CN113113989A - 外转子永磁电机以及洗衣机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种外转子永磁电机以及洗衣机，所述外转子永磁电机包括：定子；以及外转子，所述外转子套设于所述定子外侧，且与所述定子同心设置；其中，所述外转子包括：转子铁芯，所述转子铁芯为环状结构；多块永磁体，多块所述永磁体沿所述转子铁芯周向设置形成的转子极数为40，相邻两个磁极的磁化方向相反，所述定子上形成的定子槽数为30，且每一所述磁极内的永磁体的磁畴取向与其磁极中心线的夹角为α，所述α不小于零度，且不大于40度，以形成磁通密度在所述磁极中央高且随着趋向圆周方向两端而逐渐降低的磁特性。使得靠近转子内侧磁场增强、转子外侧磁场削弱，并且气隙磁场分布更加正弦，当定子上的线圈通电后，外转子上强化后的永磁场与电流磁场之间的相互作用力增大，提高了电机功率密度。

Description

外转子永磁电机以及洗衣机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种外转子永磁电机以及洗衣机。

背景技术

流永磁电机广泛应用于工业生产以及家用电器中，包括了定子以及转子，外转子永磁电机的转子上设置多个定子铁芯，并在定子铁芯上绕线形成三相绕组。

以应用于直驱式洗衣机所采用的电机为例，其定子具有27个槽、转子具有36个磁极(单元电机数为9)，定子槽数与转子极数之比为3:4，这槽极配合下，电机齿槽转矩较大。为减小齿槽转矩，可通过增加单元电机数来实现，如，现有技术中，33槽44极(单元电机数为11)和36槽48极(单元电机数为12)结构，此种结构中单元电机数提高，电机槽数较多，生产过程中线圈绕线行程及时间会较长，，此外，现有技术中永磁体通常采用径向充磁或平行充磁，形成的永磁体在转子侧以及定子侧的磁场均匀分布，电机功率密度不高，电机的输出能力有限。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种外转子永磁电机，旨在解决现有技术中，电机的功率密度提升困难的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种外转子永磁电机，所述外转子永磁电机包括：

定子；以及

外转子，所述外转子套设于所述定子外侧，且与所述定子同心设置；

其中，所述外转子包括：

转子铁芯，所述转子铁芯为环状结构；

多块永磁体，多块所述永磁体沿所述转子铁芯周向设置，以在所述转子铁芯的周向形成多个磁极，相邻两个磁极的磁化方向相反，每一所述磁极内的永磁体的磁畴取向与其磁极中心线的夹角为α，所述α不小于零度，且不大于40度，以形成磁通密度在所述磁极中央高且随着趋向圆周方向两端而逐渐降低的磁特性。

可选地，所述定子上形成的定子槽数为30，多块所述永磁体沿所述转子铁芯的周向形成的转子极数为40。

可选地，每块所述永磁体的外表面圆弧直径处于90mm～320mm之间，每块所述永磁体沿所述转子铁芯的轴向高度小于50mm，且每块所述永磁体的沿所述转子铁芯的径向厚度小于10mm。

可选地，所述径向厚度处于4mm～8mm之间，所述轴向高度处于15mm～50mm之间。

可选地，所述α的最大值不小于20度，且不大于35度。

可选地，所述α的最大值不小于25，且不大于35。

可选地，每一所述永磁体形成有一个所述磁极或偶数个所述磁极。

可选地，偶数个所述磁极为2个或4个。

可选地，所述定子包括一个或多个定子冲片，所述定子冲片上具有环形定子轭以及设置在所述定子轭上的定子齿，所述环形定子轭的内直径处于140mm～220mm。

可选地，所述环形定子轭的径向厚度处于4mm～12mm之间，所述定子齿朝向所述转子铁芯延伸的长度处于18mm～40mm之间。

本发明还提出一种洗衣机，所述洗衣机包括壳体以及如上任一项所述的外转子永磁电机，所述外转子永磁电机装设在所述壳体中。

本发明技术方案通过将外转子套设于所述定子外侧，且与所述定子同心设置，其中，外转子包括：为环状结构的转子铁芯，多块永磁体沿转子铁芯周向设置，以在转子铁芯的周向形成多个磁极，相邻两个磁极的磁化方向相反，每一磁极内的永磁体的磁畴取向与其磁极中心线的夹角为α，α不小于零度，且不大于40度，以形成磁通密度在所述磁极中央高且随着趋向圆周方向两端而逐渐降低的磁特性。这种磁畴方向配置下，外转子与定子交链的磁通量会增加，(从磁力线可以看出)因为磁力线向磁极中心线处汇聚，因此靠近磁极中心线处磁密高，沿周向的两端低，从而使得靠近外转子内侧磁场增强、转子外侧磁场削弱，可以提高气隙磁场强度，当定子上的线圈通电后，外转子上强化后的永磁场与电流磁场之间的相互作用力增大，提高了电机功率密度。并且磁场分布更加正弦，有利于减小齿槽转矩，降低振动噪音。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明外转子永磁电机的定子与转子的装配结构示意图；

