CN104659939A - 斜槽异型永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种斜槽异型永磁同步电机，包括定子、转子及磁体；所述转子上设置有磁体容置腔；所述转子侧表面对应每个磁体容置腔设置有与之相通的通槽。区别于常见结构永磁同步电机使用过程容易产生热堆积，本发明的有益效果在于：通过在转子上开设联通磁体容置腔的通槽，从而在转子上安装了磁体后不会封闭磁阻，解决了热堆积问题。类比寻常永磁同步电机在做到500N.M，100KW，3000RPM的情况下，采用本发明结构后的斜槽异型永磁同步电机可达到750N.M、100KW、3000RPM，可见该结构可有效提高电机的工作扭矩。

Description

斜槽异型永磁同步电机

技术领域

本发明涉及一种电机，尤其是指一种斜槽异型永磁同步电机。

背景技术

现有的电机种类较多，自此列举异步电机、开关磁阻电机、直流励磁电机和永磁同步电机四款常用的电机结合电动车应用环境介绍其各自利弊：

1、异步电机，其特性在于对各种地区或恶劣天气均可正常使用，成本低而且生产方便，但异步电机的工作效率太低，能耗较大，因此不易用于大动力电动车的应用环境。

2、开关磁阻电机，此类电机具备扭矩大、成本低的优势，但开关磁阻电机的控制器稳定性不好，容易出错而且噪音很大，此外开关磁阻电机工作过程中也存在振动较大，效率低等缺陷，因此其通常较合适作为轮鼓电机。

3、直流励磁电机，拥有转速高、但扭矩小，同样存在效率低的问题，因此比较适合高尔夫球车和观光车上等低速车辆使用，成本较低。

4、永磁同步电机，该类电机具备体积较小、效率比较高、扭矩相对较高的优点，为现有电动汽车的通常选择。但现有结果下的永磁同步电机存在工作时一旦产生温升后退磁较快的问题，退磁后还会由于滞磁带来的扭矩减半。因此此类电机若应用在电动汽车上，由于电动汽车会存在较长时间爬坡的应用环境，此时此类电机则会由于连续高负载工作而温度加高，扭矩下降，最终影响电动汽车的正常行驶。

而永磁同步电机工作会发热的根本原因在于：在一块导体外面绕上线圈，并让线圈通入交变电流，那么线圈就产生交变磁场，由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圆的闭合电路，闭合电路中的磁通量在不断发生改变，所以在导体的圆周方向会产生感应电动势和感应电流，电流的方向沿导体的圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，所以这种在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象，导体的外周越长，交变磁场的频率越高，涡 流越大，导体内部的涡流也会产生热量，如果导体的电阻率小，则涡流很强，产生的热量就很大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种耗能小、效率高、温升低、扭矩大、驱动容易的永磁同步电机。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种斜槽异型永磁同步电机，包括定子、转子及磁体；所述转子上设置有磁体容置腔；所述转子侧表面对应每个磁体容置腔设置有与之相通的通槽；

上述中，所述磁体由依次相接的底面及两侧面围绕而成；所述转子侧表面的通槽与磁体的两侧面连接位相对应，且当磁体放入磁体容置腔中后，其两侧面连接位对应伸至转子侧表面通槽中。

上述中，所述磁体的底面外凸呈弧形；底面与两侧面通过厚面相连。

上述中，所述厚面宽1-4mm。

上述中，所述定子内侧面平行设有多条斜槽。

上述中，所述定子内侧面的斜槽与竖直方向呈15度夹角。

上述中，所述转子上围绕其圆周设置有多个磁体容置腔；所述磁体一一对应设置于磁体容置腔中。

上述中，还包括前盖、后盖、防水套及外壳；所述定子外套接有防水套，防水套套接于外壳中，于外壳两端盖有前盖与后盖。

上述中，还包括主轴、轴承、旋变机构及盖体；所述主轴套接固定于转子上，其贯穿整个电机，于主轴前端套接有轴承，后端连接旋变机构；所述旋变机构包括信号座、旋变感应矽钢片及旋变线圈；旋变矽钢片连接于主轴上，旋变线圈与旋变矽钢片对应设置；所述盖体将旋变机构密封于电机另一端上。

区别于常见结构永磁同步电机使用过程容易产生热堆积，本发明的有益效果在于：通过在转子上开设联通磁体容置腔的通槽，从而在转子上安装了磁体后不会封闭磁阻，解决了热堆积问题。类比寻常永磁同步电机在做到500N.M，100KW，3000RPM的情况下，采用本发明结构后永磁同步电机可达到750N.M、 100KW、3000RPM，可见该结构可有效提高电机的工作扭矩。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1为本发明的整体结构爆炸示意图；

