CN105305748B - 永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种永磁电机，包括：第一转子，包括转子铁芯；定子，与第一转子同轴设置，定子与第一转子之间具有缝隙，定子包括在圆周方向上间隔设置有多个槽和多个齿的定子铁芯和置于槽中的定子绕组；转子铁芯的内部沿轴向方向间隔分布设置的多个磁极槽。本发明有效地解决了现有技术中永磁电机的电机驱动电流较大且电机效率低的问题。

Description

永磁电机

技术领域

本发明具体涉及一种永磁电机。

背景技术

盘式永磁电机与传统电机相比具有轴线尺寸小，功率密度高、转矩/质量比大、低速运行平稳等性能优点，得到了越来越广泛的研究与应用。尤其是盘式电机具有更大的输出力矩，特别适合大力矩直接传动装置。

传统的具有双转子和中间定子结构的盘式永磁电机，如图1所示，永磁电机的永磁体11’大都采用表贴式结构，即永磁体11’均设置在转子10’朝向定子20’的表面上，但现有技术的永磁电机未增加磁阻转矩的利用导致电机驱动电流较大且电机效率低。

发明内容

本发明旨在提供一种永磁电机，以解决现有技术中永磁电机的电机驱动电流较大且电机效率低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种永磁电机，包括：第一转子，包括转子铁芯；定子，与第一转子同轴设置，定子与第一转子之间具有缝隙，定子包括在圆周方向上间隔设置有多个槽和多个齿的定子铁芯和置于槽中的定子绕组；转子铁芯的内部沿轴向方向间隔分布设置的多个磁极槽。

进一步地，转子铁芯设置有多组磁极单元，每组磁极单元包括多个永磁体，多个永磁体分别设置在不同的磁极槽中，每组磁极单元中的永磁体的轴向叠加磁力线指向一致共同形成磁极N或S。

进一步地，第一转子数量为两个，定子的数量为一个，两个第一转子分别设置在定子的轴向方向的两侧，两个第一转子的磁极分界线之间具有第一夹角。

进一步地，齿包括：第一齿，沿圆周方向均匀分布在定子铁芯的轴向方向的第一侧；第二齿，沿圆周方向均匀分布在定子铁芯的轴向方向的第二侧，第二齿与第一齿一一相对应，第二齿的中心线与相对应的第一齿的中心线之间具有第二夹角。

进一步地，转子铁芯为压粉铁心制成。

进一步地，磁极槽包括相互连通的第一槽段和第二槽段，第一槽段沿转子的径向方向延伸设置，第一槽段的两端分别连接有第二槽段，第二槽段沿转子铁芯的轴向方向延伸设置。

进一步地，永磁电机还包括第二转子，第一转子和第二转子分别设置在定子的轴向方向的两侧，第二转子朝向定子的表面设置有永磁体，第一转子与第二转子的磁极分界线之间具有第三夹角。

进一步地，第三夹角位于20°至45°之间。

进一步地，第一转子的内部设置有多个磁通阻挡部，多个磁通阻挡部分别设置在磁极槽内，磁通阻挡部为隔磁介质，转子铁芯为导磁介质，永磁电机还包括第二转子，第一转子和第二转子分别设置在定子的轴向方向的两侧，第二转子朝向定子的表面设置有永磁体，磁通阻挡部与第二转子的磁极相对应，磁通阻挡部的隔磁分界线与相对应的第二转子的磁极分界线之间具有第四夹角。

进一步地，第四夹角位于40°至50°之间。

提供了应用本发明的技术方案，永磁电机包括：第一转子，包括转子铁芯；定子，与第一转子同轴设置，定子与第一转子之间具有缝隙，定子包括在圆周方向上间隔设置有多个槽和多个齿的定子铁芯和置于槽中的定子绕组；转子铁芯的内部沿轴向方向间隔分布设置的多个磁极槽。由于多磁极槽沿转子的轴向方向并列设置造成转子的磁路不对称，形成直轴与交轴电感不相等，产生磁阻转矩，在同输出转矩下，磁阻转矩的增加有利于减少电机驱动电流，减少电机损耗，提高了电机效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中永磁电机的转子和定子的结构示意图；

