CN105871144A - 一种永磁同步电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种永磁同步电动机，包括铁芯、定子和永磁体，所述铁芯和永磁体固定连接，所述定子位于铁芯的中心位置，所述铁芯包括铁芯轭、转子铁芯极和永磁体槽，所述转子铁芯极位于铁芯轭的外围表面并与其固定连接，所述永磁体槽位于转子铁芯极的外表面并与其固定连接，所述永磁体槽与永磁体固定连接，所述永磁体槽为不对称椭球形中空永磁体槽，所述永磁体的形状与永磁体槽相同，所述永磁体的尺寸小于永磁体槽的尺寸。本发明的永磁同步电动机的材料利用率高，不容易被腐蚀氧化。

Description

一种永磁同步电动机

技术领域

本发明涉及电机结构设计技术领域，尤其涉及一种永磁同步电动机。

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。电机包括多种类型。其中永磁同步电动机以其优越的性能被广泛使用。永磁同步电动机属于异步启动永磁同步电动机，通常，其磁场系统由一个或多个永磁体组成，通常是在用铸铝或铜条焊接而成的笼型转子的内部，按所需的极数装镶有永磁体的磁极。定子结构与异步电动机类似。其工作原理是当定子绕组接通电源后，电动机以异步电动机原理起动动转，加速运转至同步转速时，由转子永磁磁场和定子磁场产生的同步电磁转矩，由转子永磁磁场产生的电磁转矩与定子磁场产生的磁阻转矩合成，将转子牵入同步，电动机进入同步运行。现有技术中的永磁同步电动机的材料利用率较低，并且其测速和信号输出装置结构复杂，可靠性差，成本高。并且现有技术中的永磁同步电动机的耐腐蚀氧化的性能较差。

例如中国专利105553143A公开的一种转子铁芯及具有其的永磁同步电机。转子铁芯，包括：铁芯本体，铁芯本体的外周壁上沿铁芯本体的轴向方向开设有凹槽，凹槽包括相连通的第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽沿铁芯本体径向方向上的深度大于第二凹槽沿铁芯本体径向方向上的深度。第一凹槽处气隙最大，磁阻大，气隙磁密小，与定子齿槽作用力矩脉动减小，第一凹槽和第二凹槽的深度不同，通过第二凹槽过度，使得基波磁场增大而且更接近正弦，减小齿槽转矩，使得电机出力增大，谐波降低。该永磁同步电机的的铁芯材料利用率较低。

又例如中国专利105429410A公开的一种永磁同步电机。该永磁同步电机包括转子，转子上设置有鼠笼，鼠笼上开设有鼠笼槽，鼠笼内侧开设有磁钢槽，磁钢槽内设置有磁钢，磁钢槽的第一端设置有弧形的第一隔磁气隙，第一隔磁气隙与鼠笼之间形成第一隔磁桥，第一隔磁气隙所占的圆周角度为(0.9～1.2)×360/n1度，其中α为相邻的两个鼠笼槽之间的圆周夹角的0.9至1.2倍，n1为转子导电条数量。该永磁同步电机的结构裸露，容易被腐蚀氧化。

发明内容

为克服现有技术中存在的永磁同步电机的材料利用率低，容易被腐蚀氧化的问题，本发明提供了一种永磁同步电动机。

一种永磁同步电动机，包括铁芯、定子和永磁体，所述铁芯和永磁体固定连接，所述定子位于铁芯的中心位置，所述铁芯包括铁芯轭、转子铁芯极和永磁体槽，所述转子铁芯极位于铁芯轭的外围表面并与其固定连接，所述永磁体槽位于转子铁芯极的外表面并与其固定连接，所述永磁体槽与永磁体固定连接，所述永磁体槽为不对称椭球形中空永磁体槽，所述永磁体的形状与永磁体槽相同，所述永磁体的尺寸小于永磁体槽的尺寸。