图2为本发明的转子立体结构示意图；

图3为本发明的转子截面示意图；

图4为本发明的磁体立体结构示意图；

图5为本发明的磁体截面示意图；

图6为本发明的定子立体结构示意图；

图7为本发明的定子中斜槽结构示意图。

1-主轴；2-前盖；3-轴承；4-转子；5-磁体；6-定子；7-防水套；8-外壳；9-后盖；10-信号座；11-旋变感应矽钢片；12-旋变线圈；13-盖体；41-通孔；42-磁体容置腔；43-通槽；51-侧面；52-底面；53-厚面；61-斜槽。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1以及图2，一种斜槽异型永磁同步电机，包括转子4、磁体5及定子6。于所述转子4上设置有磁体容置腔42；所述转子4侧表面对应每个磁体容置腔42设置有与之相通的通槽43。

区别于常见结构永磁同步电机使用过程容易产生热堆积，本发明的有益效果在于：通过在转子上开设联通磁体容置腔的通槽，从而在转子上安装了磁体后不会封闭磁阻，解决了热堆积问题。类比寻常永磁同步电机在做到500N.M，100KW，3000RPM的情况下，采用本发明结构后永磁同步电机可达到750N.M、100KW、3000RPM，可见该结构可有效提高电机的工作扭矩。

实施例1：

上述中，所述磁体5由依次相接的底面52及两侧面51围绕而成；所述转 子4侧表面对应每个磁体容置腔42设置的通槽43与磁体5的两侧面相连端相对应，且当磁体5放入磁体容置腔42中后，其两侧面51相连端对应伸至转子4侧表面通槽43。

本实施例中，采用近似三角形状的磁体除了可以增加磁面积，同时还增加了磁列线磁路折射点，可有效增加扭矩，使在同等的功率下和其它电机的平面状、瓦片状磁体而言相比产生更加大的扭矩。

实施例2：

上述中，所述磁体5的底面52外凸呈弧形；底面52与两侧面51通过厚面53相连。

通过大量实验发现，将磁体的底面增加弧度可有效解决电机过程中发热量大的问题，增加该弧形底面主要是可以减轻磁脉动，进而达到降低发热量的目的。本实施例中，进一步将磁体的底面优化成外凸的弧形，采用该形状可更好的确保效果，而且会更加耗能，因为磁场磁路不均衡，有强有弱，弧形设计为的就是磁场磁路均衡及上述效果。

实施例3：

上述中，经大量实验得到,将磁体的厚面53设计宽1-4mm效果最佳。

实施例4：

上述中，所述定子6内侧面平行设有多条斜槽61。斜槽61的多少取决于电机的绕线组设计，而斜槽61的大小及宽窄则取决于电机设计功率的大小对应调整即可。

实施例5：

经大量实验发现,当定子6内侧面的斜槽61与竖直方向呈15度夹角时效果最佳。

实施例6：

上述中，所述转子4上围绕其圆周设置有多个磁体容置腔42；所述磁体5一一对应设置于磁体容置腔42中。实际上，转子4的磁体容量腔可设置4、5、6、7、8、9、10、11、12个都可以，其个数主要是电动车需要的转速及扭矩而定，但当磁体容量腔越多扭矩越大，转速也就越低。因此最佳的是设置六个磁 体，可的达到电机最佳转速3600转/分，且扭矩也对应有保障。

实施例7：

上述中，还包括前盖2、后盖9、防水套7及外壳8；所述定子6外套接有防水套7，防水套7套接于外壳8中，于外壳8两端盖有前盖2与后盖9。电机采用本实施例结构后，可确保其在运转时良好的散热密封效果，电机结构也可不限于本实施例方式，而采用其它密封防水，防液态配件实现上述效果。

实施例8：

上述中，还包括主轴1、轴承3、旋变机构及盖体13。所述主轴1套接固定于转子4上，转子4贯穿整个电机，于主轴1前端套接有轴承3，后端连接旋变机构。所述旋变机构包括信号座10、旋变感应矽钢片11及旋变线圈12；旋变矽钢片11连接于主轴1上，旋变线圈12与旋变矽钢片11对应设置；所述盖体13将旋变机构密封于电机另一端上。本实施例中涉及的旋变机构，主体为旋转变压器(旋变)，是一种输出电压与转子转角保持一定函数关系的感应式微电机。它是一种将角位移转换为电信号的位移传感器，也是能进行坐标换算和函数运算的解算元件。

采用斜槽的永磁同步电机原理及有益效果如下：

1、在一块导体外面绕上线圈，并让线圈通入交变电流，那么线圈就产生交变磁场，由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圆的闭合电路，闭合电路中的磁通量在不断发成改变，所以在导体的圆周方向会产生感应电动势和感应电流，电流的方向沿导体的圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，所以这种在整块导体内部发生电磁感应而产生盛应电流的现象称为涡流现象，导体的外周越长，交变磁场的频率越高，涡流越大，导体内部的涡流也会产生热量，如果导体的电阻率小，则涡流很强，产生的热量就很大。

