一種筒式雙氣隙外轉子無鐵芯電機的制作方法

本發明涉及電機技術領域，具體地說，是涉及一種筒式雙氣隙外轉子無鐵芯電機。

背景技術：

隨著世界范圍內能源的日益匱乏，能源的有效利用越來越得到重視，而發電機和電動機是當代能源設備發展的重中之重，節能環保是急需解決的關鍵問題。異步電機、勵磁同步電機是目前最通用的電機，他們都是雙鐵損耗，銅損耗，實際效率只有60-70%，能耗比較高。永磁同步電機比上兩款電機效率和節能方面稍好一些，但還是不理想，具有銅損和鐵損雙損耗，還有很大的永磁磁阻，表面上看來是永磁體與鐵芯結構會比較節能，但是定子和轉子之間產生的永磁磁阻又將節能電力給損耗掉了，更不用說實現直驅了。無鐵芯電機的發展是目前最節能的電機技術,它的結構只有銅損耗。無鐵芯電機和以上其他電機相比較效率很高，但是目前應用較少，關鍵問題是電機的冷卻問題無法解決,阻礙著無鐵芯電機的應用。特別是雙氣隙無鐵芯電機，定子繞組被雙轉子夾在中間，給電機散熱帶來非常高的技術難題。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種筒式雙氣隙外轉子無鐵芯電機，解決了現有無鐵芯電機冷卻的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種筒式雙氣隙外轉子無鐵芯電機，所述電機包括外轉子組件和內定子組件，所述外轉子組件包括電機殼體、位于所述電機殼體內的外層筒形磁軛、內層筒形磁軛和安裝于所述外層筒形磁軛上的若干外層永磁體、安裝于內層筒形磁軛上的若干內層永磁體；所述內定子組件包括電機軸和套裝于所述電機軸上的筒形無鐵芯線圈，所述筒形無鐵芯線圈位于所述外層永磁體和內層永磁體之間；所述電機包括真空超導模塊，所述真空超導模塊包括繞制所述筒形無鐵芯線圈的空心導線和所述空心導線連接的聚熱包，所述空心導線和聚熱包內灌注有超導液。

如上所述的筒式雙氣隙外轉子無鐵芯電機，所述電機包括用于安裝筒形無鐵芯線圈的安裝座，所述安裝座固定安裝于所述電機軸上，所述安裝座內設置有水流通道，所述真空超導模塊與所述安裝座進行熱交換。

如上所述的筒式雙氣隙外轉子無鐵芯電機，所述安裝座內的水流通道為ω型，所述水流通道的位置與所述筒形無鐵芯線圈的位置相對。

如上所述的筒式雙氣隙外轉子無鐵芯電機，所述安裝座包覆所述聚熱包，所述聚熱包的位置與所述水流通道的位置相對。

如上所述的筒式雙氣隙外轉子無鐵芯電機，所述安裝座上連接有與水流通道連連通的進水管和出水管，所述電機軸具有中空腔體，所述電機軸上開設有通孔，所述進水管和出水管穿過所述通孔后通過所述中空腔體引出。

如上所述的筒式雙氣隙外轉子無鐵芯電機，所述電機包括液冷系統，所述液冷系統包括水流通道、控制器、溫度傳感器、冷媒循環泵、冷媒循環管路和散熱器；所述冷媒循環管路與所述水流通道連通，所述溫度傳感器用于檢測所述無鐵芯線圈的溫度并發送至所述控制器，所述控制器用于輸出控制信號至所述冷媒循環泵和散熱器。

如上所述的筒式雙氣隙外轉子無鐵芯電機，所述外層筒形磁軛和所述內層筒形磁軛上均設置有若干與所述電機軸同軸的轉子導磁環，所述導磁環的軸向上設置有若干導磁條，所述轉子導磁環和導磁條形成若干網格，所述外層永磁體位于所述外層筒形磁軛的網格內，且所述外層永磁體的磁極在同一軸線上相同在周向上交替分布，所述內層永磁體位于所述內層筒形磁軛的網格內，且所述內層永磁體的磁極在同一軸線上相同在周向上交替分布；所述內定子組件包括定子導磁環，所述無鐵芯線圈繞制在所述定子導磁環上，所述定子導磁環與所述與轉子導磁環的位置相對。

