CN113726058B - 一种永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及永磁电机技术领域，尤其是涉及一种永磁电机。本发明提供的永磁电机，包括定子、转子、中心轴和机壳，中心轴转动连接于机壳，转子与定子均设置于机壳内，定子连接于机壳，转子连接于中心轴；机壳包括外壳以及设置于外壳两端的侧盖；定子包括定子铁芯和设置于定子铁芯上的电枢绕组；定子铁芯连接于外壳，且与转子之间形成有第一气隙，侧盖连接有永磁件和励磁绕组，且永磁件和励磁绕组与转子之间形成有第二气隙。通过励磁绕组实现了磁通可调，同时永磁件设置在侧盖上，使转子结构简单，增强了转子的机械性能，更适于高速运行，同时能够有效减小永磁件上的涡流损耗，易于永磁件散热。

Description

一种永磁电机

技术领域

本发明涉及永磁电机技术领域，尤其是涉及一种永磁电机。

背景技术

近年来，随着稀土永磁材料性能的不断提高，以高效率、高功率密度为显著特征的永磁电机得以快速发展，在航空、航天、舰船、汽车、机床等很多工业领域获得了广泛应用，不仅显著地加快了我国实现工业现代化的步伐，而且有效地促进了我国节能减排战略目标的实现。但由于永磁材料的固有特性，永磁电机制成后其气隙磁场基本保持恒定、无法调节，这导致永磁电机在运行时恒功率区较窄，调速范围有限，限制了其在宽调速驱动领域的应用。同时当需要弱磁时，通常施加持续的弱磁电流来削弱气隙磁场，此时永磁件易发生不可逆退磁，也极大地限制了永磁电机在工业生产中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种永磁电机，以解决永磁电机中气隙磁场基本保持恒定，调速范围有限的问题以及永磁件易退磁的技术问题。

本发明提供的一种永磁电机，包括定子、转子、中心轴和机壳，所述中心轴转动连接于所述机壳，所述转子与所述定子均设置于所述机壳内，所述定子连接于所述机壳，所述转子连接于所述中心轴；

所述机壳包括外壳以及设置于所述外壳两端的侧盖，侧盖上置有永磁件、励磁绕组；所述定子包括定子铁芯和设置于所述定子铁芯上的电枢绕组；

所述定子铁芯连接于所述外壳，且与所述转子之间形成有第一气隙，所述侧盖连接有所述永磁件和所述励磁绕组，且所述永磁件和所述励磁绕组与所述转子之间形成有第二气隙。

作为一种进一步的技术方案，所述永磁件呈环状，所述永磁件的外径小于所述电枢绕组的内径。

作为一种进一步的技术方案，所述侧盖设置有安装槽，所述永磁件固定于所述安装槽内。

作为一种进一步的技术方案，所述励磁绕组呈环状，且位于所述电枢绕组的外侧，所述励磁绕组的内径大于所述电枢绕组的外径。

作为一种进一步的技术方案，所述侧盖设置有励磁支架，所述励磁绕组固定于所述励磁支架上。

作为一种进一步的技术方案，所述转子包括相对设置的第一爪极和第二爪极，所述第一爪极与所述第二爪极极性相反，且所述第一爪极与所述第二爪极之间具有间隔；

所述第一爪极与所述第二爪极均包括根部和爪部，所述根部呈圆盘状，所述爪部沿所述根部的周向分布，所述第一爪极的所述爪部与所述第二爪极的所述爪部之间相互交错间隔设置，且形成有第三气隙；

所述根部开设有穿孔，所述中心轴穿过所述穿孔与所述第一爪极和所述第二爪极连接。

作为一种进一步的技术方案，所述第一爪极与所述第二爪极均设置有两个所述爪部，所述第一爪极的两个所述爪部与所述第二爪极的两个所述爪部之间相互等间距设置。

作为一种进一步的技术方案，所述爪部呈楔形，且靠近所述根部的一端的宽度大于远离所述根部的一端的宽度。

作为一种进一步的技术方案，还包括护套，所述护套套设于所述转子。

作为一种进一步的技术方案，所述定子铁芯开设有多个梨形槽，所述电枢绕组设置于所述梨形槽内。

与现有技术相比，本发明提供的一种永磁电机所具有的技术优势为：

本发明提供的永磁电机，包括定子、转子、中心轴和机壳，中心轴转动连接于机壳，转子与定子均设置于机壳内，定子连接于机壳，转子连接于中心轴；机壳包括外壳以及设置于外壳两端的侧盖，侧盖内部放置有永磁件、励磁绕组；定子包括定子铁芯和设置于定子铁芯上的电枢绕组；定子铁芯连接于外壳，且与转子之间形成有第一气隙，侧盖连接有永磁件和励磁绕组，且永磁件和励磁绕组与转子之间形成有第二气隙。