2、电磁感应作用在导体内部感应的电流又称为傅科电流、导体在磁场中运动，或者导体静止但有着随时间变化的磁场，或者两种情况同时出现，都可以造成磁力线与导体的相对切割，按照电磁感应定律，在导体中新产生感应电动势，从而驱动电流这样引起的电流在导体中的分布随着导体的表面形状和磁场的分布而不同，其路径往往有如水中物流，因此称为涡流。涡流在导体中要产 生热量，所消耗的能量来源与使导体运动的机械功，或者建立时变电磁场的能源。因此在电工设备中，为了防止涡流的产生或者减少涡流造成的能量损失，将铁心用互相绝缘的薄片或细丝叠成。并且采用电阻率效率高的技术，如硅钢片或铁粉压结的铁心，导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时，因涡流而导致能量损耗称为涡流损耗，涡流损耗的计算需根据导体中的电磁场方程式。结合上述因素进行，电动机线圈都绕在铁芯上，线圈中留过变化的电流，在铁芯中产生的涡流使铁芯发热，损耗了能量，因此我们队电机的定子线槽做了更改，采用特殊处理的硒钢片，以斜度15°方向绕线，称为斜槽定子，如附图斜槽定子。

3:如图中所示，图中是电动机定子的一个线圈在线圈通的时候中间会产生涡流，从而发热而损耗能量，在设计的斜槽定子中，我们把定子线圈斜度15°，更改转子结构(如图2-7)和永磁体特有的造形(如图2-7)安装在转子上，转动时能获得更大的扭矩和更高转速，因为在斜槽定子磁力线的作用下，能够降低磁阻阻力现象，使转子在运行的过程中更加平顺，在转速信号方面，电机用了旋变转速信号组成，是目前比较稳定的转速信号方法，转子中永磁极是可用多极的，当然极数越多扭矩越大，随之而来就是转数降低，但还是比市面流通的和以上所述的都要快30％，然而在特殊结构的永磁体结构中和斜槽定子的合力配合，加长了电动汽车的续航里程，实现了在同等功率的电动汽车电池包上，更加节能，环保。

综上所述，本发明提供的斜槽异型永磁电动机拥有以下优势：

1、能耗小指和市面上的电机比较，按市面上较好的永磁同步电机比较，实际应用证明相比节省20％。

2、效率高指在同等的功率相比，更加有效的转换为功能，应用证明相比提高10％。

3、温升低指在电能转换动能的温升采用了水冷散热系统，有效的控制温度的上升，降低了温度高带来的转换效率低等因素。

4、扭矩大，实现了大马拉小车的提速效果，避免了汽车在起步时带来较长时间的负载，更快的自行降低扭矩，提升效率。

5、振动小，电机采用矽钢片特殊处理，对结构方面进行较大的系统改造，降低驱动时带来的磁力振动，影响电机运行的效率，在制动滑行时，电机能量回馈加大，回收到电池包再度利用，更加节能环保。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种斜槽异型永磁同步电机，其特征在于：包括定子、转子及磁体；所述转子上设置有磁体容置腔；所述转子侧表面对应每个磁体容置腔设置有与之相通的通槽。

2.如权利要求1所述的斜槽异型永磁同步电机，其特征在于：所述磁体由依次相接的底面及两侧面围绕而成；所述转子侧表面的通槽与磁体的两侧面连接位相对应，且当磁体放入磁体容置腔中后，其两侧面连接位对应伸至转子侧表面通槽中。

3.如权利要求2所述的斜槽异型永磁同步电机，其特征在于：所述磁体的底面外凸呈弧形；底面与两侧面通过厚面相连。

4.如权利要求3所述的斜槽异型永磁同步电机，其特征在于：所述厚面宽1-4mm。

5.如权利要求1所述的斜槽异型永磁同步电机，其特征在于：所述定子内侧面平行设有多条斜槽。

6.如权利要求5所述的斜槽异型永磁同步电机，其特征在于：所述定子内侧面的斜槽与竖直方向呈15度夹角。

7.如权利要求5所述的斜槽异型永磁同步电机，其特征在于：所述转子上围绕其圆周设置有多个磁体容置腔；所述磁体一一对应设置于磁体容置腔中。

8.如权利要求5所述的斜槽异型永磁同步电机，其特征在于：还包括前盖、后盖、防水套及外壳；所述定子外套接有防水套，防水套套接于外壳中，于外壳两端盖有前盖与后盖。

9.如权利要求5所述的斜槽异型永磁同步电机，其特征在于：还包括主轴、轴承、旋变机构及盖体；所述主轴套接固定于转子上，其贯穿整个电机，于主轴前端套接有轴承，后端连接旋变机构；所述旋变机构包括信号座、旋变感应矽钢片及旋变线圈；旋变矽钢片连接于主轴上，旋变线圈与旋变矽钢片对应设置；所述盖体将旋变机构密封于电机另一端上。