楔形齿变截面绕组永磁弧形电机制造技术

本发明专利技术提供一种楔形齿变截面绕组永磁弧形电机，属电机技术领域。包括初级组件和次级组件，初级组件和次级组件外形均为弧形，电机的弧形内径为r1，弧形外径为r2；每个初级齿均采用的楔形结构，沿弧形内径向弧形外径方向初级齿逐渐增高，同时初级槽任意位置截面均为矩形，各矩形的面积相等或相近；所述电枢绕组采用多层导体结构，所有导体任意位置的截面的面积均相等。电枢绕组采用增材制造工艺，具有可变截面形状。初级槽内可以内置冷却管道，初级绕组的形状可根据冷却管道的形状变化。次级组件由次级铁心和永磁体组成。该结构利于提高绕组槽满率，增强绕组冷却，并减少初级铁心质量，从而利于提高电机的转矩密度和动态性能。从而利于提高电机的转矩密度和动态性能。从而利于提高电机的转矩密度和动态性能。

【技术实现步骤摘要】
楔形齿变截面绕组永磁弧形电机


[0001]本专利技术属电机领域，主要涉及到一种楔形齿变截面绕组永磁弧形电机。

技术介绍

[0002]高端装备加工制造、智能工厂高速高精物料传输等对高转矩力密度、高动态盘式永磁弧形电机提出了迫切需求。传统的盘式永磁弧形电机，槽通常采用两种结构，第一种为采用内径处窄、外径处宽结构，第二种为内外径处相同的矩形结构。
[0003]当采用第一种结构时，由于内、外径处槽高相等，采用传统绕组结构时，容易存在内径处槽满率过高，导致难以加工问题，而外径处存在中空，造成空间浪费，且易导致较大的热阻影响温升，从而限制了盘式永磁弧形电机电负荷和转矩密度的提升。
[0004]当采用第二种结构时，虽然槽内绕组槽满率可以实现相对优化设计，但是初级铁心齿宽度在内径处窄，外径处宽，虽然磁极结构也可以采用内窄外宽的扇形永磁体，但初级铁心齿不同位置处难以实现均为最佳工作点，在一定程度上导致了铁心材料的浪费，并使转矩性能难以实现最优设计，而且对于弧形电机来说，当初级用作动子时，更使动子质量增大，影响了动态性能的提升。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决传统盘式永磁弧形电机转矩密度低的问题，提出一种楔形齿变截面绕组永磁弧形电机。
[0006]本专利技术的具体技术方案如下：
[0007]一种楔形齿变截面绕组永磁弧形电机，包括初级组件和次级组件，初级组件和次级组件外形均为弧形，初级组件包括初级铁心和电枢绕组，初级铁心上开槽形成初级轭、初级齿和初级槽结构，次级组件包括次级铁心和永磁体；初级组件和次级组件之间为气隙结构；电机的弧形内径为r1，弧形外径为r2；每个初级齿均采用的楔形结构，沿弧形内径向弧形外径方向初级齿逐渐增高，同时初级槽任意位置截面均为矩形，各矩形截面的面积相等或相近；
[0008]所述电枢绕组采用多层导体结构，所有导体任意位置的截面的面积均相等。
[0009]本专利技术进一步设计在于，所述电枢绕组采用增材制造工艺制作而成。
[0010]本专利技术进一步设计在于，每个电枢绕组中每层导体位于同一初级齿两侧的截面形状相同或不同。
[0011]本专利技术进一步设计在于，电枢绕组的各层导体的截面形状相同或不相同。
[0012]本专利技术进一步设计在于，各层导体沿绕组缠绕方向相同或不相同。
[0013]本专利技术进一步设计在于，所述电枢绕组中各层导体结构相同，每层导体沿弧形内径向弧形外径方向，导体的宽度由w1逐渐增大为w2，导体的高度由hw1逐渐减小为hw2，各层导体任意位置截面的面积均相等。
[0014]本专利技术进一步设计在于，电枢绕组的导体的截面采用梯形结构。
[0015]本专利技术进一步设计在于，所述电枢绕组内设置有冷却管道。
[0016]本专利技术进一步设计在于，所述冷却管道内置在电枢绕组的导体之间，相应位置的导体因与冷却管道适配而改变形状，改变形状的导体任意位置的截面面积与未设置冷却管道的导体截面面积保持相等。
[0017]本专利技术进一步设计在于，内置在电枢绕组中的冷却管道，穿过电枢绕组内的冷却槽，由电枢绕组的端部的导体层间的冷却端引出。
[0018]本专利技术相比现有技术具有以下的优点：
[0019]1、本专利技术初级槽在电机弧形内径处宽度小、高度高；在弧形外径处宽度大，高度矮，保持内外径处槽面积相等或者相近，并通过增擦制造绕组变截面形状设计。增材制造俗称3D打印，是按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积材料，制造出实体物品的制造技术，该加工技术更易于实现复杂结构的成型，从而减少零部件数量，减轻重量，实现最优结构和功能。将增材制造技术用于变截面绕组加工，可使槽内绕组之间间隙减小，从而提高槽内绕组槽满率。因此本专利技术的绕组结构使槽内低导热的间隙变小，槽利用率提高，从而利于提高转矩密度。
