CN102891575A - 无刷永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无刷永磁电机，包括壳体、定子、转子和电机轴，所述定子中设有绕组线圈构成电枢，所述转子包括永磁体和磁轭，其特征在于：所述永磁体固定在转子支架上，转子支架与电机轴固定连接，构成第一转子；所述磁轭与所述第一转子同轴设置，磁轭具有相对第一转子差速转动的自由度，构成磁轭转子。本发明将传统电机的转子部分分成数个转子，使电机转动惯量小，大大提升了电机的启动速度，实现快速制动，完全满足以电池为动力的车辆驱动要求同时采用无铁芯技术实现电机高效率。

Description

无刷永磁电机
技术领域
本发明涉及一种永磁电机，具体涉及一种无刷永磁电机，尤其涉及对无刷永磁电机转子结构的改进。
背景技术
无刷电机的绕组线圈设在定子上，永磁体位于转子上，依靠改变输入到无刷电机定子绕组线圈上的电流波交变频率和波形，在绕组线圈周围形成一个绕电机几何轴心旋转的磁场，这个磁场驱动转子上的永磁体转动，实现电机的输出。因此，无刷电机不使用机械的电刷装置，性能上比一般的直流电机有较大优势。但是，现有技术中的无刷电机，转子通常是将永磁体固定在磁轭上，永磁体和磁轭为一体结构。例如，中国发明专利申请CN101951047A公开了一种盘式永磁复合无刷电机，其中，永磁体沿圆周方向均匀嵌放在转子轭铁心（即磁轭）上。这种结构中的转子，存在转动惯量大，加速性能和制动性能差的缺点。
随着节能环保要求的提高，电动车辆作为一种低污染的运载工具，受到了普遍关注。而应用于电动车辆时，要求电机具备良好的加速性能和制动性能，以适应驾驶者的操作习惯。因此，如何提供一种结构简单、转动惯量小的高效无刷永磁电机是本发明所要解决的问题。
发明内容
本发明的发明目的是通过对无刷永磁电机结构的改进，提供一种结构简单、转动惯量小且能快速加速和制动的高效无刷永磁电机。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种无刷永磁电机，包括定子、转子和电机轴，所述定子中设有线圈，所述转子包括永磁体和磁轭，所述永磁体与电机轴固定连接，构成第一转子；所述磁轭与所述第一转子同轴设置，磁轭具有相对第一转子差速转动的自由度，构成磁轭转子。
上述技术方案中，永磁体可以是一个完整的圆盘，与电机轴相连；也可以是多片结构，经转子支架连接。电机可以设置壳体，定子与壳体固定连接；也可以不设置壳体，定子通过其它连接结构（例如安装架等）与外部安装对象固定。定子中的线圈可以是绕组线圈，构成电枢。 
上述技术方案中，将现有技术中固定在磁轭上的永磁体与磁轭分开，分别构成以永磁体为主的第一转子和由磁轭构成的磁轭转子（可以设置多个磁轭转子），并且，磁轭转子和第一转子间具有差速转动的自由度，即两者可以分别转动。由此，在电机启动时，永磁体受定子绕组线圈形成的磁场的作用力开始转动，此时，磁轭因惯性作用，相对于第一转子以较慢的速度启动，由此，减小了转子整体的启动时的转动惯量，使第一转子能够较快地启动；正常工作时，由于磁力的作用，磁轭与永磁体同步转动，形成同步旋转磁场，可以消除涡流，使电机在此时没有铁耗，实现电机的高效率；电机制动时，电机轴和永磁体构成的第一转子首先制动，而磁轭构成的磁轭转子继续惯性转动，并逐渐减速，使得电机轴能实现快速制动。
在具体实现时，可以采用盘式电机结构，轴向磁路，也可以采用笼式电机结构，径向磁路。
