CN108429370B - 电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机，包括转子组件和定子组件，转子组件固定有永磁体阵列，定子组件设置有绕组和导磁元件。永磁体阵列设置预定个数的磁极，磁极由磁体组构成，磁体组由至少两个永磁体构成。有利于保持电机的气隙不变情况下，提高永磁体的利用率，增强磁极磁场强度，提高电机的气隙磁密，从而提高电机的工作效率。又有利于减轻永磁体的重量。

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。为提高电机的动力输出，增强永磁体的磁性，减小电机气隙密度。但是永磁体存在一定的充磁饱和度，永磁体体积随充磁强度提高而增大，增加电机的重量；过小的电机气隙磁密，存在较大的安全性。

发明内容

本发明提供一种永磁体利用率高的电机。

为实现上述目的，本发明提供一种电机，包括转子组件和定子组件，转子组件固定有永磁体阵列，定子组件设置有绕组和导磁元件。永磁体阵列设置预定个数的磁极，磁极由磁体组构成，磁体组由至少两个永磁体构成。

由上述方案可见， 至少二个永磁体构成一个磁体组，电机的磁极由磁体组构成，利用永磁体的边角磁效应有利于保持电机的气隙不变情况下，提高永磁体的利用率，增强磁极磁场强度，提高电机的气隙磁密，从而提高电机的工作效率。又有利于减轻永磁体的重量。

进一步方案为，永磁体阵列为海尔贝克磁阵列。有利于进一步提高磁极磁性，有利于气隙磁密正弦化，提高永磁体的利用率。有利于降低电机的转距波动。

进一步方案为，磁体组包含第一磁体组和第二磁体组；第一磁体组的永磁体沿电机的周向排列；第二磁体组的永磁体沿电机的轴向排列。

进一步方案为，第一磁体组的充磁方向垂直于该磁体组的永磁体的排列方向；第二磁体组的充磁方向垂直于该磁体组的永磁体的排列方向。

由上述方案可见，有利于进一步增强海尔贝克磁阵列的磁极磁效应，提高磁极的磁场强度和工作磁密，从而整体的提高电机的工作效率。

进一步方案为，沿电机轴向，磁体组靠近电机轴的一侧的工作面呈V型面；沿电机周向，磁体组远离电机轴的一侧的工作面呈鼓型。V型的工作面有利于永磁体和定子组件间形成起伏的气隙结构，鼓型的工作面有利于提高电机的转动惯量和力矩，增强电机的定轴性和稳定性，提高抗震定能，提高电机的工作效率。

进一步方案为，定子组件设置在转子组件内侧；转子组件和定子组件之间形成的起伏气隙沿电机的周向分布；转子组件的永磁体的靠近定子组件的工作呈V型凸面。

另一进一步方案为，定子组件设置在转子组件内侧；转子组件和定子组件之间形成的起伏气隙沿电机的周向分布；转子组件的永磁体的靠近定子组件的工作呈圆弧凸面。

由上述方案可见，永磁体和齿相对运动时，起伏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。

另一进一步方案为，定子组件设置在转子组件外侧；转子组件靠近定子组件的工作面呈凹状鼓型。有利于提高永磁体阵列和定子组件之间的工作磁密，进一步提高电机的转动惯量，进而提高电机的工作效率。

进一步方案为，转子组件的内侧设置有第一定子组件，其外侧设置有第二定子组件；转子组件和第一定子组件之间形成的起伏气隙沿电机的周向分布；转子组件靠近第二定子组件的工作面呈凹状鼓型。由此方案可见，有利于第一定子组件和转子组件间形成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；同时有利于第二定子组件和转子组件间形成相近的鼓型的工作面，提高电机的转动惯量。从而进一步提高永磁体的利用率，整体提高电机的工作率。

进一步方案为，导磁元件设置有齿；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；沿半径方向，齿上位于齿冠与导磁元件的轭部之间的部分的截面积相当。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。沿半径方向，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。

以上所有方案中，永磁体由磁体组构成时，可以将永磁体细分增加其表面积，有利于永磁体散热。

附图说明

图1是本发明的电机第一实施例的外转子电机结构示意图；

图2是本发明的电机第一实施例的永磁体阵列立体图；

图3是电机第一实施例的永磁体阵列的示意图，

图4是本发明的电机第一实施例的内转子电机结构示意图；

图5是图4的剖视图；

图6是本发明电机的转子组件的立体图：

图7是本发明的双定子电机结构示意图；

图8是图6的剖切图；

图9是本发明的电机第二实施例的外转子电机结构示意图；

图10是图9的剖切图。

具体实施例

电机第一实施例

根据图1、图2分析，电机100包括转子组件101和定子组件102，转子组件101安装在定子组件102外侧，转子组件101上固定有永磁体阵列103。永磁体阵列103由预定数量的磁体组组成，磁体组由三个永磁体构成。磁体组包含第一磁体组104和第二磁体组105。第一磁体组104的永磁体沿电机100的周向排列。第二磁体组105的永磁体沿电机100的轴向排列。沿电机100的周向，第一磁体组104和第二磁体组105间隔均匀分布构成电机100的永磁体阵列103。沿电机100轴向，永磁体阵列103靠近电机轴的一侧的工作面106呈V型面；沿电机100周向，永磁体阵列103远离电机轴的一侧的工作面107呈鼓型。