图2为本发明外转子永磁电机的转子与连接架的装配结构示意图；

图3为本发明外转子永磁电机中一对磁极的磁化方向的配置示意图；

图4为本发明外转子永磁电机每块永磁体分布有一个磁极的示意图；

图5为本发明外转子永磁电机每块永磁体分布有两个磁极的示意图

图6为本发明外转子永磁电机每块永磁体分布有四个磁极的示意图；

图7为本发明外转子永磁电机的永磁体形成的外转子永磁电机与内外侧磁场均匀分布的电机形成的反电势FFT对比示意图；

图8为本发明外转子永磁电机的永磁体形成的外转子永磁电机与内外侧磁场均匀分布的电机形成的反电势各次谐波占比对比示意图；

图9为本发明外转子永磁电机的定子冲片的一实施例的示意图；

图10为本发明外转子永磁电机的定子冲片的另一实施例的示意图；

图11为本发明外转子永磁电机的定子冲片的又一实施例的示意图；

图12为本发明外转子永磁电机的定子冲片的再一实施例的示意图；

图13为本发明外转子永磁电机的定子的结构示意图；

图14为本发明外转子永磁电机的线圈在定子齿上的排布连接示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

为实现上述目的，本发明提出一种外转子永磁电机，如图1所示，所述外转子永磁电机包括：定子2；以及外转子1，所述外转子1套设于所述定子2外侧，且与所述定子2同心设置；其中，如图2所示，所述外转子1包括：转子铁芯12，所述转子铁芯12为环状结构；多块永磁体11，多块所述永磁体11沿所述转子铁芯12周向设置，以在所述转子铁芯12的周向形成多个磁极(如图3示出了一对磁极下磁化方向的配置示意图，图中每块永磁体11中只设有一个磁极)，相邻两个磁极的磁化方向相反，每一所述磁极内的永磁体11的磁畴取向与其磁极中心线(磁极中心线如图3中的虚直线所示，磁畴如图3-6中的箭头所示)的夹角为α，所述α不小于零度，且不大于40度，以形成磁通密度在所述磁极中央高且随着趋向圆周方向两端而逐渐降低的磁特性(如图中的虚弧线所示)。

本发明提出的外转子永磁电机的定子2位于外转子1内部，外转子1为环状结构，套设于定子2外侧，且外转子1与定子2同心设置。本实施例中，外转子1包括了转子铁芯12，铁芯为环状结构，且转子铁芯12的周上设置了多块永磁体11形成沿转子铁芯12周向的多个磁极，应当说明的是，每块永磁体11上可以分布有一个磁极也可以分布有偶数个磁极，当分布有偶数个磁极时，每块永磁体11上的磁极数量可以为2个、4个、8个等，图4中示出了每块永磁体11上分布有一个磁极的示意图，图5中示出了每块永磁体11上分布有两个磁极的示意图，图6中示出了每块永磁体11上分布有四个磁极的示意图。相邻两个磁极的磁化方向相反，如图3、5示出了一对磁极下磁化方向的配置示意图，形成能够与定子2形成的电流磁场产生相互作用力的永磁磁场。转子磁极数量较大时，相邻磁极之间的漏磁会增加，从而降低电机输出转矩，当转子磁极数较小时，永磁体内部不同位置处磁畴取向变化较大，难以加工制造，因此，在一可选实施例中，所述定子上形成的定子槽数为30，多块所述永磁体沿所述转子铁芯的周向形成的转子极数为40。

应当说明的是，磁畴如图3-6中的箭头所示，每块永磁体11具有多个磁畴，永磁体11利用充模或压模的方法制造一个完整的磁体，然后在一个特制的夹具中进行充磁，或是在充模的过程中控制用料的流道方向形成特定方向的磁畴，加工效率高，比较容易实现批量化生产。

