CN104821700A - 倾斜式外转子永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及永磁电机的技术领域，公开了倾斜式外转子永磁电机，包括定子铁芯和呈环形套设于定子铁芯外的外转子铁芯，外转子铁芯上安装有多个磁钢，外转子铁芯上开设有多个可供磁钢插设的安装槽和多个用于抑制漏磁的隔磁孔，外转子铁芯内侧壁开设有多个用于削弱电机转矩波动的气隙槽，各安装槽相对外转子铁芯半径方向倾斜设置，各隔磁孔位于安装槽与定子铁芯之间。本发明中的倾斜式外转子永磁电机，其磁钢为倾斜设置，改变了原磁场的方向，使d轴电感小于q轴电感，改善了弱磁扩速能力，抑制了运行中的噪音，隔磁孔和气隙槽分别可起到防止漏磁、改变气隙磁场的作用，均提高了磁钢的利用率，继而提高了倾斜式外转子永磁电机的输出效率。

Description

倾斜式外转子永磁电机

技术领域

本发明涉及永磁电机的技术领域，尤其涉及倾斜式外转子永磁电机。

背景技术

永磁电机具有结构简单、功率密度高、高效率区域宽、转矩密度高等优点，已然成为市场主流电机类型。

其中表贴式永磁电机将磁钢贴在外转子铁芯的表面，内定子绕线通电后，使外转子转动，输出动能。如图1所示，目前现有技术中的表贴式永磁体电机2由于磁钢21裸露贴设，不仅磁钢利用率低，而且很容易去磁，导致外转子失效，在转动时产生的气隙磁场趋近方波，谐波分量很大，造成电机谐波损耗大，同时转矩波动大，运行噪音高；表贴式的磁钢21方向与圆弧相切，导致d轴电感几乎等于q轴电感，无磁阻转矩，弱磁扩速能力很差，最终的电机输出效率受到影响。

发明内容

本发明的目的在于提供倾斜式外转子永磁电机，旨在解决现有技术中的外转子电机运行噪音高、磁钢利用率低，最终输出效率低的问题。

本发明是这样实现的，倾斜式外转子永磁电机，包括定子铁芯和呈环形套设于所述定子铁芯外的外转子铁芯，所述外转子铁芯上安装有多个磁钢，所述外转子铁芯上开设有多个可供所述磁钢插设的安装槽和多个用于抑制漏磁的隔磁孔，所述外转子铁芯内侧壁开设有多个用于削弱电机转矩波动的气隙槽，各所述安装槽相对所述外转子铁芯半径方向倾斜设置，各所述隔磁孔位于所述安装槽与所述定子铁芯之间。

与现有技术相比，本发明中的倾斜式外转子永磁电机，其设有倾斜的安装槽，可使磁钢倾斜设置，从而改变了磁场方向，使其d轴电感小于q轴电感，不仅具有磁阻转矩，可提供较佳的弱磁扩速能力，并且可抑制运行噪音。隔磁孔和气隙槽的设置，配合提高了磁钢的利用率，并且使气隙磁场更接近正弦，抑制了运行中的产生的噪音和震动，使倾斜式外转子永磁电机不仅更易于控制，而且提高了输出效率。

附图说明

图1为现有技术中的表贴式外转子电机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的倾斜式外转子永磁电机的结构示意图；

图3为图2中A处的结构放大示意图；

图4为未开设隔磁孔和气隙槽气隙磁密图；

图5为开设隔磁孔和气隙槽气隙磁密图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例中涉及的电磁原理均借助现有技术中成熟的理论体系，各部分具体物理原理不做详述，可参考相关文献和专利进行理解。以下结合具体附图对本实施例的实现进行详细的描述。

如图2和图3所示，本实施例中的倾斜式外转子永磁电机1包括定子铁芯12和外转子铁芯11，外转子铁芯11中部开设有圆形的通孔，定子铁芯12嵌在孔内，二者可相对转动。在外转子铁芯11上安装有多个磁钢111，定子铁芯12上设有绕组121，通电后绕组121产生磁场并与磁钢111的磁场相斥，推动外转子铁芯11转动，实现输出动力。

在外转子铁芯11上开设有多个安装槽112和隔磁孔114，其内侧壁还开设有气隙槽113。各安装槽112相对外转子铁芯11的半径方向倾斜设置，各隔磁孔114设置在外转子铁芯11的安装槽112与定子铁芯12之间的部分。上述各部分结构具带来的优势在于：

安装槽112：由于磁钢111与定子铁芯12上的绕组121之间容易产生扭矩扰动，故将安装槽112倾斜设置，改变磁场的方向从而消除大量的扭矩扰动和齿槽效应，抑制运行噪音。倾斜后的磁钢111与图3中现有技术的磁钢21相比，相当于改变了磁场方向，使倾斜式外转子永磁电机1的d轴电感小于q轴电感，不但可以产生磁阻转矩，增加电机输出效率，同时在弱磁扩速方面优势明显。

隔磁孔114：隔磁孔114贯通外转子铁芯11，构成隔磁桥，可隔绝磁场沿外转子铁芯11的传播，抑制漏磁，从而提高磁钢111的利用率，与未设置隔磁孔114的结构相比，产生同样大小的磁密，可节省磁钢111约20％。

