CN101588119B - 一种爪极式定子的聚磁式横向磁场电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于永磁电机领域，一种爪极式定子的聚磁式横向磁场电机，包括，定子固定轴，电机转轴，电机的外壳及电机转轴通过轴承连接在定子固定轴上，固定轴上设置有定子支架，定子支架上连接有定子铁心，定子铁心上设置有孔，沿周向均布，定子爪齿安装在定子铁心上，定子绕组设置在爪齿中间；转子结构设置在外壳的内腔里，转子铁心开有径向孔和周向孔，径向永磁体设置在转子铁心的径向孔中，周向永磁体设置在转子铁心周向方形孔中，在定子与转子铁心之间存在一条气隙，所述电机各相m之间定子齿互差1/m个极距。本发明转子采用三面聚磁结构，电机结构简单，易于制造和减小铁心损耗，同时提高气隙磁通密度。

Description

一种爪极式定子的聚磁式横向磁场电机 

技术领域

本发明属于永磁电机领域，特别涉及聚磁式转子的外转子横向磁场永磁电机。 

背景技术

现有的横向磁场永磁电机定子主要采用U形、C形和E形。U形定子结构的转子分为平板式和聚磁式两种：采用平板式结构简单，但气隙磁密度较低，性能较差；采用聚磁式结构气隙磁密度较高，性能较优，但定子结构一般采用内、外双定子结构形式，结构比较复杂，增加了制造成本和难度。C形和E形定子结构的转子一般采用聚磁式结构：C形采用三维定子铁心结构，或者转子采用径向倾斜的方式；E形定子过渡铁心需要采用特殊的结构形式进行固定，它们的结构都比较复杂，减弱了电机的机械强度，增加了制造成本。 

发明内容

针对现有技术中的横向磁场永磁电机的聚磁式结构气隙磁密度较高，性能优，但定子结构比较复杂，减弱了电机的机械强度的技术问题，本发明提出如下技术方案： 

一种爪极式定子的聚磁式横向磁场电机，包括，在电机支架上固定有定子固定轴，电机的外壳上设置有电机转轴，电机的外壳及电机转轴通过内轴承和一侧的外轴承连接在定子固定轴上，定子固定轴上设置有定子支架，定子支架上连接有定子过渡铁心，所述定子过渡铁 心在指向定子过渡铁心中心的方向上设置有方形孔，方形孔沿周向均布，定子爪齿相对交错安装在定子过渡铁心上，定子绕组设置在各相相对设置的爪齿与爪齿中间；转子结构设置在外壳的内腔里，转子铁心沿圆周方向开有装配永磁体的周向孔，径向永磁体沿周向孔设置在转子铁心的径向孔中，周向永磁体设置在转子铁心的周向孔中，在定子上设置的爪齿与转子铁心之间存在一条气隙，所述电机各相之间定子齿互差1/m个极距。 

所述的定子过渡铁心由硅钢片叠成，叠制方向为电机的轴向；设置在定子过渡铁心上的周向孔的个数等于电机极数。 

所述的定子绕组为环形的线圈结构。 

所述的转子铁心沿圆周方向均匀开有安装径向永磁体和周向永磁体的孔。所述转子结构中的径向永磁体和周向永磁体及另一侧的径向永磁体构成三面聚磁磁极结构。 

所述的定子爪齿为爪形硅钢片叠制而成，其叠制方向为旋转的圆周方向。所述的定子过渡铁心上设置的相对交错安装的爪齿在轴向叠加系数为1/3。 

所述电机三相之间在外壳上的转子磁极沿轴向对齐；所述的三相定子沿周向各相之间定子齿互差1/3个极距。 

本发明的优点在于定子齿采用爪形叠片结构，定子过渡铁心也采用叠片结构，转子铁心采用叠片结构，转子采用三面聚磁结构，电机结构简单，易于制造和减小铁心损耗，同时提高气隙磁通密度，采用外转子形式在一定空间的限制下尽量增大了转子半径，易于实现电机的低速大转矩性能。整个电机从易于制造、提高气隙磁密度而改善电 机性能到实现低速大转矩的目的等方面具有较高的优势。 

