本發(fā)明涉及電機技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種碟式雙氣隙外轉(zhuǎn)子無鐵芯電機。

背景技術(shù)：

隨著世界范圍內(nèi)能源的日益匱乏，能源的有效利用越來越得到重視，而發(fā)電機和電動機是當代能源設(shè)備發(fā)展的重中之重，節(jié)能環(huán)保是急需解決的關(guān)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(jié)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(jié)構(gòu)會比較節(jié)能，但是定子和轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生的永磁磁阻又將節(jié)能電力給損耗掉了，更不用說實現(xiàn)直驅(qū)了。無鐵芯電機的發(fā)展是目前最節(jié)能的電機技術(shù),它的結(jié)構(gòu)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(yīng)用較少，關(guān)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(yīng)用。特別是雙氣隙無鐵芯電機，定子繞組被雙轉(zhuǎn)子夾在中間，給電機散熱帶來非常高的技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種碟式雙氣隙外轉(zhuǎn)子無鐵芯電機，解決了現(xiàn)有無鐵芯電機冷卻的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種碟式雙氣隙外轉(zhuǎn)子無鐵芯電機，所述電機包括外轉(zhuǎn)子組件和內(nèi)定子組件，所述外轉(zhuǎn)子組件包括殼體、位于所述殼體內(nèi)的至少一對碟形磁軛和安裝于成對碟形磁軛相對面上的若干永磁體；所述內(nèi)定子組件包括電機軸和位于所述電機軸上的至少一個碟形無鐵芯線圈，所述碟形無鐵芯線圈的個數(shù)與所述碟形磁軛的對數(shù)相同，所述一對碟形磁軛相對面上的永磁體之間設(shè)置有一個所述碟形無鐵芯線圈；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碟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(nèi)灌注有超導液。

如上所述的碟式雙氣隙外轉(zhuǎn)子無鐵芯電機，所述電機包括用于對所述真空超導模塊進行冷卻的冷卻器，所述冷卻器內(nèi)設(shè)置有水流通道。

如上所述的碟式雙氣隙外轉(zhuǎn)子無鐵芯電機，所述電機軸包括中空腔體，所述冷卻器位于所述中空腔體內(nèi)，所述真空超導模塊的熱量通過所述電機軸傳遞至所述冷卻器。

如上所述的碟式雙氣隙外轉(zhuǎn)子無鐵芯電機，所述無鐵芯線圈為圓環(huán)形，所述聚熱包位于所述無鐵芯線圈的內(nèi)緣，靠近或接觸所述電機軸；所述電機軸上設(shè)置有用于安裝所述無鐵芯線圈和聚熱包的聚熱包室。

如上所述的碟式雙氣隙外轉(zhuǎn)子無鐵芯電機，所述冷卻器為圓筒形，所述冷卻器貼覆在所述電機軸的內(nèi)壁上，所述冷卻器上連接有與所述水流通道連通的進水管和出水管，所述進水管和出水管通過所述中空腔體引出。

如上所述的碟式雙氣隙外轉(zhuǎn)子無鐵芯電機，所述冷卻器為圓筒形，套裝于所述電機軸上，所述真空超導模塊的熱量傳遞至所述冷卻器。

如上所述的碟式雙氣隙外轉(zhuǎn)子無鐵芯電機，所述電機軸具有中空腔體，所述電機軸上設(shè)置有通孔，所述冷卻器上連接有與所述水流通道連通的進水管和出水管，所述進水管和出水管通過所述通孔后從所述中空腔體中引出。

如上所述的碟式雙氣隙外轉(zhuǎn)子無鐵芯電機，所述無鐵芯線圈為圓環(huán)形，所述聚熱包位于所述無鐵芯線圈的內(nèi)緣，靠近或接觸所述冷卻器，所述冷卻器上設(shè)置有用于安裝所述無鐵芯線圈和聚熱包的聚熱包室。

如上所述的碟式雙氣隙外轉(zhuǎn)子無鐵芯電機，所述電機包括液冷系統(tǒng)，所述液冷系統(tǒng)包括水流通道、控制器、溫度傳感器、冷媒循環(huán)泵、冷媒循環(huán)管路和散熱器；所述冷媒循環(huán)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(fā)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(huán)泵和散熱器。

