CN110829768A - 一种永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及永磁电机技术领域，且公开了一种永磁电机，包括电机外壳、转子结构和定子结构；所述转子结构包括导磁体和永磁体组，所述定子结构包括由内向外依次同轴套设的内定子和外定子；若干所述永磁体组呈圆周阵列于所述导磁体上，所述永磁体组将所述导磁体分隔成转子内层磁极和转子外层磁极；相邻所述永磁铁组的充磁方向相反；所述永磁体组包括左永磁体和右永磁体，所述左永磁体与右永磁体的内端设置有空隙，所述外定子与所述转子外层磁极形成电机的外气隙磁场，所述内定子与所述转子内层磁极形成电机的内气隙磁场。提供两个气隙磁场，实现使用双定子结构构成的双气隙，给电机增加了一倍的气隙。

Description

一种永磁电机
技术领域
本发明涉及永磁电机技术领域，具体为一种永磁电机。
背景技术
电动机是一种将电能转换成机械能的电磁机械装置，而电动机的功率转换和传递发生在定子与转子之间的气隙之中，现在世界上所有的电机都是由一个定子和一个转子组成，这种电机只有一个气隙磁场。在电机运行时，电机的定子与转子中总有一个的磁场是固定不变的，只能通过另一个的磁场变化来改变电机的气隙磁场以使电机工作。这就大幅度地限制了电机的效率以及功率密度。
发明内容
本发明主要是提供一种永磁电机，解决现有技术大幅度地限制了电机的效率以及功率密度的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种永磁电机，包括电机外壳、转子结构和定子结构；所述转子结构包括导磁体和永磁体组，所述定子结构包括由内向外依次同轴套设的内定子和外定子；若干所述永磁体组呈圆周阵列于所述导磁体上，所述永磁体组将所述导磁体分隔成转子内层磁极和转子外层磁极；相邻所述永磁铁组的充磁方向相反；所述永磁体组包括左永磁体和右永磁体，所述左永磁体与右永磁体的内端设置有空隙，所述外定子与所述转子外层磁极形成电机的外气隙磁场，所述内定子与所述转子内层磁极形成电机的内气隙磁场。
本发明的目的在于，提供一种具有两个气隙磁场，并且每个磁极具有两个磁路的永磁电机，该技术增加电机一倍的气隙面积，增加一倍的磁路。该双向变磁电机由外定子、转子、内定子构成，其转子部分采用一种具有内、外双面磁极，且转子的每个磁极由两组独立磁场构成，其转子外层磁极与外定子之间形成外气隙磁场，其转子内层磁极与内定子之间形成内气隙磁场。电机气隙磁场变化时，转子每个磁极的两组磁场一组会增强，另一组磁场会减小，转子磁极每组磁场跟随定子磁场的变化而变化；当电机定子磁场变化时，通过控制转子磁极上的两组磁场变化来驱动电机转子旋转。由于电机的电磁转矩与气隙直径的二次方成正比关系，使用双定子结构构成的双气隙，给电机增加了一倍的气隙。
进一步，所述外定子的内侧面与所述导磁体的内侧面之间的间距为0.2mm至1mm；所述内定子的外侧面与所述导磁体的内侧面之间的间距为0.2mm至1mm。
进一步，所述左永磁体与右永磁体的外端设置有非导磁材料制成的隔离加强件。
进一步，所述内定子包括内定子铁芯，以及设置于所述内定子铁芯上的内定子绕组，所述外定子包括外定子铁芯，以及设置于所述外定子铁芯上的外定子绕组；所述内定子铁芯安装于电机转子的固定轴上，所述外定子铁芯安装于电机外壳的内壁上，所述内定子铁芯与外定子铁芯上的绕线齿槽数相同，所述内定子绕组与外定子绕组的绕线方式相同，所述内定子绕组与外定子绕组的绕线相位相差180度。本方案的定子结构，采用的是分数槽，单双层混合式集中绕组，这种绕组的有益效果是降低电机的齿槽转矩，提高电机的输出转矩，减少铜线的使用量，降低绕组的电阻，降低电机的铜损，降低电机的温升。
