CN102545423A - 横向磁场永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种横向磁场永磁电机，包括机壳、位于机壳内侧的若干磁轭、与所述磁轭对应设置的若干永磁体及一中心轴，所述每个磁轭设有两个相对设置的臂部及位于所述臂部之间的槽道，所述永磁***于所述槽道外，所述臂部设有与所述永磁体对应设置的末端，该末端的端面正对永磁体的磁极面设置，且所述端面和磁极面之间设有气隙。

Description

横向磁场永磁电机

技术领域

本发明涉及永磁电机领域，尤其涉及一种适用于电动车辆和船舶的轮毂上的永磁电机。

背景技术

在现有技术中，横向磁场永磁电机是一种具有较高转矩密度的特种电机，在直驱型舰船/车辆的电力推进、风力发电***等领域极具发展前景，常见的横向磁场永磁电机设计成单边定子的平板式磁场结构，永磁体均匀地贴在转子表面，且相邻永磁体分别被充磁成不同的极性，而U形定子铁芯模块以整倍极距的距离均匀分布在整个圆周上，且U形定子铁芯的两个齿部分别对应永磁体极性相反的两极，并在相邻的两个铁芯之间放置有软铁材料制成的辅助定子磁路，形成闭合磁回路，以减少相邻磁极对工作主磁极的影响。

如中国发明专利第200420017508.4号所揭示的一种横向磁场永磁电机，其包括三个单元，每个单元包括一U形硅钢片磁轭、位于每个U形硅钢片磁轭的U形槽内的电枢绕组、以及延伸入所述U形槽内的永磁体磁极，所述每个单元中硅钢片磁轭与永磁体磁极之间存在气隙；另外，该横向磁场电机的电枢绕组与定子齿槽结构在空间位置上相互垂直，使定子尺寸与电枢绕组不会相互受到制约，能够方便地通过改变所述气隙的有效面积与电枢绕组的匝数，来提高电机的电（磁）流密度，从而提高电机的输出功率和与过载转矩，解决了在同一截面上的齿槽电机定子（或转子）齿和槽的尺寸大小相互制约的问题。然而，上述电机结构复杂与装配困难，由于永磁体磁极凸伸入U形槽内，使得所述每个单元的气隙独立存在，需要分别组装形成，这对电机内部各个部件的组装加工的精度要求非常高，在装配时需要保证的气隙比较多（例如，对于三相电机来说，双边定子结构需要保证六个气隙），这样就很难保证每个气隙的尺寸，且由于电机在装配过程中单边磁拉力时刻存在，使装配过程中所述气隙尺寸的精度更加难以保证，往往容易导致气隙尺寸不均匀、偏差较大等问题，从而影响转矩过载倍数及转矩密度，会使电机的稳定性变差，输出功率降低。因此，该电机在大批量、低成本的中小功率领域，很难得以推广。

因此，亟待提供一种新的横向磁场永磁电机，以解决上述问题。 

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种横向磁场永磁电机，其可大大降低组装和加工的难度，提高量产性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：一种横向磁场永磁电机，包括机壳、位于机壳内侧的若干磁轭、与所述磁轭对应设置的若干永磁体及一中心轴，所述每个磁轭设有两个相对设置的臂部及位于所述臂部之间的槽道，所述永磁***于所述槽道外，所述臂部设有与所述永磁体对应设置的末端，该末端的端面正对永磁体的磁极面设置，且所述端面和磁极面之间设有气隙。

