CN211720451U - 一种切向充磁的拼装式外转子永磁同步电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种切向充磁的拼装式外转子永磁同步电机，包括电机轴、定子组件、外转子、轮毂、左端盖和右端盖，外转子包括沿着周向间隔卡装于轮毂内壁面的多个铁芯，相邻铁芯之间的间隔内嵌装有磁钢片，磁钢片通过支撑架相对于铁芯轴向限位，磁钢片容纳在轮毂内壁面与铁芯内端相对的两凸起之间；右端盖内侧面一体成型有高频旋转变压器转子；本实用新型实现了电机外转子中磁钢片的轴向和径向稳定限位，使电机运行更加平稳无声，亦使得电机具有较好的弱磁调速特性，增加了电机高速运行工况下的转矩，提升了电机的功率密度；并将高频旋转变压器转子巧妙与右端盖一体化，节约空间的同时提高了电机位置信号采样精度，从而实现电机的精准控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及永磁同步电机技术领域，尤其是一种切向充磁的拼装式外转子永磁同步电机。
背景技术
永磁同步电机包括有定子组件和转子组件，其中定子组件内设有励磁线圈，转子组件包括有轮毂，及设置在轮毂内侧的磁钢圈和贴在磁钢圈内壁的磁钢片，通过励磁线圈产生的磁力和磁钢片本身的磁力产生作用力从而驱动转子转动。
现有技术中，外转子式永磁同步电机的磁钢圈设置在轮毂的一侧端面台阶上，磁钢圈通过焊接与轮毂固定连接，磁钢片则贴在磁钢圈内侧；现有的磁钢片的安装方式极易出现轴向或径向的松动现象，造成转动不稳定，甚至给电机带来不可修复的损坏；同时，磁钢片内贴的安装方式使得电机的交轴电感Lq与直轴电感Ld相等，不具有弱磁调速能力，几乎无磁阻转矩，造成电机高效区间小，限制了永磁同步电机的效率和适用范围。
另一方面，为了对电机转子位置精确检测以进行矢量控制，外转子永磁同步电机上配装有可以得到高精度位置信号的旋转变压器，从而实现MTPA、MTPV等电机控制算法，提高电机效率，提高电机的单位体积功率密度。现有技术中，因旋转变压器本身结构的复杂，导致其安装所需空间大，造成了电机内部结构的复杂以及电机整体体积增大、重量增加及成本高的问题；同时，旋转变压器的安装不可靠还会影响其采集电机角度信号的精准度，甚至影响对电机的精准控制。
实用新型内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的切向充磁的拼装式外转子永磁同步电机，改变了现有的表面内贴的安装方式同时有效将外转子中的磁钢片稳定限位，磁钢片插入式嵌装在转子铁芯中的安装方式使得电机可以获得较好的弱磁调速特性，增加了电机高速运行工况下的转矩，提升了电机单位体积的功率密度；并且通过合理布局，将高频旋转变压器转子与右端盖一体化，减小整体体积的同时使得变压器转子与右端盖转动一致，进而提高了高频旋转变压器采集电机角度信号的采样精度，电机位置信号采样精度可精确至0.5度电角度内，最终实现对电机的精准控制。
本实用新型所采用的技术方案如下：
一种切向充磁的拼装式外转子永磁同步电机，包括轮毂，轮毂两侧分别安装有左端盖和右端盖，依次贯穿所述左端盖和右端盖中心转动安装有电机轴，所述轮毂内壁面安装有外转子，外转子与电机轴上的定子组件电磁耦合；
所述外转子的结构为：包括沿着周向间隔卡装于轮毂内壁面的多个铁芯，相邻铁芯之间的间隔内嵌装有磁钢片；还包括支撑架，所述磁钢片通过支撑架相对于铁芯轴向限位。
作为上述技术方案的进一步改进：
轴向贯穿单个铁芯安装有销轴，位于铁芯外部的销轴两端头分别安装有支撑环；所述磁钢片容纳在两个支撑环之间，两个支撑环与多个销轴构成支撑架。
相邻铁芯相对面的内端头相向延伸有凸起，单个磁钢片容纳在轮毂内壁面与相对的两凸起之间。
所述右端盖内侧面的中部向内延伸有高频旋转变压器转子，所述电机轴上套装有高频旋转变压器定子，高频旋转变压器转子与高频旋转变压器定子电磁耦合构成高频旋转变压器。
所述高频旋转变压器定子内侧面紧贴电机轴上的轴肩一，位于高频旋转变压器定子外侧的电机轴上套装有垫片，位于垫片外侧的电机轴上锁装有螺母。
所述高频旋转变压器转子与右端盖一体成型，高频旋转变压器转子位于以电机轴轴向为中心的圆周面上；所述高频旋转变压器转子与高频旋转变压器定子右侧面间存在间隙。
所述左端盖与电机轴之间安装有轴承一，右端盖与电机轴之间安装有轴承二；所述轴承一和轴承二分别通过电机轴上的轴肩轴向定位。