[0020]2、本专利技术初级齿采用楔形设计，一方面可以使弧形内、外径处铁心齿上的磁密均设计在磁化曲线的拐点附近，从而实现最优的磁场分布。另一方面当弧形外径处铁心齿加大时，槽宽也增大，槽高和齿高适当减小，减小槽内空间浪费，通过降低齿高，也减小不必要的铁心质量，进一步提高转矩密度和动态性能。经有限元仿真结果表明，采用本专利技术所提出的绕组和齿结构设计，可以使电机的转矩密度提高20％以上。
[0021]3、本专利技术冷却管道的设置经初级槽内部绕组、端部绕组，直接实现对绕组的冷却，并通过增材制造变截面绕组的灵活设计，与冷却管道的最优匹配。较之于传统冷却管道在壳体、铁心轭部的设计方案，该结构可以实现对损耗积聚最多的绕组直接冷却，快速将绕组损耗带走，从而提升冷却性能，从而利于提高电负荷，提高转矩密度。
[0022]4、采用本专利技术提出的绕组结构，减小了槽内导体之间的间隙，有利于提高槽满率，槽满率可以达到90％。而传统漆包线结构，槽满率普遍在75％以下，而且对于弧形电机，外径处的槽满率远低于内径处，这意味着常规绕组结构的弧形电机，平均槽满率通常在50％左右；且漆包线之间形成有间隙面积，间隙内常为空气、浸渍漆或环氧胶，因而普遍存在导热系数小的特点。本专利技术高的槽满率利于绕组内部热传导，易于实现快速传导损耗的导散热面。此外冷却水道直接设置在绕组中间，且绕组形状与冷却水道匹配，缩短了热源到散热面之间的热阻，更易于增强散热效果，降低绕组温升。
附图说明
[0023]图1为实施例一楔形齿变截面绕组永磁弧形电机；
[0024]图2为实施例一初级铁心结构；
[0025]图3为实施例二变截面绕组结构；
[0026]图4为实施例三冷却管道内置在电枢绕组中间截面图；
[0027]图5为实施例四冷却管道内置在电枢绕组中间截面图；
[0028]图6为实施例五梯形截面绕组结构；
[0029]图7为实施例六梯形截面绕组结构；
[0030]图8为相同负载条件下转矩对比曲线；
[0031]图1
‑
图3中，1
‑
初级铁心；1
‑
1：初级轭；1
‑
2：初级齿；1
‑
3：初级槽；2
‑
电枢绕组；3
‑
永磁体；4
‑
次级铁心；5
‑
1～5
‑
4：冷却管道；6
‑
1～6
‑
n：第一层～第n层导体；7
‑
气隙；
[0032]图4中，6
‑
1至6
‑
6为第一层至第六层导体；
[0033]图5中，6
‑
7至6
‑
12为第一层至第六层导体；
[0034]图6
‑
图7中，6
‑1‑
1至6
‑6‑
1为第一层至第六层导体(绕制在初级齿左边初级槽内)；6
‑1‑
2至6
‑6‑
2为第一层至第六层导体(绕制在初级齿右边初级槽内)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种楔形齿变截面绕组永磁弧形电机，包括初级组件和次级组件，初级组件和次级组件外形均为弧形，初级组件包括初级铁心和电枢绕组，初级铁心上开槽形成初级轭(1
‑
1)、初级齿(1
‑
2)和初级槽(1
‑
3)结构，次级组件包括次级铁心(4)和永磁体(3)；初级组件和次级组件之间为气隙(7)结构；电机的弧形内径为r1，弧形外径为r2；其特征在于：每个初级齿(1
‑
2)均采用楔形结构，沿弧形内径向弧形外径方向初级齿(1
‑
2)逐渐增高，同时初级槽(1
‑
3)任意位置截面均为矩形，各矩形截面的面积相等或相近；所述电枢绕组(2)采用多层导体结构，所有导体任意位置的截面的面积均相等。2.根据权利要求1所述的楔形齿变截面绕组永磁弧形电机，其特征在于：所述电枢绕组(2)采用增材制造工艺制作而成。3.根据权利要求1或2所述的楔形齿变截面绕组永磁弧形电机，其特征在于：每个电枢绕组(2)的各层导体(6)的截面形状相同或不相同。4.根据权利要求3所述的楔形齿变截面绕组永磁弧形电机，其特征在于：每个电枢绕组(2)中每层导体位于同一...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄旭珍，刘岩松，徐济安，
申请(专利权)人：南京迅传智能工业技术有限公司，
类型：发明
国别省市：