一种多单元盘式电机的制作方法

本实用新型涉及盘式电机技术领域，特别是涉及一种多单元盘式电机。

背景技术：

盘式电机是一种轴向磁通电机，较径向磁通电机而言，具有功率密度高、轴向尺寸较短、外形呈扁平状等特征。目前，国内外组合式盘式电机产品大多限于双电机或多电机的轴系拼接，例如，将两个外壳结构独立、冷却水路独立的盘式电机的外壳相互固定的盘式电机转轴固定后共同输出转矩，从而拓展单盘式电机功率区间。目前，尚无批量生产的多定子盘和多转子盘轴向装配组成多单元盘式电机可供参考。

现有的盘式电机功率拓展是将几个盘式电机串联以实现大功率的输出，但简单的结构串接装配会削弱盘式电机轴向尺寸较短的优势，并且多电机轴向拼接会引起多定子盘和转子盘初始定位角度对多定子合成反电势和合成转矩的削弱，存在多个转子盘同轴度精度不高、动平衡难于满足高精度以及生产成本高等问题。并且将多个定子盘与转子盘装配组成一台多单元盘式电机，由于转子盘有永磁体磁场的存在，电机的多定子盘、多转子盘在装配时存在轴向力而相互影响，和简单的轴向拼装两台电机装配工艺相比存在很多难点，如存在多个转子盘和中间支撑轴承的安装顺序需综合考虑；多盘转子组件动平衡及总装需考虑转子盘的多次拆装；转子盘轴向厚度比较短，如何通过结构固定传递大转矩等问题。

为解决上述问题，实用新型cn103036325a提供了一种无铁芯的多盘式电机定子结构及安装方法，先将多个转子盘在转轴上固定安装后，采用多个分散无铁芯定子模块沿着圆周拼接，最终实现多定子盘、多转子盘盘式电机的安装。但该方式显然不适用于采用导磁材料制成的定子铁芯，并且定子绕组之间存在多个接线柱，造成电机电气性能下降，体积偏大，无铁芯定子绕组与电机外壳的固定较难解决，不适用于大扭矩和大功率输出等应用场合。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种多单元盘式电机，电机共用一个外壳实现结构固定，用一根转轴实现多转子盘的安装及拆卸结构，在实现功率拓展的同时，避免了多转子同轴度精度不高、动平衡难于满足高精度以及制造成本高等问题。独特的多阶梯轴和涨紧套转子盘安装结构，确保了多定子盘与多转子盘在装配时轴向位置精确定位，保证多个气隙均匀，多转子盘和转轴可以实现高定位精度拆装从而满足转子组件的动平衡和总装要求，并实现多个转子盘与转轴的大扭矩传递。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种多单元盘式电机，包括双定子端盖组件、第一定子端盖组件、第二定子端盖组件、转子组件和出线盒，位于中部的所述双定子端盖组件的两侧通过转轴分别装配有所述第一定子端盖组件和第二定子端盖组件，所述转子组件包括安装在所述转轴上的第一转子盘和第二转子盘，两个转子盘分别位于所述第一定子端盖组件和双定子端盖组件之间、所述双定子端盖组件与第二定子端盖组件之间；所述双定子端盖组件内设置有两个定子铁芯及三相绕组，所述第一定子端盖组件和第二定子端盖组件内分别设置有一个定子铁芯及三相绕组；所述四个端盖的外侧安装有所述出线盒。

优选的，所述转子组件中，所述转轴采用多阶梯轴，第一转子盘、第二轴承、第二转子盘和第三轴承依次从所述转轴的非驱动端套入所述转轴上，所述第一转子盘与转轴通过法兰盘装配，所述第二转子盘与转轴通过涨紧套装配，安装在所述转轴上的第一轴承位于所述法兰盘的外侧设置。

优选的，所述第一转子盘通过螺栓固定在所述转轴的法兰盘上，所述法兰盘上开有两个定位销孔，通过穿设于所述定位销孔中的定位销实现所述转轴与第一转子盘圆周方向初始角度的定位。

