[发明专利]无刷直励电机及其装配方法

说明书

本发明涉及一种耐高温和振动、可靠性高、耐久性好的无刷同步电机。本发明的无刷直励电机由转子、定子、内定子、机壳等部分组成。转子由磁极套在转轴上形成，磁极两端的爪极相对，爪极的端部在轴向相隔一段距离L。定子由定子铁芯和定子绕组组成。定子铁芯由定子环和定子齿组成，定子齿和爪极之间有气隙存在。内定子由内定子支架和励磁线圈组成，它位于磁极的磁芯和爪极组成的包围结构之内。内定子支架通过爪极之间的空隙L固定于定子上，并且通过爪极之间的空隙L直接用导线引入励磁电流。该电机可靠性高、耐久性好、体积小、重量轻、效率高，适合作为电动汽车轮毂驱动及汽车交流发电机使用。

技术领域

本发明涉及一种无刷电机，特别是涉及一种无需碳刷和滑环而直接引入励磁电流的无刷同步电机及其装配方法。

技术背景

现有的无刷电机技术分为三种：异步电机、永磁电机和间接励磁同步电机；其中间接励磁同步电机包括带旋转励磁机的无刷发电机和利用开口变压器励磁的无刷发电机。这三种电机的优点是可靠性较高，但同时也存在许多缺点：异步电机转速难以精确控制、永磁电机不耐高温和振动、间接励磁电机结构复杂并且体积大。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合在高温、高速、振动等恶劣环境下工作，具有高可靠性且转速精确可控的电机。

本发明的无刷直励电机由转子、定子、内定子、机壳等部分组成。

转子由磁极套在转轴上形成。磁极由磁芯两端沿圆周均匀分布的爪极构成，爪极轴向切面形如鹰嘴，磁极两端的爪极相对，爪极的端部在轴向相隔一段距离L。两个磁极的爪极在圆周方向相互错开的度数为360°/2P(P为一端爪极的个数)。磁极由硅钢片、低碳钢等软磁材料制成。

定子由定子铁芯和定子绕组组成。定子铁芯由定子环和定子齿组成，定子环的形状为圆桶形，定子齿的形状为梯形或喇叭口形，在梯形或喇叭口形的长边正中间有一个长方形(但不局限于长方形，也可以是其他形状)的突起。定子齿和爪极之间有气隙存在。定子齿沿定子环圆周方向均匀分布，定子齿之间有定子槽，定子槽内绕有定子绕组。

内定子由内定子支架和励磁线圈组成，它位于磁极的磁芯和爪极组成的包围结构之内。内定子支架通过爪极之间的空隙L固定于定子上，并且通过爪极之间的空隙L直接用导线引入励磁电流。

无刷直励电机结构比较特殊，其磁极不是一个整体，而是被定子和内定子分割为两部分(也可以是三部分)，因此本电机的装配过程不同于传统电机，必须按照如下的步骤进行装配：机壳→一边磁极→定子和内定子→另一边磁极→另一半机壳。

由于无刷直励电机存在轴向气隙，在装配时必须调整磁极轴向的位置，才能保证磁极不会与定子齿摩擦扫膛。具体措施为：磁极内孔与转轴外径之间过盈配合，通过磁极两端的螺纹、转轴上的外螺纹以及调整套，来微调磁极的轴向位置。

本发明的无刷直励电机与传同电机相比，具有如下优点：1、励磁电流直接由导线接入，无需碳刷和滑环，杜绝了摩擦接触的弊病，可靠性高。2、所有绕组和绝缘结构均为静止状态，利于采用水冷、风冷或液冷，可有效控制电机温升。3、与其他电机相比，直励同步电机对高温、高转速和振动的耐受性好，电机的使用寿命长。4、不依赖于稀土资源。5、过载能力强，输出扭矩大，转速精确可控。6、体积小、重量轻、效率高。

附图说明

附图1为磁极构造图

附图2为转子结构图

附图3为定子和内定子结构图

附图4为直励同步电机构造示意图

附图5为装配示意图

图中：1为爪极；2为磁芯；3为磁极；4为转轴；5为调整套；6为调整螺纹；7为定子环；8为定子齿；9为定子绕组；10为内定子支架；11为励磁线圈；12为励磁电流引入导线；13为气隙；14为机壳

具体实施方式

无刷直励电机作为电动汽车轮毂电机使用时，具体实例如下：定子内径为300毫米，采用三相分布绕组；转子磁极的爪极对数为6对，磁极两端的爪极相互错开30°；最大励磁电流为10A；电机采用全封闭铝合金机壳，采用水冷方式吸收定子绕组和励磁绕组产生的热量，电机温度控制在90℃以内。电机总重约38Kg，持续扭矩500NM，最大扭矩800NM，持续功率50KW，最高转速12000R/min，耐久性时长超过3万小时(折算历程为180万公里)，各项性能均超过世界先进水平。