一种高功率密度永磁同步电机的制作方法

1.本实用新型涉及一种高功率密度永磁同步电机，属于电机技术领域。


背景技术：

2.电动燃油泵由泵体、永磁同步电机和壳体组成，其作用是连续不断地把燃油从油箱吸出,给燃油系统提供规定压力和流量燃油的装置，广泛应用于各类型发动机燃油系统，基于电动燃油泵的功能可知永磁同步电动机的性能直接影响电动燃油泵的工作性能。随着电动机燃油泵技术的发展，高功率密度永磁同步电机将成为小型化、轻量化发展的必然趋势。为提高永磁同步电机功率密度，需要对电动机进行轻量化设计。
3.永磁同步电动机主要由定子、转子、端盖组成，轻量化设计主要是对定子、转子结构进行轻量化设计。定子轻量化设计方向是提高电机的热负荷，途径就是对绕组、铁芯进行冷却设计。电机冷却方式常用的有介质冷却、风冷、自然冷却三种方式，由于介质冷却能够充分的对电机进行热交换，多采用电机外壳冷却介质管路方式实现电机冷却。该冷却方式是将电机绕组及铁芯产生的热通过铁芯传导到机壳再通过机壳冷却管路介质带走热量，但这种方式热交换速率较低，不适应高功率密度电机应用场合。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种高功率密度永磁同步电机，该高功率密度永磁同步电机能实现热交换快速将热量带走，从而达到提升电机功率密度设计的目的，并且有效实现转子轻量化设计，从而实现高功率密度电机设计。
5.本实用新型通过以下技术方案得以实现。
6.本实用新型提供的一种高功率密度永磁同步电机，包括电枢；所述电枢装在机壳内，机壳前端开口并连通至机壳后端端盖上开口使得液冷介质可穿过电枢和机壳，机壳内固定有铁芯，铁芯上绕有多组绕组构成电枢，电枢内圈套装有转子组件。
7.所述机壳内壁上有前后向槽状空隙，铁芯上的多组绕组之间有空隙，铁芯内壁和转子组件之间有空隙。
8.所述机壳外壁后端有o型密封圈密封于机壳和端盖之间。
9.所述机壳后端端盖开口处有接线端子引出，接线端子引出位置焊接密封。
10.所述铁芯内圈位置有隔油环，隔油环通过插入式密封圈密封；插入式密封圈采用氟醚橡胶制作。
11.所述插入式密封圈分别安装于铁芯两端位置，并内嵌至机壳和端盖中。
12.所述转子组件装在轴上，转子组件由磁轭组成，磁轭上环周交错固定第一磁钢和第二磁钢，其中第一磁钢磁向沿磁轭径向分布、第二磁钢磁向沿磁轭周向分布。
13.所述第一磁钢和第二磁钢呈halbach阵列分布。
14.所述第一磁钢和第二磁钢以两次分别粘接固定。
15.所述转子组件上套装有碳纤维护套；第一磁钢和第二磁钢沿轴向多分层固定，每
两层之间有绝缘薄膜；转子组件端部由内至外依次装有挡板、止动垫圈、锁紧螺母；转子组件上还固定有平行于转子组件轴向的键。
16.本实用新型的有益效果在于：能够实现定子、转子轻量化设计，从而提升电机的功率密度，实现电机功率密度达标，转子结构是应用磁钢halbach阵列结构，还解决了磁钢分段及粘接难题；对后续的产品设计有较好的指导作用。
附图说明
17.图1是本实用新型的结构示意图；
18.图2是图1的剖视图；
19.图3是图1中插入式密封圈的安装示意图；
20.图4是图1中电枢的结构示意图；
21.图5是图4中转子组件的结构示意图；
22.图6是图5中第一磁钢的粘接工装结构示意图；
23.图7是图5中第二磁钢的粘接工装结构示意图。
24.图中：1
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端盖，2
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接线端子，3
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插入式密封圈，4
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o型密封圈，5
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隔油环，6
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电枢，7
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机壳，8
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绕组，9
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铁芯，10
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结构件，14
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轴，15
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锁紧螺母，16
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止动垫圈，17
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挡板，18
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转子组件，19
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绝缘薄膜，20
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键，21
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碳纤维护套，22
