CN101917083B - 径向对极无刷无铁芯永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种径向对极无刷无铁芯永磁电机。传统的电机效率较低，转动惯量大。本发明包括前端电机外壳、后端电机外壳、外导磁环、内导磁环、永磁体、定子绕组、定子支架、电机轴和轴承。前端电机外壳和后端电机外壳对向拼接形成电机内腔。电机内腔设置有一对外导磁环、一对内导磁环、多个永磁体、定子绕组和定子支架；两对磁环的一个端面悬空，另一个端面与外壳固定；外导磁环与内导磁相对面上分别布置多个永磁体，支架板固定在电机轴上，支架筒位于内导磁环和外导磁环之间的居中位置，支架筒两端外圆周面上布置有定子绕组。本发明不存在磁滞损耗和电刷磨损，减少了电机的维护成本。

Description

径向对极无刷无铁芯永磁电机

技术领域

本发明属于电气制造技术领域，涉及一种径向对极无刷无铁芯永磁电机。

背景技术

当前电机大多采用有刷有铁芯结构，但此类电机存在较多的问题。这类电机主要由外壳、铁芯、电枢、电刷、换向器等构成，使得电机的铜损和铁损较大，电机的发热量过大，影响了电机的效率，同时电机的发热致使其可靠性下降。无铁芯直流永磁电机的电枢克服了有铁芯电机的一些缺点，但使用电刷换向，存在接触电阻以及摩擦损耗，导致电刷寿命有限，需要定期维护。一般的无刷永磁电机具有铁芯，但没有换向器，电机的控制器通过检测电机转子的位置来实现对电机绕组的换相。因此与有刷电机相比，具有结构可靠、无需维护、转速高和成本低等优点。虽然无刷电机克服了有刷电机的缺点，但是铁芯结构电机的转动惯量大，因而导致电机的快速响应能力差，电枢反应明显，过载能力差。同时电机具有涡流损耗，电机的效率较低，转动惯量大，力矩波动的以及响应慢等缺陷。随着无刷无铁芯盘式电机的出现，解决了电机效率低，发热量大的问题，这种电机的定子为盘式结构，当电机需要较大转矩时，电机的直径较大，导致电机的重量增加，从而使电机的启动电流与转动惯量增大。

发明内容

本发明的目的是要解决现有电机效率低，发热量大，转矩小，启动电流大和转动惯量大等问题，提出一种高效率的径向对极无刷无铁芯永磁电机。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

本发明包括前端电机外壳、后端电机外壳、外导磁环、内导磁环、永磁体、定子绕组、定子支架、电机轴和轴承。

前端电机外壳和后端电机外壳均为内凹的圆盘，前端电机外壳与后端电机相对扣接，扣接后形成的圆柱形空腔作为电机内腔；电机轴穿过前端电机外壳和后端电机外壳设置，并通过轴承与前端电机外壳、后端电机外壳连接。

电机内腔设置有一对外导磁环、一对内导磁环、多个永磁体、定子绕组和定子支架；一个内导磁环的一个环形端面与前端电机外壳内壁固定，另一个环形端面悬空；另一个内导磁环的一个环形端面与后端电机外壳固定，另一个环形端面悬空；外导磁环的内径大于内导磁环的外径。

每个内导磁环的外侧圆周面上均匀固定有多个方形永磁体，每个外导磁环的内侧圆周面上均匀固定有多个方形永磁体，所述永磁体N极与S极交替分布，内导磁环上的永磁体与外导磁环上的永磁体个数相同、位置相对，内导磁环与外导磁环上对应的永磁体极性相反，从而构成径向对极永磁体对。

定子支架与电机轴固定连接；所述的定子支架的纵截面为工字形，包括固定连接的支架板和支架筒，支架板设置在支架筒内，电机轴穿过支架板的中心设置。

支架筒位于内导磁环和外导磁环之间的居中位置，支架筒两端外圆周面上布置有定子绕组，定子绕组由三组线圈组成，每组线圈包括多个子线圈，子线圈的个数与永磁体对数相同，每组线圈的引出线均与电机控制器连接。

