自冷却的轴向磁通电机

技术领域

本发明涉及电机领域，具体涉及自冷却的轴向磁通电机。

背景技术

盘式电机是一种轴向永磁电机，这种的电机的转子主要由转子背板、导磁板和磁钢组成，其中磁钢和导磁板固定在转子背板上。转子在工作时保持长时间的高速运转状态，转子和轴承、转轴、油封等之间会产生摩擦，这些机械摩擦会产生非常大的热量。还有转子的磁钢会产生涡流损耗、导磁板也会产生铁耗，这些损耗都会转换为热量聚集在转子，从而造成转子的局部热量过高。转子的温度过高会导致磁钢的磁性能大幅度下降，严重时会造成磁钢退磁。还有，过高的温度也会导致转子上的零部件产生变形，固定不牢靠等现象。如果这些热量不及时的传递到电机外部，当电机热量达到一定程度之后，容易发生绝缘击穿,造成电机烧坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种散热效果好的自冷却的轴向磁通电机。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种自冷却的轴向磁通电机，包括定子、转子、转轴和机壳，机壳设置有用于容纳定子和转子的腔室，转轴依次穿过定子和转子后向两端延伸，所述的转子包括转子背板、导磁板和磁钢，转子背板为开口状壳体，导磁板整体呈圆环状，导磁板置于转子背板的空腔内，所述的磁钢设置有两个及两个以上，磁钢贴附在导磁板靠近转子背板开口处一侧的表面上，且多个磁钢沿着导磁板的周向均匀间隔布置，转子背板的底部外侧面上设置有两片以上的扇叶，多片扇叶以转子背板的几何中心为中心辐射状分布。

由于采用以上技术方案，在转子背板的底部上设置若干扇叶，转子旋转时，扇叶就会跟随者转子背板转动，该结构的转子背板相当于是风扇。转子正常工作的同时搅动电机内部风流，将电机内部的热量快速及时带走，提升电机的散热效果。而且合理利用了盘式电机转子背板的底部空间，将风扇和转子背板集成为一体，避免另外增加风扇，减少零部件，同时也节约空间。还有扇叶的设置相当于是转子背板的加强筋，还可以增加转子背板的强度，一举多得。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1去除端盖后的结构示意图；

图3是图1的剖视图；

图4是定子的剖视图；

图5是转子的主视图；

图6是转子的右剖视图；

图7是转子背板的结构示意图；

图8是图7的另一角度图；

图9是转子实施例2的主视图；

图10是转子实施例2的左剖视图；

图11是转子实施例2中转子背板的结构示意图。

具体实施方式

一种自冷却的轴向磁通电机，包括定子10、转子20、转轴30和机壳40，机壳40设置有用于容纳定子10和转子20的腔室41，转轴30依次穿过定子10和转子20后向两端延伸，所述的转子20包括转子背板21、导磁板22和磁钢23，转子背板21为开口状壳体，导磁板22整体呈圆环状，导磁板22置于转子背板21的空腔内，所述的磁钢23设置有两个及两个以上，磁钢23贴附在导磁板22靠近转子背板21开口处一侧的表面上，且多个磁钢23沿着导磁板22的周向均匀间隔布置，转子背板21的底部211外侧面上设置有两片以上的扇叶212，多片扇叶212以转子背板21的几何中心为中心辐射状分布。底部211指的是转子背板21的外底面，多片扇叶212要均匀分布在转子背板21，避免影响转子的动平衡。电机为了满足散热加装散热风扇的话，就需要设置风扇的安装腔室，风扇必须和转子等相邻零部件保持足够的间隙，避免互相干扰，所以安装风扇的腔室要足够大，这无疑会增大电机的整体体积。本发明中，在转子背板21的底部211上设置若干扇叶，转子旋转时，扇叶212就会跟随者转子背板21转动，该结构的转子背板21相当于是风扇。转子正常工作的同时搅动电机内部风流，将电机内部的热量快速及时带走，提升电机的散热效果。而且合理利用了盘式电机转子背板的底部空间，将风扇和转子背板集成为一体，避免另外增加风扇，减少零部件，同时也节约空间。还有扇叶212的设置相当于是转子背板21的加强筋，还可以增加转子背板21的强度，一举多得。