定子组件102包含绕组1021和导磁元件1022，导磁元件上设置有齿1023，绕组1021安装在导磁元件的齿1023上。齿1023的齿冠1024所面对转子组件101的工作面呈圆形凸面。转子组件102与定子组件103相互运动时，转子组件102的工作面和定子组件103的工作面之间形成的起伏气隙110沿电机周向分布。

结合图3分析，永磁体阵列103按照海尔贝克磁阵列方式排列，箭头表示永磁体的充磁方向。第一磁体组104的永磁体的充磁方向所在直线沿电机径向垂直于该磁体组的永磁体排列所在的直线，第二磁体组105的永磁体的充磁方向所在直线沿电机轴向垂直于该磁体组的永磁体排列所在的直线。第一磁体组104构成电机100的磁极。

磁体组不限于由三个永磁体组成，也可以是由二个或三个以上的永磁体构成。

磁体的充磁方向不限于上述沿电机的径向或轴向布置，磁体的充磁方向还可以是垂直永磁体排列方向进行斜充磁。

齿上的齿冠所面对转子组件的工作面呈圆形凸面，还可以是V型凸面。

电机不限于是外转子结构，还可以是内转子结构，如图4和图5所示。电机200的定子组件201设置在转子组件202外侧，定子组件201的工作面适应内转子组件202的工作面呈凹状鼓型面203。

电机的转子组件上不限于是一个永磁体阵列结构，还可以是两个以上的永磁体阵列结构如图6所示。转子组件220的永磁体阵列安装在导磁元件224上，第一永磁体阵列221、第二永磁体阵列222、第三永磁体阵列223与转子组件220共轴布置。相邻的两个永磁体阵列沿周向错开预定角度。所述预定角度接近电机极距所对的圆心角的百分之十。多个永磁体阵列沿轴线布置的方案不限于内转子电机，还可以是外转子电机、双转子电机、双定子电机等。

电机的永磁体阵列不限于是使用海尔贝克阵列的方式排列，还可以是使用常规的径向充磁的永磁体方式排列。当电机使用常规的径向充磁永磁体排列方法时，永磁体阵列设置预定个数的磁极，磁极由磁体组构成，磁体组由至少两个永磁体构成，每个永磁体的充磁方向沿径向辐射充磁或平行充磁。此时，电机不限于是单定子或单转子的结构，还可以是双定子结构，如图7、图8所示。转子组件301的内侧设置有第一定子组件302，其外侧设置有第二定子组件303；转子组件301和第一定子组件302之间形成的起伏气隙304沿电机的周向分布；转子组件301靠近第二定子组件303的工作面305呈凹状鼓型。通过由至少两个永磁体组成的磁体组构成电机的磁极，提高永磁体的利用率，增强磁极磁场强度，从而整体提高电机的工作效率。可选的，永磁体以一般的方式排列时，电机还可以是双转子结构。

电机第二实施例

本实施例与第一实施例基本相同，其区别在于导磁元件上成型有不同形状的齿。

如图9、图10所示，导磁元件400包括齿401、齿冠402和轭部403。齿401靠近齿冠402的齿宽大于该齿401靠近轭部403的齿宽。齿401靠近永磁体404的齿高小于该齿401靠近轭部403的齿高。同时保证齿401上位于齿冠402与轭部403之间的部分的截面积相当。有利于扩大导磁元件400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 (8)

1.电机，包括转子组件和定子组件，所述转子组件固定有永磁体阵列，所述定子组件设置有绕组和导磁元件，其特征在于：

所述永磁体阵列设置预定个数的磁极；

所述磁极由磁体组构成；

所述磁体组由至少两个永磁体构成；

所述永磁体阵列为海尔贝克磁阵列；

所述磁体组包含第一磁体组和第二磁体组；

所述第一磁体组的永磁体沿所述电机的周向排列；

所述第二磁体组的永磁体沿所述电机的轴向排列。

2.根据权利要求1所述电机，其特征在于：

所述第一磁体组的充磁方向垂直于该磁体组的永磁体的排列方向；

所述第二磁体组的充磁方向垂直于该磁体组的永磁体的排列方向。

3.根据权利要求2所述电机，其特征在于：

沿所述电机轴向，所述永磁体阵列靠近所述电机的轴的一侧的工作面呈V型面；

沿所述电机周向，所述永磁体阵列远离所述电机的轴的一侧的工作面呈鼓型。

4.根据权利要求1至3任一所述电机，其特征在于：

所述定子组件设置在所述转子组件内侧；

所述转子组件和所述定子组件之间形成的起伏气隙沿所述电机的周向分布；

所述转子组件的永磁体的靠近所述定子组件的工作呈V型凸面。

5.根据权利要求1至3任一所述电机，其特征在于：

所述定子组件设置在所述转子组件内侧；

所述转子组件和所述定子组件之间形成的起伏气隙沿所述电机的周向分布；

所述转子组件的永磁体的靠近所述定子组件的工作呈圆弧凸面。

6.根据权利要求1至3任一所述电机，其特征在于：

所述定子组件设置在所述转子组件外侧；

所述转子组件靠近所述定子组件的工作面呈凹状鼓型。

7.根据权利要求1所述电机，其特征在于：

所述转子组件的内侧设置有第一定子组件，其外侧设置有第二定子组件；

所述转子组件和所述第一定子组件之间形成的起伏气隙沿所述电机的周向分布；

所述转子组件靠近所述第二定子组件的工作面呈凹状鼓型。

8.根据权利要求1至3或权利要求7任一所述电机，其特征在于：

所述导磁元件设置有齿；

所述齿靠近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；

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。

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