量的傳導，改善散熱能力。本發明中的削內角磁鋼與傳統瓦片形磁鋼的氣隙磁場示意圖（如圖16所示），經過對比可以發現，削內角磁鋼產生的氣隙磁場諧波顯著減小。
2、帶旋進引流槽結構的轉子（即在轉子外表面加工出左旋或者右旋的旋進引流槽），將轉子直立放置在水平面時，旋進引流槽沿逆時針方向旋轉上升即為左旋的旋進引流槽；旋進引流槽沿順時針方向旋轉上升即為右旋的旋進引流槽。其中，旋進引流槽的橫截面形狀可以為矩形、半圓形、三角形或梯形。將橫截面設計成以上形狀可以使轉子帶動其周圍的油運動。旋進引流槽加工在多個磁鋼排布形成的圓筒狀結構的外表面上。此外，可以根據具體設計需求，增加旋進引流槽數量。當電機旋轉時，轉子外表面的旋進引流槽會帶動附近的油在周向運動的同時做軸向運動，加快電機內部熱量的傳導，改善散熱能力，提高電機功率密度。
3、在轉子衝片上設置多個與其內圓相通，且沿圓周對稱分布的缺口，疊壓過程中相鄰的轉子衝片依次錯開一定角度，組成帶有斜過流槽的轉子磁軛。所有的斜過流槽傾斜方向相同。在電機運行過程中，從通油孔注入的油不僅可從氣隙流過，還可從轉子磁軛的斜過流槽流過；此外，斜過流槽在隨轉子旋轉時對油產生吸力，加快油在電機內部的循環速度，提升散熱能力。
4、當定子鐵芯直接澆注成型時，在其軛部留出多個回流孔，或者在其背部留出多個回流槽，為油在電機內部循環提供通道。定子鐵芯加軸向孔只在風冷電機中應用過，目的是增加電機的通風量。在充油電機中不曾使用，本發明中該措施的目的是形成油循環的通道。
附圖說明
圖1是本發明的一種油冷、低耗內轉子永磁電機的主剖視圖，電機涉及的定子繞組為分布式結構；
圖2是圖1的A-A截面的剖視圖；
圖3是本發明的一種油冷、低耗內轉子永磁電機的主剖視圖，電機涉及的定子繞組為集中式結構；
圖4是圖3的B-B截面的剖視圖；
圖5是磁鋼的結構示意圖，其中的磁鋼內圓弧面兩側均削內角，所述的削內角的表面為斜面；
圖6是磁鋼的結構示意圖，其中的磁鋼內圓弧面兩側均削內角，所述的削內角的表面為向外凸的圓弧面；
圖7是磁鋼的結構示意圖，其中的磁鋼內圓弧面兩側均削內角，所述的削內角的表面為向內凹的圓弧面；
圖8是磁鋼的結構示意圖，其中的磁鋼內圓弧面兩側均削內角，所述的削內角形狀為V字形；
圖9是帶旋進引流槽的磁鋼的結構示意圖，所述的旋進引流槽為左旋的旋進引流槽；
圖10是帶旋進引流槽的磁鋼的結構示意圖，所述的旋進引流槽為右旋的旋進引流槽；
圖11是斜過流槽的結構示意圖，所述的斜過流槽為左斜的斜過流槽；
圖12是斜過流槽的結構示意圖，所述的斜過流槽為右斜的斜過流槽；
圖13是定子鐵芯的結構示意圖，在定子鐵芯的軛部留出回流孔；
圖14是定子鐵芯的結構示意圖，在定子鐵芯的背部留出回流槽；
圖15是現有技術的結構示意圖；
圖16是本發明中的削內角磁鋼與傳統瓦片形磁鋼的氣隙磁場示意圖，其中曲線C為削內角磁鋼的氣隙磁密曲線，曲線D為傳統瓦片形磁鋼的氣隙磁密曲線。
附圖編號說明：
轉子軸1、軸承2、端蓋3、通油孔3-1、機殼4、定子線圈5、定子鐵芯6、回流孔6-1、回流槽6-2、磁鋼7、旋進引流槽7-1、轉子磁軛8、斜過流槽8-1、絕緣層9、軸向鍵10、螺釘11、削內角12、軸向通道13。
下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步的說明，但並不局限於此，凡是對本發明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，均應涵蓋在本發明的保護範圍中。
具體實施方式
具體實施方式一：如圖1~圖14所示，本實施方式記載的是一種油冷、低耗內轉子永磁電機，它包括定子和轉子，所述的定子包括機殼4、定子鐵芯6、絕緣層9、軸向鍵10、多個定子線圈5及兩個端蓋3；所述的轉子包括轉子軸1、轉子磁軛8、兩個軸承2及多個磁鋼7；所述的轉子磁軛8固定在轉子軸1外圓面上，轉子磁軛8外圓面位於同一圓周上依次緊密排布有多個磁鋼7，轉子軸1的兩端各通過一個軸承2與兩個端蓋3轉動連接，所述的機殼4環套裝在多個磁鋼7外側，機殼4與兩個端蓋3通過螺釘11可拆卸固定連接，多個磁鋼7外側環套裝有定子鐵芯6，所述的定子鐵芯6與磁鋼7之間設有徑向間隙，定子鐵芯6沿圓周方向均布設置有多個與定子鐵芯6內圓面相通的安裝槽，每個所述的安裝槽內表面均設有絕緣層9，每個安裝槽內均設置有定子線圈5，定子鐵芯6與機殼4通過軸向鍵10可拆卸固定連接；
每個磁鋼7的內圓弧面兩側均削內角12（即保留磁鋼7與氣隙側相近的外圓弧面，削去磁鋼7與轉子磁軛8側相近的內圓弧面的兩角。因為保留了磁鋼7完整的外圓弧面，磁鋼7拼接後形成的轉子外表面依然是光滑的圓柱面）；在由多個磁鋼7組成的外圓面上沿軸向設有至少一個旋進引流槽7-1；在轉子磁軛8的內圓面沿軸向設有至少兩個斜過流槽8-1，並且所有的斜過流槽8-1沿圓周對稱分布；當定子鐵芯6直接澆注成型時，在定子鐵芯6的軛部留出多個回流孔6-1，或者在其背部留出多個回流槽6-2，為油在電機內部循環提供通道，每個端蓋3上均設有通油孔3-1。
具體實施方式二：如圖2和圖4所示，本實施方式對具體實施方式一作進一步說明，所述的多個磁鋼7的削內角12與轉子磁軛8外圓面形成多條軸向通道13。
具體實施方式三：如圖9和圖10所示，本實施方式對具體實施方式一作進一步說明，所述的旋進引流槽7-1為左旋或右旋的旋進引流槽7-1，所述的左旋或右旋的旋進引流槽7-1的設置原則是：將轉子直立放置在水平面時，旋進引流槽7-1沿逆時針方向旋轉上升即為左旋的旋進引流槽7-1；旋進引流槽7-1沿順時針方向旋轉上升即為右旋的旋進引流槽7-1，其中，旋進引流槽7-1的橫截面形狀為矩形、半圓形、三角形或梯形。
具體實施方式四：如圖11和圖12所示，本實施方式對具體實施方式一作進一步說明，所述的斜過流槽8-1的加工過程是：在組成轉子磁軛8的數個轉子衝片上設置多個與其內圓相通，且沿圓周對稱分布的缺口，疊壓過程中相鄰的轉子衝片依次錯開一定角度，組成帶有至少兩個斜過流槽8-1的轉子磁軛8，所有斜過流槽8-1傾斜方向一致，即可以左斜，也可以右斜。