进一步地，所述臂部的端面和永磁体的磁极面相互平行，所述气隙沿所述磁轭臂部外端面分布且大小均匀。

进一步地，所述磁轭及永磁体均沿圆周方向均匀分布，并沿中心轴轴向叠加设置，且所述永磁体的数量为磁轭数量的两倍。

进一步地，所述永磁***于所述机壳的内表面，所述每个磁轭的两个臂部所对应的永磁体的磁极面极性相反。

进一步地，所述磁轭呈Ｕ形，且相邻两个叠加设置的磁轭之间设有隔磁环。

进一步地，所述横向磁场永磁电机进一步包括穿过所述槽道的电枢绕组、固定所述磁轭的支架及位于所述磁轭外侧的定位挡板。

进一步地，所述磁轭的臂部的末端变宽，且该末端的内侧设有一倾斜面。

进一步地，所述永磁体的磁极面的面积不小于所述磁轭臂部的端面面积。

进一步地，所述横向磁场永磁电机进一步设有位置传感器，该位置传感器位于所述臂部的末端。

进一步地，所述中心轴为一中空轴，所述永磁体呈瓦形且相邻两个永磁体之间设有隔磁网格。

与现有技术相比，本发明的横向磁场永磁电机将永磁体设于磁轭槽的外部且在磁轭的臂部和永磁体之间形成一气隙，降低了电机的组装和加工的难度。

附图说明

图1所示为本发明横向磁场永磁电机的轴向剖面示意图，并以普通三相结构为例，由于剖面结构上下对称，图中只标出上半部分；图中标出了主磁通路径，假设方向如箭头所示。

图2所示为本发明所述横向磁场永磁电机的磁轭、永磁体及电枢绕组组装后的立体图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明提供一种横向磁场永磁电机100，其包括一中心轴1、轴承2、12、起固定作用的支架3、引出线4、端盖5、11、若干永磁体6、若干电枢绕组7、若干磁轭8、机壳9、位置传感器10、位于相邻两个磁轭之间的隔磁环13、位于所述磁轭外侧的定位挡板15、 16和压紧螺母14。

请参图1所示，所述中心轴1为一中空轴，其可供引出线4的穿过。所述端盖5、11和所述机壳9共同形成一***述磁轭8的容纳空间。

所述磁轭8沿圆周方向等间距排列设置，且每个磁轭8大致呈U形并为硅钢片材质，其包括相对设置的两个臂部81及位于所述臂部81之间的U形槽道82，所述臂部81的设有一变宽的末端（可配合参图2所示），且该末端设有一面向所述永磁体6的端面，该端面与所述永磁体6正对设置，且该臂部81的端面与永磁体6之间的形成有一气隙18，可供磁场贯通所述端面和永磁体6。

所述永磁体6位于所述U形槽外侧，且沿圆周方向等间距均匀分布并粘贴在机壳9的内壁面上，构成主磁极，由此产生电机的主磁场；所述永磁体6的数量为所述磁轭8数量的两倍，且在圆周方向上相邻两组永磁体6中的一组永磁体6与所述磁轭8的两个臂部81对应设置，而另一组永磁体6则位于相邻两个磁轭8之间，且相邻两个永磁体6的极性相反设置并沿中心轴的轴线方向上对齐设置，磁化方向均为径向。所述永磁体6的磁极面的面积不小于相对设置的臂部81的端面面积，且彼此平行设置。所述永磁体6随机壳9的转动而绕所述磁轭8旋转，所述气隙18位于所述磁轭8的端面和永磁体6的磁极面之间，且大小均匀。

所述端盖5、11的内孔与轴承2、12相连，外止口与机壳9相连固定，与永磁体6共同组成电机转子；所述电枢绕组7、由磁轭8组成的定子铁心、支架3与中心轴1、间隔磁环13、定位挡板15、16和锁紧螺母14零件共同构成电机的定子,其中,每个U形磁轭8及贯穿U形槽道82的电枢绕组7、对应的两个永磁体6为一个相单元（即称为一相），如图1所示，本发明所述的横向磁场永磁电机为三相结构，即由三个单元A、B、C沿所述中心轴的轴向方向叠加设置而成，且每相定子中的若干U形磁轭8沿圆周均布，相邻两个相的定子之间设有隔磁环13，该隔磁环13夹持于所述相邻两个U形磁轭8之间，且所述隔磁环13沿圆周方向分布设置。

所述电枢绕组7的抽头出线和传感器10信号出线形成引出线4，其从所述中空的中心轴1内引出至电机外。本发明的控制器可选配直流无刷驱动模式或永磁同步驱动模式，也可选有位置控制方式或无位置控制方式。

请参阅图2所示，其为单相结构中的电机定子与永磁体磁极6的立体结构图，其中，所述定子的U形磁轭8沿圆周等间距均匀分布，且磁轭8的内侧均安装在所述支架3上形成统一的整体。所述磁化方向可参图2中箭头表示。所述横向磁场永磁电机的U形磁轭8和电枢绕组7在空间位置上相互垂直设置，使得穿过电枢绕组7的磁场为横越交变磁场，而感生的反电动势为变压器电动势。

所述位置传感器10位于硅钢片磁轭8上接近永磁体6的位置，用于实现对电机进行闭环控制，其中，该位置传感器10位于所述U形磁轭8的臂部81上，且位置传感器10也可以采用其他方式，如光电编码器，旋转变压器等，只要能够灵敏的检测电机转子的位置即可。