所述的导磁板22和磁钢23放入转子背板21的空腔内后，对转子背板21进行整体灌封环氧树脂胶50。

导磁板22和磁钢23和转子背板21的空腔之间有0.5mm-1.5mm的装配间隙，在该间隙中填充导热、绝缘的灌封的环氧树脂胶50，环氧树脂胶50固化后提供足够的粘接力，进一步加强导磁板22和磁钢23的装配可靠性。该结构的工序简单，同时环氧树脂胶50和导磁板22或磁钢23之间都是完全接触，接触面积更大，散热效果更好。灌封环氧树脂胶50后转子的表面是一个完整光滑的表面，风磨会减小，提升电机品质。

所述的磁钢23和导磁板22之间通过涂抹高粘接强度、高韧性、耐高温的胶粘剂进行固定。导磁板22为硅钢条卷绕而成。高韧性是指经过反复振动反复冲击后仍不易老化、不会失效。高粘接强度指抗拉强度和剪切强度比较高，主要是剪切强度比较高。胶粘剂粘贴固化后，其粘接力很强。在电机正常工作温度情况下，胶粘剂的粘接力可以满足磁钢23的固定需要，可行性比较高，工艺简单成本比较低。

所述的定子10包括多个绕组模块11，所述的绕组模块11包括铁芯111和缠绕在铁芯111上的绕组112，多个绕组模块11沿着周向依次间隔拼接成圆环结构的裸定子，裸定子的中部留有供转轴30穿过的通孔，裸定子置于机壳40内，对裸定子和侧壁机壳40进行整体灌封环氧树脂胶50。

分体式定子在装配、运输以及工作中需要经过很多次的热压，震动等无数次冲击，绕组模块很容易出现位置相对移动，也就是极靴上表面会移动错位，造成定子的工作面的凹凸不平，这会导致齿槽转矩增大，噪音大，发热明显。严重时还会与转子发生干涉。而本发明中将裸定子放入环氧树脂胶50中充分浸润，裸定子的外表面形成环氧树脂胶层，还可选用聚氨酯、酚醛树脂等。优选环氧树脂M03。灌封这种工艺可以保证树脂充分浸入裸定子的缝隙中，可以防止裸定子松散,增加强度，也可以提高导热性。环氧树脂胶50形成胶层厚度优选为0.1mm，这样既可以保证具备足够的强度，也减少树脂的使用量，避免不必要的浪费，节约成本。环氧树脂灌封的工艺可以更好的保证铁芯的整体尺寸精度。本发明中的裸定子一次灌封成型，工艺简单，树脂胶的用量少，成本低。灌封树脂后裸定子的漆包线之间不再存在气隙，其导热性能更好，也就是热量传递更快更顺畅，定子的散热性能更好。

用环氧树脂胶将多个绕组模块11灌封成一个整体的裸定子，裸定子的整体尺寸和轮廓精度都可以很好的控制，可以大幅度降低后续装配机壳40的难度。而且整体灌封的裸定子的绝缘性更好，抗电晕效果也更好，绕组无需使用变频漆包线，用普通漆包线代替即可，从而节约定子的生产成本。还有，整体灌封后各绕组模块11之间的相对位置固定，不会发生错位，彻底避免定子工作面凹凸不平等问题，从而减小齿槽转矩，降低电机噪音，提升电机的性能。空气导热的导热系数。

所述的机壳40的外周壁上设置有多根条形散热鳍片42，条形散热鳍片42长度方向沿着电机轴向布置，条形散热鳍片42上覆盖有挡板43，多根条形散热鳍片42沿着机壳40的周向均匀间隔分布。条形散热鳍片42可以增大散热面积，散热面越大，散热效果越好。条形散热鳍片42之间构成了风道，挡板43和条形散热鳍片42围成聚风区域，风被聚拢在机壳40的外周壁上，分布在每一个风道内，风与条形散热鳍片42充分接触后才流动至空气中，散热风的利用率更高，散热效果也更好。挡风板43的设置可以将风量集中在机壳一周，减小风流无效散发，风的利用率高更高，风压也更高，有效流量更大，大幅度提高散热效果。

所述的裸定子上中孔处设置有定子骨架12，定子骨架12上设置有两个间隔布置的轴承室121，两个轴承室121之间设置有过渡腔122，所述的轴承室121内设置有轴承13，过渡腔122内填充有压力油。压力油的设置可以防止水或灰尘等杂质进入轴承室，避免轴承受到损坏，延长轴承的使用寿命。

所述的机壳40轴向方向的两端分别设置有端盖44，端盖44上设置有若干透气孔441。有些场合下，对电机的密封性要求不高，就可以在端盖44上开透气孔441，透气孔可以为圆孔，条形孔或者异形孔都可以。这样不仅可以减轻端盖的重量，还可以连通电机内部和外部，起到通风的作用。使得电机内部的热量直接快速的散发至外部，有效避免热量堆积，提升电机的散热效果。

