CN107742966A - 电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机。电机包括定子和转子，定子具有绕组和齿，转子具有永磁体，齿的齿冠与永磁体之间设置有气隙。沿电机的周向，气隙呈波浪状分布。永磁体和齿相对运动时，波浪状的气隙有利于永磁体和齿构造较大的过渡力，过度平稳，提高电机的工作效率。

Description

电机

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其是涉及一种新型磁路结构的电机。

背景技术

电机是日常中常见的驱动设备，能把电能转换成机械能。电机包含定子组件和转子组件，依靠电磁变换来实现转子组件相对定子组件的转动，转子组件通过转轴输出动力。但是如今电机的永磁体和齿之间的磁场强度相对于集中，降低电机的转子组件转动的稳定性，增大电机的转动负载，降低电机的工作效率。

发明内容

本发明的提供一种工作效率高的电机。

为实现上述目的，本发明提供一种新型磁路结构的电机。电机包括定子组件和转子组件，定子设置有绕组和导磁元件，转子固定有永磁体，导磁元件的齿的齿冠与永磁体之间设置有气隙。沿电机的周向，气隙呈波浪状分布。永磁体和齿相对运动时，波浪状的气隙有利于永磁体和齿构造较大的过渡力，过度平稳，提高电机的工作效率。

进一步方案为，正对的永磁体和齿冠之间的最大气隙靠近该永磁体的中部。由此方案可见，永磁体和齿相对运动的过程中，永磁体和齿冠正对时，靠近该永磁体中部处在最大气隙，因此靠近永磁体中部的磁密线较疏，磁场强度较小；靠近永磁体两端部具有较小气隙，磁密线较密，磁场强度较大，使永磁体和齿冠的工作面之间受到分布较为均匀的力，有利于进一步构造较大的过渡力，过渡平稳。

进一步方案为，沿永磁体的宽度方向，永磁体中部的厚度大于永磁体的两端部的厚度。由此方案可见，永磁体中部的厚度大于两端部的厚度，有利于永磁体中部产生较大的气隙，增加散热空间，但仍能使永磁体和齿冠的工作面之间受到分布较为均匀的力，保证永磁体与齿相对运动时过渡的平稳性。

进一步方案为，沿电机的径向方向，永磁体表贴于转子组件的转子支架的表面上。有利于降低永磁体与齿之间的磁阻，增大气隙磁通密度，进一步增强永磁体和齿构造较大过渡力的能力。

进一步方案为，永磁体位于齿冠的外侧；永磁体靠近齿冠的工作面呈V型凹面；齿冠靠近永磁体的工作面呈V型凸面。

另一步方案为，永磁体位于齿冠的外侧；永磁体靠近齿冠的工作面呈V型凹面；齿冠靠近永磁体的工作面呈凸圆弧面。

另一步方案为，永磁体位于齿冠的内侧；齿冠靠近永磁体的工作面呈V型凹面；永磁体靠近齿冠的工作面呈V型凸面。

另一步方案为，永磁体位于齿冠的内侧；齿冠靠近永磁体的工作面呈V型凹面；永磁体靠近齿冠的工作面呈凸圆弧面。

由上述方案可见，定子的齿和转子的永磁体的结构呈V型布局。V型布局使得过渡容易切入，切入后永磁体受到正面施力，容易构成切向力，从而减小径向力，减少轴的径向磨损。

进一步方案为，齿靠近齿冠的齿宽大于该齿靠近导磁元件的轭部的齿宽；齿靠近永磁体的齿高小于该齿靠近导磁元件的轭部的齿高。有利于扩大定子的槽宽，增加齿槽面积，增大绕组导电截面积，增加有效长度，降低铜耗，提高功率密度，进而提高电机整体的工作效率。导磁元件的轴向高度略为增加，使用部分散热空间而不影响端部散热气流通道，增加槽内气流通道，合理利用电机内部空间，提高电机内部的散热能力。

