CN204992988U - 永磁同步电动机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及永磁同步电动机，尤其涉及一种能够减少铁损的永磁同步电动机。所述永磁同步电动机包括：定子，其由外壳及位于所述外壳内且包括线圈的线圈保持架构成；以及转子，其结合于贯通所述外壳的转子轴，包括用于配置永久磁铁的内侧转子铁芯、与所述内侧转子铁芯相隔预定间隔结合于所述转子轴的外侧转子固定板及设置于所述外侧转子固定板且与所述永久磁铁保持预定间隔相对的外侧转子铁芯。本实用新型的永磁同步电动机能够减少铁损、提高效率、能够降低冷却系统的负担、恒定功率运行区间无需弱场控制也能够提高电动机的速度。

Description

永磁同步电动机
技术领域
本实用新型涉及永磁同步电动机，尤其涉及一种能够减少铁损(ironloss)的永磁同步电动机。
背景技术
混合动力起动发动机(HybridStarterGenerator；HSG)是与车辆发动机机械连接，同时起到起动机(starter)与发电机功能的装置，因此也称为集成起动发电机(IntegratedStarterGenerator；ISG)。
所述HSG是在车辆出发时旋转发动机的机轴使得车辆能够迅速启动，处于运行状态时以发电机模式或通过再生制动对放电后的电池充电，而在加速时则瞬时辅助发动机的扭矩。
主要使用的HSG用电动机是具有比激磁线圈(fieldcoil)型电动机或感应器(inductor)更优异性能的永磁同步电动机(PermanentMagnetSynchronousMotor；PMSM)。
一般的PMSM大体由转子与定子构成，转子由使用铁心硅钢的铁芯及粘贴或插入到铁芯的永久磁铁构成，定子由使用铁心硅钢的铁芯及线圈构成。
非永久磁铁设备仅在负荷时发生铁损，而PMSM在旋转时无论有无负荷都不断发生铁损。HSG的转子以机械方式连接于机轴，与机轴一起旋转，因此在发动机不是静止状态的情况下，采用PMSM的HSG就会一直发生铁损。
PMSM的铁损是造成HSG发热的原因，其给发动机造成负荷，因此降低汽车系统的效率。
实用新型内容
技术问题
为解决上述现有技术的问题，本实用新型的目的在于提供一种能够减少铁损的永磁同步电动机。
技术方案
为达成上述目的，根据本实用新型实施例的永磁同步电动机包括：定子，其由外壳及位于所述外壳内且包括线圈的线圈保持架构成；以及转子，其结合于贯通所述外壳的转子轴，包括用于配置永久磁铁的内侧转子铁芯、与所述内侧转子铁芯相隔预定间隔结合于所述转子轴的外侧转子固定板及设置于所述外侧转子固定板且与所述永久磁铁保持预定间隔相对的外侧转子铁芯。
所述线圈保持架由圆筒形的内侧部及从所述内侧部垂直延长的多个延长部构成，所述线圈位于彼此相邻的延长部之间。
所述线圈保持架还包括：固定部，其从所述多个延长部的末端向两侧垂直延长而成。
所述线圈保持架由非磁性、非导体材料形成，所述内侧转子铁芯位于所述线圈保持架内。
所述外壳的彼此相对的两面形成有开口部，所述线圈保持架为圆筒形，其与所述开口部中的一个相邻地设置于所述外壳的内部且设置成与所述开口部同心。
所述外侧转子固定板为原板形，所述外侧转子铁芯沿所述外侧转子固定板的边缘垂直形成。
所述外侧转子铁芯由配置成圆筒形状的多个铁芯块构成。
所述外侧转子固定板上设置有外侧转子保持架，所述外侧转子铁芯设置于所述外侧转子保持架。
所述外侧转子固定板上形成有插入所述外侧转子保持架的固定槽,所述永磁同步电动机包括位于所述固定槽内且位于所述外侧转子保持架的外侧的弹簧。
技术效果
本实用新型的永磁同步电动机为双转子型无芯(coreless)形态，因此能够减少铁损、提高效率。
并且，能够使磁场引起的铁损降至接近零，因此能够提高效率、减少铁损引起发热，从而能够降低冷却系统的负担。
另外，本实用新型具有电动机旋转速度上升时空隙增大、电动势下降的结构，因此在恒定功率运行区间无需弱场控制也能够提高电动机的速度。
附图说明
图1为本实用新型的永磁同步电动机的结合剖面图；
图2为本实用新型的永磁同步电动机为静止状态时同步电动机的平剖面图；
图3为本实用新型的永磁同步电动机为工作状态时同步电动机的平剖面图；
图4为本实用新型的永磁同步电动机的定子的剖面图；
图5为本实用新型的永磁同步电动机的定子的线圈保持架与线圈的具体结合平面图；
图6为本实用新型的永磁同步电动机的转子的结合剖面图；
图7为本实用新型的永磁同步电动机的制作过程的流程图。
附图标记说明
100：永磁同步电动机200：定子
210：外壳230：线圈保持架
250：线圈300：转子
310：转子轴320：内侧转子铁芯
