CN117118110B - 一种大电感无齿槽推进电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大电感无齿槽推进电机，包括转子组件、定子组件和机壳，所述定子组件包括定子铁芯、环形绕组和定子护套，定子铁芯包括轭部、内齿和外齿，其中，内齿均为假齿，外齿包含部分假齿，环形绕组径向绕在定子铁芯的轭部，每一内侧线圈和外侧线圈的两端分别由内齿和外齿隔离和固定，定子护套包括内护套和外护套，分别安装内齿和外齿上，假齿和定子护套均为不导磁结构，机壳为导磁结构。本发明增加了电机电感，降低了推进系统滤波装置体积，提高了控制性能，实现了推进电机谐波抑制和静音巡航。

Description

一种大电感无齿槽推进电机

技术领域

本发明属于推进电机技术领域，具体涉及一种大电感无齿槽推进电机。

背景技术

推进电机作为潜航器、舰船推进的动力核心装置，其噪声性能直接影响到潜航器、舰船推进系统的运行性能和隐藏能力，尤其是面对静音巡航的推进需求。传统有齿槽推进电机气隙磁密基波幅值大，谐波丰富且幅值大，导致电机空载或负载运行噪声大，而无齿槽结构能有效降低气隙磁密幅值及谐波含量，但无齿槽结构使得电机电感急剧下降，导致对电流谐波驱动控制难度增加，可能使得实际噪声增大。

为了满足静音巡航的推进需求，现有推进系统常用大量的滤波装置以增加电机系统的电感，进行谐波和噪声的抑制和消除，但滤波装置往往使得电机系统的体积和重量较大，而且由于舰船仓体空间受限，因此各装置的体积不得不面临整体规划设计。另外滤波装置存在和电机运行系统的谐振及其他问题，导致推进系统运行稳定性能受到干扰。

CN111431301A中公开了一种定子侧具有不导磁间隔的背绕式绕组无齿槽高速永磁电机，目的是提升高速永磁电机的可靠性，但其定子轭部外侧的外齿均导磁，且和机壳直接接触，此结构电机漏感难以通过结构设计调节，若机壳导磁，则电机电感幅值及波动特别大，不利于实际应用。

因此，如何提供一种既能降低推进系统的体积和重量，又能提高推进系统电感，增大对谐波和噪声的抑制能力的推进电机结构，是推进电机领域一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种能提高推进系统电感，增大对谐波和噪声的抑制能力的大电感无齿槽推进电机，从而克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：一种大电感无齿槽推进电机，包括：

机壳；

定子组件，所述定子组件位于所述机壳的内侧，其包括定子铁芯、定子护套和绕制于所述定子铁芯上的多个环形绕组，所述定子铁芯包括轭部、内齿和外齿，所述内齿和外齿分别设置于所述轭部的内侧和外侧，所述环形绕组沿径向绕于所述轭部上，所述内齿的数量和外齿的数量分别与所述环形绕组的内侧线圈的数量和外侧线圈的数量相同，所述环形绕组的内侧线圈之间通过内齿隔离和固定，外侧线圈之间通过外齿隔离和固定，所述外齿全部与所述轭部一体成型且材料相同，或者部分所述外齿为非导磁材料的假齿、其余与所述轭部一体成型且材料相同；所述定子护套包括定子外护套，所述定子外护套设置于所述机壳与所述定子铁芯的外齿之间，所述定子外护套和内护套均为非导磁材料；

转子组件，所述转子组件位于所述定子组件的内侧。

在一优选实施例中，所述转子组件包括转子铁芯和多个永磁体，所述永磁体周向均匀贴装于所述转子铁芯上。

在一优选实施例中，所述外齿中的假齿与其余外齿在轭部外侧上交叉分布。

在一优选实施例中，所述电机为大于等于三相的多相电机，所述外齿中的假齿与外侧线圈的相对位置为假齿设置于不同相的外侧线圈之间。

在一优选实施例中，所述电机为大于等于三相的多相电机，所述外齿中的假齿与外侧线圈的相对位置为假齿设置于每相的外侧线圈之间。

在一优选实施例中，所述内齿均为非导磁材料的假齿。

在一优选实施例中，所述定子护套还包括定子内护套，所述定子内护套设置于所述转子组件与所述定子铁芯的内齿之间。

在一优选实施例中，所述定子内护套也为非导磁材料，所述机壳为导磁材料，所述定子外护套和所述定子内护套的径向厚度为0.5mm ~5mm。

在一优选实施例中，所述定子铁芯的轭部、环形绕组的内侧线圈和转子组件形成电机的主磁通回路，所述定子铁芯的轭部、外齿、环形绕组的外侧线圈和机壳形成漏磁通回路。

在一优选实施例中，所述外齿中假齿的数量为外齿总数量的一半。

与现有技术相比较，本发明的有益效果至少在于：

本发明通过在定子铁芯的外齿和机壳之间设置非导磁材料的定子护套，隔离机壳和定子铁芯的外齿，且设置定子铁芯的外齿为部分假齿，通过调整定子护套的径向厚度、定子铁芯轭部外齿的假齿数量和分布位置，来调整电机的漏磁通量及电机漏电感大小。本发明提供了一种大电感无齿槽推进电机，具有降低推进系统的体积和重量，同时增大推进电机电感，提高驱控系统对电流的控制性能和对谐波及噪声抑制能力等优点，从而实现推进电机静音巡航。