侧盖上的励磁绕组对永磁件起到辅助励磁的作用，励磁绕组和永磁件共同作用时，气隙磁场由励磁电流和永磁件共同产生，通过调节励磁电流的大小及方向，调节气隙磁通密度。当需要增大气隙磁密时，励磁绕组施加与同侧永磁件产生相同极性的直流电，当需要减小气隙磁密时，励磁绕组施加与同侧永磁件产生相反极性的直流电。本发明提供的永磁电机通过励磁绕组实现了磁通可调，解决了永磁电机制成后气隙磁场基本保持恒定的问题，实现气隙磁场的直接调解与控制，突破了传统永磁电机通过电枢电流矢量控制实现弱磁或增磁的局限，同时永磁件设置在侧盖上，使转子结构简单，增强了转子的机械性能，更适于高速运行，同时能够有效减小永磁件上的涡流损耗，易于永磁件散热，有效避免了因涡流损耗过大产生温升较高而造成的永磁件永久性失磁现象。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的永磁电机爆炸图；

图2为本发明实施例提供的侧盖结构示意图；

图3为本发明实施例提供的永磁件励磁时沿爪极中心剖分的磁力线走向示意图；

图4为本发明实施例提供的永磁件和励磁绕组混合励磁时沿爪极中心剖分的磁力线走向示意图。

图标：1-中心轴；2-外壳；3-侧盖；4-永磁件；5-励磁绕组；6-定子铁芯；7-电枢绕组；8-法兰盘；9-第一爪极；10-第二爪极；11-第三气隙；12-护套；13-第一磁感线；14-第二磁感线。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

具体结构如图1至图4所示。

本实施例提供一种永磁电机，包括定子、转子、中心轴1和机壳，中心轴1转动连接于机壳，转子与定子均设置于机壳内，定子连接于机壳，转子连接于中心轴1；

机壳包括外壳2以及设置于外壳2两端的侧盖3，定子包括定子铁芯6和设置于定子铁芯6上的电枢绕组7；

定子铁芯6连接于外壳2，且与转子之间形成有第一气隙，侧盖3连接有永磁件4和励磁绕组5，且永磁件4和励磁绕组5与转子之间形成有第二气隙。

如图1所示，本实施例中，外壳2呈筒状，两端分别设置有侧盖3，两端的侧盖3中心处均开设有定位孔，中心轴1穿过定位孔与侧盖3转动连接，外壳2与侧盖3均能够导磁，侧盖3与外壳2可通过丝扣结构可拆卸连接，也可以通过卡扣结构可拆卸连接，还可以通过螺栓与丝孔结构可拆卸连接，只要实现侧盖3与外壳2可拆卸连接机壳，如此，方便维修。

电枢绕组7采用集中绕组，绕于定子铁芯6上，定子铁芯6连接于外壳2的内壁上，且与外壳2的内壁之间形成第一气隙，永磁件4设置有两个且不同极性，均轴向充磁，分别连接在两端的侧盖3上，且均位于侧盖3内侧，励磁绕组5设置有两个且极性相反，两个励磁绕组5均通直流电，分别连接在两端的侧盖3上且位于侧盖3的内侧，位于同一侧盖3上的励磁绕组5和永磁件4的励磁方向相同，且与转子之间形成第二气隙。

侧盖3上的励磁绕组5对永磁件4起到辅助励磁的作用，励磁绕组5和永磁件4共同作用时，气隙磁场由励磁电流和永磁件4共同产生，通过调节励磁电流的大小及方向，调节气隙磁通密度。当需要增大气隙磁密时，励磁绕组5施加与同侧永磁件4产生相同极性的直流电，当需要减小气隙磁密时，励磁绕组5施加与同侧永磁件4产生相反极性的直流电。本实施例提供的永磁电机通过励磁绕组5实现了磁通可调，解决了永磁电机制成后气隙磁场基本保持恒定的问题，实现气隙磁场的直接调解与控制，突破了传统永磁电机通过电枢电流矢量控制实现弱磁或增磁的局限，同时永磁件4设置在侧盖3上，使转子结构简单，增强了转子的机械性能，更适于高速运行，同时能够有效减小永磁件4上的涡流损耗，易于永磁件4散热，有效避免了涡流损耗过大产生温升较高而造成的永磁件4永久性失磁现象。