进一步方案为，沿半径方向，所述齿上位于齿冠与定子轭部之间的部分的截面积相当。有利于增加有效磁通量，提高电能的利用率，进一步提高电机的工作效率。

附图说明

图1是本发明电机第一实施例的一种外转子电机结构示意图；

图2是图1局部放大的第一运动位置示意图；

图3是图1局部放大的第二运动位置示意图；

图4是图1局部放大的第三运动位置示意图；

图5是本发明电机第一实施例的又一种外转子电机的结构示意图；

图6是本发明电机第一实施例的一种内转子电机的结构示意图；

图7是本发明电机第一实施例的又一种内转子电机的结构示意图；

图8是本发明电机第二实施例的双定子电机的结构示意图；

图9是本发明电机第二实施例的一种双转子电机的结构示意图；

图10是本发明电机第二实施例的又一种双转子电机的结构示意图；

图11是电机第三实施例的定子示意图；

图12是图11的剖剖切图。

具体实施例

电机第一实施例

如图1所示，电机100包括转子组件101和定子组件102。定子组件102具有绕组103和导磁元件1021，导磁元件1021设置有齿104，齿冠105成型于齿104的靠近永磁体的一端。沿电机100的径向方向，磁极阵列106配有原定数量的永磁体1061，磁极阵列106的永磁体1061表贴于转子组件101的转子支架1011的内表面上。沿永磁体1061的宽度方向，永磁体1061中部的厚度大于该永磁体的两端部的厚度。磁极阵列106位于齿冠105的外侧，永磁体1061靠近齿冠105的工作面107呈V型凹面，齿冠105靠近永磁体1061的工作面108呈V型凸面。齿冠105与永磁体1061之间设置有气隙109。沿电机100的周向，所述气隙109呈波浪状分布。齿冠105和永磁体1061正对时，由于齿冠105和永磁体1061的之间的气隙109呈V型布局，且靠近永磁体1061的中部具有最大气隙，靠近永磁体1061两端部具有较小气隙。

参见图2至图4，将导磁元件的一个齿与转子支架上的两个永磁体作为分析对象。箭头的方向表示永磁体的充磁方向，箭头的密集程度表示永磁体的磁场强度的大小。永磁体充磁方向不限于平行充磁，还可以是径向充磁。

磁极阵列包括第一永磁体10和第二永磁体20，第一永磁体10具有第一端部11、第二端部12和中部13，第二永磁体20具有第一端部21、第二端部22和中部23。定子的齿具有齿冠30，包括齿冠第一端部31和齿冠第二端部32。

电机的转子组件沿方向01逆时针转动，转子组件与定子组件之间相对转动，即齿冠与永磁体之间产生相对运动。如图2所示，当转子组件位于第一运动位置时，永磁体与齿冠从正对的相对位置开始改变，第一永磁体10向齿冠的第一端部31运动，第二永磁体20向齿冠第二端部32运动。第一永磁体10的中部13的位置与齿冠30之间存有最大气隙，产生相对较小的气隙磁密，因此第一永磁体10的中部13位置与齿冠30之间的作用力较小；第一永磁体10的第二端部12位置与齿冠30之间存有较大气隙，产生的气隙磁密较大，因此第一永磁体10的第二端部12位置与齿冠30之间的作用力较大，促使第一永磁体10向齿冠30的第一端部31移动，使第一永磁体10和齿冠30所在的正对位置容易发生改变。

如图3所示，当转子组件位于第二运动位置时，齿冠30位于第一永磁体10和第二永磁体20的中间的过渡位置上。永磁体的两端与齿冠之间具有较大的气隙磁密，第一永磁体10的第二端部12和第二永磁体20的第一端部21容易构造较大的过渡力，在过渡位置上减少永磁体与齿冠的之间力矩波动，减小齿冠30向第二永磁体20过渡出现的卡顿，实现齿冠30与第二永磁体20之间切入的平稳过渡。

如图4所示，当转子组件位于第三运动位置时，齿冠30基本摆脱第一永磁体10的影响，完成从与第一永磁体10正对的位置向与第二永磁体20正对的位置转变。此时第二永磁体20的第一端部21和第二端部22向齿冠正面施力，容易构成切向力，减少径向力，减少轴的径向磨损。波浪状电机的磁极的V型分布，永磁体两端部气隙较小，与齿冠之间的气隙磁密较大，使永磁体和齿冠的工作面之间受到分布较为均匀的力，有利于构造较大过渡力，减少力矩波动，有利于消除电机的气隙谐波，提高永磁体与齿冠之间过渡的稳定性，提高电机整体的工作效率。

可选的，如图5所示，齿冠的工作面110呈凸圆弧面，其母线平行于电机轴线。

如图6和图7所示，电机的定子组件和转子组件还可以是内转子电机布置。磁极阵列121的永磁体1211表贴与转子支架124外侧。齿冠122靠近永磁体1211的工作面123呈V型凹面。图6所示的永磁体1211靠近齿冠122的工作面125可以呈V型凸面。图7所示的永磁体1212靠近齿冠122的工作面126呈凸圆弧面。