330：永久磁铁340：外侧转子固定板
350：外侧转子铁芯360：弹簧
370：外侧转子保持架380、390：轴承
具体实施方式
以下参照附图详细说明本实用新型的永磁同步电动机。
图1为本实用新型的永磁同步电动机的结合剖面图，图2为本实用新型的永磁同步电动机为静止状态时同步电动机的平剖面图，图3为本实用新型的永磁同步电动机为工作状态时同步电动机的平剖面图。
图4为本实用新型的永磁同步电动机的定子的剖面图，图5为本实用新型的永磁同步电动机的定子的线圈保持架与线圈的具体结合平面图，图6为本实用新型的永磁同步电动机的转子的结合剖面图。
如图1至图6所示，本实用新型的永磁同步电动机100包括定子200及结合于定子200的转子300。
向所述定子200施加交流电源时施加的交流电源形成转子系，转子300通过生成的转子系旋转。此时，所述永磁同步电动机100可以用作混合动力起动发动机(HybridStarterGenerator；HSG)。
所述定子200可以由外壳210、线圈保持架230及线圈250构成。
所述外壳210用于形成永磁同步电动机100的外形，可以是具有内部空间211的盒状结构，外壳210的两个相对的面具有用于结合转子300的开口部212、213。在此，所述外壳210的外形可以是圆筒形、多角立柱形等多种形状。
所述线圈保持架230可以为圆筒形状，其与外壳210上的两个开口212、213中的一个相邻地设置于外壳210内部。在此，优选的是使线圈保持架230的中心与开口212、213的中心保持同心。
另外，所述线圈250位于线圈保持架230，为了稳定地固定线圈250，优选的是在线圈保持架230上形成能够设置线圈250的空间。
即，所述线圈保持架230上形成有多个槽，线圈250卷绕在线圈保持架230上的多个槽内。例如，所述线圈保持架230可以由圆筒形的内侧部231、从内侧部231垂直延长的多个延长部233构成。此时，优选的是所述延长部233沿内侧部231的长度整体形成，并且线圈250卷绕在相邻的延长部233之间。
进一步地，所述线圈保持架230还可以包括从多个延长部233的末端向两侧垂直延长的固定部235，以防止线圈250脱落。
如上，所述线圈保持架230是没有定子铁芯的结构，因此可以在线圈保持架230上进行线圈作业。
所述线圈保持架230固定线圈250以避免线圈250因其产生的磁力而移动，所述线圈保持架230固定设置在外壳210内支撑线圈250的重量。
为防止影响磁通量流动，所述线圈保持架230由非磁性、非导体材料形成，例如可以由工程塑料形成。
永磁同步电动机的铁损主要发生于定子铁芯，但由于本实用新型的定子不包括磁性体，因此能够大幅减少铁损。
所述转子300包括转子轴310、内侧转子铁芯320、永久磁铁330、外侧转子固定板340、外侧转子铁芯350及弹簧360，并且还可以包括外侧转子保持架370、第一轴承380及第二轴承390。
所述转子轴310设置成贯通定子200。此时，设置成经过转子300的外壳210的开口部212、213。
所述内侧转子铁芯320以包围转子轴310的形态设置于定子200内，所述永久磁铁330设置于内侧转子铁芯320。在此，所述内侧转子铁芯320位于线圈保持架230内。
优选的是沿内侧转子铁芯320的外周以预定间隔设置多个所述永久磁铁330。
所述外侧转子固定板340是结合于转子轴310的圆板形构件，所述外侧转子铁芯350设置于外侧转子固定板340的边缘部分。在此，所述外侧转子铁芯350沿外侧转子固定板340的边缘部分垂直地形成，且相对地位于定子200的线圈250的外侧。
所述外侧转子铁芯350遮蔽磁铁与线圈发生的磁束以防止泄露到外部，起到防止磁束泄露、形成稳定磁路的作用。在此，所述外侧转子铁芯350可以是一个圆筒形状，但可以如本实施例所述，所述外侧转子铁芯350可以由沿外侧转子固定板340的边缘相邻配置成圆筒形状的多个铁芯块351构成。
即，所述外侧转子铁芯350可以由配置成圆筒形状的多个铁芯块351构成。
如图3所示，所述外侧转子铁芯350由分离的多个铁芯块351构成的情况下，在转子300旋转时多个铁芯块351因离心力而向外侧倾斜，外侧转子铁芯350与定子200的线圈250之间的空隙α增大，因此与线圈250交链(interlinkage)的磁通量及电动势降低。
表1显示对应于空隙增大量的电动势。
【表1】
空隙α增量(mm) 电动势(V)
0 16.77
1 15.78
2 15.05
3 14.48
4 14.01
5 13.62
由上述表1可知，外侧转子铁芯350与定子200的线圈250之间的空隙α增大时电动势下降，空隙α增量为5mm时电动势下降18.78％。