每块永磁体11内的磁畴具有多个取向(如图3-6中的箭头所指的方向即示意为磁畴取向)，但从由多个磁畴形成的单个永磁体11上看，相邻两个永磁体11上所表现出的磁化方向依然是相反的，每块永磁体11均具有弧形内表面以及弧形外表面(如，半径相同的圆弧段，或是中间为弧形、两端为直线的组合，或者两段半径不同的弧形组合等)，本实施例中，每块永磁体11的外表面贴合转子铁芯12的内侧设置，当然，在其他实施例中，也可在转子铁芯12上开槽，将永磁体11固定在槽内。每块所述永磁体11的外表面圆弧直径处于90mm～320mm之间，每块所述永磁体11沿所述转子铁芯12的轴向高度小于50mm，且每块所述永磁体11的沿所述转子铁芯12的径向厚度小于10mm，以使得电机输出转矩较高，满足性能需求且成本较低。

本实施例中，每一磁极内的永磁体11的磁畴取向与其磁极中心线的夹角为α，所述α不小于零度，且不大于40度，对应于每一磁极的永磁体11内的磁畴存在一定的磁畴取向变化规律，如图3-6所示，在转子铁芯12的环向上，同一磁极内的夹角α从一侧向另一侧逐渐减小然后再逐渐增大，各磁畴的磁畴取向可以依次旋转一特定的角度，使得每个磁极内的磁畴取向大体上呈辐射状，从而使得磁通密度在所述磁极中央高且随着趋向圆周方向两端而逐渐降低，这种磁畴方向配置下，与定子交链的磁通量会增加，(从磁力线可以看出)因为磁力线向磁极中心线处汇聚，因此靠近磁极中心线处磁密高，沿周向的两端低，从而靠近转子1内侧磁场增强、转子1外侧磁场削弱，即转子铁芯12内侧的磁场得到增强，在朝向转子铁芯12外侧的磁场很小。当然，也可不依相同的旋转角度设置磁畴取向，只要使磁力线向转子内侧集中即可。α的最大值的取值范围与磁极数量相关，在进一步的实施例中，所述磁极的数量大于或等于20时，所述α的最大值不小于15度，且不大于35度，使得转子铁芯12内侧磁场增强，外侧磁场削弱，从而使得定转子之间的气隙磁场强度增强，并且降低了转子侧磁场饱和程度，提高电机输出性能，增大功率密度。并且磁场分布更加正弦，谐波含量更少，有利于减小齿槽转矩和降低转矩脉动，从而减小电机振动噪音。

在另一实施例中，所述磁极的数量大于或等于8，且小于或等于20时，所述α的最大值不小于18度，且不大于40度，处于该范围内的任意数值均可，如，30度，具体可根据需要设定。

定子2与外转子1之间间隔设置形成气隙(图中未标示)，由于转子铁芯12内侧的磁场得到增强，从而气隙处的磁感应强度增大，当定子2上的线圈3通电后，外转子1上强化后的永磁场与电流磁场之间的相互作用力增大，提高了电机功率密度，如图7所示为本实施例提出的外转子永磁电机与内外侧磁场均匀分布的发电机形成的电机反电势FFT对比示意图，可以看到，采用本发明中永磁体11后，空载反电势基波幅值更大，表明电机输出能力更强，有利于提高电机功率密度。如图8所示为本实施例提出的永磁体11形成的外转子永磁电机与内外侧磁场均匀分布时，电机反电势各次谐波占比对比示意图，可以看到，采用本发明中永磁体11后，反电势中5、7次谐波明显降低，表明朝向转子铁芯12内侧的磁场分布更加正弦，有利于减小齿槽转矩和转矩脉动，降低振动噪音。此外，由于转子铁芯12一般由导磁材料构成，本实施例中，由于在朝向转子铁芯12外侧的磁场很小，避免了转子1磁路饱和，除了能够提高电机输出能力外，还减小了转子铁芯12损耗，进一步提高了电机效率，在相同单元电机数的情况下，本实施例提出的外转子永磁电机具有更高的电机输出效率，从而可以不依靠增加单元电机数减小齿槽转矩，制造过程中可减少绕线时长，降低了电机的制造加工难度。