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中记载的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是本发明的大电感无齿槽推进电机的剖面示意图；

图2是本发明的大电感无齿槽推进电机的立体结构示意图；

图3是图2去掉转子组件、机壳和定子护套后的立体结构示意图；

图4是本发明定子铁芯外齿一半为假齿，且假齿安装在相与相之间位置的剖面示意图；

图5是本发明定子铁芯外齿一半为假齿，且假齿安装在每相之间位置的剖面示意图；

图6是本发明定子铁芯的外齿均为导磁材料结构的定子剖面示意图；

图7是图4~图6结构和传统电机电感对比结果示意图；

附图标记：

1、机壳，21、定子外护套，22、定子内护套，3、环形绕组，4、定子铁芯，41、轭部，42、内齿，43、外齿，5、假齿，6、永磁体，7、转子铁芯。

具体实施方式

通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。

本发明所揭示的一种大电感无齿槽推进电机，具有降低舰船推进系统的体积和重量，同时增大推进电机电感，提高驱控系统对电流的控制性能和对谐波及噪声抑制能力等优点，从而实现推进电机静音巡航。

实施例1

结合图1~图4所示，本发明实施例1所揭示的一种大电感无齿槽推进电机，具体是一24槽4极三相（分别定义为A相、B相和C相）永磁电机，其包括机壳1、定子组件和转子组件，其中，定子组件设置于机壳1的内侧，转子组件设置于定子组件的内侧。在其他实施例中，大电感无齿槽推进电机也可以为大于三相的多相电机。

具体地，机壳1设置于推进电机的最外侧，其材料为导磁材料。

本实施例中，定子组件具体包括定子铁芯4、环形绕组3和定子护套，其中，定子铁芯4包括轭部41、内齿42和外齿43，轭部41位于机壳1内侧，内齿42和外齿43分别设置于轭部41的内侧和外侧，本实施例中，内齿42和外齿43的数量相同，均为24个，24个内齿42和外齿43分别周向均匀分布于轭部41的内侧和外侧。且内齿42均为假齿，其材料属性均为非导磁材料。

环形绕组3绕置于定子铁芯的轭部41上，具体沿电机径向绕于轭部41上，其位于轭部41内侧的形成环形绕组3的内侧线圈，位于轭部41外侧的形成环形绕组3的外侧线圈，本实施例中，环形绕组3的内侧线圈的数量和外侧线圈分别与定子铁芯4的内齿42和外齿43数量相同，均为24个。且位于轭部41的内侧线圈依次按照A相（A+、A+）线圈、B相（B+、B+）线圈和C相（C-、C-）线圈间隔分布，位于轭部41的外侧线圈依次按照A相（A-、A-）线圈、B相（B-、B-）线圈和C相（C+、C+）线圈间隔分布，且内侧线圈的A相（A+、A+）线圈与外侧线圈的A相（A-、A-）线圈相对应，内侧线圈的B相（B+、B+）线圈与外侧线圈的B相（B-、B-）线圈相对应，内侧线圈的C相（C-、C-）线圈与外侧线圈的C相（C+、C+）线圈相对应。

定子铁芯4的内齿42位于环形绕组3的内侧线圈之间，用于隔离和固定环形绕组3的每个内侧线圈的内侧部分，同理，定子铁芯4的外齿位于环形绕组3的外侧线圈之间，用于隔离和固定环形绕组3的每个外侧线圈的内侧部分。

本实施例中，定子铁芯4的外齿43设置一半数量的为非导磁材料的假齿，即为12个假齿，其余12个外齿43与定子铁芯的轭部41一体成型且材料相同。12个假齿与定子铁芯4外侧的外齿43交叉分布安装，即一个假齿和一个外齿间隔分布，轭部41外侧的假齿安装在相与相的外侧线圈之间，即A相的A-线圈和C相的C+线圈之间，C相的C+线圈之间和B相的B-线圈之间，B相的B-线圈之间和C相的C+线圈之间。

定子护套具体包括定子外护套21和定子内护套22，其中，定子外护套21设置于机壳1与定子铁芯4的外齿43之间，定子外护套21为非导磁材料，用于隔离机壳1与定子铁芯4的外齿43。定子内护套22设置于定子铁芯的内齿42与转子组件之间，定子内护套22也为非导磁材料，用于隔离定子铁芯的内齿42与转子组件。