所述的绕组112的绕组出线连接引接线60，所述的机壳40上设有供引接线60引出的出线孔，所述的绕组出线和引接线50接头灌封在整体灌封环氧树脂胶50内。可防止引接线受损，避免漏电，提高电机的防水性。

所述的机壳40侧壁上设置有缺口/孔，缺口/孔轴向所在位置对应于扇叶212的轴向位置。扇叶212搅动的风流可以直接动缺口/孔处甩入风道内，减小风量损失，进一步提升散热效果

所述的扇叶212凸出于机壳40的端面，所述的机壳40的端面上设置有两个以上自端面向外延伸的加强筋46，端盖44固定在加强筋46上，挡板43延伸至加强筋46并固定在其上，所述的挡板43、加强筋46和端盖44围合成用于容纳扇叶212的空间。加强筋46的区域相当于是缺口/孔的作用，只要保证扇叶212甩出的风不被实物挡住就可以。

所述的扇叶212的数量与磁钢23的数量一致，扇叶212的位置对应圆周方向上相邻两块磁钢23的接缝处。扇叶212对应磁钢12设置，可以保证扇叶212上承受的力一致，受力更加均匀，更加有利于转子的动平衡。扇叶212末端延伸至转子背板21边缘外部，扇叶212的起始端和转子背板21几何中心留有一段距离，该距离为转子背板21半径的20％-60％。换句话说，扇叶212的起始端从转子背板21大致中段的位置开始，此处的中段是指转子背板21半径的一半处。扇叶212的起始端和转子背板21几何中心之间的距离形成聚风的区域，风量在此处聚集，然后分散至扇叶之间。转子背板的中部形成低压区，转子背板21的边缘处形成高压区。在压差的作用下，风流会从转子和定子之间的间隙流动至转子和定子的外部，若是在电机机壳上开透风孔，风流就会从透风孔中排出，形成定子和转子工作面之间的风循环，加快定子和转子的散热速度。

扇叶212根部直立，末端朝向同一侧倾斜。扇叶的末端向外缘倾斜，该结构利于引导风流，扇叶倾斜方向和转子转动方向一致可以确保风流动更顺畅，风量更大。转子背板21的空腔内设置有环形凸台214，转子背板21的内侧壁和环形凸台214之间形成的环形区域用于容纳导磁板22，转子背板21的外侧面的中部朝向外侧隆起构成凸部215，环形凸台214的中部设置供轴穿过的通孔，该通孔延伸至凸部215，所述的扇叶212高度略高于或是等于凸部215的外端面。该结构有利于风流汇合，保证风流动更顺畅。所述的减重孔213里小外大的扩口孔，其中靠近转子背板21中部的孔径小，靠近转子背板21外缘的孔径大。所述的减重孔213自里侧向外侧孔径递增，其中减重孔213的最外侧延伸至扇叶212处，整体类似于扇形，内环宽5mm，外环宽8mm。减重孔213自转子背板21的里侧向外侧所述的转子背板21包括转子背板本体和带有扇叶的外壳，所述的外壳卡接固定在转子背板本体上。转子背板21和扇叶212可以是一次压铸成型，也可以做成分体件，比如可以给扇叶设计专用的外壳，外壳再固定在转子背板上就可以实现两者的固定安装。这种结构的外壳和扇叶可以做成塑料件，成本更低，重量也较轻。分体结构的实际，可简化转子背板的结构，降低加工难度和生产成本。而一体压铸成型的转子背板21的强度更高，都有优点，具体可根据需求具体设计。

本使用新型中定子和转子均分别做成模块化，定子和侧壁挨得比较近，热量可以直接传递到侧壁上，而转子和侧壁之间有一段距离，转子上的热量只能散发到电机腔内，继而传递至机壳，所以转子散热不好。

相邻两片磁钢23之间缝隙处设置有压杆70，压杆70至少一端固定在转子背板21上，压杆70的杆身抵压在导磁板22上。所述的压杆70的杆身宽度与相邻两片磁钢23之间的间隙宽度一致，压杆70的杆身厚度低于并接近于磁钢23的轴向端面。