與現有技術相比，本發明的優點和積極效果是：本發明無鐵芯電機包括真空超導模塊，真空超導模塊包括繞制筒形無鐵芯線圈的空心導線和與空心導線連通的聚熱包，空心導線和聚熱包內灌注有超導液，電機在工作時，線圈通過電流產生的熱量直接通過超導液導給聚熱包，無鐵芯線圈的熱量瞬間傳遞給聚熱包,無鐵芯線圈的熱量只剩下很微小的熱量。因而，無鐵芯線圈的產生的熱量可被迅速降溫，散熱效率高，本發明的散熱方式能夠滿足無鐵芯線圈的散熱需求。

本發明電機大大縮小了體積,減少了重量,完全無磁阻、效率高、扭矩大、過載力強、體積小、重量輕。本發明與現有技術相比省去了100%的錫鋼片，省去了30-40%銅材，裝配無磁力干擾。在機械應用上，可以省去了齒輪箱結構，完全實現直驅。本發明大大簡化了機械結構，電機的效率提高到98%以上。可用在航天、船舶、潛艇、工業設備、新能源汽車、風力發電、溫差發電等領域。

結合附圖閱讀本發明實施方式的詳細描述后，本發明的其他特點和優點將變得更加清楚。

附圖說明

圖1為本發明具體實施例電機的剖視圖。

圖2為本發明具體實施例電機的分解圖。

圖3為本發明具體實施例永磁體與轉子導磁環的示意圖。

圖4為本發明具體實施例線圈的示意圖。

圖5為本發明具體實施例水流通道內的水流方向示意圖。

圖6為本發明具體實施例真空超導模塊部分的示意圖。

圖7為本發明具體實施例液冷系統的原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式進行詳細地描述。

如圖1-2所示，本實施例提出了一種筒式雙氣隙外轉子無鐵芯電機，電機包括內定子組件和外轉子組件。

外轉子組件包括電機殼體101、位于電機殼體101兩端的端蓋106、位于電機殼體101內的外層筒形磁軛1021和安裝于外層筒形磁軛1021上的若干外層永磁體1031、位于電機殼體101內的內層筒形磁軛1022和安裝于內層筒形磁軛1022上的若干內層永磁體1032。端蓋106與電機殼體101固定安裝，外層筒形磁軛1021與內層筒形磁軛1022均安裝于端蓋106上，外層筒形磁軛1021與內層筒形磁軛1022同軸，外層永磁體1031位于外層筒形磁軛1021的內壁上，內層永磁體1032位于內層筒形磁軛1022的外壁上，外層永磁體1031與內層永磁體1032相對，且外層永磁體1031的n極與內層永磁體1032的s極相對，外層永磁體1031的s極與內層永磁體1032的n極相對。并且，外層永磁體1031的磁極在同一軸線上相同，即在同一軸線上均為n極或均為s極，在周向上n極和s極交替分布。內層永磁體1032的磁極在同一軸線上相同，即在同一軸線上均為n極或均為s極，在周向上n極和s極交替分布。

內定子組件包括電機軸201、套裝于電機軸201上的筒形無鐵芯線圈203和用于安裝筒形無鐵芯線圈203的安裝座202。其中，筒形無鐵芯線圈203安裝于安裝座202上，安裝座202固定安裝于電機軸201上，筒形無鐵芯線圈203位于外層永磁體1031和內層永磁體1032之間。

電機殼體101與端蓋106固定連接，端蓋106和電機軸201之間通過軸承3連接，電機殼體101和電機軸201之間通過軸承3實現相對轉動。電機殼體101、端蓋106和磁軛、永磁體同步與電機軸201和無鐵芯線圈203發生相對轉動，也即外層永磁體1031、內層永磁體1032與無鐵芯線圈203相對轉動時，無鐵芯線圈203做切割磁感線運動產生電流，此時，電機為發電機。當無鐵芯線圈203通電時，定子組件產生的電磁場與轉子組件的外層永磁體1031和內層永磁體1032發生相互作用力，驅動電機軸201與電機殼體101發生相對轉動，此時，電機為電動機。電機包括旋轉變壓器9，旋轉變壓器9的轉軸固定連接在端蓋106上，用于檢測轉子組件和定子組件相對應的角度。

電機殼體101為金屬材質，有屏蔽磁場的作用，防止磁場外漏。

為了實現電機的冷卻，本實施例的電機包括真空超導模塊，如圖6所示，真空超導模塊包括繞制筒形無鐵芯線圈203的空心導線51和與空心導線51連接的聚熱包52，空心導線51包括金屬芯體和包裹金屬芯體的絕緣層，金屬芯體為空心結構，空心導線51的空心結構和聚熱包52內灌注有超導液。具體的，空心導線51的金屬芯體采用空心結構，金屬芯體的空心結構連接有聚熱包52，金屬芯體經模具壓型，抽出真空，注入超導液后把聚熱口封好，再經絕緣工藝處理形成絕緣層后裝入筒形非鐵導磁件204，然后澆鑄高分子材料，高分子材料優選納米材料，聚熱包52位于筒形無鐵芯線圈203的一端或兩端。當電機在運行時，空心導線51有大電流通過時，產生的熱量就會瞬間膨脹反應，熱量導給聚熱包52。