单个铁芯与轮毂贴合面之间通过燕尾结构卡接；所述燕尾结构包括相互配合的燕尾凹槽和对应的燕尾凸棱。
所述燕尾凹槽沿着轴向开设于轮毂内壁面上，铁芯外壁面上延伸有对应的燕尾凸棱；或者，所述燕尾凹槽沿着轴向开设于铁芯外壁面上，轮毂内壁面上向内延伸有对应的燕尾凸棱。
本实用新型的有益效果如下：
本实用新型结构紧凑、合理，操作方便，通过支撑架将磁钢片相对于铁芯轴向限位，并在相邻铁芯相对面的内端头延伸有凸起，将磁钢片容纳于相对的凸起与轮毂内壁面之间以径向限位，从而保证了外转子中磁钢片的完全限位，有效避免其松动或脱落，进而极大地保证了电机运行时的平稳；同时，本实用新型中磁钢片插入式嵌装在转子铁芯中的安装方式改变了电机外转子的磁场结构，使得交轴电感Lq大于直轴电感Ld，产生磁阻转矩，这部分磁阻转矩将提高电机的带载能力，使得电机获得较好的弱磁调速特性，增加电机高速运行工况下的转矩，提升了电机单位体积的功率密度。
本实用新型还包括如下优点：
高频旋转变压器转子一体成型于右端盖的内侧面，保证了高频旋转变压器转子与外转子的运行一致性；高频旋转变压器定子通过轴肩一相对于电机轴轴向定位，并通过螺母实现轴向限位，从而保证高频旋转变压器定子与电机轴之间的固定安装；
本实用新型高频旋转变压器定子和高频旋转变压器转子的安装方式，不仅促进了布局的紧凑，减小了整体体积，亦使得高频旋转变压器转子与右端盖转动一致，进而提高了高频旋转变压器采集电机角度信号的采样精度，电机位置信号采样精度可精确至0.5度电角度内，最终实现对电机启停、转矩、速度及功率密度的精准控制；
单个铁芯与轮毂内表面之间通过燕尾结构卡装，并且在外转子组装之后，再将轮毂上的燕尾凹槽或燕尾凸棱开模后一体压铸成型，保证了外转子整体与轮毂的固连，保障了外转子与轮毂运行的一致性。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为图1中A处的局部放大图。
图3为图1中B处的局部放大图。
图4为图1的爆炸图。
图5为图4中C处的局部放大图。
图6为本实用新型外转子的爆炸图。
图7为本实用新型外转子与轮毂之间的安装示意图(剖视图)。
图8为图7中D处的局部放大图(实施例一)。
图9为图7中D处的局部放大图(实施例二)。
其中：1、左端盖；2、轴承一；3、电机轴；4、外转子；5、轮毂；6、定子组件；7、支架；8、高频旋转变压器定子；9、垫片；10、右端盖；11、螺母；12、轴承二；101、高频旋转变压器转子；31、轴肩一；41、支撑环；42、磁钢片；43、铁芯；44、销轴；51、燕尾凹槽；431、凸起。
具体实施方式
下面结合附图，说明本实用新型的具体实施方式。
如图1和图4所示，本实施例的一种切向充磁的拼装式外转子永磁同步电机，包括轮毂5，轮毂5两侧分别安装有左端盖1和右端盖10，依次贯穿左端盖1和右端盖10中心转动安装有电机轴3，轮毂5内壁面安装有外转子4，外转子4与电机轴3上的定子组件6电磁耦合；
实际使用过程中，电机轴3及定子组件6固定不动，外转子4、轮毂5及左端盖1、右端盖10以电机轴3的轴心为圆心转动。
如图3和图6所示，外转子4的结构为：包括沿着周向间隔卡装于轮毂5内壁面的多个铁芯43，相邻铁芯43之间的间隔内嵌装有磁钢片42，从而实现铁芯43与磁钢片42之间的交替布置；还包括支撑架，磁钢片42通过支撑架相对于铁芯43轴向限位。
磁钢片42相对于铁芯43的插入式嵌装，不仅保证了磁钢片42的限位，磁钢片42的插入式嵌装亦改变了电机外转子4的磁场结构，使得交轴电感Lq大于直轴电感Ld，产生磁阻转矩，这部分磁阻转矩将提高电机的带载能力，使得电机获得较好的弱磁调速特性，增加了电机高速运行工况下的转矩，提升了电机单位体积的功率密度；并且，磁钢片42插入式安装构成的外转子4结构，降低了磁钢整体用量，节约了外转子式永磁同步电机的制造成本。
轴向贯穿单个铁芯43安装有销轴44，位于铁芯43外部的销轴44两端头分别安装有支撑环41；磁钢片42容纳在两个支撑环41之间，两个支撑环41与多个销轴44构成支撑架。
如图8和图9所示，相邻铁芯43相对面的内端头相向延伸有凸起431，单个磁钢片42容纳在轮毂5内壁面与相对的两凸起431之间。