转子的实施例2

为了转子可靠性更加稳固，可以在在相邻两片磁钢23之间缝隙处设置压杆70，如图9-11，压杆70至少一端固定在转子背板21上，压杆70的杆身抵压在导磁板22上。

进一步的解释是压杆70可以一端固定转子背板21，也可以两端都固定在转子背板21上。但必须保证压杆70的杆身压在导磁板22上。具体使用什么样的结构可以根据转子直径大小确定，通常大直径的转子使用两端都固定的方式，而小直径转子的压杆使用一端固定，另一端悬伸抵压就可以满足固定要求。安装时，先是把导磁板22放到转子背板21的空腔内，然后固定压杆70，再把磁钢23粘贴到导磁板22上。由于磁钢23和导磁板22之间通过粘贴固定，两者相当于是一个整体，由于压杆70将导磁板22压紧在转子背板21的空腔中，所以固定了导磁板22就相当于对磁钢23进行了位置固定，可有效防止磁钢脱落现象的出现。磁钢被牢牢的锁紧在转子背板上，对导磁板和磁钢进行可靠的机械固定，紧固的可靠性更高，大幅度提升了转子的稳定性。

所述的压杆70的杆身宽度与相邻两片磁钢23之间的间隙宽度一致，压杆70的杆身厚度低于并接近于磁钢23的轴向端面，也就是略低于磁钢的轴向端面。压杆70的杆身宽度是指在转子径向上尺寸，杆身厚度是指杆身在转子轴向上的尺寸，只要保证杆身不高于磁钢23的轴向端面，不占用转子和定子之间的气隙空间就可以。两个压杆70之间的空间正是放置磁钢23的位置，也就是说压杆70的侧边对磁钢23进行限位。那么两个压杆70之间空间与磁钢23的尺寸越匹配，接触面积越大，对磁钢的限位就越可靠。

所述的压杆70的里端宽度大于杆身宽度，压杆70的尾端贴靠在导磁板22上。此处的里端指的是压杆70靠近转子中心的一端，也可称之为头部，该部分用于固定转子背板21，将里端的面积设置的相对大一些，那么对压杆70的紧固力度越大，压杆70的杆身和尾部对导磁板22的压紧力就更大，固定也就更加稳定可靠。

所述的压杆70的里端靠近转子背板21中部的一端固定在转子背板21上，压杆70的尾端呈悬伸状，且压杆70的杆身抵压在导磁板22上。压板40的结构简单，易于加工，省材省料，成本低。

所述的转子背板21上开设有用于固定压杆70尾端的限位孔或限位槽，压杆70尾端插置于限位孔或限位槽内。限位孔可以为通孔也可为盲孔，限位槽可以为单个槽也可以连贯的槽，只要可以满足固定压杆70尾端的需求即可，

所述的转子背板21内侧壁开设有环形卡槽，该环形卡槽构成限位槽，压杆70尾端插置于环形卡槽内。环形卡槽易于加工，难度小成本低。

所述的压杆70的尾端呈扁平薄片状。扁平状是为了便于将压杆70插入环形卡槽内。

所述的压杆70采用不导磁材料制成，且至少其表面具有绝缘层。也就是说压杆70可以采用绝缘材料制成也可以只在其表面涂覆绝缘层。

所述的压杆70采用硬质阳极氧化处理后铝合金制成。该类材料耐蚀性、耐磨性、耐候性、绝缘性都非常好。提升压杆70的性能，保证固定的稳定可靠性。

所述的磁钢23和导磁板22之间通过涂抹高粘接强度、高韧性、耐高温的胶粘剂进行固定。高韧性是指经过反复振动反复冲击后仍不易老化、不会失效。高粘接强度指抗拉强度和剪切强度比较高，主要是剪切强度比较高。胶粘剂粘贴固化后，其粘接力很强。在电机正常工作温度情况下，胶粘剂的粘接力可以满足磁钢23的固定需要，可行性比较高，工艺简单成本比较低。胶粘剂可采用双组分AB胶、无机类耐高温胶、改性环氧树脂胶粘剂、环氧树脂胶粘剂、丙烯酸酯胶粘剂。本发明优先推荐胶粘剂可采用托马斯胶、乐泰胶、陶氏化学胶粘剂。经试验验证，尤其是托马斯胶的效果非常好，剪切强度可达到35Mpa，完全满足使用要求。

所述的磁钢23由多块磁钢单元231拼接而成，多块磁钢单元231沿着转子的径向并排布置。由于磁钢23自磁钢23外环至内环的尺寸递减，通常截面为梯形。所以将磁钢23由多块磁钢单元231组合而成，两块磁钢单元之间相互绝缘。众所周知，涡流损耗与产生涡流的面积成三次方的比例，所以将磁钢划分成小的磁钢单元可以大量减小涡流损耗。同理，导磁板22可采用硅钢条一层一层的卷绕呈盘状。层层卷绕而成的硅钢卷的涡流损耗也相对较小，是比较优选的方案。