一种优选的技术方案是，所述转子支架为转子盘，所述永磁体为分布在转子盘一周的多个片状永磁体，片状永磁体周向均匀固定在转子盘上，永磁体的轴向表面分别与磁轭转子构成磁路。由此构成盘式电机结构。
上述技术方案中，所述片状永磁体按N极、S极依次绕电机轴排列。
进一步的技术方案，设有两组环状定子和两片磁轭，每片磁轭分别滑套在电机轴上，磁轭的中孔与电机轴间隙配合，按磁轭、环状定子、永磁体、环状定子、磁轭依次排列。
或者，设有一组环状定子和两片磁轭，每片磁轭分别滑套在电机轴上，磁轭的中孔与电机轴间隙配合，按磁轭、永磁体、环状定子、磁轭依次排列。
另一种选择，所述磁轭构成的磁轭转子与电机轴间经轴承连接。
或者，上述技术方案中，所述永磁体磁场径向布置，所述第一转子包括与壳体转动连接的电机轴、固定在电机轴上的一对转子固定架，固定在所述转子固定架之间的环状的永磁体；所述定子环绕在永磁体外周布置并与壳体固定；所述磁轭包括位于永磁体内侧的与转子固定架滑动连接的环状第一磁轭和位于定子外侧的与壳体滑动连接的环状的第二磁轭。
另一种技术方案是，所述永磁体磁场径向布置，所述第一转子包括电机轴、固定在电机轴上的一对转子固定架，固定在所述转子固定架之间的环状的永磁体；永磁体环绕布置在所述定子外周；所述磁轭包括环状的第一磁轭和环状的第二磁轭。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.本发明的无刷永磁电机，采用了无铁芯电机技术，实现电机高效率。
2.本发明创造性地采用了多转子技术，将传统电机的转子部分中的永磁体和磁轭分开构成多个转子，使电机在启动和制动时，转动惯量减小，大大提升了电机的启动速度，并能实现快速制动，完全满足以电池为动力的车辆驱动要求。
3.当电机正常工作时，永磁体转子和磁轭转子同步旋转，在磁轭部不会产生涡流，没有铁耗，轻易实现电机高效率。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图。
图2是实施例二的结构示意图。
图3是实施例一和二中永磁体布置的结构示意图。
图4是实施例三的结构示意图。
图5是实施例四的结构示意图。
其中：1、壳体；2、定子；3、永磁体；4、磁轭；5、电机轴。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见图1所示，一种无刷永磁电机，包括壳体1、定子2、转子和电机轴5，所述定子2中设有绕组线圈构成电枢，所述转子包括永磁体3和磁轭4，所述永磁体3固定在转子支架上，转子支架与电机轴5固定连接，构成第一转子；所述磁轭4与所述第一转子同轴设置，磁轭4具有相对第一转子差速转动的自由度，构成磁轭转子。
其中，第一转子和磁轭转子为圆盘结构，永磁体磁场轴向布置，定子为设置在第一转子的永磁体和磁轭转子的磁轭之间的环状定子，定子的外周与壳体固定，构成盘式电机结构。
参见图3所示，第一转子包括与电机轴一体结构的转子盘和分布在转子盘外周的多个片状永磁体，片状永磁体周向均匀固定在转子盘上；片状永磁体在同一侧面上按N极、S极依次绕电机轴排列。
本实施例中，设有两组环状定子和两片磁轭，每片磁轭分别滑套在电机轴上，磁轭的中孔与电机轴间隙配合，按磁轭、环状定子、永磁体、环状定子、磁轭依次排列。
实施例二：参见图2所示，一种无刷永磁电机，总体结构与实施例一类似，其中，设有一组环状定子2和两片磁轭4，每片磁轭分别滑套在电机轴上，磁轭的中孔与电机轴间隙配合，按磁轭、永磁体、环状定子、磁轭依次排列。