前端电机外壳、后端电机外壳、外导磁环、内导磁环、支架板、支架筒和电机轴为同轴设置。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：本发明采用径向对极永磁体对，形成径向磁场，与定子线圈保持一定的气隙，因而直径方向尺寸小，适合于直径方向安装尺寸较小的场合。同时本发明无铁芯和电刷，不存在磁滞损耗和电刷磨损，可以减少电机的维护。此外，该电机具有生产成本低、启动电流小、转矩大、转动惯量小以及效率高等优点，可适合于中、小型风力发电用高效率电机及动态性能要求高的伺服电机。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括前端电机外壳8、后端电机外壳1、外导磁环9、内导磁环3、永磁体2、定子绕组、定子支架、电机轴7和轴承6。

前端电机外壳和后端电机外壳为内凹的圆盘，前端电机外壳与后端电机相对扣接，扣接后形成的圆柱形空腔作为电机内腔。电机轴穿过前端电机外壳和后端电机外壳设置，并通过轴承与前端电机外壳、后端电机外壳连接。

电机内腔设置有一对外导磁环、一对内导磁环、23对永磁体、定子绕组和定子支架；一个内导磁环的一个环形端面与前端电机外壳内壁固定，另一个环形端面悬空；另一个内导磁环的一个环形端面与后端电机外壳固定，另一个环形端面悬空；外导磁环的内径大于内导磁环的外径。

每个内导磁环的外侧圆周面上均匀固定有23个永磁体，永磁体N极与S极交替分布；每个外导磁环的内侧圆周面上均匀固定有23个径向对极永磁体，永磁体N极与S极交替分布；内导磁环上的永磁体与对应的外导磁环的永磁体位置相对、极性相反，构成一对径向对极永磁体对。

定子支架与电机轴固定连接；定子支架的纵截面为工字形，包括固定连接的支架板4和支架筒5，支架板设置在支架筒内，电机轴穿过支架板的中心设置。

支架筒位于内导磁环和外导磁环之间的居中位置，支架筒两端外圆周面上布置有定子绕组，定子绕组由三组线圈组成，每组线圈包括23个子线圈。每组线圈的引出线均与电机控制器连接，通过电机控制器给定子线圈供电，形成旋转磁场，并作用于两侧的永磁体，从而带动定子支架旋转，输出功率。

本发明的工作过程为：用该电机的驱动器通过引线给定子绕组供电，使电机形成旋转磁场，该旋转磁场作用于内、外磁环上的永磁体，永磁体、内外磁环以及前端电机外壳、后端电机外壳转动，从而输出功率。

Claims (1)

1.径向对极无刷无铁芯永磁电机，包括前端电机外壳、后端电机外壳、外导磁环、内导磁环、永磁体、定子绕组、定子支架、电机轴和轴承，其特征在于：

前端电机外壳和后端电机外壳均为内凹的圆盘，前端电机外壳与后端电机外壳相对扣接，扣接后形成的圆柱形空腔作为电机内腔；电机轴穿过前端电机外壳和后端电机外壳设置，并通过轴承与前端电机外壳、后端电机外壳连接；

电机内腔设置有一对外导磁环、一对内导磁环、多个永磁体、定子绕组和定子支架；一个内导磁环的一个环形端面与前端电机外壳内壁固定，另一个环形端面悬空；另一个内导磁环的一个环形端面与后端电机外壳固定，另一个环形端面悬空；所述的外导磁环的内径大于内导磁环的外径；

每个内导磁环的外侧圆周面上均匀固定有多个方形永磁体，每个外导磁环的内侧圆周面上均匀固定有多个方形永磁体，所述永磁体N极与S极交替分布，内导磁环上的永磁体与外导磁环上的永磁体个数相同、位置相对，内导磁环与外导磁环上对应的永磁体极性相反，从而构成径向对极永磁体对；

定子支架与电机轴固定连接；所述的定子支架的纵截面为工字形，包括固定连接的支架板和支架筒，支架板设置在支架筒内，电机轴穿过支架板的中心设置；

支架筒位于内导磁环和外导磁环之间的居中位置，支架筒两端外圆周面上布置有定子绕组，定子绕组由三组线圈组成，每组线圈包括多个子线圈，子线圈的个数与永磁体对数相同，每组线圈的引出线均与电机控制器连接；

所述的前端电机外壳、后端电机外壳、外导磁环、内导磁环、支架板、支架筒和电机轴为同轴设置。

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