进一步的，所述永磁体槽为不对称椭球形中空永磁体槽，所述磁体槽靠近转子铁芯极的一端为短轴较短的半椭球形，所述磁体槽的端口为短轴较大的半椭球形。

进一步的，所述永磁体的个数为36个，36个所述永磁体固定在相应的永磁体槽内，36个所述永磁体相互之间的间隔相等。

进一步的，所述铁芯由实心钢组成。

进一步的，所述铁芯由硅钢片叠加组成。

进一步的，所述铁芯由铁磁复合材料组成。

进一步的，所述定子连接有热保护装置，所述热保护装置、定子的线圈部位和热保护装置与定子的连接部分的外圈设置有塑封树脂壳，所述塑封树脂壳分别与热保护装置和定子固定连接。

进一步的，所述塑封树脂壳为环氧酚醛树脂塑封树脂壳。

进一步的，所述铁芯和定子连接有逆变器，所述逆变器的2个接线柱分别与铁芯和定子通过电连接。

进一步的，所述逆变器由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容器、第二电容器、第三电容器和第四电容器组成；第一电容器、第二电容器、第三电容器和第四电容器与第三开关管和第四开关管并联连接，第一开关管与第二二极管相连接，并且另一端与控制装置连接置于回路中；所述第二开关管与第一二极管相连接，并与第一开关管与第二二极管形成并联电路。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过将永磁体槽设置为不对称的椭球形状，采用内小外大的结构，使得固定在其中的永磁铁的磁性通过向中心集中的形式集中，使得永磁体的性能利用率达到最佳。

(2)本发明通过设置环氧酚醛树脂塑封树脂壳提高了永磁同步电动机的密封性，并且采用为环氧酚醛树脂制作塑封树脂壳，其耐腐蚀、耐氧化性强。

(3)本发明通过设置逆变器能够将直流电能转变为交流电能，使得永磁同步电动机的适用性增强，并且本发明中的逆变器使用过程中共模电压基本不变，不会产生共模漏电流，安全性强，稳定性高。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的逆变器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，本具体实施方式披露了一种永磁同步电动机，包括铁芯1、定子3和永磁体2，所述铁芯1和永磁体2固定连接，所述定子3位于铁芯1的中心位置。

优选的，本具体实施例中的永磁同步电动机还包括外壳6，外壳6内腔周围装有定子3，定子3由若干段定子块31环绕而成，并且定子块31为弧形定子块，各定子块31由若干相同的铁芯冲片叠层而成，各定子块31上的磁极上绕有定子绕组32。铁芯1位于外壳6的中央位置，铁芯1和永磁体2构成转子。定子3通电后产生的磁场驱动所述永磁体转子转动，从而带动与所述永磁体转子同轴设置的叶轮转动。优选的，所述定子3的线圈绕组采用铜包铝漆包线，在本发明的另一个实施中其还可以是铜包铝镁漆包线或铝漆包线制成。采用铜包铝漆包线能够有效的提升线圈绕组的性能。铜包铝漆包线的优点包括：铜包铝线的直流电阻率约为纯铜线的1.45倍，阻值相同时，铜包铝线重量约为纯铜线的1/2；铜包铝线由于其表面同心的包覆了一层纯铜,因此具有跟纯铜线一样的可钎焊性，而不必像铝线那样做特殊处理，同时，铜包铝线具有较厚的铜层，确保在刮漆时不会影响产品焊锡性能；铜包铝线密度是相同线径的纯铜线的1/2.5，对降低线圈的重量十分有效；使用神州铜包铝线替代铜线，至少可节省30％以上的成本。然而，铜包铝漆包线容易被氧化，在本具体实施例中为防止其发生受热氧化，其中采用改性的铜包铝材料进行制作。具体的，采用掺杂硅烷和钛酸的铜粉与铝粉进行混合烧结成铜包铝漆包线。采用硅烷和钛酸进行掺杂能够有效的防止铜表面的氧化，从而延长线圈绕组的使用寿命。

