CN104753213A - 永磁直流无刷电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种永磁直流无刷电机，包括定子和转子，所述定子和所述转子之间设有径向气隙，所述转子包括转子铁芯和套设在所述转子铁芯上的磁钢，所述磁钢的磁极在圆周方向按N-S交替分布在所述转子铁芯的外周。所述磁钢的每个磁极在所述磁钢的径向方向上的厚度以磁极中心为最大值，并以磁极的中心对称地向磁极的两侧逐渐减小。本发明的永磁直流无刷电机，通过使磁钢的磁极形成中间厚，两边薄的结构，使得主极磁场在径向气隙中接近正弦分布。这样减少了气隙磁密谐波，降低了齿槽转矩脉动，从而提高了永磁直流无刷电机的效率。同时，多边形的转子铁芯防止了磁钢和转子铁芯的周向滑动，结构简单，节省成本。

Description

永磁直流无刷电机

技术领域

本发明涉及永磁直流电机技术领域，特别是涉及一种永磁直流无刷电机。

背景技术

如图1所示，现有技术中的永磁直流无刷电机，电机的转子通常由等厚圆环式磁钢和转子铁芯组成，圆环形磁钢套设在转子铁芯的表面，然后使用粘结剂将转子铁芯和磁钢固定。这样，往往会造成气隙磁密谐波含量大，电机噪声大和电机效率偏低的问题。

发明内容

鉴于现有技术的现状，本发明的目的在于提供一种永磁直流无刷电机，该永磁直流无刷电机减少了气隙磁密谐波，降低了齿槽转矩脉动，从而提高了电机的效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种永磁直流无刷电机，包括定子和转子，所述定子和所述转子之间设有径向气隙，所述转子包括转子铁芯和套设在所述转子铁芯上的磁钢，所述磁钢的磁极在圆周方向按N-S交替分布在所述转子铁芯的外周；

所述磁钢的每个磁极在所述磁钢的径向方向上的厚度以磁极中心为最大值，并以磁极的中心对称地向磁极的两侧逐渐减小。

在其中一个实施例中，所述磁钢的每个磁极的外侧面为圆弧面，所述磁钢的内侧面也为圆弧面，所述磁钢的内侧面与所述转子铁芯同心。

在其中一个实施例中，所述磁钢的每个磁极的外侧面为半径R1的弧形面，所述磁钢的每个磁极的内侧面为半径R2的弧形面，R1＜R2；所述外侧面和所述内侧面的弯曲方向相同。

在其中一个实施例中，所述磁钢的每个磁极的外侧面为圆弧面，所述磁钢的每个磁极的内侧面为平面。

在其中一个实施例中，所述磁钢的每个磁极的外侧面为半径为R3的弧形面，所述磁钢的每个磁极的内侧面为半径R4的弧形面；

所述外侧面和所述内侧面的弯曲方向相反。

在其中一个实施例中，所述转子铁芯的外侧面与所述磁钢的内侧面的形状相同，所述转子铁芯的外侧面和所述磁钢的内侧面相互接触。

在其中一个实施例中，所述磁钢的相邻磁极之间设置有固定架；

所述固定架的外侧面为圆弧面，所述固定架的外侧面与所述转子铁芯同心；

所述固定架的内侧面与所述磁钢的每个磁极的外侧面的形状相同，所述固定架的内侧面与所述磁钢的每个磁极的外侧面相互接触。

在其中一个实施例中，所述固定架还包括凸出杆，所述凸出杆设置在所述固定架的两端；

所述转子还包括转子端盖，所述转子端盖设置在所述转子的两端；

所述转子端盖上设置有支架孔，所述凸出杆嵌入所述支架孔中。

在其中一个实施例中，所述转子端盖上还设置有第一螺钉孔，所述转子铁芯上设置有第二螺钉孔；

所述第一螺钉孔与所述第二螺钉孔通过螺钉相配合。

本发明的有益效果是：

本发明的永磁直流无刷电机，通过使磁钢的磁极形成中间厚，两边薄的结构，使得主极磁场在径向气隙中接近正弦分布。这样减少了气隙磁密谐波，降低了齿槽转矩脉动，从而提高了永磁直流无刷电机的效率。同时，多边形的转子铁芯防止了磁钢和转子铁芯的周向滑动，结构简单，节省成本。在磁钢的相邻磁极之间设置有固定架，可以提高电机高速运行的可靠性和减少风摩损耗。

