CN103929026B - 永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种永磁电机，永磁电机包括：内转子，包括内转子铁芯；定子，环绕内转子设置并与内转子之间具有缝隙，定子包括在圆周方向间隔设置有多个定子槽和多个齿的定子铁芯和置于定子槽中的定子绕组；外转子，外转子与内转子同轴设置并且以相同速度同向旋转，外转子环绕定子设置并与定子之间具有缝隙，内转子铁芯设置有沿内转子的径向方向并列设置的多个第一磁极槽。本发明有效地解决了现有技术中永磁电机的电机驱动电流较大且电机效率低的问题。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种永磁电机。
背景技术
双转子永磁电机与传统电机相比具有轴线尺寸小，功率密度高、转矩/质量比大、低速运行平稳等性能优点，得到了广泛应用，然而现有技术中永磁电机的永磁体大都采用表贴式结构，即永磁体均设置在转子朝向定子的表面上，但现有技术的永磁电机未增加磁阻转矩的利用导致电机驱动电流较大且电机效率低。
发明内容
本发明旨在提供一种永磁电机，以解决现有技术中永磁电机的电机驱动电流较大且电机效率低的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种永磁电机，包括：内转子，包括内转子铁芯；定子，环绕内转子设置并与内转子之间具有缝隙，定子包括在圆周方向间隔设置有多个定子槽和多个齿的定子铁芯和置于定子槽中的定子绕组；外转子，外转子与内转子同轴设置并且以相同速度同向旋转，外转子环绕定子设置并与定子之间具有缝隙，内转子铁芯设置有沿内转子的径向方向并列设置的多个第一磁极槽。
进一步地，外转子包括外转子铁芯，外转子铁芯的内表面上设置有第二永磁体，内转子的第一磁极中心线与相应的外转子的第二磁极中心线之间的夹角位于20°至45°之间。
进一步地，外转子包括外转子铁芯，外转子铁芯内部设置有沿外转子的径向方向间隔分布的多层第二磁极槽，外转子铁芯上设置有多组第二磁极单元，每组第二磁极单元包括分别设置在第二磁极槽中的第二永磁体，每组第二磁极单元中的多个第二永磁体的轴向叠加磁力线指向一致共同形成磁极N或S，内转子的第一磁极中心线与相应的外转子的第二磁极中心线之间具有第一夹角。
进一步地，内转子铁芯上设置有多组第一磁极单元，每组第一磁极单元包括多个第一永磁体，多个第一永磁体分别设置在不同的第一磁极槽中，每组第一磁极单元的第一永磁体的轴向叠加磁力线指向一致共同形成磁极N或S，外转子以相同的磁极与内转子相对设置。
进一步地，定子铁芯为环形结构，定子槽包括第一槽和第二槽，齿包括第一齿和第二齿，第一槽和第一齿沿定子的圆周方向间隔设置在定子铁芯的内壁上，第二槽和第二齿沿定子的圆周方向间隔设置在定子铁芯的外壁上，第一齿的中心线和与第一齿相邻对应的第二齿的中心线之间具有第二夹角。
进一步地，第一槽与第二槽的数量比为1:2。
进一步地，内转子铁芯的内部设置有多个磁通阻挡部，多个磁通阻挡部分别设置在第一磁极槽内，磁通阻挡部为隔磁介质，内转子铁芯为导磁介质。
进一步地，磁通阻挡部与外转子磁极相对应，磁通阻挡部的中心线与相对应的外转子磁极的第二磁极中心线之间具有第三夹角。
进一步地，第三夹角位于40°至50°之间。
进一步地，定子铁芯由多个定子拼块依次卡接组成，多个定子拼块之间的拼接缝隙位于定子的齿中间，定子铁芯两侧的第一齿和第二齿之间形成了铁芯轭部，每个定子拼块的位于铁芯轭部处进行绕线。