优选的，采用掺杂硅烷和钛酸的铜粉的具体组成包括质量分数为1％的硅烷，质量分数为1％的钛酸，余量为铜粉。虽然硅烷和钛酸能够有效的防止铜的氧化，然而过量的硅烷和钛酸会影响其本身的特性从而影响线圈绕组的性能。

优选的，铁芯1还可以连接旋转变压器，并通过旋转变压器与控制装置相连接，使用过程中通过旋转变压器了解电动机的工作状态即转速和工作电流等。在本发明的另一个实施例中，控制装置还可以包括与整流器相连的逆变器5。在本发明的另一个实例中的逆变器5的2个接线柱分别与铁芯1和定子3通过电连接。具体的，所述逆变器5由第一开关管501、第二开关管502、第三开关管503、第四开关管504、第一二极管505、第二二极管506、第一电容器507、第二电容器508、第三电容器509和第四电容器510组成。其中，第一电容器507、第二电容器508、第三电容器509和第四电容器510与第三开关管503和第四开关管504并联连接，第一开关管501与第二二极管506相连接，并且另一端与控制装置连接置于回路中。第二开关管502与第一二极管505相连接，并与第一开关管501与第二二极管506形成并联电路。当电动机输出或者输入的电压处于正半周期，第二开关管502、第四开关管504保持关断，第一开关管501一直开通，第三开关管503按正弦规律进行高频开关。在电网电压的负半周期，第一开关管501、第三开关管503保持关断，第二开关管一直开通，第四开关管按正弦规律进行高频开关。

此外，在本发明的另一个实施例中，逆变器5还可以设置有电流电压检测装置、控制器、信号解析器，逆变器5分别与控制器、电流电压检测装置连接，电流电压检测装置还与控制器连接，控制器还与信号解析器连接，信号解析器与旋转变压器连接。所述的逆变器5是能将直流电压变为电压脉冲序列进而处理成电机所需的交流电压的器件。所述的控制器是能根据需要控制逆变器输出的电压脉冲宽度和脉冲序列的周期以达到变压变频目的的器件。

此外，定子3由四段定子块31环绕而成。当永磁力矩伺服电机运行时，三相交流电经整流器向逆变器5输送直流电，经逆变器5向电流电压检测器、永磁力矩伺服电机提供变频电源，永磁力矩伺服电机上转轴旋转，电流电压检测装置将检测的电流电压信号反馈给控制器，与此同时，装在转轴上旋转变压器检测出永磁力矩伺服电机的转轴的转角信号，向信号解析器输送转轴的转角信号，信号解析器此信号增强放大并转换后向控制器输送，控制器根据信号解析器提供的转轴转角位置信号和电流电压检测装置提供的电机输入的电压电流反馈信号，由内部编好的程式向逆变器5输出寸旨令信号，逆变器5根据控制器的指令向永磁力矩电机的定子绕组32输入合适的正弦交流电，实现对永磁力矩伺服电机转角位置和速度的闭环调节。

此外，所述铁芯1包括铁芯轭11、转子铁芯极12和永磁体槽13，所述转子铁芯极12位于铁芯轭11的外围表面并与其固定连接，所述永磁体槽13位于转子铁芯极12的外表面并与其通过胶水粘接的方式连接，所述永磁体槽13与永磁体2通过胶水粘接的方式连接。优选的，在本具体实施例中，所述永磁体槽13为不对称椭球形中空永磁体槽，所述永磁体2的形状与永磁体槽13相同，所述永磁体2的尺寸小于永磁体槽13的尺寸。优选的，所述永磁体槽13为不对称椭球形中空永磁体槽，所述永磁体槽13靠近转子铁芯极12的一端为短轴较短的半椭球形，所述永磁体槽13的端口为短轴较大的半椭球形。即永磁体13呈内小外大的中空椭球形槽。在本发明的另一实例中，永磁体槽13还可以是其他形状，例如内小外大的球形，长方体形或者其他几何形状。采用内小外大的不规则椭球形的永磁体槽13和永磁体2，通过长弧形的椭球结构能够使得磁力度集中，从而有效的提高磁体的利用率。规则形状的磁体的磁场分布均匀，外端的磁力度与内端相等，然而由于其采用环形分布的方式，内端的永磁体的总密度大于外端的永磁体总密度，从而使得内端永磁体利用率较低。而采用内端尺寸小于外端尺寸的不规则椭球形则可以避免这种情况，内端的椭球半径小于外端的椭球半径，从而使得内端和外端的永磁体的磁密度相当，从而节约成本，提高永磁体的利用率。