优选的，所述转轴上固定有轴锁紧环，所述轴锁紧环通过所述转轴的轴肩进行轴向定位，轴挡圈与所述轴锁紧环相抵，所述第二转子盘与所述轴挡圈相抵后通过所述涨紧套进行径向紧固。

优选地，所述转子结构有第一轴承、中间轴承和第二轴承支撑，其中中间轴承两侧安装两个转子盘，中间轴承是双列角接触轴承起到精确定位和承受双侧轴向力及径向支撑的作用，并且中间轴承结构使得中间双定子与转轴安装后成为电机的主支撑结构，后续第一和第二转子盘以及第一和第二定子得以顺序安装。

优选地，所述第一转子盘通过一组螺栓与转轴法兰盘紧固从而可以传递较大转矩，转轴上只能一侧有法兰盘，安装中间轴承后再安装第二转子盘。第二转子盘与转轴的安装采用涨套结构，轴锁紧环相当于转轴的第二法兰盘用于第二转子盘紧固从而可以传递较大转矩，而涨套结构既可以承受较大的转矩又可以方便第二转子盘的多次拆装。

优选的，所述转轴上与所述轴挡圈对应的位置开设有键槽，通过平键将所述轴挡圈与转轴固定和定位；所述轴挡圈上沿着所述键槽同一竖直平面开设有两个定位销孔，所述第二转子盘上设置有与前述两个定位销孔对应的销孔，定位销穿过两组定位销孔进行定位。

优选的，所述双定子端盖组件由两个结构相同的定子端盖组件背对背安装而成，该定子端盖组件包括定子端盖和环状端板，所述双定子端盖组件中的两个定子铁芯及三相绕组固定在各自的定子端盖内，所述定子端盖与环状端板装配形成迷宫水道；

相互背对放置的两个所述定子端盖通过沿端盖周向等距分布的螺钉紧固在一起。

优选的，所述双定子端盖组件中的两个定子端盖上，靠近驱动端的定子端盖圆心位置设置有轴承室，该轴承室用于放置中间轴承。

优选的，所述第一定子端盖组件包括定子端盖和环状端板，定子端盖与环状端板装配形成迷宫水道，并通过止口配合；所述第一定子端盖组件的定子端盖通过沿端盖周向等距分布的螺钉与所述双定子端盖组件一侧的定子端盖紧固在一起；所述第一定子端盖组件和第二定子端盖组件的结构相同，所述第二定子端盖组件的定子端盖通过沿端盖周向等距分布的螺钉与所述双定子端盖组件另一端的定子端盖紧固在一起。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

1)本实用新型中多定子盘与多转子盘轴向装配多单元盘式电机的结构，可以减小盘式电机组合轴向尺寸，进一步提高了电机的功率密度，电机更具轻量化；2)采用一根转轴安装多个转子盘结构设计，转子同轴度精度高，整体动平衡精度高，有利于电机具有更高功率密度，并且一根转轴相对于两根通过花键配合拼接装配的转轴可以显著降低加工成本；

3)涨套对转子盘的轴向及径向固定，涨套占用轴向尺寸短、径向装配尺寸小并且可反复拆卸，连接效果优于花键连接或者过盈连接；

4)采用定位销、轴挡圈、转轴键槽、平键实现多转子盘的磁场初定位，保证多定子盘多转子组成多单元盘式电机后其合成反电势和合成转矩最优；

5)多定子盘、带磁性的多转子盘的装配工艺设计，实现了带磁性的多转子盘的装配，有效防止装配时出现的盘与盘吸合、转轴存在摆动等问题，

6)通过法兰盘、涨套等实现同轴多转子盘的大扭矩传递，不额外占用转轴的轴向空间，有利于电机功率密度提升。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为多定子盘与多转子盘组合多单元盘式电机结构；