应用本发明的技术方案，永磁电机包括：内转子，包括内转子铁芯；定子，环绕内转子设置并与内转子之间具有缝隙，定子包括在圆周方向间隔设置有多个定子槽和多个齿的定子铁芯和置于定子槽中的定子绕组；外转子，外转子与内转子同轴设置并且以相同速度同向旋转，外转子环绕定子设置并与定子之间具有缝隙，内转子铁芯设置有沿内转子的径向方向并列设置的多个第一磁极槽。内转子具有多层第一磁极槽的结构并在同一切向内同极性分布，形成内转子的磁极N和S交替分布，由于多个第一磁极槽沿内转子的径向并列设置造成内转子的磁路不对称，产生了磁阻转矩，磁阻转矩利用的增加有利于减少电机驱动电流，减少电机损耗，提高电机的整体效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的永磁电机的第一实施例的结构示意图；
图2示出了图1的永磁电机的内转子的结构示意图；
图3示出了图1的永磁电机的磁极中心线的分布示意图；
图4示出了图1的永磁电机的定子的结构示意图；
图5示出了图4的定子的齿中心线的分布示意图；
图6示出了图4的定子拼块的结构示意图；
图7示出了本发明的第二实施例的永磁电机的外转子结构示意图；
图8示出了图7的永磁电机的内、外转子的磁极中心线的分布示意图；
图9示出了本发明的永磁电机的第三实施例的内转子结构示意图；
图10示出了图9的永磁电机的外转子的磁极中心线与内转子的磁通阻挡部中心线的分布示意图；
图11示出了第一实施例的永磁电机的驱动电流与现有技术的对比示意图；
图12示出了永磁电机的第一实施例中的α角对电机合成电磁转矩的影响示意图；
图13示出了永磁电机的第三实施例中的β角对电机合成电磁转矩的影响示意图；
图14示出了永磁电机的第一实施例中的γ角对电机齿槽转矩的影响示意图；
图15示出了永磁电机的第二实施例中的θ角对电机齿槽转矩的影响示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明提供了永磁电机的第一实施例，参见图1和图2，本实施例的永磁电机包括内转子10、定子20和外转子30，内转子10包括内转子铁芯11，定子20环绕内转子10设置并与内转子10之间具有缝隙，定子20包括在圆周方向间隔设置有多个定子槽22和多个齿23的定子铁芯21和置于槽中的定子绕组24，外转子30与内转子10同轴设置并且以相同速度同向旋转，外转子30环绕定子20设置并与定子20之间具有缝隙，内转子铁芯11设置有沿内转子10的径向方向并列设置的多个第一磁极槽13。
内转子10具有多层第一磁极槽13的结构并在同一切向内同极性分布，形成内转子的磁极如图2所示，磁极N和S交替分布，由于多个第一磁极槽沿内转子10的径向并列设置造成内转子的磁路不对称，形成d轴与q轴电感不相等，产生了磁阻转矩，磁阻转矩利用的增加有利于减少电机驱动电流，减少电机损耗，提高电机的整体效率。图11说明了现有技术的永磁电机A与本实施例的永磁电机B在同一输出转矩情况下，电机驱动电流大小的对比，从图11中可以明显看出，本实施例的永磁电机在同一输出转矩情况下电机驱动电流比现有技术的小。
如图1和图3所示，本实施例中的外转子30包括外转子铁芯31，外转子铁芯31的内表面上设置有交替分布磁极N和S的第二永磁体32，内转子10的第一磁极中心线14与相应的外转子的第二磁极中心线34之间的夹角α位于20°至45°之间，外转子的磁极中心线在转子旋转方向领先于内转子磁极中心线。需要特别说明的是，本申请中涉及的所有角度均为电气角度，电气角度=机械角度X电机极对数，电气角度等于机械角度乘以电机极对数。