附图说明

图1为现有技术中永磁直流无刷电机的结构示意图；

图2为本发明的永磁直流无刷电机一实施例的整体结构示意图；

图3为本发明的永磁直流无刷电机的实施例一的转子的结构示意图；

图4为本发明的永磁直流无刷电机的实施例二的转子的结构示意图；

图5为本发明的永磁直流无刷电机的实施例三的转子的结构示意图；

图6为本发明的永磁直流无刷电机的实施例四的转子的结构示意图；

图7为本发明的永磁直流无刷电机的实施例五的转子的结构示意图；

图8为本发明的永磁直流无刷电机的实施例六的转子的结构示意图；

图9为本发明的永磁直流无刷电机的固定架一实施例的示意图；

图10为本发明的永磁直流无刷电机的转子端盖一实施例的示意图；

图11为本发明的永磁直流无刷电机的固定架与转子端盖的配合示意图；

图12为本发明的永磁直流无刷电机对电机齿槽转矩脉动的优化效果图；

图13为本发明的永磁直流无刷电机对电机气隙磁密谐波的优化效果图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案更加清楚，以下结合附图，对本发明的永磁直流无刷电机作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明并不用于限定本发明。

参见图2至图13，如图2和图11所示为本发明的永磁直流无刷电机的一实施例的整体结构示意图，包括定子1、转子2、固定架6和转子端盖7。其中，定子1与转子2之间设置有径向气隙3。转子2包括转子铁芯4和磁钢5，磁钢5呈环形，磁钢5套设在转子铁芯4上。且磁钢5包括多个磁极，磁钢5的磁极数量一般为偶数，且多个磁极在圆周方向按照N-S交替分布在转子铁芯4的外周。转子端盖7设置在转子2的两端，固定架6与转子端盖7相互配合，使得固定架6安装固定。

作为一种可实施方式，磁钢5的每个磁极在磁钢5的径向方向上的厚度以磁极的中心最大值，并以该磁极的中心对称的向磁极的两侧逐渐减小，磁钢的相邻磁极的中心在磁钢的径向方向上的厚度最小。这样，由于磁极中间厚，两边薄的结构，使主极磁场在径向气隙3中接近正弦分布，改善了磁动势的分布，减少了气隙磁密谐波，降低了齿槽转矩脉动。从而改善了电机的噪声及振动，提高了电机的效率。

优选地，转子铁芯的外侧面与磁钢的内侧面的形状相同，转子铁芯的外侧面和磁钢的内侧面相互接触。这样可以减少电机运转时的离心振动，在不使用粘接剂的条件下，使磁钢在周向固定，防止周向滑动。

实施例一

如图3所示为本发明的永磁直流无刷电机的实施例一的转子的结构示意图。其中，磁钢5包括三对磁极，且三对磁极按照N-S交替分布在转子铁芯4的外周。在本实施例中，磁钢5的每个磁极的外侧面为圆弧面，磁钢5的内侧面和转子铁芯4的外侧面的形状均为圆弧面，这样使得每个磁极在磁钢的径向方向上的厚度以磁极的中心最大，并以磁极的中心对称地向磁极的两侧逐渐减小。在相邻的两个磁极N-S之间的厚度最小，即在两个圆弧相连接的位置，磁钢在径向方向的厚度最小。

这样使得定子与转子之间的径向气隙不相等，从而使得主极磁场在径向气隙中接近正弦分布，减少了气隙磁密谐波（如图13所示），降低了齿槽转矩脉动（如图12所示），改善了电机的噪声及振动，提高了电机的效率。应当清楚的是，图12和图13中的曲线1表示现有技术中电机的效果，曲线2表示本发明的永磁直流无刷电机的效果。

在本实施例中，磁钢的内侧面与转子铁芯4同心，这样就减小了电机运行时的离心振动。磁钢5与转子铁芯4相互接触，使磁钢5在周向固定，防止磁钢5的周向滑动，保证了电机运行中的可靠性。

相邻磁极之间设置有固定架6，优选地，该固定架6的材料为绝缘材料，如塑料、陶瓷等。固定架6的外侧面为圆弧面，且固定架6的外侧面与转子铁芯4同心，这样可以减少风摩损耗（风摩损耗即指电机因通风而产生的风力摩擦损耗）。固定架6的内侧面与磁钢5的外侧面的形状相同，且与磁钢5的外侧面相互接触，这样可以提高电机高速运行的可靠性。