进一步，包括前端盖；所述前端盖设置于所述导磁体前端，所述前端盖上设置有与所述导磁体同轴心的转轴及用于安装轴承的安装位；所述前端盖与所述导磁体之间和导磁体的另一端均设置有法兰，所述空隙内贯穿设置有用于连接所述导磁体两端所述法兰的螺栓。本方案，去除转子上的后端盖，转子以悬浮的方式处于电机内、外定子之间，主要是依靠主轴上面的轴承、转子前端盖，电机中置轴承座，电机前端盖及电机外壳将转子磁极悬置在内、外定子之间的，同时，减少了构成转子结构的材料，是整个转子结构重量很轻，从而使转子的转动惯量非常低，电机的加速或减速更快，电机加速时更节能。
进一步，还包括第一端盖、第二端盖和固定轴；所述第一端盖与所述第二端盖分别设置于对应所述外定子两端的所述电机外壳上；所述第一端盖的中部设有与所述外定子同轴且用于安装轴承的轴承孔，所述所述固定轴与所述内定子同轴设置，所述固定轴的一端固定在第二端盖上，所述固定轴的另一端贯穿所述内定子安装于所述安装位内。
进一步，所述转子内层磁极的厚度为5mm至10mm，所述转子外层磁极的厚度与所述转子内层磁极相同，所述相邻永磁铁组之间的所述隔离加强件的间距为1mm至3mm，所述隔离加强件内端面到所述转子内层磁极的内壁距离为0.5mm至1mm，所述隔离加强件外端面到所述转子外层磁极的外壁距离0.5mm至1mm，所述隔离加强件在所述永磁铁组阵列方向上的厚度为5mm至10mm。
进一步，所述隔离加强件靠近所述左永磁体和右永磁体的一侧面上设置有凹陷。
进一步，所述左永磁体与右永磁体上位于所述转子内层磁极的一面设置有凹槽，所述转子内层磁极上设置有与所述凹槽相配合的凸条。
进一步，所述导磁体、所述内定子铁芯和所述外定子铁芯均由硅钢片叠装而成。
有益效果：本发明提供一种具有两个气隙磁场，并且每个磁极具有两个磁路的双项同步驱动永磁电机，该技术增加电机一倍的气隙面积，增加一倍的磁路。该双向变磁电机由外定子、转子、内定子构成，其转子部分采用一种具有内、外双面磁极，且转子的每个磁极由两组独立磁场构成，其转子外层磁极与外定子之间形成外气隙磁场，其转子内层磁极与内定子之间形成内气隙磁场。电机气隙磁场变化时，转子每个磁极的两组磁场一组会增强，另一组磁场会减小，转子磁极每组磁场跟随定子磁场的变化而变化；当电机定子磁场变化时，通过控制转子磁极上的两组磁场变化来驱动电机转子旋转。由于电机的电磁转矩与气隙直径的二次方成正比关系，使用双定子结构构成的双气隙，给电机增加了一倍的气隙。
附图说明
图1为本实施例的电机结构半剖示意图；
图2为本实施例的转子结构半剖示意图；
图3为本实施例的导磁体结构示意图；
图4为本实施例的A部放大示意图；
图5为本实施例的定子结构安装示意图；
图6为本实施例的定子结构半剖示意图；
图7为本实施例的定子绕组分布图；
附图标记：导磁体1、转子内层磁极11、转子外层磁极12、凸条13、法兰14、永磁体组2、左永磁体21、右永磁体22、凹槽23、空隙3、隔离加强件4、凹陷41、前端盖5、安装位51、转轴52、内定子铁芯6、外定子铁芯7、固定轴8、电机外壳9、第一端盖91、第二端盖92、轴承座93、绕线齿槽10。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明涉及的一种永磁电机技术方案进一步详细说明。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图7所示，本实施例的一种永磁电机，包括电机外壳9、转子结构和定子结构；所述转子结构包括导磁体1和永磁体组2，所述定子结构包括由内向外依次同轴套设的内定子和外定子；若干所述永磁体组2呈圆周阵列于所述导磁体1上，所述永磁体组2将所述导磁体1分隔成转子内层磁极11和转子外层磁极12；相邻所述永磁铁组的充磁方向相反；所述永磁体组2包括左永磁体21和右永磁体22，所述左永磁体21与右永磁体22的内端设置有空隙3，所述外定子与所述转子外层磁极12形成电机的外气隙磁场，所述内定子与所述转子内层磁极11形成电机的内气隙磁场。