图12说明了外转子磁极中心线在转子旋转方向上与内侧转子磁极中心线形成α角对电机合成电磁转矩的影响，从图中可以看出，将内外转子的磁极中心线错开一定的角度可以使得电机在相同的电流下获得更大的合成电磁转矩，并且外侧转子的磁极中心线在转子旋转方向领先内侧转子20°至45°的角度时，即夹角α在20°至45°之间时，在相同的电流下电机合成电磁转矩有效值最大。
内转子铁芯上设置有多组第一磁极单元，每组第一磁极单元包括多个第一永磁体12，多个第一永磁体12分别设置在不同的第一磁极槽13中，每组第一磁极单元的第一永磁体12的轴向叠加磁力线指向一致共同形成磁极N或S，外转子30以相同N或S极性与内转子10相对设置。通过将内外转子以相同的极性相对设置，可以使得电机相比不同极性相对设置，在相同的电流下产生更大的转矩，从而降低电机的绕组损耗，增加了电机效率。
如图4和图5所示，定子铁芯21为环形结构，定子槽22包括第一槽221和第二槽222，齿23包括第一齿231和第二齿232，第一槽221和第一齿231沿定子的圆周方向间隔设置在定子铁芯21的内壁上，第二槽222和第二齿232沿定子的圆周方向间隔设置在定子铁芯21的外壁上，第一齿231的中心线和与第一齿231相邻对应的第二齿232的中心线之间具有第二夹角γ。在制作工艺上，通过在定子铁芯21上切割出第一槽221和第二槽222以形成第一齿和第二齿，使第一齿和第一槽相邻并且间隔分布设置，使第二齿和第二槽相邻并且间隔分布设置。图14表示了定子的第一齿中心线与第二齿中心线的夹角对电机齿槽转矩脉动的影响，从图14中可以看出，γ’为0度的现有技术中电机的电机齿槽转矩波动幅值，并且电机齿槽转矩波动幅值随着γ角度的存在而减小，在第二夹角γ的可调范围内，存在最优夹角γ1使齿槽转矩脉动达到最小值，最优夹角γ1随电机槽极配合值变化而变化。
第一槽221与第二槽222的数量比为1:2。由于定子的外壁相比内壁空间更大，通过在外壁设置更多的槽可以有效减少外转子的齿槽转矩脉动。
定子铁芯21由多个定子拼块依次卡接组成，多个定子拼块之间的拼接缝隙位于定子的齿中间，定子铁芯21两侧的第一齿和第二齿之间形成了铁芯轭部，每个定子拼块位于铁芯轭部处进行绕线。定子铁芯21由多个定子拼块111依次卡接组成。定子铁芯21两侧的第一齿和第二齿之间形成了定子铁芯的轭部，定子铁芯采用拼接结构，拼接缝隙位于定子的齿中间，每一个定子拼块单独在轭部绕线，每个定子拼块位于轭部处进行绕线，如图6所示，定子铁芯由定子拼块111拼接成环而成，定子拼块的形状根据具体的定子铁芯形状决定，并且在定子铁芯的轭部设置卡扣结构，这样可以依次卡接组成定子铁芯。通过采用上述方法可以有效提高电机电磁钢板材料的有效利用率，并提高了定子绕线的速度，减少了生产时间。
本发明还提供了永磁电机的第二实施例，具体参见图7和图8，本实施例的永磁电机包括内转子、定子和外转子30，本实施例的永磁电机的结构以及连接关系基本与第一实施例的永磁电机相同，而区别仅在于，外转子铁芯31内部设置有沿外转子30的径向方向间隔分布的多层第二磁极槽33，外转子铁芯31上设置有多组第二磁极单元，每组第二磁极单元包括分别设置在不同的第二磁极槽33中的第二永磁体32，每组第二磁极单元中的多个第二永磁体32的轴向叠加磁力线指向一致共同形成磁极N或S，内转子10的第一磁极中心线14与相应的外转子的第二磁极中心线34之间具有第一夹角θ。本实施例的外转子与内转子都采用多层永磁体的结构，内转子与外转子同轴设置，定子的第一齿与第二齿相对的内转子磁极与外转子磁极极性相同。