如图9和图10所示，在固定架6的两端设置有凸出杆61，转子端盖7上设置有支架孔72，凸出杆61嵌入支架孔72，将固定架6固定在转子端盖7上，增加电机运转的可靠性。转子端盖7上还设置有第一螺钉孔71，第一螺钉孔71与设置在转子铁芯4上的第二螺钉孔21相配合。螺钉穿过第一螺钉孔71和第二螺钉孔21将转子端盖7固定在转子铁芯4上，防止磁钢的轴向移位。

实施例二

如图4所示为本发明的永磁直流无刷电机的实施例二的转子的结构示意图。实施例二与实施例一的不同之处在于磁钢5与转子铁芯4的结构。下面仅对其不同之处作出详细的描述。

磁钢5的每个磁极的外侧面为半径R1的弧形面，磁钢5的每个磁极的内侧面为半径R2的弧形面，R1＜R2。且外侧面和内侧面的弯曲方向相同，每个磁极的内侧面和外侧面形成瓦形结构。这样使得定子与转子之间的径向气隙不相等，主极磁场在径向气隙中接近正弦分布，从而减小了气隙磁密谐波，降低了齿槽转矩脉动，提高了电机的效率。

转子铁芯4的外侧面的形状与磁钢5的内侧面的形状相同，且转子铁芯的外侧面与磁钢的内侧面相互接触。这样就可以在不使用粘接剂的条件下，使环形磁钢在周向固定。通过合理的设计磁极的瓦形结构也可以提高电机的输出力，也节省了磁钢的用量。

与实施例一相同，磁钢的相邻磁极之间也设置有固定架6，固定架6与转子端盖7相配合，此处不再赘述。

实施例三

如图5所示为本发明的永磁直流无刷电机的实施例三的转子的结构示意图。在本实施例中，磁钢的每个磁极的外侧面给为圆弧面，磁钢的每个磁极的内侧面平面。这样可以通过磁钢的用量来提升电机的平均气隙磁密，增大电机的输出力。转子铁芯4的外侧面与磁钢5的内侧面的形状相同，且转子铁芯4的外侧面与磁钢的内侧面相互接触，防止磁钢的周向滑动。

与实施例一相同，磁钢5的相邻磁极之间设置有固定架6，固定架6与转子端盖7相配合，增加了电机运行时的可靠性。

实施例四

如图6所示为本发明的永磁直流电机的实施例四的转子的结构示意图。在本实施例中，磁钢5的每个磁极的外侧面为半径为R3的弧形面，磁钢的每个磁极的内侧面为半径R4的弧形面。与实施例二不同的是，本实施例中，磁钢的外侧面与内侧面的弯曲方向相反，即弧形的弯曲方向相反。这样可以通过增加磁钢的用量来提升电机的平均气隙磁密，增大电机的输出力。当获得与实施例二的输出能力时，可以采用低牌号的磁钢材料，降低成本。转子铁芯4的外侧面与磁钢的内侧面相互接触。

与实施例一相同，磁钢5的磁极之间中心的外侧面设置有固定架6，固定架6与转子端盖7相配合，增加了电机运行时的可靠性。

实施例五

如图7为本发明的永磁直流无刷电机的实施例五的转子的结构示意图。磁钢5的外侧面为圆形面，这样减少了风摩损耗。且磁钢5的外侧面与转子铁芯4同心，使得转子2与定子1形成了相等的径向气隙3。磁钢5的磁极的内侧面可以是实施例二中的弧形面或者是实施例三或实施例四的任一多边形结构。这样由于磁极的中间厚、两边薄的结构，使得主极磁场在径向气隙3中的波形呈中间高，两边低的正弦趋势，减少了气隙磁密谐波和齿槽转矩脉动，增大了平均气隙磁密，提高了电机输出力。转子铁芯4的外侧面与磁钢的内侧面的形状相同，且转子铁芯的外侧面与磁钢的内侧面相互接触，这样可以防止磁钢的周向滑动。

在本实施例中，由于磁钢5的外侧面为圆形面，因此，磁钢5的各磁极的外侧面之间可以不设置固定架6。在组装电机时，只需用螺钉依次穿过第一螺钉孔71和第二螺钉孔21，将转子端盖与转子铁芯固定在一起。