气隙槽113：气隙槽113可改变磁场的气隙结构，增大气隙，使气隙磁场更接近正弦分布，其产生的反电势也接近正弦，从而降低电机的控制难度，倾斜式外转子永磁电机1的运行效果也会得到改善，比如噪声降低，振动变小小，齿槽转矩低，谐波量少等，最终提高了倾斜式外转子永磁电机1的效率。

所以本实施例中的倾斜式外转子永磁电机1，其倾斜设置的安装槽112不仅可以抑制运行噪音，同时能达到产生磁阻转矩，增加电机出力的作用。隔磁孔114配合气隙槽113使磁钢111利用率更高，与未设置的隔磁孔114、气隙槽113的现有技术中的外转子11电机相比，二者气隙磁密对比如图5和图4所示，本实施中的平均气隙磁密为0.75T，如果未设置隔磁孔114和气隙槽113，平均气隙磁密降至0.6T，所以本实施例中的倾斜式外转子永磁电机1还具有磁钢111利用率高，输出效率高等优点。

各安装槽112的倾斜方式可以有多种，例如相互平行设置等，本实施例中多个安装槽112均有两种倾斜方向，两相邻安装槽112组成同极槽组115，同极槽组115的两安装槽112呈“V”形，且“V”形的开口朝向定子铁芯12，在同极槽组115内插设有极性相同的磁钢111。这种倾斜方式的意义在于，将两极性相同的磁钢111产生的磁场聚拢，增强其磁场，进一步提高磁钢111利用率。经过测算，产生同样的磁场，采用“V”形同极槽组115的结构，比表贴式结构节省约20％的磁钢111，尤其是在匹配正弦驱动器时，这种聚拢磁场的优势效果更加明显。

如图3所示，由于采用了同极槽组115的设置方式，各磁极的磁钢111所产生的磁场主要集中在其“V”形的开口内，所以本实施例中的隔磁孔114设置在各同极槽组115的朝向定子铁芯12的一侧，并且靠近相邻于“V”形的端部，在该部位形成隔磁桥，使得隔磁桥与磁钢111之间的区的磁密容易饱和，对两边磁钢111产生的漏磁进行抑制，从而降低磁场谐波分量，能进一步帮助降低运行噪声。同时，漏磁量减少后，通过气隙的磁场增加，间接提高了磁钢111的利用率，继而降低成本。另外，将隔磁孔114设计在磁钢111中间位置，还可以使d轴磁阻增加，d轴电感减小，加大了电机的凸极率，进一步提高了弱磁扩速效果。最后，隔磁孔114还能起到保护磁钢111，使其不易去磁的作用。

本实施例中的隔磁孔114为棱边倒角的三棱柱形，其具有两倾斜的侧壁，倾斜方向各自与同极槽组115内两安装槽112的倾斜方向相同，使该方向上的隔磁空间面积最大，使隔磁效果最优化。

如图3所示，由于采用了同极槽组115的设置方式，实际上一同极槽组115相当于图1中表贴式的一单极磁钢21，所以本实施中以一同极槽组115为一单极，气隙槽113位于两同极槽组115之间，加大各磁钢111尾部的气隙宽度，以改变气隙结构，达到前述的技术优势。本实施例中的气隙槽113截面为半圆形，以适应磁钢111尾部磁场的气隙要求。

本实施例中的绕组121采用分数槽分布方式，绕组121铜重比整距分布绕组121节约15％左右。分数槽与整数槽的差别在于，每磁极下对应的绕组121数量不同，其物理原理和数学计算方式均由现有理论体系推出，此处不做详述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.倾斜式外转子永磁电机，包括定子铁芯和呈环形套设于所述定子铁芯外的外转子铁芯，所述外转子铁芯上安装有多个磁钢，其特征在于，所述外转子铁芯上开设有多个可供所述磁钢插设的安装槽和多个用于抑制漏磁的隔磁孔，所述外转子铁芯内侧壁开设有多个用于削弱电机转矩波动的气隙槽，各所述安装槽相对所述外转子铁芯半径方向倾斜设置，各所述隔磁孔位于所述安装槽与所述定子铁芯之间。

2.如权利要求1所述的倾斜式外转子永磁电机，其特征在于，两相邻所述安装槽组成“V”形且开口朝向所述定子铁芯的同极槽组，各所述同极槽组内的所述安装槽插设极性相同的所述磁钢。

3.如权利要求2所述的倾斜式外转子永磁电机，其特征在于，所述隔磁孔设于各所述同极槽组的内侧，且相邻于所述同极槽组的“V”形端部。

4.如权利要求3所述的倾斜式外转子永磁电机，其特征在于，所述隔磁孔为棱边倒角的三棱柱形，其具有两与所述同极槽组内两安装槽倾斜方向相同的侧壁。

5.如权利要求2所述的倾斜式外转子永磁电机，其特征在于，所述气隙槽位于两相邻所述同极槽组之间。

6.如权利要求5所述的倾斜式外转子永磁电机，其特征在于，所述气隙槽截面为半圆形。

7.如权利要求1至6任一项所述的倾斜式外转子永磁电机，其特征在于，所述定子铁芯上的绕组设置方式为分数槽式。