图15表示了内、外转子的磁极中心线夹角对电机齿槽转矩脉动的影响示意图，从图15中可以看出，θ’为0度的现有技术中电机的电机齿槽转矩波动幅值，电机齿槽转矩波动幅值随着磁极中心线夹角θ存在而减小，在夹角θ可调范围内，存在最优夹角θ1使齿槽转矩脉动达到最小值，最优夹角θ1随电机槽极配合值变化而变化。第二实施例的永磁电机的技术效果与第一实施例的永磁电机基本相同。
本发明还提供了永磁电机的第三实施例，具体参见图9和图10所示，本实施例的永磁电机包括内转子10、定子和外转子30，本实施例的永磁电机的结构以及连接关系基本与第一实施例的永磁电机相同，而区别仅在于，内转子铁芯11的内部设置有多个磁通阻挡部15，多个磁通阻挡部15分别设置在第一磁极槽13内，磁通阻挡部15为隔磁介质，内转子铁芯为导磁介质。
内转子10具有多层磁通阻挡部结构，磁通阻挡部内为空气或其他不导磁介质，当定子绕组通电时磁场磁力线主要从内转子铁芯流入或流出，造成内转子的磁通阻挡部与内转子铁芯的磁路不对称，产生磁阻转矩，并随外转子同步旋转；本实施例的外转子30的永磁体表粘于外转子铁芯的内表面。
磁通阻挡部15与外转子磁极相对应，磁通阻挡部15的中心线与相对应的外转子磁极的第二磁极中心线34之间具有第三夹角β，如图13可以看出，外转子的磁极中心线在转子旋转方向领先于内转子的磁通阻挡部中心线，外转子的磁极中心线在转子旋转方向与内转子的磁通阻挡部中心线之间形成β角度时，β角度不为0可以使得电机在相同的电流下获得更大的电磁转矩。并且从图13中可以看出，当β在40°至50°角度时，电机合成电磁转矩有效值最大。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种永磁电机，包括：
内转子(10)，包括内转子铁芯(11)；
定子(20)，环绕所述内转子(10)设置并与所述内转子(10)之间具有缝隙，所述定子(20)包括在圆周方向间隔设置有多个定子槽(22)和多个齿(23)的定子铁芯(21)和置于所述定子槽(22)中的定子绕组(24)；
外转子(30)，所述外转子(30)与所述内转子(10)同轴设置并且以相同速度同向旋转，所述外转子(30)环绕所述定子(20)设置并与所述定子(20)之间具有缝隙，
其特征在于，所述内转子铁芯(11)设置有沿所述内转子(10)的径向方向并列设置的多个第一磁极槽(13)，所述内转子铁芯(11)上设置有多组第一磁极单元，每组所述第一磁极单元包括多个第一永磁体(12)，多个所述第一永磁体(12)分别设置在不同的所述第一磁极槽(13)中，每组所述第一磁极单元的第一永磁体(12)的轴向叠加磁力线指向一致共同形成磁极N或S，
所述外转子(30)包括外转子铁芯(31)，所述外转子铁芯(31)的内表面上设置有第二永磁体(32)，所述内转子(10)的第一磁极中心线(14)与相应的所述外转子(30)的第二磁极中心线(34)之间的夹角位于20°至45°之间，且外转子的第二磁极中心线在转子旋转方向上领先于内转子的第一磁极中心线。
2.一种永磁电机，包括：
内转子(10)，包括内转子铁芯(11)；
定子(20)，环绕所述内转子(10)设置并与所述内转子(10)之间具有缝隙，所述定子(20)包括在圆周方向间隔设置有多个定子槽(22)和多个齿(23)的定子铁芯(21)和置于所述定子槽(22)中的定子绕组(24)；
外转子(30)，所述外转子(30)与所述内转子(10)同轴设置并且以相同速度同向旋转，所述外转子(30)环绕所述定子(20)设置并与所述定子(20)之间具有缝隙，