本实施例的可选技术方案中，永磁件4呈环状，且位于电枢绕组7的端部的内侧，使永磁件4沿中心轴1的轴向正对转子，提升电机性能，永磁件4的外径小于电枢绕组7的内径，防止与电枢绕组7相互干扰。

本实施例的可选技术方案中，侧盖3设置有安装槽，永磁件4固定于安装槽内。

本实施例中，安装槽可以是独立部件，连接在侧盖3的内侧壁上，也可以侧盖3与安装槽一体成型。

如图2所示，本实施例优选的，安装槽与侧盖3一体成型，安装槽包括相互配合的内挡块和外环壁，内挡块设置有四个，且分别位于外环壁内侧，且对应四个方向，内挡块外环壁之间具有安装间隔，永磁件4卡如安装间隔内，结构简单，拆卸方便，稳定性高且便于制造。

本实施例的可选技术方案中，励磁绕组5呈环状，电枢绕组7的端部沿轴向伸出定子铁芯6，励磁绕组5位于电枢绕组7端部的外侧，防止永磁件4与电枢绕组7相互干扰，励磁绕组5的内径大于电枢绕组7的外径，防止励磁绕组5与电枢绕组7相互干扰。

本实施例的可选技术方案中，侧盖3设置有励磁支架，励磁绕组5固定于励磁支架上。

本实施例中，励磁支架可以是独立部件，连接在侧盖3的内侧壁上，也可以侧盖3与励磁支架一体成型。

如图2所示，本实施例优选的，励磁支架与侧盖3一体成型，励磁支架包括相互配合的外挡块和内环壁，外挡块设置有四个，且分别位于内环壁外侧的四个方向上，外挡块内环壁之间具有安装间隔，励磁绕组5卡如安装间隔内，结构简单，拆卸方便，稳定性高且便于制造。

如图1所示，本实施例的可选技术方案中，转子包括相对设置的第一爪极9和第二爪极10，第一爪极9与第二爪极10极性相反，且第一爪极9与第二爪极10之间具有间隔；

第一爪极9与第二爪极10均包括根部和爪部，根部呈圆盘状，爪部沿根部的周向分布，第一爪极9的爪部与第二爪极10的爪部之间相互交错间隔设置，且形成有第三气隙11；

根部开设有穿孔，中心轴1穿过穿孔与第一爪极9和第二爪极10连接。

本实施例中，第一爪极9的根部与第二爪极10的根部均为法兰盘8，爪部与法兰盘8为一体铸造而成，且爪部与根部之间通过膝部过度，同时爪部位于法兰盘8的外缘处，法兰盘8的外径和永磁件4的外径相等，第一爪极9与第二爪极10均通过键槽连接固定在中心轴1上，第一爪极9与第二爪极10相互配合，使进入第一爪极9的轴向磁力线在经过第二爪极10的作用后，转换为径向的磁力线，第一爪极9与第二爪极10的设置使永磁电机具有较大的功率密度，且更适用于直接驱动场合，使该电机的应用更为广泛。

进一步地，第一爪极9设置有两个爪部，第二爪极10设置有两个爪部，每个爪极的两个爪部沿法兰盘8的周向且相对设置，沿法兰盘8的周向，第一爪极9的两个爪部与第二爪极10的两个爪部之间相互等间距设置，也就是说，相邻的第一爪极9的爪部与第二爪极10的爪部在周向上两者之间相差90°，对称结构适合高速运行。

本实施例的可选技术方案中，第一爪极9的爪部与第二爪极10的爪部均呈楔形，且包括第一端和第二端，第一端为靠近根部的一端，第二端为远离根部的一端，第一端的宽度大于第二端的宽度；如此，使第一端的极弧较第二端的极弧长，使更多的磁力线由轴向转换为径向，提高磁通密度。

本实施例的可选技术方案中，还包括护套12，护套12呈筒状，且套在第一爪极9与第二爪极10的外侧，护套12的两端分别与第一爪极9的根部的外侧壁和第二爪极10的根部的外侧壁平齐，通过护套12保护第一爪极9和第二爪极10，防止第一爪极9与第二爪极10离心力过大而导致的损坏，同时提高稳定性。