图2示出了本发明的永磁电机的第一实施例的结构示意图；

图3示出了图2的永磁电机的内部结构示意图；

图4示出了图2的永磁电机的转子的结构示意图；

图5示出了图4的转子的部分结构示意图；

图6示出了图2的永磁电机的磁极分界线的分布示意图；

图7示出了图6的磁极分界线的放大示意图；

图8示出了图2的永磁电机的定子的局部示意图；

图9示出了本发明的永磁电机的第二实施例的结构示意图；

图10示出了图9的永磁电机的磁极分界线的分布示意图；

图11示出了图10的磁极分界线的放大示意图；

图12示出了第一实施例的永磁电机与现有技术的电机驱动电流对比示意图；

图13示出了第一实施例的永磁电机的磁极分界线之间的夹角对电机齿槽转矩脉动的影响示意图；

图14示出了第一实施例的永磁电机的定子的第一齿和第二齿的齿中心线夹角对电机齿槽转矩脉动的影响示意图；

图15示出了第二实施例的永磁电机的两个转子的磁极分界线之间的夹角对电机合成电磁转矩的影响示意图；

图16示出了本发明的永磁电机的第三实施例的内部结构示意图；

图17示出了图16的永磁电机的第一转子的结构示意图；

图18示出了图16的永磁电机的隔磁分界线和磁极分界线分布的放大示意图；

图19示出了图16的永磁电机中的第四夹角对电机合成电磁转矩的影响示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明提供了一种永磁电机的第一实施例，具体如图2和图3所示，永磁电机包括第一转子10和定子20，第一转子10包括转子铁芯11，定子20与所述第一转子10同轴设置，所述定子20与所述第一转子10之间具有缝隙，所述定子20包括在圆周方向上间隔设置有多个槽22和多个齿23的定子铁芯21和置于所述槽中的定子绕组24，所述转子铁芯11的内部沿轴向方向间隔分布设置的多个磁极槽13。

由于多磁极槽沿转子的轴向方向并列设置造成转子的磁路不对称，形成直轴与交轴电感不相等，产生磁阻转矩，在同输出转矩下，磁阻转矩的增加有利于减少电机驱动电流，减少电机损耗，提高了电机效率。如图12所示，在相同的输出转矩下，A为现有技术所需的电机驱动电流，B为本实施例的电机驱动电流，本实施例的电机驱动电流明显比现有技术要小。

如图4所示，所述转子铁芯11设置有多组磁极单元，每组所述磁极单元包括多个所述永磁体12，多个所述永磁体12分别设置在不同的所述磁极槽13中，每组磁极单元中的所述永磁体12的轴向叠加磁力线指向一致共同形成磁极N或S，本实施例中磁极槽13为两层。并且，由于转子的永磁体12设置在内部，使得转子的机械强度得到了提高，适合在高速下运转。

本实施例进一步优选地，本实施例的永磁电机具有单定子双侧转子的结构，具体参见图6和图7，第一转子10数量为两个，定子20的数量为一个，两个第一转子10分别设置在定子20的轴向方向的两侧，两个第一转子10的磁极分界线14之间具有第一夹角α，通过将两个转子的磁极分界线之间设置有第一夹角可以有效地减小定子的齿槽转矩脉动，具体如图13表示了磁极分界线夹角对电机齿槽转矩脉动影响示意图，其中α’为现有技术的电机齿槽转矩脉动线条，α₀为α度数不为0的电机齿槽转矩脉动线条，从图13中可以看出，电机齿槽转矩波动幅值随着磁极分界线之间第一夹角的存在而减小，在第一夹角可调范围内，存在最优夹角α₁使齿槽转矩脉动达到最小值，最优夹角α₁随电机槽极配合值变化而变化。需要说明的是，本实施例中的两个第一转子10的结构相同，均是转子铁芯内部设置有多个永磁体12。需要特别说明的是，本申请中涉及的所有角度均为电气角度，电气角度＝机械角度X电机极对数，电气角度等于机械角度乘以电机对数。

如图2和图8中，永磁电机的定子具有双边槽结构，位于定子轴向两边的槽22分别朝向轴向两侧延伸，并且相邻两个槽22之间形成了齿23，齿23包括第一齿231和第二齿232，第一齿231沿圆周方向均匀分布在定子铁芯21的轴向方向的第一侧，第二齿232，沿圆周方向均匀分布在定子铁芯21的轴向方向的第二侧，第二齿232与第一齿231一一相对应，第二齿232的中心线与相对应的第一齿231的中心线之间具有第二夹角β。分别位于两侧且相对应的两个齿的中心线之间形成第二夹角β，并且相对应的两个槽的中心线的夹角度数同样为β。图14表示了定子的相对应的齿的中心线之间的第二夹角对电机齿槽转矩脉动影响示意图，β’为现有技术的电机齿槽转矩脉动线条，β₀为β角度不为0的电机齿槽转矩脉动线条，从图14中可以看出，电机齿槽转矩波动幅值随着中心线夹角存在而减小，在第二夹角可调范围内，存在最优夹角β₁使齿槽转矩脉动达到最小值，最优夹角β₁随电机槽极配合值变化而变化。