如上所述的碟式雙氣隙外轉(zhuǎn)子無鐵芯電機，所述碟形磁軛上均設(shè)置有若干與所述電機軸同軸的轉(zhuǎn)子導磁環(huán)，所述導磁環(huán)的徑向上設(shè)置有若干導磁條，所述轉(zhuǎn)子導磁環(huán)和導磁條形成若干網(wǎng)格，所述永磁體位于所述碟形磁軛的網(wǎng)格內(nèi)，且所述永磁體的磁極在同一徑向上相同在同一周向上交替分布；所述內(nèi)定子組件包括定子導磁環(huán)，所述無鐵芯線圈繞制在所述定子導磁環(huán)上，所述定子導磁環(huán)與所述與轉(zhuǎn)子導磁環(huán)的位置相對。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：本發(fā)明無鐵芯電機包括真空超導模塊，真空超導模塊包括繞制碟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(nèi)灌注有超導液，電機在工作時，線圈通過電流產(chǎn)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(chǎn)生的熱量可被迅速降溫，散熱效率高，本發(fā)明的散熱方式能夠滿足無鐵芯線圈的散熱需求。

本發(fā)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(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)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(yīng)用上，可以省去了齒輪箱結(jié)構(gòu)，完全實現(xiàn)直驅(qū)。本發(fā)明大大簡化了機械結(jié)構(gòu)，電機的效率提高到98%以上?？捎迷诤教?、船舶、潛艇、工業(yè)設(shè)備、新能源汽車、風力發(fā)電、溫差發(fā)電等領(lǐng)域。

結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明實施方式的詳細描述后，本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點將變得更加清楚。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實施例電機的剖視圖。

圖2為本發(fā)明具體實施例電機的分解圖。

圖3為本發(fā)明具體實施例無鐵芯線圈的示意圖。

圖4為本發(fā)明具體實施例永磁體與轉(zhuǎn)子導磁環(huán)的示意圖。

圖5為本發(fā)明具體實施例冷卻器的剖視圖。

圖6為本發(fā)明具體實施例水流通道內(nèi)的水流方向示意圖。

圖7為本發(fā)明具體實施例真空超導模塊部分的示意圖。

圖8為本發(fā)明具體實施例液冷系統(tǒng)的原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細地描述。

如圖1-3所示，本實施例提出了一種碟式雙氣隙外轉(zhuǎn)子無鐵芯電機，本實施例以電機為輪轂電機為例進行說明，電機包括內(nèi)定子組件和外轉(zhuǎn)子組件。所謂的外轉(zhuǎn)子，是指內(nèi)定子組件的電機軸是固定位置，整個內(nèi)定子組件處于固定位置，外轉(zhuǎn)子組件的殼體是可以轉(zhuǎn)動的，整個外轉(zhuǎn)子組件是可以轉(zhuǎn)動的。

外轉(zhuǎn)子組件包括殼體101、位于殼體101內(nèi)的至少一對碟形磁軛102和安裝于成對碟形磁軛相對面上的若干永磁體103。本實施例包括位于殼體101內(nèi)的4個碟形磁軛102，相鄰兩個碟形磁軛102形成一對，4個碟形磁軛102形成3對，每對碟形磁軛102的相對面上均安裝有若干永磁體103，且每對碟形磁軛102的相對面上永磁體103中，n極與s極相對，s極與n極相對。并且，同一磁軛102上的永磁體103的磁極在同一徑向上相同，即在同一徑向上均為n極或均為s極，在同一周向上n極和s極交替分布。

內(nèi)定子組件包括電機軸201和位于電機軸201上的至少一個碟形無鐵芯線圈202。碟形無鐵芯線圈202的個數(shù)與碟形磁軛102的對數(shù)相同，其中，碟形無鐵芯線圈202安裝于電機軸201上，一對磁軛102相對面的永磁體103之間設(shè)置有一個碟形無鐵芯線圈202。

一個碟形無鐵芯線圈202與兩個碟形磁軛102上的永磁體103相對，一個碟形無鐵芯線圈202與兩個碟形磁軛102和其上的永磁體103組成一組結(jié)構(gòu)的發(fā)電或電動模塊，一個電機可包括多組發(fā)電或電動模塊。

電機軸201與殼體101之間通過軸承3連接，電機軸201和殼體101之間通過軸承3實現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動。電機軸201和無鐵芯線圈202同步與殼體101發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，也即永磁體103與無鐵芯線圈202相對轉(zhuǎn)動時，無鐵芯線圈202做切割磁感線運動產(chǎn)生電流，此時，電機為發(fā)電機。當無鐵芯線圈202通電時，定子組件產(chǎn)生的電磁場與轉(zhuǎn)子組件的永磁體103發(fā)生相互作用力，驅(qū)動殼體101與電機軸201發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，此時，電機為電動機。電機包括旋轉(zhuǎn)變壓器9，旋轉(zhuǎn)變壓器9的轉(zhuǎn)軸固定連接在殼體101上，用于檢測轉(zhuǎn)子組件和定子組件相對應(yīng)的角度。

電機殼體101為金屬材質(zhì)，有屏蔽磁場的作用，防止磁場外漏。

本實施例的電機軸101安裝于汽車懸掛系統(tǒng)上，電機殼體201安裝于汽車輪轂上，輪轂上安裝有輪胎。電機包括剎車裝置和安裝連接板，電機通過安裝連接板安裝至汽車懸掛系統(tǒng)上。