本实施例的可选技术方案中，定子铁芯6开设有多个梨形槽，电枢绕组7设置于梨形槽内。

如图3所示，本发明提供的永磁电机，一侧永磁件4产生的磁力线的回路为：永磁件4产生第一磁感线13，第一磁感线13由侧盖3上的永磁件4的N极出发，依次穿过第二气隙、第一爪极9、第三气隙11、第二爪极10、第一气隙、外壳2和侧盖3，并由侧盖3回到永磁的S极；另一侧永磁件4产生的磁力线回路与其相反。

如图4所示，励磁绕组5对永磁体起到辅助励磁的作用，励磁绕组5和永磁体共同作用时，气隙磁场由励磁电流和永磁体共同产生，通过调节励磁电流的大小及方向，调节气隙磁通密度。当需要增大气隙磁密时，励磁绕组5通能与同侧永磁体产生相同极性的直流电，当需要减小气隙磁密时，励磁绕组5通与增磁运行时方向相反的励磁电流。励磁绕组5和永磁件4混合励磁时，励磁绕组5产生的第二磁感线14的回路如图4中所示，第二磁感线14从一侧励磁绕组5出发，穿过永磁件4、第二气隙后进入爪极，依次穿过第一爪极9的根部、膝部、爪部，然后穿过第一爪极9的爪部与第二爪极10的爪部之间的第三气隙11后，进入第二爪极10，后转换为径向磁通，然后穿过第二爪极10的爪部、膝部、根部，进而穿过定子和转子之间的第一气隙，进入定子后，穿过外壳2、侧盖3，经过外壳2和侧盖3的导通作用，磁力线最终回到另一侧励磁绕组5。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种永磁电机，其特征在于，包括：定子、转子、中心轴（1）和机壳，所述中心轴（1）转动连接于所述机壳，所述转子与所述定子均设置于所述机壳内，所述定子连接于所述机壳，所述转子连接于所述中心轴（1）；

所述机壳包括外壳（2）以及设置于所述外壳（2）两端的侧盖（3），所述定子包括定子铁芯（6）和设置于所述定子铁芯（6）上的电枢绕组（7）；

所述定子铁芯（6）连接于所述外壳（2），且与所述转子之间形成有第一气隙，所述侧盖（3）连接有永磁件（4）和励磁绕组（5），且所述永磁件（4）和所述励磁绕组（5）与所述转子之间形成有第二气隙；

还包括护套（12），所述护套（12）套设于所述转子；

所述励磁绕组（5）呈环状，且位于所述电枢绕组（7）的外侧，所述励磁绕组（5）的内径大于所述电枢绕组（7）的外径；

所述转子包括相对设置的第一爪极（9）和第二爪极（10），所述第一爪极（9）与所述第二爪极（10）极性相反，且所述第一爪极（9）与所述第二爪极（10）之间具有间隔；

所述第一爪极（9）与所述第二爪极（10）均包括根部和爪部，所述根部呈圆盘状，所述爪部沿所述根部的周向分布，所述第一爪极（9）的所述爪部与所述第二爪极（10）的所述爪部之间相互交错间隔设置，且形成有第三气隙（11）；

所述根部开设有穿孔，所述中心轴（1）穿过所述穿孔与所述第一爪极（9）和所述第二爪极（10）连接。

2.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁件（4）呈环状，且位于所述电枢绕组（7）的内侧，所述永磁件（4）的外径小于所述电枢绕组（7）的内径。

3.根据权利要求2所述的永磁电机，其特征在于，所述侧盖（3）设置有安装槽，所述永磁件（4）固定于所述安装槽内。

4.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述侧盖（3）设置有励磁支架，所述励磁绕组（5）固定于所述励磁支架上。

5.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述第一爪极（9）与所述第二爪极（10）均设置有两个所述爪部，所述第一爪极（9）的两个所述爪部与所述第二爪极（10）的两个所述爪部之间相互等间距设置。

6.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述爪部呈楔形，且靠近所述根部的一端的宽度大于远离所述根部的一端的宽度。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的永磁电机，其特征在于，所述定子铁芯（6）开设有多个梨形槽，所述电枢绕组（7）设置于所述梨形槽内。

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