由于转子300的旋转速度上升，外侧转子铁芯350与定子200的线圈250之间的空隙增大、电动势下降，因此在恒定功率运行区间不使用弱场控制也能够增大转子300的速度。其中，转子300的旋转速度表示电动机的旋转速度，因此在恒定功率运行区间无需弱场控制也能够提高电动机的速度。
另外，所述外侧转子固定板340上形成有用于固定外侧转子铁芯350的固定槽(未添加附图标记)，外侧转子铁芯350能够插入到固定槽进行固定。在此，所述外侧转子铁芯350可直接设置到外侧转子固定板340，但也可以如本实用新型的实施例一样在外侧转子固定板340上设置外侧转子保持架370，或者在外侧转子保持架370上设置外侧转子固定板340。
另外，所述弹簧360设置在外侧转子固定板340上且设置在外侧转子铁芯350的外侧。此时如本实施例一样在外侧转子固定板340上形成固定槽的情况下，优选的是所述弹簧也与外侧转子铁芯350一并插入到固定槽。
所述弹簧360的作用是使因离心力而倾斜的外侧转子铁芯350复位到原状态，所述弹簧例如可以是环形弹簧或板簧。
即，所述弹簧360在外侧转子铁芯350因离心力而倾斜时压缩，并在离心力减小或消失时通过恢复力膨胀，使外侧转子铁芯350恢复到原状态。
另外，如本实施例一样在外侧转子保持架370上设置外侧转子固定板340的情况下，外侧转子保持架370及位于外侧转子保持架370外侧的弹簧360位于固定槽内。
所述第一轴承380及第二轴承390位于转子轴310与外壳210之间，可以固定在转子轴310上。
如上所述，本实用新型的转子不需要定子铁芯，仅凭转子即可构成稳定的磁路，由于外侧转子与内侧转子按相同速度旋转，因此外侧及内侧的铁芯不会因磁铁而发生磁场变化，故能够解决铁芯发生铁损的问题。
以下说明制作根据本实用新型实施例的永磁同步电动机的步骤。
图7为根据本实用新型实施例的永磁同步电动机的制作过程的流程图。
根据本实用新型实施例的永磁同步电动机可以由分别制成的转子总成与定子总成结合而成。
参照图7，可以在步骤S710中制作内侧转子铁芯并插入永久磁铁，在步骤S720中连接内侧转子铁芯与转子轴，在步骤S730中制作外侧转子铁芯与外侧转子固定板并固定到转子轴，在步骤S740中向转子轴两端设置轴承，如上制作转子总成。
另外，可以在步骤S750中制作线圈保持架，在步骤S760中向线圈保持架卷绕线圈，在步骤S770中制作外壳，在步骤S780中向外壳固定线圈保持架，如上制作定子总成。
在步骤S790中结合通过如上步骤制成的转子总成与定子总成得到本实用新型的永磁同步电动机。

Claims (10)

1.一种永磁同步电动机，其特征在于，包括：
定子，其由外壳及位于所述外壳内且包括线圈的线圈保持架构成；以及
转子，其结合于贯通所述外壳的转子轴，包括用于配置永久磁铁的内侧转子铁芯、与所述内侧转子铁芯相隔预定间隔结合于所述转子轴的外侧转子固定板及设置于所述外侧转子固定板且与所述永久磁铁保持预定间隔相对的外侧转子铁芯。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电动机，其特征在于：
所述线圈保持架由圆筒形的内侧部及从所述内侧部垂直延长的多个延长部构成，所述线圈位于彼此相邻的延长部之间。
3.根据权利要求2所述的永磁同步电动机，其特征在于，所述线圈保持架还包括：
固定部，其从所述多个延长部的末端向两侧垂直延长而成。
4.根据权利要求1所述的永磁同步电动机，其特征在于：
所述线圈保持架由非磁性、非导体材料形成。
5.根据权利要求1所述的永磁同步电动机，其特征在于：
所述内侧转子铁芯位于所述线圈保持架内。
6.根据权利要求1所述的永磁同步电动机，其特征在于：
所述外壳的彼此相对的两面形成有开口部，所述线圈保持架为圆筒形，其与所述开口部中的一个相邻地设置于所述外壳的内部且设置成与所述开口部同心。
7.根据权利要求1所述的永磁同步电动机，其特征在于：
所述外侧转子固定板为圆板形，所述外侧转子铁芯沿所述外侧转子固定板的边缘垂直形成。
8.根据权利要求1所述的永磁同步电动机，其特征在于：
所述外侧转子铁芯由配置成圆筒形状的多个铁芯块构成。
9.根据权利要求1所述的永磁同步电动机，其特征在于：
所述外侧转子固定板上设置有外侧转子保持架，所述外侧转子铁芯设置于所述外侧转子保持架。
10.根据权利要求9所述的永磁同步电动机，其特征在于：
所述外侧转子固定板上形成有插入所述外侧转子保持架的固定槽,
所述永磁同步电动机包括位于所述固定槽内且位于所述外侧转子保持架的外侧的弹簧。
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