其特征在于，所述内转子铁芯(11)设置有沿所述内转子(10)的径向方向并列设置的多个第一磁极槽(13)，所述内转子铁芯(11)上设置有多组第一磁极单元，每组所述第一磁极单元包括多个第一永磁体(12)，多个所述第一永磁体(12)分别设置在不同的所述第一磁极槽(13)中，每组所述第一磁极单元的第一永磁体(12)的轴向叠加磁力线指向一致共同形成磁极N或S，
所述外转子(30)包括外转子铁芯(31)，所述外转子铁芯(31)内部设置有沿所述外转子(30)的径向方向间隔分布的多层第二磁极槽(33)，所述外转子铁芯(31)上设置有多组第二磁极单元，每组所述第二磁极单元包括分别设置在所述第二磁极槽(33)中的第二永磁体(32)，每组所述第二磁极单元中的多个所述第二永磁体(32)的轴向叠加磁力线指向一致共同形成磁极N或S，所述内转子(10)的第一磁极中心线(14)与相应的所述外转子的第二磁极中心线(34)之间具有第一夹角(θ)，且外转子的第二磁极中心线在转子旋转方向上领先于内转子的第一磁极中心线。
3.根据权利要求1或2所述的永磁电机，其特征在于，所述外转子(30)以相同的磁极与所述内转子(10)相对设置。
4.一种永磁电机，包括：
内转子(10)，包括内转子铁芯(11)；
定子(20)，环绕所述内转子(10)设置并与所述内转子(10)之间具有缝隙，所述定子(20)包括在圆周方向间隔设置有多个定子槽(22)和多个齿(23)的定子铁芯(21)和置于所述定子槽(22)中的定子绕组(24)；
外转子(30)，所述外转子(30)与所述内转子(10)同轴设置并且以相同速度同向旋转，所述外转子(30)环绕所述定子(20)设置并与所述定子(20)之间具有缝隙，
其特征在于，所述内转子铁芯(11)设置有沿所述内转子(10)的径向方向并列设置的多个第一磁极槽(13)，所述内转子铁芯(11)的内部设置有多个磁通阻挡部(15)，多个所述磁通阻挡部(15)分别设置在所述第一磁极槽(13)内，所述磁通阻挡部(15)为隔磁介质，所述内转子铁芯(11)为导磁介质，所述磁通阻挡部(15)与所述外转子的磁极相对应，所述磁通阻挡部(15)的中心线与相对应的所述外转子磁极的第二磁极中心线(34)之间具有第三夹角(β)，且外转子的第二磁极中心线在转子旋转方向上领先于内转子的磁通阻挡部的中心线。
5.根据权利要求4所述的永磁电机，其特征在于，所述第三夹角(β)位于40°至50°之间。
6.根据权利要求1或2或4所述的永磁电机，其特征在于，所述定子铁芯(21)为环形结构，所述定子槽(22)包括第一槽(221)和第二槽(222)，所述齿(23)包括第一齿(231)和第二齿(232)，所述第一槽(221)和所述第一齿(231)沿所述定子的圆周方向间隔设置在所述定子铁芯(21)的内壁上，所述第二槽(222)和第二齿(232)沿所述定子(20)的圆周方向间隔设置在所述定子铁芯(21)的外壁上，所述第一齿(231)的中心线和与所述第一齿(231)相邻对应的所述第二齿(232)的中心线之间具有第二夹角(γ)。
7.根据权利要求6所述的永磁电机，其特征在于，所述第一槽(221)与所述第二槽(222)的数量比为1:2。
8.根据权利要求6所述的永磁电机，其特征在于，所述定子铁芯(21)由多个定子拼块依次卡接组成，多个所述定子拼块之间的拼接缝隙位于所述定子的齿(23)中间，所述定子铁芯(21)两侧的所述第一齿和所述第二齿之间形成了铁芯轭部，每个所述定子拼块在所述铁芯轭部处进行绕线。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |