一种旋转电机的制作方法

1.本发明属于电机技术领域，特别涉及一种旋转电机。


背景技术：

2.现有的旋转电机基本为单定子旋转电机，分有铁芯旋转电机和无铁芯旋转电机两种。常见的有铁芯旋转电机齿槽转矩和转矩波动大，动态响应差，限制了其在高精度、高动态响应领域的使用。无铁芯旋转电机无齿槽转矩，但是由于冷却能力差、转矩密度低而限制了其在机床等高负载、高动态响应领域的使用。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无齿槽转矩，动态响应快，散热能力强，转矩和转矩密度大的双定子单转子旋转电机，可满足高精度、高负载和高动态响应领域的使用要求。
4.为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种旋转电机，包括内定子、外定子和转子，转子同轴安装于内定子和外定子之间，并与内定子和外定子之间存在气隙；所述内定子包括内定子绕组，所述外定子包括外定子绕组，内定子绕组与外定子绕组正向或反向串联。
5.上述一种旋转电机，所述转子包括转子轴、内磁瓦和外磁瓦，转子轴与内定子和外定子同轴设置，转子轴上分别设置有对应于内定子的内磁瓦和对应于外定子的外磁瓦，内磁瓦沿转子轴的内侧周向均匀分布，外磁瓦沿转子轴的外侧周向均匀分布，内磁瓦与外磁瓦一一对应设置，并且内磁瓦与对应位置外磁瓦的中心法向平面重合。
6.上述一种旋转电机，所述外定子还包括外定子冷却水套和外水套绝缘层，外定子冷却水套的内表面上设置有外水套绝缘层，外定子绕组固定于外定子冷却水套的内侧，并通过导热绝缘固化胶灌封；所述内定子还包括内定子冷却水套和内水套绝缘层，内定子冷却水套的外表面上设置有内水套绝缘层，内定子绕组固定于内定子冷却水套的外侧，并通过导热绝缘固化胶灌封。
7.上述一种旋转电机，所述内外定子还包括外定子轭部铁芯和外定子轭部绝缘层，外定子轭部铁芯的内表面上设置有外定子轭部绝缘层，外定子绕组固定安装于外定子轭部铁芯的内侧，并通过导热绝缘固化胶灌封；所述内定子还包括内定子轭部铁芯和内定子轭部绝缘层，内定子轭部铁芯的外表面上设置有内定子轭部绝缘层，内定子绕组固定安装于内定子轭部铁芯的外侧，并通过导热绝缘固化胶灌封。
8.上述一种旋转电机，所述外定子轭部铁芯和内定子轭部铁芯上分别设置有冷却装置，所述冷却装置是在外定子轭部铁芯和内定子轭部铁芯上设置的冷却水道，或者是分别设置于外定子轭部铁芯外表面和内定子轭部铁芯内表面的独立环形冷却结构。
9.上述一种旋转电机，所述内定子绕组和外定子绕组分别包括多个线圈，每一个线圈包括一个或多个线圈单元，各线圈单元依次叠压分布，并且在叠压方向上相互绝缘；各线
圈单元串接在一起。
10.上述一种旋转电机，所述线圈单元是导体以涡旋轨迹由内向外延展而成，导体的首端位于涡旋轨迹的内侧，尾端位于涡旋轨迹的外侧，线圈单元间导体的连接采用“首首相接，尾尾相接”形式，即：第奇数个线圈单元中导体的首端与其相邻的后一个线圈单元的导体首端连接，尾端则与其相邻的前一个线圈单元的导体尾端连接，第偶数个线圈单元的导体首端与其相邻的前一个线圈单元的导体首端连接，尾端则与其相邻的后一个线圈单元的导体尾端连接；或者，第奇数个线圈单元中导体的首端与其相邻的前一个线圈单元的导体首端连接，尾端则与其相邻的后一个线圈单元的导体尾端连接，第偶数个线圈单元的导体首端与其相邻的后一个线圈单元的导体首端连接，尾端则与其相邻的前一个线圈单元的导体尾端连接。
11.上述一种旋转电机，所述线圈单元中相邻线圈单元中心对齐，镜像设置，即相邻线圈单元导体的涡旋方向相反。
12.上述一种旋转电机，所述线圈单元以铜板为导体，通过线切割加工、铣削加工、3d打印、激光切割、化学腐蚀其中一种方式加工而成；或者线圈单元以漆包线为导体绕制而成。
13.上述一种旋转电机，所述内定子绕组和外定子绕组还分别包括上支撑板、下支撑板、以及端接电路板，上支撑板、下支撑板和端接电路板均为环形结构，所述线圈安装于上支撑板和下支撑板之间，并沿上支撑板和下支撑板的周向均匀分布；各线圈分别通过焊接形式与端接电路板连接；端接电路板安装于上支撑板上。
14.上述一种旋转电机，所述上支撑板与下支撑板之间的线圈是单层排列，或者是内外双层排列，双层排列时内层和外层的线圈一一中心对齐，内外层之间设置有层间绝缘装置。
15.上述一种旋转电机，所述内定子绕组与外定子绕组的线圈一一对应，并且内定子绕组线圈与对应外定子绕组线圈的中心法向平面重合。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明采用双定子单转子结构，大大提升了电机转矩和转矩密度，并且采用定子绕组直接安装于轭部铁芯的有铁芯结构形式以及无铁芯结构形式，有效避免了齿槽效应的影响，在保证转矩密度的同时，减小了转矩波动。定子绕组采用以线圈单元串联叠压形成的线圈结构，空间利用率高，过电流能力强，散热性好，结合轭部铁芯的冷却水道设计或者定子冷却水套设计，可获得较强的散热能力，有利于获得较高的电机功率。
附图说明
17.图1是本发明的结构示意图。
18.图2是本发明实施例1的内定子和外定子结构示意图。
19.图3是本发明外定子绕组和内定子绕组的单层结构示意图。
20.图4是本发明外定子绕组和内定子绕组的双层结构示意图。
21.图5是本发明由奇数个线圈单元组成的线圈结构示意图。
22.图6是本发明由偶数个线圈单元组成的线圈结构示意图。
23.图7是本发明线圈单元的结构示意图。
24.图8是本发明实施例2的内定子和外定子结构示意图。
具体实施方式
25.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
26.实施例1。
27.如图1所示，本发明的一种旋转电机，包括内定子1、外定子2和转子3，转子3同轴安装于内定子1和外定子2之间，并与内定子1和外定子2之间存在气隙。
28.转子3包括转子轴31、内磁瓦32和外磁瓦33，转子轴31与内定子1和外定子2同轴；内磁瓦32沿转子轴31的内侧周向均匀分布，与内定子1相对应；外磁瓦33沿转子轴21的外侧周向均匀分布，与外定子2相对应。内磁瓦32与外磁瓦33一一对应设置，并且内磁瓦32与对应位置外磁瓦33的中心法向平面重合。
29.如图2所示，内定子1包括内定子冷却水套11、内定子绕组12和内水套绝缘层13，内定子冷却水套11的外表面上设置有内水套绝缘层13，内定子绕组12固定于内定子冷却水套11的外侧，并通过导热绝缘固化胶灌封。外定子2包括外定子冷却水套21、外定子绕组22和外水套绝缘层23，外定子冷却水套21的内表面上设置有外水套绝缘层23，外定子绕组22固定于外定子冷却水套21的内侧，并通过导热绝缘固化胶灌封。内定子绕组12与外定子绕组22根据内磁瓦32与外磁瓦33的极性串联或反向串联在一起，内磁瓦32与外磁瓦33极性相同时串联，内磁瓦32与外磁瓦33极性相反时反向串联。内定子冷却水套11和外定子冷却水套21可分别与外部冷却循环装置连通。