转子组件具体包括转子铁芯7和永磁体6，永磁体6周向均匀贴装在转子铁芯7上。

本实施例中，定子铁芯的轭部41、环形绕组3的内侧线圈和转子组件形成主磁通回路，定子铁芯的轭部41、外齿43、环形绕组3的外侧线圈和机壳1形成漏磁通回路。本发明通过配合设计定子护套的径向厚度、轭部外侧的假齿数量和分布位置影响电机的从而改变电机的漏磁通量，以改变电机漏电感大小。本实施例中，定子外护套21和定子内护套22的径向厚度分别为0.5mm ~5mm。

实施例2

如图5所示，本实施例与实施例1相比，定子铁芯4的外齿43中也包含一半数量的假齿，即为12个假齿，12个假齿与定子铁芯4外侧的外齿43交叉分布安装，但与实施例1不同的是，轭部外侧的假齿是安装在每相的外侧线圈之间，即A相的A+线圈和A-线圈之间，B相的B+线圈和B-线圈之间和C相的C+线圈和C-线圈之间。

实施例3

如图6所示，本实施例与实施例1不同的是，定子铁芯的外齿43中没有假齿，即和定子铁芯的轭部41为同材料的一体式结构。

如图7所示，为基于传统24槽4极永磁电机的电感结果示意图，保证实施例1~3结构下电机反电势和输出能力一致的情况下，比较电感计算结果，该结果说明，本发明提供的一种大电感无齿槽推进电机，能有效增大电机电感。

本发明具有以下优点：本发明通过在定子铁芯的外齿和机壳之间设置非导磁材料的定子护套，隔离机壳和定子铁芯的外齿，且设置定子铁芯的外齿为部分假齿，通过调整定子护套的径向厚度、定子铁芯轭部外齿的假齿数量和分布位置，来调整电机的漏磁通量及电机漏电感大小。本发明提供了一种大电感无齿槽推进电机，具有降低舰船推进系统的体积和重量，同时增大推进电机电感，提高驱控系统对电流的控制性能和对谐波及噪声抑制能力等优点，从而实现推进电机静音巡航。

本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。

在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。

Claims (6)

1.一种大电感无齿槽推进电机，其特征在于，所述电机包括：

机壳；

定子组件，所述定子组件位于所述机壳的内侧，其包括定子铁芯、定子护套和绕制于所述定子铁芯上的多个环形绕组，所述定子铁芯包括轭部、内齿和外齿，所述内齿和外齿分别设置于所述轭部的内侧和外侧，所述环形绕组沿径向绕于所述轭部上，所述内齿的数量和外齿的数量分别与所述环形绕组的内侧线圈的数量和外侧线圈的数量相同，所述环形绕组的内侧线圈之间通过内齿隔离和固定，外侧线圈之间通过外齿隔离和固定，部分所述外齿为非导磁材料的假齿、其余与所述轭部一体成型且材料相同；所述外齿中的假齿与其余外齿在轭部外侧上交叉分布；所述定子护套包括用于隔离机壳和定子铁芯的外齿的定子外护套，所述定子外护套设置于所述机壳与所述定子铁芯的外齿之间，所述机壳为导磁材料，所述定子外护套为非导磁材料，所述定子外护套的径向厚度为0.5mm～5mm；所述电机为大于等于三相的多相电机，所述外齿中的假齿与外侧线圈的相对位置为假齿设置于不同相的外侧线圈之间，或者所述外齿中的假齿与外侧线圈的相对位置为假齿设置于每相的外侧线圈之间，且所述外齿中假齿的数量为外齿总数量的一半；

转子组件，所述转子组件位于所述定子组件的内侧。

2.根据权利要求1所述的一种大电感无齿槽推进电机，其特征在于：所述转子组件包括转子铁芯和多个永磁体，所述永磁体周向均匀贴装于所述转子铁芯上。

3.根据权利要求1或2所述的一种大电感无齿槽推进电机，其特征在于：所述内齿均为非导磁材料的假齿。

4.根据权利要求1所述的一种大电感无齿槽推进电机，其特征在于：所述定子护套还包括定子内护套，所述定子内护套设置于所述转子组件与所述定子铁芯的内齿之间。

5.根据权利要求4所述的一种大电感无齿槽推进电机，其特征在于：所述定子内护套也为非导磁材料，所述定子内护套的径向厚度为0.5mm～5mm。

6.根据权利要求1所述的一种大电感无齿槽推进电机，其特征在于：所述定子铁芯的轭部、环形绕组的内侧线圈和转子组件形成电机的主磁通回路，所述定子铁芯的轭部、外齿、环形绕组的外侧线圈和机壳形成漏磁通回路。