為了實現(xiàn)電機的冷卻，本實施例的電機包括真空超導模塊，如圖7所示，真空超導模塊包括繞制碟形無鐵芯線圈的空心導線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(jié)構(gòu)，空心導線51的空心結(jié)構(gòu)和聚熱包52內(nèi)灌注有超導液。具體的，空心導線51的金屬芯體采用空心結(jié)構(gòu)，金屬芯體的空心結(jié)構(gòu)連接有聚熱包52，金屬芯體經(jīng)模具壓型，抽出真空，注入超導液后把聚熱口封好，再經(jīng)絕緣工藝處理形成絕緣層后纏繞至定子導磁環(huán)203上，然后澆鑄高分子材料，高分子材料優(yōu)選納米材料，聚熱包52位于碟形無鐵芯線圈202的內(nèi)緣。當電機在運行時，空心導線51有大電流通過時，產(chǎn)生的熱量就會瞬間膨脹反應(yīng)，熱量導給聚熱包52。

為了對真空超導模塊的熱量進行快速散熱，如圖1、2、5所示，本實施例包括用于對真空超導模塊進行冷卻的冷卻器。具體的，本實施例中，電機軸201包括中空腔體2011，電機包括位于中空腔體2011內(nèi)的冷卻器4，真空超導模塊的熱量通過電機軸201傳遞至冷卻器4。優(yōu)選的，冷卻器4為圓筒形，冷卻器4貼覆在電機軸201的內(nèi)壁上，也即，冷卻器4的外壁與電機軸201的內(nèi)壁接觸，在冷卻器4內(nèi)具有水流通道。冷卻器4上連接有與水流通道連通的進水管61和出水管62，進水管61和出水管62通過中空腔體2011引出，并與外部液冷系統(tǒng)連接。

優(yōu)選的，水流通道為s型。

本實施例的無鐵芯線圈202為圓環(huán)形，聚熱包52位于無鐵芯線圈202的內(nèi)緣，靠近或接觸電機軸201。在電機軸201上設(shè)置有用于安裝無鐵芯線圈202和聚熱包52的聚熱包室2012。

當然，冷卻器4也可為圓筒形，并套裝在電機軸201的外壁上，真空超導模塊的熱量直接傳遞至冷卻器4，聚熱包室2012安裝在冷卻器的外壁上，電機軸201具有中空腔體2011，電機軸201上具有通孔，冷卻器4的進水管61和出水管62通過通孔后從中空腔體2011中引出，此種方式的熱傳遞效率更高。

如圖8所示，本實施例的電機包括液冷系統(tǒng)，液冷系統(tǒng)包括位于冷卻器4內(nèi)的水流通道、控制器、溫度傳感器、冷媒循環(huán)泵，冷媒循環(huán)管路和散熱器；冷媒循環(huán)管路與進水管61和出水管62相接，冷媒循環(huán)泵和散熱器位于冷媒循環(huán)管路上。溫度傳感器用于檢測無鐵芯線圈的溫度并發(fā)送至控制器，控制器用于輸出控制信號至冷媒循環(huán)泵和散熱器。在溫度傳感器檢測無鐵芯線圈的溫度高于設(shè)定溫度時，控制器控制冷媒循環(huán)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(shè)定溫度時，說明無鐵芯線圈產(chǎn)生的熱量不多，此時，控制器控制冷媒循環(huán)泵和散熱器停止工作。優(yōu)選在冷媒循環(huán)管路上連接有用于儲藏冷媒的儲液罐。

為了提高電機效率，本實施例對永磁體103的安裝方式和無鐵芯線圈202的安裝方式進行了改進：

如圖1、2、4所示，碟形磁軛102呈碟形，采用高導磁金屬材料加工而成，碟形磁軛102的表面設(shè)置有多個轉(zhuǎn)子導磁環(huán)定位槽，在碟形磁軛102上設(shè)置有若干與殼體101同軸的轉(zhuǎn)子導磁環(huán)104，轉(zhuǎn)子導磁環(huán)104安裝于導磁環(huán)定位槽，轉(zhuǎn)子導磁環(huán)104的材質(zhì)為金屬。轉(zhuǎn)子導磁環(huán)104的徑向上設(shè)置有若干導磁條105，轉(zhuǎn)子導磁環(huán)104和導磁條105形成若干網(wǎng)格，永磁體103位于網(wǎng)格內(nèi)，且永磁體103的磁極在同一徑向上相同，即在同一徑向上均為n極或均為s極，在同一周向上n極和s極交替分布。