实施例六

如图8为本发明的永磁直流无刷电机的实施例六的转子的结构示意图。磁钢5的每个磁极的外侧面为弧形面，使得转子2与定子1之间形成不相等的径向气隙3。这样使主极磁场在径向气隙3中接近正弦分布，减小了气隙磁密谐波，降低了齿槽转矩脉动，改善了电机的噪声及振动。磁钢5的每个磁极的内侧面也为弧形面，且磁钢5的每个磁极在磁钢径向方向的厚度相等。这样虽然增加了一些磁钢的用量，但会增加气隙磁密的平均值，提高电机的输出能力。

而且，每个磁极在磁钢的径向方向的厚度相等，增加了磁钢的结构强度，提高了电机运行的可靠性。转子铁芯4的外侧面与磁钢的内侧面的形状相同且转子铁芯的外侧面与磁钢的内侧面的相互接触，防止磁钢的周向滑动。

与实施例一相同，磁钢5的相邻磁极之间设置有固定架6，固定架6与转子端盖7相配合，增加了电机运行时的可靠性。

本发明的永磁直流无刷电机，通过使磁钢的磁极形成中间厚，两边薄的结构，使得主极磁场在径向气隙中接近正弦分布。这样减少了气隙磁密谐波，降低了齿槽转矩脉动，从而提高了永磁直流无刷电机的效率。同时，多边形的转子铁芯防止了磁钢和转子铁芯的周向滑动，结构简单，节省成本。在磁钢的相邻磁极之间设置有固定架，可以提高电机高速运行的可靠性和减少风摩损耗。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种永磁直流无刷电机，包括定子和转子，所述定子和所述转子之间设有径向气隙，所述转子包括转子铁芯和套设在所述转子铁芯上的磁钢，所述磁钢的磁极在圆周方向按N-S交替分布在所述转子铁芯的外周，其特征在于：

所述磁钢的每个磁极在所述磁钢的径向方向上的厚度以磁极中心为最大值，并以磁极的中心对称地向磁极的两侧逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的永磁直流无刷电机，其特征在于：

所述磁钢的每个磁极的外侧面为圆弧面，所述磁钢的内侧面也为圆弧面，所述磁钢的内侧面与所述转子铁芯同心。

3.根据权利要求1所述的永磁直流无刷电机，其特征在于：

所述磁钢的每个磁极的外侧面为半径R1的弧形面，所述磁钢的每个磁极的内侧面为半径R2的弧形面，R1＜R2；

所述外侧面和所述内侧面的弯曲方向相同。

4.根据权利要求1所述的永磁直流无刷电机，其特征在于：

所述磁钢的每个磁极的外侧面为圆弧面，所述磁钢的每个磁极的内侧面为平面。

5.根据权利要求1所述的永磁直流无刷电机，其特征在于：

所述磁钢的每个磁极的外侧面为半径为R3的弧形面，所述磁钢的每个磁极的内侧面为半径R4的弧形面；

所述外侧面和所述内侧面的弯曲方向相反。

6.根据权利要求1-5任一项所述的永磁直流无刷电机，其特征在于：

所述转子铁芯的外侧面与所述磁钢的内侧面的形状相同，所述转子铁芯的外侧面和所述磁钢的内侧面相互接触。

7.根据权利要求6所述的永磁直流无刷电机，其特征在于：

所述磁钢的相邻磁极之间设置有固定架；

所述固定架的外侧面为圆弧面，所述固定架的外侧面与所述转子铁芯同心；

所述固定架的内侧面与所述磁钢的每个磁极的外侧面的形状相同，所述固定架的内侧面与所述磁钢的每个磁极的外侧面相互接触。

8.根据权利要求7所述的永磁直流无刷电机，其特征在于：

所述固定架还包括凸出杆，所述凸出杆设置在所述固定架的两端；

所述转子还包括转子端盖，所述转子端盖设置在所述转子的两端；

所述转子端盖上设置有支架孔，所述凸出杆嵌入所述支架孔中。

9.根据权利要求8所述的永磁直流无刷电机，其特征在于：

所述转子端盖上还设置有第一螺钉孔，所述转子铁芯上设置有第二螺钉孔；

所述第一螺钉孔与所述第二螺钉孔通过螺钉相配合。