图2为中间双定子端盖组件；

图3为第一/第二定子端盖组件结构；

图4为转子组件结构；

图5为转子组件结构爆炸图；

图6为转子组件剖面图；

图7为安装第一转子盘的转轴与中间双定子端盖的装配图；

图8为中间双定子端盖组件与第一转子盘组件、转轴组装形成定转子组合装配方式一；

图9为中间双定子端盖组件与第一转子盘组件、转轴组装形成定转子组合装配方式二；

其中，1双定子端盖组件；101定子端盖；102定子铁芯及三相绕组；103环状端板；104迷宫水道；105螺钉；2第一定子端盖组件；201定子端盖；202定子铁芯及三相绕组；203环状端板；3第二定子端盖组件；301第一转子盘；302第二转子盘；303转轴；304第一轴承；305第二轴承；306第三轴承；307锁紧螺母；308轴止动片；309轴锁紧环；3010轴挡圈；3011涨紧套；3012定位销；3013定位销；3014平键；30301转子单侧法兰盘；4转子组件；5出线盒。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种多单元盘式电机，电机共用一个外壳结构，共用一个轴系结构，在实现功率拓展的同时，避免了多转子同轴度精度不高、动平衡难于满足高精度等问题。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-9所示，本实用新型提供一种多单元盘式电机，该盘式电机主要由四个定子铁芯盘及三相绕组、两个无轭部永磁转子盘组成，盘式电机的定子端盖组件采用模块化设计，包括中间双定子端盖组件1、第一定子端盖组件2、第二定子端盖组件3、转子组件4及出线盒5等部件组成。中间双定子端盖组件1放置中央，其两侧通过转轴303先后装配第一转子盘301和第二转子盘302，两个转子盘组件外侧分别安装第一定子端盖组件2、第二定子端盖组件3及出线盒5等，共同组成多单元盘式电机。

双定子端盖组件1由两个相同结构的定子端盖组件背靠背组成，包括定子端盖101、定子铁芯及三相绕组102、环状端板103等组成，双定子端盖组件1中的两个定子铁芯及三相绕组102与各自定子端盖101结构固定，定子端盖101与环状端板103装配形成迷宫水道104。两个定子端盖101背对背放置，通过内外两圈沿圆周等距分布的螺钉105将2个定子端盖紧固共同形成双定子端盖组件1。

为简化结构设计，双定子端盖组件1在的右定子端盖圆心位置设置轴承室，也就是说，中间双定子组件只内设一个轴承室，并安装一个中间轴承，第二轴承305安装于该轴承室中。

第一定子端盖组件2、第二定子端盖组件3设置为相同结构，下面以第一定子端盖组件2作结构说明，第一定子端盖组件2包括定子端盖201、定子铁芯及三相绕组202、环状端板203等组成，端盖背部设置迷宫水道，通过止口配合，可将定子端盖组件进行定位后，通过多个沿圆周等距分布的螺栓将第一定子端盖组件2、第二定子端盖组件3与双定子端盖组件1固定。

转子组件4主要由第一转子盘301、第二转子盘302、转轴303、第一轴承304、第二轴承305、第三轴承306、锁紧螺母307、轴止动片308、轴锁紧环309、涨紧套3011等组成；转轴303采用多阶梯轴单侧法兰盘方案，多阶梯轴主要是沿轴向形成多个轴承挡肩和转子挡肩从而可以使多个定转子盘轴向精确定位，两个转子盘组件和第二轴承305、第三轴承306都是从转轴303的非驱动端依次套入转轴303，使得多个转子盘与定子盘之间得以依次轴向装配，其中第一转子盘301与转轴303通过法兰盘30301装配，第二转子盘302与转轴303通过涨紧套3011装配，实现轴向锁紧及定位以及转矩的传递，涨紧套3011占用轴向尺寸短、径向装配尺寸小并且可反复拆卸，连接效果优于花键连接或者过盈连接。转子组件4采用一根转轴303装配两个转子盘组件，可提高多个转子盘组件装配时同轴度的配合精度，并且有利于提高转子组件的整体动平衡精度。

采用多个沿着圆周方向等距分布的螺栓将第一转子盘301固定在转轴303单侧的法兰盘30101上，为保证两个转子盘的磁极方向符合磁路需求，并且防止安装时两个转子盘错位，安装第一转子盘301的法兰盘30101开有两个定位销孔，通过定位销3013实现转轴303与第一转子盘301圆周方向初始角度的定位。