轉(zhuǎn)子導磁環(huán)104、導磁條105和永磁體103貼裝于磁軛102上，具體的，轉(zhuǎn)子導磁環(huán)104、導磁條105和永磁體103可通過高分子材料粘貼于磁軛102上，導磁條105壓裝在永磁體103和轉(zhuǎn)子導磁環(huán)104上，導磁條105通過螺釘固定在磁軛102上。轉(zhuǎn)子導磁環(huán)104、導磁條105和永磁體103的安裝方式為：先在磁軛102上安裝一圈永磁體103，再貼裝一個與永磁體103鄰接的轉(zhuǎn)子導磁環(huán)104，再安裝導磁條105，將永磁體103和轉(zhuǎn)子導磁環(huán)104壓裝在磁軛102上；再繼續(xù)貼裝永磁體103、轉(zhuǎn)子導磁環(huán)104、導磁條105，依次循環(huán)，安裝完成后，再用高分子材料澆鑄。

外轉(zhuǎn)子組件由磁軛102、轉(zhuǎn)子導磁環(huán)104、永磁體103、導磁條105和高分子材料組成。相鄰永磁體103之間被轉(zhuǎn)子導磁環(huán)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(zhuǎn)子導磁環(huán)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(zhuǎn)子導磁環(huán)104相隔，這樣，既能使n極和n極，s極和s極之間的排斥變?yōu)槲?，又能夠?qū)⑴懦獾拇艌鰧纾瑢С龊筇岣吡擞来朋w204軸向磁通量。相鄰的異性n極和s極之間，設(shè)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(zhuǎn)子導磁環(huán)104和導磁條105形成導磁網(wǎng)格。

本實施例外轉(zhuǎn)子組件由于采用導磁網(wǎng)格，使每對磁極的磁力線形成焦點，對準并穿透內(nèi)定子組件的導磁網(wǎng)格，使一對磁軛相對面上的永磁體n極和永磁體的s極形成磁回路，永磁體s極和永磁體n極形成磁回路，成為永磁體獨立的組合式導磁網(wǎng)結(jié)構(gòu)高導磁轉(zhuǎn)子。使每對磁極的磁通量比其他永磁電機的轉(zhuǎn)子磁通量提高很多，極大降低了材料成本。

轉(zhuǎn)子導磁環(huán)104采用金屬材質(zhì)，導磁條105采用合金材質(zhì)，永磁體103為稀土釹鐵硼、釤鈷永磁、鋁鎳鈷永磁體或鐵氧永磁體，永磁體103可以為長方體或長瓦形形狀或梯形。

如圖3所示，內(nèi)定子組件包括與磁軛上的轉(zhuǎn)子導磁環(huán)104對應(yīng)的定子導磁環(huán)203，定子導磁環(huán)203的數(shù)量與磁軛102的轉(zhuǎn)子導磁環(huán)104的數(shù)量相同，定子導磁環(huán)203的位置和磁軛102的轉(zhuǎn)子導磁環(huán)104的位置相對應(yīng)。定子導磁環(huán)203為非鐵合金材料。具體的，空心導線51繞制在定子導磁環(huán)203上并澆鑄高分子材料后形成無鐵芯線圈202。

內(nèi)定子組件是由真空超導空心導線51、定子導磁環(huán)203，高分子材料等組成。每個磁極由定子導磁環(huán)203、空心導線51相連形成，稱為導磁網(wǎng)格。外轉(zhuǎn)子組件的導磁網(wǎng)格的每格與內(nèi)定子組件導磁網(wǎng)格的每格具有準確的定位。外轉(zhuǎn)子組件的每組導磁網(wǎng)格的磁極n、s極之間與內(nèi)定子組件導磁網(wǎng)格在軸向上相對應(yīng)的s、n極的關(guān)系是很準確的。發(fā)電時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動與定子切割磁力線，定子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢輸出感應(yīng)電流。電動時，通過旋轉(zhuǎn)變壓器感應(yīng)到轉(zhuǎn)子導磁網(wǎng)格與定子導磁網(wǎng)格中的每對磁極的準確位置發(fā)給指令給電機控制器，從而控制轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

本實施例的導磁網(wǎng)格，進一步優(yōu)化了磁場結(jié)構(gòu)，用永磁體重量可大大減少，在同功率下與其他永磁體結(jié)構(gòu)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(zhì)材料，在定子組件上沒有永磁體103可以直接吸合的位置，只有雙轉(zhuǎn)子相對應(yīng)的n極和s極吸合，穿透夾在雙轉(zhuǎn)子中間的定子導磁網(wǎng)格，使通過定子上的導磁網(wǎng)格產(chǎn)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(fā)揮更大的做功效率。

當然，多個本實施例無鐵芯電機的電機軸依次連接，可形成組合式無鐵芯電機，可以提高輸出動力或者發(fā)電量。

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