通过支撑架将磁钢片42相对于铁芯43轴向限位，并在相邻铁芯43相对面的内端头延伸有凸起431，将磁钢片42容纳于相对的凸起431与轮毂5内壁面之间以径向限位，从而保证了外转子4中磁钢片42的完全限位，有效避免其在电机转动过程中的松动或脱落，进而极大地保证了电机运行时的平稳。
如图5所示，右端盖10内侧面的中部向内延伸有高频旋转变压器转子101，电机轴3上套装有高频旋转变压器定子8，高频旋转变压器转子101与高频旋转变压器定子8电磁耦合构成高频旋转变压器。
如图2所示，高频旋转变压器定子8内侧面紧贴电机轴3上的轴肩一31，位于高频旋转变压器定子8外侧的电机轴3上套装有垫片9，位于垫片9外侧的电机轴3上锁装有螺母11；高频旋转变压器定子8通过轴肩一31相对于电机轴3轴向定位，并通过螺母11实现轴向限位，从而保证高频旋转变压器定子8与电机轴3之间的固定安装。
高频旋转变压器转子101与右端盖10一体成型，高频旋转变压器转子101位于以电机轴3轴向为中心的圆周面上；高频旋转变压器转子101与高频旋转变压器定子8右侧面间存在间隙；高频旋转变压器转子101随右端盖10转动过程中，和高频旋转变压器定子8之间通过电磁耦合关系互相作用，从而实现外转子4的角度信号采集，并通过电机轴3将角度控制编码信号传递给外部电机控制系统。
高频旋转变压器定子8和高频旋转变压器转子101的安装方式，促进了布局的紧凑，减小了整体体积，另一方面，高频旋转变压器转子101一体成型于右端盖10的内侧面，因外转子4安装于轮毂5内壁面，轮毂5与左端盖1、右端盖10锁装固连，亦保证了高频旋转变压器转子101与外转子4的运行一致性，即同步转动，进而提高了高频旋转变压器采集电机角度信号的采样精度，电机位置信号采样精度可精确至0.5度电角度内，最终实现对电机启停、转矩、速度及功率密度的精准控制。
位于左端盖1和右端盖10之间的电机轴3中部固定套装有环形结构的支架7，支架7外圆周面上套装有定子组件6，定子组件6与外转子4位于同一径向面内。
左端盖1与电机轴3之间安装有轴承一2，右端盖10与电机轴3之间安装有轴承二12；左端盖1和右端盖10分别通过轴承一2和轴承二12与电机轴3之间形成相对转动连接；轴承一2和轴承二12分别通过电机轴3上的轴肩轴向定位。
如图7所示，单个铁芯43与轮毂5贴合面之间通过燕尾结构卡接；燕尾结构包括相互配合的燕尾凹槽51和对应的燕尾凸棱。
实施例一：
如图8所示，燕尾凹槽51沿着轴向开设于轮毂5内壁面上，铁芯43外壁面上延伸有对应的燕尾凸棱。
实施例二：
如图9所示，燕尾凹槽51沿着轴向开设于铁芯43外壁面上，轮毂5内壁面上向内延伸有对应的燕尾凸棱。
单个铁芯43与轮毂5内表面之间通过燕尾结构卡装，并且在外转子4组装之后，再将轮毂5上的燕尾凹槽51或燕尾凸棱开模后一体压铸成型，保证了外转子4整体与轮毂5的固连，保障了外转子4与轮毂5运行的一致性。
综上所述，本实用新型提供了一种拼装式的外转子结构，通过铁芯43与支撑架将多个磁钢片42一一可靠嵌装在轮毂5内圈侧，改变了现有的表面内贴的安装方式，这种嵌装式结构不仅有效避免了磁钢片42和铁芯43在电机转动过程中的松动或脱落，减少磁钢用量，亦使得永磁同步电机可以获得较好的弱磁调速特性，增加了电机高速运行工况下的转矩，提升了电机单位体积的功率密度；此外，本实用新型提供的高频旋转变压器转子101与右端盖10一次成型的结构，结构紧凑，简化了安装工艺，避免了因为高频旋转变压器转子101与电机外转子4转动不一致造成的角度信号采集不准确的问题，进一步提高了旋转变压器采集电机角度信号的采集精度。
以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，本实用新型所限定的范围参见权利要求，在本实用新型的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (9)
1.一种切向充磁的拼装式外转子永磁同步电机，包括轮毂(5)，轮毂(5)两侧分别安装有左端盖(1)和右端盖(10)，其特征在于：依次贯穿所述左端盖(1)和右端盖(10)中心转动安装有电机轴(3)，所述轮毂(5)内壁面安装有外转子(4)，外转子(4)与电机轴(3)上的定子组件(6)电磁耦合；
所述外转子(4)的结构为：包括沿着周向间隔卡装于轮毂(5)内壁面的多个铁芯(43)，相邻铁芯(43)之间的间隔内嵌装有磁钢片(42)；还包括支撑架，所述磁钢片(42)通过支撑架相对于铁芯(43)轴向限位。