為了對聚熱包52的熱量進行快速散熱，如圖1所示，本實施例安裝座202內設置有水流通道2021，真空超導模塊與安裝座202進行熱交換。優選的，水流通道2021為ω型，水流通道2021的位置與筒形無鐵芯線圈203的位置相對。優選的，聚熱包52與安裝座202接觸，并且聚熱包52的位置與ω型水流通道2021的位置相對，進一步的，安裝座202包覆聚熱包52，聚熱包52的位置與水流通道2021的位置相對。真空超導模塊與安裝座202進行熱交換。聚熱包52直接與安裝座202接觸，聚熱包52的熱量迅速傳遞至安裝座202的水流通道2021，熱量被安裝座202水流通道2021內的冷卻液循環導出。

安裝座202上連接有與水流通道2021連通的進水管61和出水管62。電機軸201具有中空腔體2011，電機軸201上開設有通孔2012，進水管61和出水管62穿過通孔2012后通過中空腔體2011引出。如圖5所示，為安裝座202內的水流方向示意圖。

如圖7所示，本實施例的電機包括液冷系統，液冷系統包括位于安裝座202內的水流通道2021、控制器、溫度傳感器、冷媒循環泵，冷媒循環管路和散熱器；冷媒循環管路與安裝座202的進水管61和出水管62相接，冷媒循環泵和散熱器位于冷媒循環管路上。溫度傳感器用于檢測無鐵芯線圈的溫度并發送至控制器，控制器用于輸出控制信號至冷媒循環泵和散熱器。在溫度傳感器檢測無鐵芯線圈的溫度高于設定溫度時，控制器控制冷媒循環泵和散熱器工作，以快速降低無鐵芯線圈的溫度，在溫度傳感器檢測無鐵芯線圈的溫度低于設定溫度時，說明無鐵芯線圈產生的熱量不多，此時，控制器控制冷媒循環泵和散熱器停止工作。優選在冷媒循環管路上連接有用于儲藏冷媒的儲液罐。

為了提高電機效率，本實施例對外層永磁體1031、內層永磁體1032的安裝方式和無鐵芯線圈203的安裝方式進行了改進：

如圖1、2、3所示，外層筒形磁軛1021呈筒狀，采用高導磁金屬材料加工而成，外層筒形磁軛1021的內表面設置有多個轉子導磁環定位槽，在外層筒形磁軛1021上設置有若干與電機軸101同軸的轉子導磁環104，轉子導磁環104安裝于導磁環定位槽，轉子導磁環104的材質為金屬。轉子導磁環104的軸向上設置有若干導磁條105，轉子導磁環104和導磁條105形成若干網格，外層永磁體1031位于網格內，且外層永磁體1031的磁極在同一軸線上相同，即在同一軸線上均為n極或均為s極，在周向上n極和s極交替分布。

轉子導磁環104、導磁條105和外層永磁體1031貼裝于外層筒形磁軛1021上，具體的，轉子導磁環104、導磁條105和外層永磁體1031可通過高分子材料粘貼于外層筒形磁軛1021上，導磁條105壓裝在外層永磁體1031和轉子導磁環104上，導磁條105通過螺釘固定在外層筒形磁軛1021上。轉子導磁環104、導磁條105和外層永磁體1031的安裝方式為：先在外層筒形磁軛1021上安裝一個轉子導磁環104，再貼裝一圈與轉子導磁環104鄰接的外層永磁體1031，在貼裝一個與外層永磁體1031鄰接的轉子導磁環104，在安裝導磁條105，將外層永磁體1031和轉子導磁環104壓裝在外層筒形磁軛1021上；再繼續貼裝外層永磁體1031、轉子導磁環104、導磁條105，依次循環，安裝完成后，再用高分子材料澆鑄。

內層筒形磁軛1022呈筒狀，采用高導磁金屬材料加工而成，內層筒形磁軛1022的外表面設置有多個轉子導磁環定位槽，在內層筒形磁軛1022上設置有若干與電機軸101同軸的轉子導磁環104，轉子導磁環104安裝于導磁環定位槽，轉子導磁環104的材質為金屬。轉子導磁環104的軸向上設置有若干導磁條105，轉子導磁環104和導磁條105形成若干網格，內層永磁體1032位于網格內，且內層永磁體1032的磁極在同一軸線上相同，即在同一軸線上均為n極或均為s極，在周向上n極和s極交替分布。