附图说明

图1为本发明的轴向结构示意图。 

图2为本发明的定子爪齿结构示意图。 

图3为本发明的定子过渡铁心结构示意图。 

图4为本发明的转子铁心结构示意图。 

图5为本发明的定子结构示意图。 

图6为本发明的转子结构示意图。 

图7为本发明的转子未安装永磁体局部结构放大示意图。 

图8为本发明的转子安装了永磁体局部结构放大示意图。 

图9为本发明的三相二十四对极定子与转子结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明予以说明。 

图1为电机的轴向结构示意图。在转子外壳1上设置有电机转轴4，在电机支架6上固定有定子固定轴5，固定轴5上设置有3组定子支架7，每组定子支架7设置有环形的定子过渡铁心8，定子过渡铁心8由硅钢片叠成，叠置方向为电机的轴向，定子过渡铁心8外部边缘与里面边缘之间部分是设计成由V形薄层19相连，使得每个定子环形硅钢片成为一体，利于电机定子加工和定子结构的紧凑稳固，见图3，在环形的定子过渡铁心8上相向交错设置有定子爪齿9、15，定子爪齿9、15为爪形硅钢片叠置而成，见图2；环形定子绕组14为环形线圈结构，安装在定子过渡铁心8上设置的爪齿9、15中间的位置中间。 

转子结构设置在外壳1的内腔里，在转子外壳1内设置有3组转子铁心11，在每一组转子铁心11上设置有一组沿转子外壳圆周方向设置的周向永磁体12，在转子铁心11上设置有一组径向永磁体17，见图6，径向永磁体17和周向永磁体12沿转子铁心11圆周方向均匀分布，个数分别等于电机极数，在定子支架7上设置的爪齿9、15与转子铁心11之间存在一条气隙16。 

环形定子过渡铁心8上开有方形孔10，方形孔10沿园周方向均布，方形孔10个数等于电机极数，见图3。图4所示为电机的转子铁心结构示意图，用于安装定子爪齿9、15，定子爪齿9、15相对交错沿周向均匀安装在过渡铁心上；连接方法为焊接。每相的整个定子部分铆接固定于定子支架7，各相与定子固定轴5成为一体；爪齿9、15在轴向叠加系数为1/3，这样可以消除电机的自定位转矩；径向永磁体17沿周向均匀装配在转子铁心11的径向孔23中，见图7，其极化方向沿周向，并且极性相互交错，使转子永磁体之间形成交互的N、S极；由于周向永磁体12沿周向均匀装配在转子铁心11的周向孔24中，见图7，其极化方向为径向，并且相互交错，极性和相应的转子N、S极性相对，装配时周向和径向的位置由转子铁心11上的径向孔23和周向孔24定位，轴向与转子铁心11两边端面对齐，所述转子结构中的径向永磁体17和周向永磁体12及另一侧的径向永磁体17构成三面聚磁磁极结构，三个永磁体共同在一个转子极上聚磁，转子铁心11径向外侧部分为周向永磁体12提供磁路；转子外壳1通过内轴承2和外轴承13与定子固定轴5呈可以转动的相连，外轴承3将电机支架6与转轴4实现可以转动的连接，整个电机形成一 个外转子结构。 

图5所示为电机的定子结构示意图。爪齿9、15相对交错安装在定子过渡铁心8上，装配时可以先安装一边的所有的爪齿9，再安装环形定子绕组14，然后再安装另一边的所有的爪齿15，安装过程简单，尺寸容易保证，保证了安装精度；为了消除定子过渡铁心上的环形涡流，可以在环形定子过渡铁心上沿径向开1到2个宽1mm的槽，起到绝缘的作用。 

图6所示为电机的转子结构示意图，周向永磁体12与相邻的两个径向永磁体17构成三面聚磁磁极结构，他们分别安装在转子铁心的周向孔24和径向孔23中。 

图7-图8所示为电机的转子铁心局部放大示意图，图7为未安装永磁体时的局部放大图，图8为安装了永磁体的局部放大图，径向孔23和周向孔24呈现不规则的方形，或是梯形图形，径向孔23径向外侧和两侧的周向孔24端部之间形成一个Λ形薄层18，Λ形薄层18将转子铁心11外部和内部边缘之间连接起来；安装周向永磁体12和径向永磁体17后，周向孔24和径向孔23端部的通孔可以消弱径向永磁体17和周向永磁体12之间的漏磁，转子铁心11外部和内部边缘之间由Λ形薄层相连是为了使得每个转子环形硅钢片成为一体，增强了环形硅钢片的刚度和转子结构的紧凑稳固。 