本发明所述的横向磁场永磁电机100通过将永磁体6放置于所述磁轭8的U形槽道82外部并与磁轭8的臂部81一一对应设置，且在磁轭8臂部81与永磁体6之间形成一均匀的气隙18，且每相结构的气隙18沿着中心轴1轴向对齐而连成一沿轴向延伸的总气隙，如此，只需保证该总气隙均匀设置，便可方便的保证组装和加工过程中的精度，且结构工艺相对简单，相对于现有技术中的每相结构中的气隙独立设置于U形的磁轭的U形槽内而需分别保证每个气隙的组装精度来说，本发明大大降低了加工、组装难度；同时，在保证电机尺寸不变的情况下，本发明可通过增加磁极的有效面积、减少气隙18尺寸的方法，便可很容易的增加电机的磁通量，从而提高电机功率密度，使得转矩密度增大，即增大臂部81末端端面和永磁体6的磁极面的面积，便可大大增加所述磁极的面积，具体来说，参图2所示，如本发明中的臂部81末端内侧设有一倾斜面83而使臂部81的末端变宽，以此增加了臂部81末端端面的面积，可增大磁通量。

另外，由于永磁体6粘贴在机壳上，从而消除了轴向上的磁拉力，从而给装配上带来了方便；定子线圈容易安装且无端部损耗，每相完全独立，相互之间不存在电磁耦合，且能在宽广的转速和功率范围内高转矩和高效运行。

本发明中各相结构完全独立，可方便按应用需要组合成任意相电机，其组装加工过程简单，对于电机的各部件来说，U型磁轭8只需将硅钢片冲压成片，然后再将冲压成型的硅钢片再叠压起来就可完成，U型硅钢片磁轭8只需简单安装在支架上形成统一的整体；而对于支架3、定位挡板15、16、中心轴1、端盖5、11和机壳9等零件，只需要采用车加工，铣床加工，线切割及电火花等加工方法就能够保证所需工件的精度要求；同心线圈的绕制只需简单的工装即可完成，再按照所需绝缘等级要求的浸漆工艺浸漆，就能够得到合格的电枢绕组；对于电机转子来说，只需将瓦型永磁体简单的粘贴在机壳上，为操作方便，可先将隔磁网格17贴在机壳9的内表面上，再将永磁体6逐个贴在所述隔磁网格17之间，此方式定位准确，很容易实现。为保证气隙18均匀，我们可以先装配电机定子，再进行车加工或者电火花等，这样不仅能在最大范围内保证电机的气隙偏差，还可以使气隙18尺寸更小，从而使电机的转矩过载倍数更大，转矩密度更高。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。 

Claims (10)

1.一种横向磁场永磁电机，包括机壳、位于机壳内侧的若干磁轭、与所述磁轭对应设置的若干永磁体及一中心轴，所述每个磁轭设有两个相对设置的臂部及位于所述臂部之间的槽道，其特征在于：所述永磁***于所述槽道外，所述臂部设有与所述永磁体对应设置的末端，该末端的端面正对永磁体的磁极面设置，且所述端面和磁极面之间设有气隙。

2.根据权利要求1所述的横向磁场永磁电机，其特征在于：所述臂部的端面和永磁体的磁极面相互平行，所述气隙沿所述磁轭臂部外端面分布且大小均匀。

3.根据权利要求2所述的横向磁场永磁电机，其特征在于：所述磁轭及永磁体均沿圆周方向均匀分布，并沿中心轴轴向叠加设置，且所述永磁体的数量为磁轭数量的两倍。

4.根据权利要求3所述的横向磁场永磁电机，其特征在于：所述永磁***于所述机壳的内表面，所述每个磁轭的两个臂部所对应的永磁体的磁极面极性相反。

5.根据权利要求4所述的横向磁场永磁电机，其特征在于：所述磁轭呈Ｕ形，且相邻两个叠加设置的磁轭之间设有隔磁环。

6.根据权利要求5所述的横向磁场永磁电机，其特征在于：所述横向磁场永磁电机进一步包括穿过所述槽道的电枢绕组、固定所述磁轭的支架及位于所述磁轭外侧的定位挡板。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的横向磁场永磁电机，其特征在于：所述磁轭的臂部的末端变宽，且该末端的内侧设有一倾斜面。

8.根据权利要求7所述的横向磁场永磁电机，其特征在于：所述永磁体的磁极面的面积不小于所述磁轭臂部的端面面积。

9.根据权利要求8所述的横向磁场永磁电机，其特征在于：所述横向磁场永磁电机进一步设有位置传感器，该位置传感器位于所述臂部的末端。

10.根据权利要求9所述的横向磁场永磁电机，其特征在于：所述中心轴为一中空轴，所述永磁体呈瓦形且相邻两个永磁体之间设有隔磁网格。

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