轉子導磁環104、導磁條105和內層永磁體1032貼裝于內層筒形磁軛1022上，具體的，轉子導磁環104、導磁條105和內層永磁體1032可通過高分子材料粘貼于內層筒形磁軛1022上，導磁條105壓裝在內層永磁體1032和轉子導磁環104上，導磁條105通過螺釘固定在內層筒形磁軛1022上。轉子導磁環104、導磁條105和內層永磁體1032的安裝方式為：先在內層筒形磁軛1022上安裝一個轉子導磁環104，再貼裝一圈與轉子導磁環104鄰接的內層永磁體1032，在貼裝一個與內層永磁體1032鄰接的轉子導磁環104，在安裝導磁條105，將內層永磁體1032和轉子導磁環104壓裝在內層筒形磁軛1022上；再繼續貼裝內層永磁體1032、轉子導磁環104、導磁條105，依次循環，安裝完成后，再用高分子材料澆鑄。

外轉子組件由外層筒形磁軛1021、內層筒形磁軛1022、轉子導磁環104、外層永磁體1031、內層永磁體1032、導磁條105和高分子材料組成。相鄰永磁體之間被轉子導磁環104和導磁條105隔開，具體的，n極和s極之間通過導磁條105隔開，n極和n極之間或者s極和s極之間通過轉子導磁環104隔開。相鄰的同性n極和n極永磁體103之間，相鄰的同性s極和s極之間都有轉子導磁環104相隔，這樣，既能使n極和n極，s極和s極之間的排斥變為吸合，又能夠將排斥的磁場導岀，導出后提高了永磁體204徑向磁通量。相鄰的異性n極和s極之間，設有導磁條105，導磁條105使n極和s極之間的極性清楚分隔又起到固定作用，轉子導磁環104和導磁條105形成導磁網格。

本實施例外轉子組件是雙層永磁體結構，由于采用導磁網格，使每對磁極的磁力線形成焦點，對準并穿透內定子組件的導磁網格，使內層永磁體n極和外層永磁體的s極形成磁回路，使內層永磁體s極和外層永磁體的n極形成磁回路，成為永磁體獨立的組合式導磁網結構高導磁轉子。使每組磁極的磁通量比其他永磁電機的轉子磁通量提高很多，極大降低了材料成本。

轉子導磁環104采用金屬材質，導磁條105采用合金材質，永磁體103為稀土釹鐵硼、釤鈷永磁或鋁鎳鈷永磁體，永磁體103可以為長方體或長瓦形形狀或梯形。

如圖4所示，內定子組件包括與磁軛上的轉子導磁環104對應的定子導磁環205，定子導磁環205的數量與外層筒形磁軛1021或內層筒形磁軛1022的轉子導磁環104的數量相同，定子導磁環205的位置和外層筒形磁軛1021或內層筒形磁軛1022位置相對應。定子導磁環205為非鐵合金材料。具體的，空心導線51繞制在定子導磁環205上并澆鑄高分子材料后形成無鐵芯線圈203。

內定子組件是由真空超導空心導線51、定子導磁環205，高分子材料等組成。每個磁極由定子導磁環205、空心導線51相連形成，稱為導磁網格。外轉子組件的導磁網格的每格與內定子組件導磁網格的每格具有準確的定位。外轉子組件的每組導磁網格的磁極n、s極之間與內定子組件導磁網格在徑向上相對應的s、n極的關系是很準確的。發電時，轉子轉動與定子切割磁力線，定子繞組產生感應電動勢輸出感應電流。電動時，通過旋轉變壓器感應到轉子導磁網格與定子導磁網格中的每對磁極的準確位置發給指令給電機控制器，從而控制轉子旋轉。

本實施例的導磁網格，進一步優化了磁場結構，用永磁體重量可大大減少，在同功率下與其他永磁體結構的無鐵芯電機相比，永磁體用量只有一半，極大的降低了電機的制造成本。

本實施例定子組件沒有采用鐵質材料，在定子組件上沒有永磁體103可以直接吸合的位置，磁力線穿透定子導磁網格，使通過定子上的導磁網格產生更大的磁場，磁阻為零，沒有多余的損耗，只有定子繞組本身的銅損而已，能夠發揮更大的做功效率。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。