图9所示为本发明电机的三相二十四对极定子与转子结构示意图。所述的电机相数m为3相，三相转子用螺栓固定在转子外壳1上，所述电机三相之间在外壳1上的转子磁极沿轴向对齐；三相定子20、21、22沿周向各相之间定子齿互差1/3个极距，较好地的消除电 机的自定位转矩。 

本发明设计的爪极式定子和聚磁式转子的外转子横向磁场电机，所述电机各相之间相互独立，没有磁路耦合，其相数为m，m可以根据输出转矩的需要增加，m最小值为2，最大值为7。 

所述电机各相之间定子齿互差1/m个极距。 

本发明目的是解决现有的聚磁式横向磁场永磁电机中，定子结构较为复杂及气隙磁密度较低的问题，采用三面聚磁形式的转子结构，进一步增加了气隙磁通密度。外转子形式，增大了转子半径，实现电机的低速大转矩性能。本横向磁场电机的定子爪齿、定子过渡铁心和转子铁心都是二维结构形式，电机结构简单，简化了工艺，减小了铁心损耗，同时提高了电机的性能。 

Claims (10)

1.一种爪极式定子的聚磁式横向磁场电机，包括，在电机支架(6)上固定有定子固定轴(5)，电机的外壳(1)上设置有电机转轴(4)，电机的外壳(1)及电机转轴(4)通过轴承(2、13)连接在定子固定轴(5)上，其特征在于：定子固定轴(5)上设置有定子支架(7)，定子支架(7)上连接有定子过渡铁心(8)，所述定子过渡铁心在指向定子过渡铁心(8)中心的方向上设置有方形孔(10)，方形孔(10)沿周向均布，定子爪齿(9)相对交错安装在定子过渡铁心(8)上，定子绕组(14)设置在各相相对设置的爪齿(9)与爪齿(15)中间；转子结构设置在外壳(1)的内腔里，转子铁心(11)沿圆周方向开有装配永磁体的径向孔(23)和周向孔(24)，径向永磁体(17)设置在转子铁心(11)的径向孔(23)中，周向永磁体(12)设置在转子铁心(11)周向孔(24)中，在定子过渡铁心(8)上设置的爪齿(9、15)与转子铁心(11)之间存在一条气隙(16)，所述电机各相m之间定子齿互差1/m个极距。

2.根据权利要求1所述的爪极式定子的聚磁式横向磁场电机，其特征在于：所述的定子过渡铁心(8)由硅钢片叠成，叠置方向为电机的轴向。

3.根据权利要求1所述的爪极式定子的聚磁式横向磁场电机，其特征在于：设置在定子过渡铁心(8)上的方形孔(10)的个数等于电机极数。 

4.根据权利要求1所述的爪极式定子的聚磁式横向磁场电机，其特征在于：所述的定子爪齿(9)为爪形硅钢片叠置而成，其叠置方向为旋转的圆周方向。

5.根据权利要求1所述的爪极式定子的聚磁式横向磁场电机，其特征在于：所述的定子绕组(14)为环形的线圈结构。

6.根据权利要求1所述的爪极式定子的聚磁式横向磁场电机，其特征在于：所述的转子铁心(11)沿圆周方向均匀开有安装径向永磁体(17)的径向孔(23)，转子铁心(11)沿圆周方向均匀开有安装周向永磁体(12)的周向孔(24)。

7.根据权利要求1所述的爪极式定子的聚磁式横向磁场电机，其特征在于：所述转子结构中的周向永磁体(12)与相邻的两个径向永磁体(17)构成三面聚磁磁极结构。

8.根据权利要求1所述的爪极式定子的聚磁式横向磁场电机，其特征在于：所述电机各相m之间在外壳(1)上的转子磁极沿轴向对齐。

9.根据权利要求1所述的爪极式定子的聚磁式横向磁场电机，其特征在于：所述的定子过渡铁心(8)上设置的爪齿(9、15)在轴向叠加系数为1/3。

10.根据权利要求1所述的爪极式定子的聚磁式横向磁场电机，其特征在于：所述的电机相数m为3相，三相定子（20、21、22）沿周向各相之间定子齿互差1/3个极距。 

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