所述外定子的内侧面与所述导磁体1的内侧面之间的间距为0.2mm至1mm；所述内定子的外侧面与所述导磁体1的内侧面之间的间距为0.2mm至1mm。所述外定子的内侧面与所述导磁体1的内侧面之间的间距为0.2mm至1mm；所述内定子的外侧面与所述导磁体1的内侧面之间的间距为0.2mm至1mm。所述内定子包括内定子铁芯6，以及设置于所述内定子铁芯6上的内定子绕组，所述外定子包括外定子铁芯7，以及设置于所述外定子铁芯7上的外定子绕组；所述内定子铁芯6安装于电机转子的固定轴8上，所述外定子铁芯7安装于电机外壳9的内壁上，所述内定子铁芯6与外定子铁芯7上的绕线齿槽10数相同，所述内定子绕组与外定子绕组的绕线方式相同，所述内定子绕组与外定子绕组的绕线相位相差180度。包括前端盖5；所述前端盖5设置于所述导磁体1前端，所述前端盖5上设置有与所述导磁体1同轴心的转轴52及用于安装轴承的安装位51；所述前端盖5与所述导磁体1之间和导磁体1的另一端均设置有法兰14，所述空隙3内贯穿设置有用于连接所述导磁体1两端所述法兰14的螺栓。还包括第一端盖91、第二端盖92和固定轴8；所述第一端盖91与所述第二端盖92分别设置于对应所述外定子两端的所述电机外壳9上；所述第一端盖91的中部设有与所述外定子同轴且用于安装轴承的轴承孔，所述所述固定轴8与所述内定子同轴设置，所述固定轴8的一端固定在第二端盖92上，所述固定轴8的另一端贯穿所述内定子安装于所述安装位51内。所述转子内层磁极11的厚度为5mm至10mm，所述转子外层磁极12的厚度与所述转子内层磁极11相同，所述相邻永磁铁组之间的所述隔离加强件4的间距为1mm至3mm，所述隔离加强件4内端面到所述转子内层磁极11的内壁距离为0.5mm至1mm，所述隔离加强件4外端面到所述转子外层磁极12的外壁距离0.5mm至1mm，所述隔离加强件4在所述永磁铁组阵列方向上的厚度为5mm至10mm。所述隔离加强件4靠近所述左永磁体21和右永磁体22的一侧面上设置有凹陷41。所述左永磁体21与右永磁体22上位于所述转子内层磁极11的一面设置有凹槽23，所述转子内层磁极11上设置有与所述凹槽23相配合的凸条13。所述导磁体1、所述内定子铁芯6和所述外定子铁芯7均由硅钢片叠装而成。
具体的，转子内层磁极11与转子外层磁极12的厚度相同，将转子内层磁极11的厚度设为a；左永磁体21与右永磁体22的厚度相同，将左永磁体21的厚度设为b；将隔离加强件4的厚度设为c；相邻隔离加强件4之间的距离设置为d；隔离加强件4的内端面到转子内层磁极11的内壁距离设为e；隔离加强件4的外端面到转子外层磁极12的内壁距离设为f；在本实施例中，a为6mm，b为5mm，c为7mm，d为2mm，e为0.8mm，f为0.8mm。
本方案的转子结构，利用永磁体组2将导磁体1分隔成转子内层磁极11和转子外层磁极12，作为转子的内、外磁极，利用永磁体组22作为转子的恒磁源以为内、外磁极提供磁力。该转子结构具有内、外双面两项磁极，且转子的每个磁极由两组独立磁场构成两个磁路，当定子磁场变化时，该结构转子磁极的一路磁场会增强，另一路磁场会减小。定子磁场在驱动转子旋转的同时也控制转子磁极两路磁场的大小变化，以转子两个磁路大小的变化来提高电机的效率。
本方案的定子结构，采用的是分数槽，单双层混合式集中绕组，这种绕组的有益效果是降低电机的齿槽转矩，提高电机的输出转矩，减少铜线的使用量，降低绕组的电阻，降低电机的铜损，降低电机的温升。去除转子上的后端盖，转子以悬浮的方式处于电机内、外定子之间，主要是依靠主轴上面的轴承、转子前端盖5，电机中置轴承座93，电机前端盖5及电机外壳9将转子磁极悬置在内、外定子之间的，同时，减少了构成转子结构的材料，是整个转子结构重量很轻，从而使转子的转动惯量非常低，电机的加速或减速更快，电机加速时更节能。