优选的，所述永磁体2的个数为36个，所述36个永磁体固定在相应的永磁体槽13内，所述36个永磁体相互之间的间隔相等。

优选的，所述铁芯1由实心钢组成或者硅钢片叠加组成。在本发明的另一个实施例中，铁芯1还可以由铁磁复合材料组成。

此外，所述定子3连接有热保护装置31，所述热保护装置31、定子3的线圈部位和热保护装置31与定子3的连接部分的外圈设置有塑封树脂壳4，所述塑封树脂壳4分别与热保护装置31和定子3固定连接。优选的，所述塑封树脂壳4为环氧酚醛树脂塑封树脂壳。环氧酚醛树脂的环氧基含量高，黏度较大，固化后产物交联密度高，其纤维增强塑料具有良好的物理机械性能。耐热性高于E型环氧树脂，其耐腐蚀性更强。

优选的，在本具体实施例中，定子3通过线圈骨架固定安装在铁芯1和永磁铁2组成的转子组件的壳体6上，所述定子3的线圈绕组缠绕于所述线圈骨架上，所述定子3的线圈绕组接所述热保护装置31，所述热保护装置31连接有引出线插片，通过线圈骨架采用半塑封密封方式将所述热保护装置31、所述定子3的线圈绕组及所述热保护装置31与所述引出线插片连接部位完全塑封在塑封树脂壳4中。而所述线圈骨架的其余部分的至少一部分表面裸露，未被塑封树脂壳4塑封。进一步优选的，壳体6上的部分也被一同塑封在了树脂壳4内，这样能够更好地保证液体不会渗入半塑封的定子线圈内部。在本发明的另一个实施例中，所述定子线圈绕组与所述引出线插片连接部位还可以覆盖或包覆绝缘物，使其能够更有效避免连接接部位被氧化和腐蚀。所述绝缘物可以是绝缘胶、绝缘漆等等。

本发明的塑封树脂壳4是通过这样的过程成型的，在所述线圈骨架上缠绕定子3的线圈绕组后，根据要塑封的部位确定所需的模具，通过将模具放入壳体6内包围线圈骨架，再灌注树脂，树脂冷却固结后取走模具即形成塑封树脂壳4。通过塑封树脂壳4将绕组塑封于绕圈骨架上可以防止绕组被氧化和腐蚀，又能获得很好散热效果。由于采用常规的灌注或喷射等树脂成型方法形成半塑封的密封方式，塑封与不塑封昀接合部位通常都会留下密封不严的缝隙。而半塑封方法，通常也会在塑封与不塑封的接合部位留下这种细微的缝隙。如果不采用额外特殊的处理工艺或步骤，则基本无法避免这种现象。而采用全封闭塑封的方式则不会存在这种现象。例如本发明中塑封树脂壳4在成形过程中，在树脂固结后取走模具，为克服模具与树脂之间的粘连力自然而然地在该接合部位会产生一些肉眼无法察觉的缝隙。通常这只能通过将其泡在水中观察是否产生气泡来判断是否存在这种缝隙。

进一步优选的，为了使散热效果更加明显，所述外壳6的表层与塑封树脂壳4连接的位置设置有一条排气通道61。排气通道61成型方法为现有的公知技术，例如在半塑封工艺完成后，通过气割等方式进一步在该接合部位切割出连续或不连续的多条所述排气通道61。排气通道61能够实现散热排气的同时而不会使得发生倒流液体的现象。