2.如权利要求1所述的一种切向充磁的拼装式外转子永磁同步电机，其特征在于：轴向贯穿单个铁芯(43)安装有销轴(44)，位于铁芯(43)外部的销轴(44)两端头分别安装有支撑环(41)；所述磁钢片(42)容纳在两个支撑环(41)之间，两个支撑环(41)与多个销轴(44)构成支撑架。
3.如权利要求1所述的一种切向充磁的拼装式外转子永磁同步电机，其特征在于：相邻铁芯(43)相对面的内端头相向延伸有凸起(431)，单个磁钢片(42)容纳在轮毂(5)内壁面与相对的两凸起(431)之间。
4.如权利要求1所述的一种切向充磁的拼装式外转子永磁同步电机，其特征在于：所述右端盖(10)内侧面的中部向内延伸有高频旋转变压器转子(101)，所述电机轴(3)上套装有高频旋转变压器定子(8)，高频旋转变压器转子(101)与高频旋转变压器定子(8)电磁耦合构成高频旋转变压器。
5.如权利要求4所述的一种切向充磁的拼装式外转子永磁同步电机，其特征在于：所述高频旋转变压器定子(8)内侧面紧贴电机轴(3)上的轴肩一(31)，位于高频旋转变压器定子(8)外侧的电机轴(3)上套装有垫片(9)，位于垫片(9)外侧的电机轴(3)上锁装有螺母(11)。
6.如权利要求4所述的一种切向充磁的拼装式外转子永磁同步电机，其特征在于：所述高频旋转变压器转子(101)与右端盖(10)一体成型，高频旋转变压器转子(101)位于以电机轴(3)轴向为中心的圆周面上；所述高频旋转变压器转子(101)与高频旋转变压器定子(8)右侧面间存在间隙。
7.如权利要求1所述的一种切向充磁的拼装式外转子永磁同步电机，其特征在于：所述左端盖(1)与电机轴(3)之间安装有轴承一(2)，右端盖(10)与电机轴(3)之间安装有轴承二(12)；所述轴承一(2)和轴承二(12)分别通过电机轴(3)上的轴肩轴向定位。
8.如权利要求1所述的一种切向充磁的拼装式外转子永磁同步电机，其特征在于：单个铁芯(43)与轮毂(5)贴合面之间通过燕尾结构卡接；所述燕尾结构包括相互配合的燕尾凹槽(51)和对应的燕尾凸棱。
9.如权利要求8所述的一种切向充磁的拼装式外转子永磁同步电机，其特征在于：所述燕尾凹槽(51)沿着轴向开设于轮毂(5)内壁面上，铁芯(43)外壁面上延伸有对应的燕尾凸棱；或者，所述燕尾凹槽(51)沿着轴向开设于铁芯(43)外壁面上，轮毂(5)内壁面上向内延伸有对应的燕尾凸棱。
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| CN202020772162.8U CN211720451U (zh) | 2020-05-11 | 2020-05-11 | 一种切向充磁的拼装式外转子永磁同步电机 |
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| CN202020772162.8U Active CN211720451U (zh) | 2020-05-11 | 2020-05-11 | 一种切向充磁的拼装式外转子永磁同步电机 |
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| CN (1) | CN211720451U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112953060A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-11 | 上海电机学院 | 一种径向-轴向复合磁通的外转子永磁同步电机 |
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2020
- 2020-05-11 CN CN202020772162.8U patent/CN211720451U/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
| CN112953060A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-11 | 上海电机学院 | 一种径向-轴向复合磁通的外转子永磁同步电机 |
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