定子2包括了由导磁材料形成的定子冲片，如图9-12所示，定子冲片上具有呈环状的定子轭22，定子齿21由定子轭22外径处往外延伸而形成。

作为本发明的一个实施例，定子2由多个定子冲片堆叠形成。

作为本发明的另一实施例，多个扇形单元相互对接形成定子冲片，扇形单元两端分别设有凹槽27和凸起25，凸起25插入到相邻扇形单元一端的凹槽27中形成定子冲片。

作为本发明的另一实施例，叠片单元为具有定子轭22以及多个定子齿21的条形定子齿带螺旋环绕形成，如图12所示，定子轭22上间隔开设有多个槽口28，定子齿21与槽口28分别位于所述定子齿21带上相对的两侧，槽口27的存在便于条形定子齿带螺旋环绕，图12中虚线与实现分别示出了两条定子齿带，在实际应用中，用于加工定子的来料一般为条形冲压板，这种定子齿带螺旋环绕形成定子的方式能够节约冲压板的材料，使冲压板形成的废料更少，有利于节约成本。相邻两定子齿21之间形成定子槽25，在一可选实施例中，如图13所示，定子槽25与转子极数的比例为3:4，定子齿21上绕设有线圈3形成绕组，所述定子齿21上设有绝缘层(图中未标示)，所述绝缘层包绕在所述定子齿21的表面，所述绝缘层为绝缘薄膜或两扣合为一体的绝缘槽，以将线圈3与定子齿21绝缘。线圈3在定子齿21上的排布如图14所示，沿定子轭22环向的相邻三个定子齿21上的绕组分别接入相位相差120°的电流形成三相绕组，由于定子槽25与转子极数的比例为3:4，因此每相绕组的数量刚好是定子齿21数的三分之一，这里的转子极数为转子1上具有的总磁极数量，如，当每一永磁体11上形成有一个磁极时，转子极数等于永磁体11数，当每一永磁体11上形成有两个磁极时，转子极数等于两倍的永磁体11数，当每一永磁体11上形成有四个磁极时，转子极数等于四倍的永磁体11数。

作为一种实施例，定子槽25数为30，转子极数为40，单元电机数为10，齿槽转矩较低，绕线时间时间相对较短。

本发明还提出一种洗衣机，所述洗衣机包括壳体以及如上所述的外转子永磁电机，所述外转子永磁电机装设在所述壳体中。

由于转子永磁电机中的转子铁芯12内侧磁场得到增强，外侧磁场削弱，从而使得定转子之间的气隙磁场强度增强，并且降低了转子侧磁场饱和程度，提高电机输出性能，增大功率密度，并且磁场分布更加正弦，谐波含量更少，有利于减小齿槽转矩和降低转矩脉动，从而本实施例提出的洗衣机噪音小，功率大。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种外转子永磁电机，其特征在于，所述外转子永磁电机包括：

定子；以及

外转子，所述外转子套设于所述定子外侧，且与所述定子同心设置；

其中，所述外转子包括：

转子铁芯，所述转子铁芯为环状结构；

多块永磁体，多块所述永磁体沿所述转子铁芯周向设置，以在所述转子铁芯的周向形成多个磁极，相邻两个磁极的磁化方向相反，每一所述磁极内的永磁体的磁畴取向与其磁极中心线的夹角为α，所述α不小于零度，且不大于40度，以形成磁通密度在所述磁极中央高且随着趋向圆周方向两端而逐渐降低的磁特性。

2.根据权利要求1所述的外转子永磁电机，其特征在于，所述定子上形成的定子槽数为30，多块所述永磁体沿所述转子铁芯的周向形成的转子极数为40。

3.根据权利要求1所述的外转子永磁电机，其特征在于，每块所述永磁体的外表面圆弧直径处于90mm～320mm之间，每块所述永磁体沿所述转子铁芯的轴向高度小于50mm，且每块所述永磁体的沿所述转子铁芯的径向厚度小于10mm。

4.根据权利要求3所述的外转子永磁电机，其特征在于，所述径向厚度处于4mm～8mm之间，所述轴向高度处于15mm～50mm之间。

5.根据权利要求3所述的外转子永磁电机，其特征在于，所述α的最大值不小于20度，且不大于35度。

6.根据权利要求5所述的外转子永磁电机，其特征在于，所述α的最大值不小于25，且不大于35。

7.根据权利要求1所述的外转子永磁电机，其特征在于，每一所述永磁体形成有一个所述磁极或偶数个所述磁极。

8.根据权利要求7所述的外转子永磁电机，其特征在于，偶数个所述磁极为2个或4个。

9.根据权利要求1-8任一项所述的外转子永磁电机，其特征在于，所述定子包括一个或多个定子冲片，所述定子冲片上具有环形定子轭以及设置在所述定子轭上的定子齿，所述定子轭的内直径处于140mm～220mm。

10.根据权利要求9所述的外转子永磁电机，其特征在于，所述环形定子轭的径向厚度处于4mm～12mm之间，所述定子齿朝向所述转子铁芯延伸的长度处于18mm～40mm之间。

11.一种洗衣机，其特征在于，所述洗衣机包括壳体以及如权利要求1-10任一项所述的外转子永磁电机，所述外转子永磁电机装设在所述壳体中。

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