优选的，在本发明的另一个实施例中，塑封树脂壳4的树脂材料还可以是塑料或环氧树脂，采用灌注法或模塑法形成塑封。

为确保永磁同步电动机能够迅速顺利的起动，在本发明的另一个实施例中，可以在永磁同步电动机的一端连接起动电机，通过起动电机带动其起动从而解决其起动慢的问题。优选的，起动电机和永磁同步电动机之间设置有离合器，起动电机能够通过离合器带动永磁同步电动机转动，而永磁同步电动机转动时不能影响到起动电机。进一步优选的，起动电机与离合器之间通过伸缩卡合的方式的相互连接，起动完成后离合器不会随着永磁同步电机转动，此时关闭起动电机通过伸缩装置将起动电机退出离合器。而需要使用时则可以通过伸缩装置将起动电机的前端送入离合器中，并与其啮合，从而实现带动离合器转动。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种永磁同步电动机，包括铁芯(1)、定子(3)和永磁体(2)，所述铁芯(1)和永磁体(2)固定连接，所述定子(3)位于铁芯(1)的中心位置，其特征在于：所述铁芯(1)包括铁芯轭(11)、转子铁芯极(12)和永磁体槽(13)，所述转子铁芯极(12)位于铁芯轭(11)的外围表面并与其固定连接，所述永磁体槽(13)位于转子铁芯极(12)的外表面并与其固定连接，所述永磁体槽(13)与永磁体(2)固定连接，所述永磁体槽(13)为不对称椭球形中空永磁体槽，所述永磁体(2)的形状与永磁体槽(13)相同，所述永磁体(2)的尺寸小于永磁体槽(13)的尺寸。

2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电动机，其特征在于：所述永磁体槽(13)为不对称椭球形中空永磁体槽，所述磁体槽(13)靠近转子铁芯极(12)的一端为短轴较短的半椭球形，所述磁体槽(13)的端口为短轴较大的半椭球形。

3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电动机，其特征在于：所述永磁体(2)的个数为36个，36个所述永磁体固定在相应的永磁体槽(13)内，36个所述永磁体相互之间的间隔相等。

4.根据权利要求1所述的一种永磁体同步电动机，其特征在于：所述铁芯(1)由实心钢组成。

5.根据权利要求1所述的一种永磁体同步电动机，其特征在于：所述铁芯(1)由硅钢片叠加组成。

6.根据权利要求1所述的一种永磁体同步电动机，其特征在于：所述铁芯(1)由铁磁复合材料组成。

7.根据权利要求1所述的一种永磁体同步电动机，其特征在于：所述定子(3)连接有热保护装置(31)，所述热保护装置(31)、定子(3)的线圈部位和热保护装置(31)与定子(3)的连接部分的外圈设置有塑封树脂壳(4)，所述塑封树脂壳(4)分别与热保护装置(31)和定子(3)固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种永磁体同步电动机，其特征在于：所述塑封树脂壳(4)为环氧酚醛树脂塑封树脂壳。

9.根据权利要求1所述的一种永磁体同步电动机，其特征在于：所述铁芯(1)和定子(3)连接有逆变器(5)，所述逆变器(5)的2个接线柱分别与铁芯(1)和定子(3)通过电连接。

10.根据权利要求9所述的一种永磁体同步电动机，其特征在于：所述逆变器(5)由第一开关管(501)、第二开关管(502)、第三开关管(503)、第四开关管(504)、第一二极管(505)、第二二极管(506)、第一电容器(507)、第二电容器(508)、第三电容器(509)和第四电容器(510)组成；第一电容器(507)、第二电容器(508)、第三电容器(509)和第四电容器(510)与第三开关管(503)和第四开关管(504)并联连接，第一开关管(501)与第二二极管(506)相连接，并且另一端与控制装置连接置于回路中；第二开关管(502)与第一二极管(505)相连接，并与第一开关管(501)与第二二极管(506)形成并联电路。