实施例三：参见图4所示，一种无刷永磁电机，包括壳体1、定子2、转子和电机轴5，所述定子2中设有绕组线圈构成电枢，所述转子包括永磁体3和磁轭4，所述永磁体3固定在转子支架上，转子支架与电机轴5固定连接，构成第一转子；所述磁轭4与所述第一转子同轴设置，磁轭4具有相对第一转子差速转动的自由度，构成磁轭转子。
本实施例中，永磁体3磁场径向布置，第一转子包括与壳体1转动连接的电机轴5、固定在电机轴5上的一对转子固定架（即转子支架，可以采用一对圆盘结构），固定在所述转子固定架之间的环状的永磁体3；所述定子2环绕在永磁体3外周布置并与壳体1固定；所述磁轭4包括位于永磁体3内侧的与转子固定架滑动连接的环状第一磁轭和位于定子2外侧的与壳体1滑动连接的环状的第二磁轭。
实施例四：参见附图5所示，一种无刷永磁电机，包括壳体1、定子2、转子，定子2中设有绕组线圈构成电枢，所述转子包括永磁体3和磁轭4，永磁体3固定在转子支架上，转子支架与电机轴5固定连接（或为一体结构），构成第一转子；所述磁轭4与所述第一转子同轴设置，磁轭具有相对第一转子差速转动的自由度，构成磁轭转子。
本实施例中，永磁体3磁场径向布置，所述定子2环绕在永磁体3内周布置并与壳体1固定，永磁体3构成环状转子，一侧直接兼作电机轴用以提供动力输出（电动机）或者输入（发电机）。

Claims (8)

1. 一种无刷永磁电机，包括定子(2)、转子和电机轴(5)，所述定子(2)中设有线圈，所述转子包括永磁体(3)和磁轭(4)，其特征在于：所述永磁体(3)与电机轴(5)固定连接，构成第一转子；所述磁轭(4)与所述第一转子同轴设置，磁轭(4)具有相对第一转子差速转动的自由度，构成磁轭转子。
2. 根据权利要求1所述的无刷永磁电机，其特征在于：所述永磁体(3)经转子支架与电机轴(5)固定连接。
3. 根据权利要求2所述的无刷永磁电机，其特征在于：所述转子支架为转子盘，所述永磁体为分布在转子盘外周的多个片状永磁体，片状永磁体周向均匀固定在转子盘上，永磁体的轴向表面分别与磁轭转子构成磁路。
4. 根据权利要求3所述的无刷永磁电机，其特征在于：设有两组环状定子和两片磁轭，每片磁轭分别滑套在电机轴上，磁轭的中孔与电机轴间隙配合，按磁轭、环状定子、永磁体、环状定子、磁轭依次排列。
5. 根据权利要求3所述的无刷永磁电机，其特征在于：设有一组环状定子和两片磁轭，每片磁轭分别滑套在电机轴上，磁轭的中孔与电机轴间隙配合，按磁轭、永磁体、环状定子、磁轭依次排列。
6. 根据权利要求1所述的无刷永磁电机，其特征在于：所述磁轭构成的磁轭转子与电机轴间经轴承连接。
7. 根据权利要求1所述的无刷永磁电机，其特征在于：设有壳体，所述永磁体磁场径向布置，所述第一转子包括与壳体转动连接的电机轴、固定在电机轴上的一对转子固定架，固定在所述转子固定架之间的环状的永磁体；所述定子环绕在永磁体外周布置并与壳体固定；所述磁轭包括位于永磁体内侧的与转子固定架滑动连接的环状第一磁轭和位于定子外侧的与壳体滑动连接的环状的第二磁轭。
8. 根据权利要求1所述的无刷永磁电机，其特征在于：所述永磁体磁场径向布置，所述第一转子包括电机轴、固定在电机轴上的一对转子固定架，固定在所述转子固定架之间的环状的永磁体；永磁体环绕布置在所述定子外周；所述磁轭包括环状的第一磁轭和环状的第二磁轭。
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