CN104734446A - 一种内置式永磁同步电机 - Google Patents

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    • H02K21/025—Means for mechanical adjustment of the excitation flux by modifying the relative position between field and armature, e.g. between rotor and stator by varying the thickness of the air gap between field and armature
    • H02K21/026—Axial air gap machines

Abstract

本发明公开了一种内置式永磁同步电机，包括定子与转子，定子内圈与所述转子外圈间留有气隙，定子包括定子铁芯与绕组，定子铁芯的齿部相对气隙的一侧为直线形或互不同心的弧形结构，转子的外圈为圆形结构，且该齿部与转子外圈间为非等距的气隙空间。该电机结构无需对转子的外圈进行多段设计，转子的外圈可为传统的圆形结构，即可使得电机定子内圈到转子外圈间为非等距，从而构成不均匀气隙，可有效优化电机性能，明显改善电机的反电势波形、有效削弱齿槽转矩，抑制电机的噪声、振动。设计简单，操作方便，容易实施。

Description

一种内置式永磁同步电机
技术领域
本发明属于电机结构的设计技术领域，具体涉及一种内置式永磁同步电机。
背景技术
电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，其主要作用是产生驱动转矩，作为电器或各种机械的动力源。
电机按其结构和工作原理可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机，同步电动机通常又包括永磁同步电动机、磁阻同步电动机以及磁滞同步电动机。
目前，电机的能效指标日益受到政府和市场的重视，在白色家电领域亦如此。滚筒洗衣机中常用的串激电机、变频感应电机、直驱永磁无刷电机很难在效率上进一步突破，因此皮带轮驱动永磁同步电机在效率以及价格上的优势就显得尤为突出。
永磁同步电机按照其转子结构形式可分为磁钢表贴式与内置式，内置式永磁同步电机的结构强度高，凸极比大，易于弱磁扩速，同时弱磁运行效率高，尤其适用于洗衣机这种低速与超高速交替运行的应用场合。永磁同步电机反电势波形的正弦度是电磁设计的重要指标，因为反电势谐波会影响电机的运行效率，产生噪声、振动。
传统内置式永磁同步电机定子齿部面向气隙的部分为同心圆弧边，通过将转子的外轮廓做成多段线，使得定子齿部距转子的外圈距离不等(如图3所示)，从而构成不均匀气隙来优化反电势波形，但将转子外轮廓进行多段线设计难度大，且在每极每相槽数q＝1/2的极槽配合中应用效果不理想，难以优化电机性能及消弱电机噪声及振动。
因此，鉴于以上问题，有必要提出一种新型的永磁同步电机结构，无需对转子的外圈进行多段设计，仅对定子齿部结构进行合理化的调整，使得电机定子内圈到转子外圈间为非等距，从而构成不均匀气隙，可有效优化电机性能，明显改善电机的反电势波形、有效削弱齿槽转矩，抑制电机的噪声、振动。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种内置式永磁同步电机，通过将定子铁芯的齿部相对气隙的一侧设计为直线形或互不同心的弧形结构，无需对转子的外圈进行多段设计，转子的外圈可为传统的圆形结构，即可使得电机定子内圈到转子外圈间为非等距，从而构成不均匀气隙，可有效优化电机性能，明显改善电机的反电势波形、有效削弱齿槽转矩，抑制电机的噪声、振动。
根据本发明的目的提出的一种内置式永磁同步电机，包括定子与转子，所述定子内圈与所述转子外圈间留有气隙，所述定子包括定子铁芯与绕组，所述定子铁芯的齿部相对气隙的一侧为直线形或互不同心的弧形结构，所述转子的外圈为圆形结构，且该齿部与转子外圈间为非等距的气隙空间。