第二转子盘302的安装时，采用轴挡圈3010、平键3014、涨紧套3011、轴锁紧环309、定位销3012配合第二转子盘302与转轴303的安装；具体实施方式为：采用轴锁紧环309固定在转轴303上，借用转轴303的转子挡肩实现轴向定位，轴挡圈3010与轴锁紧环309相抵，涨紧套3011实现第二转子盘302与轴挡圈3010相抵后再将二者径向紧固，从而完成第二转子盘302与转轴303的固定。进一步地，在安装第二转子盘302的轴挡圈3010位置开设有转轴键槽，通过平键3014实现轴挡圈3010在转轴303上的固定和定位，防止轴挡圈3010沿转轴303转动；轴挡圈3010沿着转轴303上的键槽同一竖直平面上开设两个定位销孔；同样，在第二转子盘302上设置相对应的定位销孔，通过定位销保证第二转子盘302与转轴303的安装初始定位及拆装后的一致性等，从而保证两个转子盘组件的永磁体与转轴定位角度一致。

本实用新型中的多单元盘式电机的装配方式一如下：

由于转子盘在装配前需完成永磁体充磁，充磁后的永磁体具备磁性，因此装配时必须注意定位和轴向锁紧与防止转子盘滑动。装配时，遵循以下工艺流程：

转轴303上法兰盘30301与第一转子盘301采用定位销3013定位——第一转子盘301与转轴303的法兰盘30301用螺栓装配——转轴303与第二轴承305装配——双定子端盖组件1与转轴303装配——轴锁紧环309与转轴303装配——轴挡圈310与转轴303装配——第二转子盘302由轴挡圈310轴向定位后通过涨紧套3011与转轴303抱紧固定——第一轴承304与转轴303装配——第一端盖定子组件3装配第一轴承304——第三轴承306与转轴303装配——第二端盖定子组件2安装——出线盒5装配第三轴承306；

如上述流程，装配时，首先第一转子盘301与转轴303的法兰盘30301用螺栓固定装配，其次第二轴承305装配转轴303，再次中间双定子端盖组件1与转轴303上的第二轴承305装配，再次第二转子盘302通过涨紧套3011与转轴303安装，再次转轴303两端分别安装第一轴承304和第三轴承306，再次两个转子盘组件外侧分别放置第一定子端盖组件3、第二定子端盖组件2，最后安装出线盒5等，上述装配方法解决了多个端盖定子组件和两个转子盘组件与转轴在电机总装时装配及拆卸困难、轴向定位精度和多盘的定位角度相同等问题；

第一转子盘301、转轴303、第二轴承305与中间双定子端盖组件1形成定转子组合装配体，具有单轴承支撑定转子功能和转轴轴向限位功能，轴承可承载双侧轴向力。轴承的内外圈由结构件双侧固定，避免转轴303、轴承和中间双定子端盖组件1由于双侧装配两个转子盘组件时轴向电磁力产生轴向位移，可以精确控制电机双侧气隙值。

本实用新型中的多单元盘式电机的装配方式二如下：

考虑到第二轴承305对于定子与转子的支撑属于悬臂结构，按照装配方式一安装第二转子盘302时，第二转子盘302与第二端盖定子组件2的吸力较大，装配过程中转轴303存在摆动问题。建议先安装第一定子端盖组件3，因为第一定子端盖组件3装配时是和双定子端盖组件1的端盖外壳顶丝定位和安装的，不会涉及到转子与转轴303的安装。安装好后，由两个轴承支撑转轴303，转轴303的支撑强度比较好，再安装第二转子盘302时，就不存在转轴303摆动问题。因此，装配时也可遵循以下工艺流程：

转轴303上法兰盘30301与第一转子盘301定位销3013定位——第一转子盘301与转轴303的法兰盘30301用螺栓固定装配——转轴303与第二轴承305装配——双定子端盖组件1与转轴303装配——轴锁紧环309与转轴303装配——轴挡圈310装配——第一轴承304装配——第一定子端盖组件3装配——第二转子盘302通过涨紧套3011与转轴303安装——第三轴承306装配——第二定子端盖组件2安装——出线盒5安装。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。