如图5所示，磁极槽13包括相互连通的第一槽段131和第二槽段132，第一槽段131沿转子的径向方向延伸设置，第一槽段131的两端分别连接有第二槽段132，第二槽段132沿转子铁芯的轴向方向延伸设置。在图5中可以看出交轴与直轴不相等，第二槽段132延伸至转子铁芯朝向定子的端面的附近。

转子铁芯11为压粉铁心制成。永磁体12为注塑永磁体12。转子内外两侧均有非导磁材料制成的套环。

本发明还提供了永磁电机的第二实施例，具体参见图9至图11，本实施例的永磁电机包括第一转子10和定子20，并且第一转子10与定子20的结构与永磁电机的第一实施例基本相同，区别仅在于，永磁电机还包括第二转子30，定子20的数量为一个，第一转子10和第二转子30分别设置在定子20的轴向方向的两侧，第二转子30朝向定子20的表面设置有永磁体31，第一转子和第二转子以相同的方向和速度旋转，电机安装时，第一转子10与第二转子30的磁极分界线之间具有第三夹角γ，且第二转子磁极分界线相对于第一转子的磁极分界线位于转子旋转方向的前侧。图9和图10分别说明了本实施例的转子结构及磁极分布情况，其中永磁体粘贴于第二转子的表面，并按N、S磁极交替分布于第二转子的一侧。

图15说明了两个转子的磁极分界线之间的夹角对电机合成电磁转矩的影响，从图中可以看出，第三夹角γ介于20°至45°角度时，在相同电流下电机合成电磁转矩有效值最大。

本发明还提供了永磁电机的第三实施例，具体参见图16至图18，本实施例的永磁电机包括第一转子10、第二转子30和定子20，并且第一转子10、第二转子30和定子20的结构与永磁电机的第二实施例基本相同，区别仅在于，第一转子10的内部设置有多个磁通阻挡部15，多个磁通阻挡部15分别设置在磁极槽13内，磁通阻挡部15为隔磁介质，转子铁芯为导磁介质，磁通阻挡部15与第二转子30的磁极相对应，磁通阻挡部15的隔磁分界线14与相对应的第二转子30的磁极分界线34之间具有第四夹角θ且第二转子磁极分界线相对于第一转子的磁极分界线位于转子旋转方向的前侧。磁通阻挡部中填充空气或树脂等不导磁介质。通过第四角度的设置可以有效提高电机单位电流下的合成电磁转矩。

图19说明了第四夹角对电机合成电磁转矩的影响，从图19中可以看出，第四夹角θ位于40°至50°之间时，在相同电流下电机合成电磁转矩有效值最大。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种永磁电机，包括：

第一转子（10），包括转子铁芯（11）；

定子（20），与所述第一转子（10）同轴设置，所述定子（20）与所述第一转子（10）之间具有缝隙，所述定子（20）包括在圆周方向上间隔设置有多个槽（22）和多个齿（23）的定子铁芯（21）和置于所述槽中的定子绕组（24）；

其特征在于，所述转子铁芯（11）的内部沿轴向方向间隔分布设置的多个磁极槽（13）；

所述永磁电机还包括第二转子（30），所述第一转子（10）和所述第二转子（30）分别设置在所述定子（20）的轴向方向的两侧，所述第二转子（30）朝向所述定子（20）的表面设置有永磁体，所述第一转子（10）与所述第二转子（30）的磁极分界线之间具有第三夹角（γ）,所述第三夹角（γ）为电气角度。

2.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述第三夹角（γ）位于20°至45°之间。

3.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，第一转子（10）的内部设置有多个磁通阻挡部（15），多个所述磁通阻挡部（15）分别设置在所述磁极槽（13）内，所述磁通阻挡部（15）为隔磁介质，所述转子铁芯为导磁介质，所述磁通阻挡部（15）与所述第二转子（30）的磁极相对应，所述磁通阻挡部（15）的隔磁分界线与相对应的所述第二转子（30）的磁极分界线之间具有第四夹角（θ），所述第四夹角（θ）为电气角度。

4.根据权利要求3所述的永磁电机，其特征在于，所述第四夹角（θ）位于40°至50°之间。