30.如图3所示，内定子绕组12和外定子绕组22分别包括线圈121、上支撑板122、下支撑板123和端接电路板124。线圈121安装于上支撑板122和下支撑板123之间，并沿上支撑板122和下支撑板123的周向均匀分布。各线圈121分别通过焊接形式与端接电路板124连接，上支撑板122上设置有可容置端接电路板124的电路板槽，端接电路板124固定安装于该电路板槽中。图3显示的是内定子绕组12和外定子绕组22由线圈单层排列的组成情况，如图4所示，内定子绕组12和外定子绕组22还可以分别由线圈121内外双层排列组成，内层线圈和外层线圈均沿周向均匀分布，并且内外层的线圈数量相等，中心对齐，一一对应，内层和外层之间设置有层间绝缘装置125。
31.结合图2和图3所示，内定子绕组12与外定子绕组22安装后，内定子绕组12与外定子绕组22的线圈一一对应，并且内定子绕组12中的线圈与对应的外定子绕组中线圈的中心法向平面重合。
32.结合图5至图7所示，线圈121包括m个线圈单元1211，每个线圈单元1211是由导体3以涡旋轨迹由内向外延展而成，其首端位于轨迹内侧，尾端位于轨迹外侧。m个线圈单元1211沿线圈单元1211的法向依次叠压，相邻线圈单元1211之间设置有绝缘层4，绝缘层4可以是空气间隙、也可以是绝缘纸、石墨烯、石墨膜等绝缘材料，或者使用导热绝缘固化胶灌封。各线圈单元1211中的导体3采用“首首相接，尾尾相接”形式串联成一个整体，其中第一个线圈单元的导体首端与第二个线圈单元的导体首端连接，第二个线圈单元的导体尾端与第三个线圈单元的导体尾端连接，第三个线圈单元的导体首端与第四个线圈单元的导体首端连接，以此类推连接至第m个线圈单元，若m为奇数，则第一个线圈的尾端和第m个线圈的首端为整个线圈结构的输入输出端，如图5所示；若m为偶数，则第一个线圈的尾端和第m个
线圈的尾端为整个线圈结构的输入输出端，如图6所示。
33.为方便线圈单元1211之间的连接，每个线圈单元1211的导体首端均设置有p型焊接区31。线圈单元1211叠压时，相邻两个线圈单元中心对齐，互为镜像结构，即第奇数个线圈单元与第偶数个线圈单元导体的涡旋方向相反。
34.线圈单元1211可以采用铜板作为导体，通过线切割加工、铣削加工、3d打印、激光切割、化学腐蚀其中一种方式加工而成，也可以采用漆包线作为导体绕制而成。当采用铜板结构时，导体3每圈之间均设置有间隙δ，以保证导体间绝缘；当导体采用漆包线时，该间隙可为0，即δ=0。
35.实施例2。
36.本实施例的结构基本与实施例1结构一致，所不同的是本实施例的内定子1和外定子2为有铁芯结构。如图8所示，内定子1包括内定子绕组12、内定子轭部铁芯14和内定子轭部绝缘层15，内定子轭部铁芯14的外表面上设置有内定子轭部绝缘层15，内定子绕组12固定安装于内定子轭部铁芯14的外侧，并通过导热绝缘固化胶灌封。外定子包括外定子绕组22、外定子轭部铁芯24和外定子轭部绝缘层25，外定子轭部铁芯24的内表面上设置有外定子轭部绝缘层25，外定子绕组22固定安装于外定子轭部铁芯24的内侧，并通过导热绝缘固化胶灌封。内定子绕组12与外定子绕组22根据内磁瓦与外磁瓦的极性串联或反向串联在一起，内磁瓦与外磁瓦极性相同时串联，内磁瓦与外磁瓦极性相反时反向串联。内定子轭部铁芯14和外定子轭部铁芯24的内部还分别设置有冷却水道，可分别与外部冷却循环装置连通，通过冷却液在冷却水道内的循环流动，可将热量带走，从而起到对内定子绕组12和外定子绕组22的冷却作用。
37.尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。