优选的，所有定子铁芯的齿部形状均相同。
优选的，所述定子铁芯的齿部相对气隙的一侧成型有一个或多个弧形凹槽，且所述弧形凹槽的边沿及底部到所述转子外圈的距离均不相等。
优选的，所述定子与转子的极槽配合为12槽8极、9槽6极、或6槽4极，且每极每相槽数q＝1/2。
优选的，所述绕组为铝线绕组或铜线绕组。
优选的，所述转子的永磁材料为铁氧体或钕铁硼。
优选的，所述转子的外径为10-82mm。
优选的，所述转子的外径为69mm。
与现有技术相比，本发明公开的内置式永磁同步电机的优点是：
通过将定子铁芯的齿部相对气隙的一侧设计为直线形或互不同心的弧形结构，无需对转子的外圈进行多段设计，转子的外圈可为传统的圆形结构，即可使得电机定子内圈到转子外圈间为非等距，从而构成不均匀气隙，可有效优化电机性能，明显改善电机的反电势波形、有效削弱齿槽转矩，抑制电机的噪声、振动。
现有技术在进行转子外轮廓的多段线设计时需反复尝试，并无成熟的理论指导，操作复杂。且在每极每相槽数q＝1/2的极槽配合下削弱谐波的效果不甚理想，本发明中转子外圈可为正圆，仅调节定子齿部形状即可，相较现有技术设计简单，操作方便，容易实施。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，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为本发明一实施例的结构示意图。
图2为图1中A处的放大示意图。
图3为现有技术一内置式永磁同步电机的局部结构示意图。
图4为定子齿部分别为同心圆弧边与直边的反电势波形对比图。
图5为定子齿部分别为同心圆弧边与直边的谐波对比图。
图6为定子齿部分别为同心圆弧边与直边的齿槽转矩对比图。
图中的数字或字母所代表的相应部件的名称：
1、定子 2、转子 11、定子铁芯 12、绕组。
具体实施方式
传统内置式永磁同步电机定子齿部面向气隙的部分为同心圆弧边，通过将转子的外轮廓做成多段线，使得定子齿部距转子的外圈距离不等，从而构成不均匀气隙来优化反电势波形，但将转子外轮廓进行多段线设计难度大，且在每极每相槽数q＝1/2的极槽配合中应用效果不理想，难以优化电机性能及消弱电机噪声及振动。
本发明针对现有技术中的不足，提供了一种内置式永磁同步电机，通过将定子铁芯的齿部相对气隙的一侧设计为直线形或互不同心的弧形结构，无需对转子的外圈进行多段设计，转子的外圈可为传统的圆形结构，即可使得电机定子内圈到转子外圈间为非等距，从而构成不均匀气隙，可有效优化电机性能，明显改善电机的反电势波形、有效削弱齿槽转矩，抑制电机的噪声、振动。
根据本发明的目的提出的一种内置式永磁同步电机，包括定子与转子，所述定子内圈与所述转子外圈间留有气隙，所述定子包括定子铁芯与绕组，所述定子铁芯的齿部相对气隙的一侧为直线形或互不同心的弧形结构，所述转子的外圈为圆形结构，且该齿部与转子外圈间为非等距的气隙空间。
优选的，所有定子铁芯的齿部形状均相同。
优选的，所述定子铁芯的齿部相对气隙的一侧成型有一个或多个弧形凹槽，且所述弧形凹槽的边沿及底部到所述转子外圈的距离均不相等。
优选的，所述定子与转子的极槽配合为12槽8极、9槽6极、或6槽4极，且每极每相槽数q＝1/2。
优选的，所述绕组为铝线绕组或铜线绕组。
优选的，所述转子的永磁材料为铁氧体或钕铁硼。
优选的，所述转子的外径为10-82mm。
优选的，所述转子的外径为69mm。
下面将通过具体实施方式对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请一并参见图1与图2，如图所示，一种内置式永磁同步电机，包括定子1与转子2，定子1内圈与转子2外圈间留有气隙，定子1包括定子铁芯11与绕组12，定子铁芯11的齿部相对气隙的一侧为直线形结构，转子2的外圈为正圆形结构，且该齿部与转子外圈间为非等距的气隙空间。从而构成不均匀气隙，可有效优化电机性能，明显改善电机的反电势波形、有效削弱齿槽转矩，抑制电机的噪声、振动。