永磁体和齿冠的工作面在转动时，形成的相对均匀的旋转曲面，其母线不限于平行于电机轴线，还可以与电机轴线成一夹角，驱使旋转的工作面呈锥状分布。

电机第二实施例

本实施例与第一实施例基本相同，其区别在于定子组件的绕组阵列与转子组件的磁极阵列的数量的不同。

如图8所示，电机200为双转子电机，包括第一磁极阵列201、第二磁极阵列202和定子组件的导磁元件203。第一磁极阵列201的永磁体与导磁元件203的外齿冠2031之间的气隙、第二磁极阵列202的永磁体与导磁元件203的内齿冠2032之间的气隙均呈波浪状沿电机周向均布。

电机也可以为双定子电机。如图9所示，包括第一导磁元件301、第二导磁元件302和转子303。磁极阵列303上安装有作用于第一导磁元件301的外磁极阵列3031，安装有作用于第二导磁元件302的内磁极阵列3032。外磁极阵列3031的永磁体和第一导磁元件301的齿冠之间的气隙呈波浪状沿电机周向均布；内磁极阵列3032的永磁体和第二导磁元件302的齿冠之间的气隙也呈波浪状沿电机周向均布。

双定子电机的转子组件还可以使用单磁极阵列结构。如图10所示，双定子电机400的转子组件403设置单磁极阵列4031。单磁极阵列4031的外工作面4032与第一导磁元件401的齿冠之间形成波浪状气隙，单磁极阵列4031的内工作面4033与第二导磁元件402的齿冠之间形成波浪状气隙。双层的气隙呈波浪状能进一步构成较大的过渡力，提高永磁体和齿冠之间的过渡的稳定性。

电机第三实施例

本实施例与第一实施例基本相同，其区别在于导磁元件上成型有不同形状的齿。

如图11、图12所示，导磁元件500包括齿501、齿冠502和轭部503。齿501靠近齿冠502的齿宽大于该齿501靠近轭部503的齿宽。齿501靠近永磁体504的齿高小于该齿501靠近轭部503的齿高。同时保证齿501上位于齿冠502与轭部503之间的部分的截面积相当。有利于扩大导磁元件500的槽宽，有利于增加绕组导电截面积，提高槽满率，增加有效边长度，降低电阻，降低铜耗，提高功率密度。定子轴向高度略为增加，使用部分散热空间而不影响端部散热气流通道，增加槽内气流通道，合理利用电机内部空间，提高电机内部的散热能力。还有利于增加有效磁通量，提高电能的利用率综合性地提高电机的工作效率。此定子的齿的结构不限于使用在内定子电机，还可以用于外定子电机、双定子电机、双转子电机等。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.电机，包括定子组件和转子组件，所述定子组件设置有绕组和导磁元件，所述转子组件固定有永磁体，所述导磁元件的齿的齿冠与所述永磁体之间设置有气隙，其特征在于：

沿所述电机的周向，所述气隙呈波浪状分布。

2.根据权利要求1所述电机，其特征在于：

正对的所述永磁体和所述齿冠之间的最大气隙靠近该永磁体的中部。

3.根据权利要求2所述电机，其特征在于：

沿所述永磁体的宽度方向，所述永磁体中部的厚度大于所述永磁体的两端部的厚度。

4.根据权利要求3所述电机，其特征在于：

沿所述电机的径向方向，所述永磁体表贴于所述转子组件的转子支架的表面上。

5.根据权利要求1所述电机，其特征在于：

所述永磁体位于所述齿冠的外侧；

所述永磁体靠近所述齿冠的工作面呈V型凹面；

所述齿冠靠近所述永磁体的工作面呈V型凸面。

6.根据权利要求1所述电机，其特征在于：

所述永磁体位于所述齿冠的外侧；

所述永磁体靠近所述齿冠的工作面呈V型凹面；

所述齿冠靠近所述永磁体的工作面呈凸圆弧面。

7.根据权利要求1所述电机，其特征在于：

所述永磁体位于所述齿冠的内侧；

所述齿冠靠近所述永磁体的工作面呈V型凹面；

所述永磁体靠近所述齿冠的工作面呈V型凸面。

8.根据权利要求1所述电机，其特征在于：

所述永磁体位于所述齿冠的内侧；

所述齿冠靠近所述永磁体的工作面呈V型凹面；

所述永磁体靠近所述齿冠的工作面呈凸圆弧面。

9.根据权利要求1所述电机，其特征在于：

所述齿靠近所述齿冠的齿宽大于该齿靠近所述导磁元件的轭部的齿宽；

所述齿靠近所述永磁体的齿高小于该齿靠近所述导磁元件的轭部的齿高。

10.根据权利要求9所述电机，其特征在于：

沿半径方向，所述齿上位于所述齿冠与所述导磁元件的轭部之间的部分的截面积相当。