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第一磁钢，23
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磁轭，24
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第二磁钢，25
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铜螺钉，26
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第一磁钢粘接模，27
‑
第二磁钢粘接模。
具体实施方式
25.下面进一步描述本实用新型的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
26.实施例1
27.如图1所示的一种高功率密度永磁同步电机，包括电枢6；电枢6装在机壳7内，机壳7前端开口并连通至机壳7后端端盖1上开口使得液冷介质可穿过电枢6和机壳7，机壳7内固定有铁芯9，铁芯9上绕有多组绕组8构成电枢6，电枢6内圈套装有转子组件18。
28.实施例2
29.基于实施例1，并且如图2所示，机壳7内壁上有前后向槽状空隙，铁芯9上的多组绕组8之间有空隙，铁芯9内壁和转子组件18之间有空隙。
30.实施例3
31.基于实施例2，并且，机壳7外壁后端有o型密封圈4密封于机壳7和端盖1之间。
32.实施例4
33.基于实施例2，并且，机壳7后端端盖1开口处有接线端子2引出，接线端子2引出位置焊接密封。
34.实施例5
35.基于实施例2，并且如图3所示，铁芯9内圈位置有隔油环5，隔油环5通过插入式密封圈3密封；插入式密封圈3采用氟醚橡胶制作。
36.实施例6
37.基于实施例5，并且，插入式密封圈3分别安装于铁芯9两端位置，并内嵌至机壳7和端盖1中。
38.实施例7
39.基于实施例1，并且如图4所示，转子组件18装在轴14上，转子组件18由磁轭23组成，磁轭23上环周交错固定第一磁钢22和第二磁钢24，其中第一磁钢22磁向沿磁轭23径向分布、第二磁钢24磁向沿磁轭23周向分布。
40.实施例8
41.基于实施例7，并且如图5所示，第一磁钢22和第二磁钢24呈halbach阵列分布。
42.实施例9
43.基于实施例8，并且，第一磁钢22和第二磁钢24以两次分别粘接固定。一般的，第一磁钢22采用如图6所示的第一磁钢粘接模26，基于铜螺钉25定位固定后粘接，第二磁钢24采用如图7所示的第二磁钢粘接模27，基于铜螺钉25定位固定后粘接。
44.实施例10
45.基于实施例7，并且，转子组件18上套装有碳纤维护套21；第一磁钢22和第二磁钢24沿轴向多分层固定，每两层之间有绝缘薄膜19；转子组件18端部由内至外依次装有挡板17、止动垫圈16、锁紧螺母15；转子组件18上还固定有平行于转子组件18轴向的键20。
46.实施例11
47.基于上述实施例，如图1～7所示，具体的，定子冷却结构由端盖1、接线端子2、插入式密封圈3、o型密封圈4、隔油环5、电枢6、机壳7组成。电枢6由绕组8、铁芯9组成。电枢6在设计时采用集中绕组形式，可保证冷却介质能从两绕组之间的缝隙b处流动；机壳7设计时对应铁芯9开有对应的管路，可保证冷却介质能从管路a处流动；铁芯9上有槽口，可以保证冷却介质能从铁芯槽口缝隙c处流动。
48.定子冷却油路密封结构实现方案，插入式密封圈3与隔油环5、端盖1、机壳7组成一个密封结构；o型密封圈4与端盖1、机壳7组成一个密封结构；接线端子2与端盖1通过焊接密封形式组成一个密封结构。
49.插入密封结构由两端的结构件10及插入式密封圈3、隔油环5构成，四种零件都为圆环型结构设计。插入式密封圈3采用氟醚橡胶制作，具有耐介质能力及较强的弹性变形特性。当隔油环5插入至插入式密封圈3后，插入式密封圈3的唇口与隔油环5接触后唇口发生接触变形，插入式密封圈3与结构件10接触后发生接触变形，插入式密封圈3将隔油环5上下腔体隔离，从而达到密封的目的。通过改变隔油环5和插入密封圈3的长度，满足不同压力下，密封的需要。
50.通过定子冷却油路结构方案和定子冷却油路密封结构方案，使得冷却介质按照规定的油路流动，能够按照规定的路径对电机绕组及铁芯进行冷却，即从图中d处通入冷却介质(航空燃油或航空润滑油)，冷却介质通过油路a、b、c三处流动，充分与绕组8、铁芯9产生的热量进行交换，并将热量由冷却介质汇流后从e处流出，通过该方式可提升定子热负荷，从而实现电机定子轻量化的设计。
51.多个转子组件18通过轴14进行串装在一起实现分层，相邻两个转子组件18之间用绝缘薄膜19隔开，绝缘薄膜19的作用是降低磁钢之间的涡轮损耗。组装完成后，通过挡板17、螺母15、止动垫圈16进行轴向锁紧，并通过碳纤维护套21对转子磁钢进行固持。其中转子组件18由磁轭23、第一磁钢22、第二磁钢24构成，由于采用halbach阵列结构，转子磁路通过磁钢内部闭合，无需导磁转子磁轭，可以采用密度较小的铝合金作为转子磁轭，从而实现
转子轻量化的设计。
52.由于第一磁钢22与第二磁钢24之间存在排斥力，不可能同时粘接，为此，将第一磁钢22与第二磁钢24分两次进行粘接。第一磁钢22粘接时，由磁轭23、第一磁钢粘接模26、铜螺钉25、第一磁钢22组成，将涂好胶的磁钢放入第一磁钢粘接模26预留的空隙中，并用铜螺钉25进行紧固，待胶固化。第二磁钢24粘接时，由磁轭23、第二磁钢粘接模27、铜螺钉25、第二磁钢24组成，将涂好胶的磁钢放入第二磁钢粘接模27预留的空隙中，并用螺钉25进行紧固，待胶固化。当磁钢全部安装完成后，排斥力通过第一磁钢22和第二磁钢24转换，形成闭合磁路，通过该方式实现了相互排斥的磁钢之间的粘接。
53.如上实施例，经实际制造后测试，电机功率密度为3.6kw/kg，达到了3.5kw/kg的指标。