相对应的，如图3所示，其中定子齿部面向气隙的部分为同心圆弧边，转子外轮廓为多段线，构成不均匀气隙。但是现有技术在进行转子外轮廓的多段线设计时需反复尝试，并无成熟的理论指导，且在每极每相槽数q＝1/2的极槽配合下削弱谐波的效果不甚理想。而本发明相较现有技术设计简单，操作方便，容易实施。
实施例中，优选定子1具有12个定子槽，转子2为8极铁氧体永磁转子，转子的外径选为69mm，绕组12为分数槽集中绕组，绕组选用铝漆包线。
请一并参见图4至图6，为本实施例与一个定子齿部替换为同心圆弧边、转子外轮廓为多段线，其余结构尺寸均与实施例相同的电机模型进行了仿真对比分析。从图4、图5的反电势波形以及谐波分析对比可知，采用本发明可以明显削弱反电势谐波，提高波形正弦度。从图6的齿槽转矩对比图可以看出，本发明使齿槽转矩降低了2/3。可有效优化电机性能，明显改善电机的反电势波形、有效削弱齿槽转矩，抑制电机的噪声、振动。
其中，定子铁芯11的齿部相对气隙的一侧还可为互不同心的弧形结构，同样可保证齿部与转子外圈间为非等距的气隙空间，从而构成不均匀气隙，有效优化电机性能。
定子铁芯的齿部形状均可设计成相同结构。可同为直线型或弧形结构，便于加工制造，结构简单，操作方便。
此外，定子铁芯的齿部相对气隙的一侧可成型有一个或多个弧形凹槽，且弧形凹槽的边沿及底部到转子外圈的距离均不相等。其中弧形凹槽的数量及大小可根据具体使用需要而定，在此不做限制。
该电机结构除适用于定子与转子的极槽配合为12槽8极，还适用于9槽6极、或6槽4极等形式，且每极每相槽数q＝1/2。该结构形式在每极每相槽数q＝1/2的极槽配合下可明显改善电机的反电势波形、有效削弱齿槽转矩，抑制电机的噪声、振动。
绕组除采用铝线绕组外，还可采用铜线绕组等，具体不做限制。
转子的永磁材料还可选用钕铁硼。
转子的外径还可选用10、20、30、40、50、60、70、80、82mm等尺寸，具体不做限制。
本发明公开了一种内置式永磁同步电机，包括定子与转子，定子内圈与所述转子外圈间留有气隙，定子包括定子铁芯与绕组，定子铁芯的齿部相对气隙的一侧为直线形或互不同心的弧形结构，转子的外圈为圆形结构，且该齿部与转子外圈间为非等距的气隙空间。该电机结构无需对转子的外圈进行多段设计，转子的外圈可为传统的圆形结构，即可使得电机定子内圈到转子外圈间为非等距，从而构成不均匀气隙，可有效优化电机性能，明显改善电机的反电势波形、有效削弱齿槽转矩，抑制电机的噪声、振动。
现有技术在进行转子外轮廓的多段线设计时需反复尝试，并无成熟的理论指导，操作复杂。且在每极每相槽数q＝1/2的极槽配合下削弱谐波的效果不甚理想，本发明中转子外圈可为正圆，仅调节定子齿部形状即可，相较现有技术设计简单，操作方便，容易实施。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种内置式永磁同步电机，包括定子与转子，所述定子内圈与所述转子外圈间留有气隙，所述定子包括定子铁芯与绕组，其特征在于，所述定子铁芯的齿部相对气隙的一侧为直线形或互不同心的弧形结构，所述转子的外圈为圆形结构，且该齿部与转子外圈间为非等距的气隙空间。
2.如权利要求1所述的内置式永磁同步电机，其特征在于，所有定子铁芯的齿部形状均相同。
3.如权利要求1或2所述的内置式永磁同步电机，其特征在于，所述定子铁芯的齿部相对气隙的一侧成型有一个或多个弧形凹槽，且所述弧形凹槽的边沿及底部到所述转子外圈的距离均不相等。
4.如权利要求1所述的内置式永磁同步电机，其特征在于，所述定子与转子的极槽配合为12槽8极、9槽6极、或6槽4极，且每极每相槽数q＝1/2。
5.如权利要求1所述的内置式永磁同步电机，其特征在于，所述绕组为铝线绕组或铜线绕组。
6.如权利要求1所述的内置式永磁同步电机，其特征在于，所述转子的永磁材料为铁氧体或钕铁硼。
7.如权利要求1所述的内置式永磁同步电机，其特征在于，所述转子的外径为10-82mm。
8.如权利要求7所述的内置式永磁同步电机，其特征在于，所述转子的外径为69mm。
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