本发明的目的在于，提供一种具有两个气隙磁场，并且每个磁极具有两个磁路的永磁电机，该技术增加电机一倍的气隙面积，增加一倍的磁路。该双向变磁电机由外定子、转子、内定子构成，其转子部分采用一种具有内、外双面磁极，且转子的每个磁极由两组独立磁场构成，其转子外层磁极12与外定子之间形成外气隙磁场，其转子内层磁极11与内定子之间形成内气隙磁场。电机气隙磁场变化时，转子每个磁极的两组磁场一组会增强，另一组磁场会减小，转子磁极每组磁场跟随定子磁场的变化而变化；当电机定子磁场变化时，通过控制转子磁极上的两组磁场变化来驱动电机转子旋转。由于电机的电磁转矩与气隙直径的二次方成正比关系，使用双定子结构构成的双气隙，给电机增加了一倍的气隙。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种永磁电机，包括电机外壳、转子结构和定子结构；其特征在于：所述转子结构包括导磁体和永磁体组，所述定子结构包括由内向外依次同轴套设的内定子和外定子；若干所述永磁体组呈圆周阵列于所述导磁体上，所述永磁体组将所述导磁体分隔成转子内层磁极和转子外层磁极；相邻所述永磁铁组的充磁方向相反；所述永磁体组包括左永磁体和右永磁体，所述左永磁体与右永磁体的内端设置有空隙，所述外定子与所述转子外层磁极形成电机的外气隙磁场，所述内定子与所述转子内层磁极形成电机的内气隙磁场。
2.根据权利要求1所述的一种永磁电机，其特征在于：所述外定子的内侧面与所述导磁体的内侧面之间的间距为0.2mm至1mm；所述内定子的外侧面与所述导磁体的内侧面之间的间距为0.2mm至1mm。
3.根据权利要求1所述的一种永磁电机，其特征在于：所述左永磁体与右永磁体的外端设置有非导磁材料制成的隔离加强件。
4.根据权利要求1所述的一种永磁电机，其特征在于：所述内定子包括内定子铁芯，以及设置于所述内定子铁芯上的内定子绕组，所述外定子包括外定子铁芯，以及设置于所述外定子铁芯上的外定子绕组；所述内定子铁芯安装于电机转子的固定轴上，所述外定子铁芯安装于电机外壳的内壁上，所述内定子铁芯与外定子铁芯上的绕线齿槽数相同，所述内定子绕组与外定子绕组的绕线方式相同，所述内定子绕组与外定子绕组的绕线相位相差180度。
5.根据权利要求1所述的一种永磁电机，其特征在于：包括前端盖；所述前端盖设置于所述导磁体前端，所述前端盖上设置有与所述导磁体同轴心的转轴及用于安装轴承的安装位；所述前端盖与所述导磁体之间和导磁体的另一端均设置有法兰，所述空隙内贯穿设置有用于连接所述导磁体两端所述法兰的螺栓。
6.根据权利要求5所述的一种永磁电机，其特征在于：还包括第一端盖、第二端盖和固定轴；所述第一端盖与所述第二端盖分别设置于对应所述外定子两端的所述电机外壳上；所述第一端盖的中部设有与所述外定子同轴且用于安装轴承的轴承孔，所述所述固定轴与所述内定子同轴设置，所述固定轴的一端固定在第二端盖上，所述固定轴的另一端贯穿所述内定子安装于所述安装位内。
7.根据权利要求3所述的一种永磁电机，其特征在于：所述转子内层磁极的厚度为5mm至10mm，所述转子外层磁极的厚度与所述转子内层磁极相同，所述相邻永磁铁组之间的所述隔离加强件的间距为1mm至3mm，所述隔离加强件内端面到所述转子内层磁极的内壁距离为0.5mm至1mm，所述隔离加强件外端面到所述转子外层磁极的外壁距离0.5mm至1mm，所述隔离加强件在所述永磁铁组阵列方向上的厚度为5mm至10mm。
8.根据权利要求3所述的一种永磁电机，其特征在于：所述隔离加强件靠近所述左永磁体和右永磁体的一侧面上设置有凹陷。
9.根据权利要求1所述的一种永磁电机，其特征在于：所述左永磁体与右永磁体上位于所述转子内层磁极的一面设置有凹槽，所述转子内层磁极上设置有与所述凹槽相配合的凸条。
10.根据权利要求4所述的一种永磁电机，其特征在于：所述导磁体、所述内定子铁芯和所述外定子铁芯均由硅钢片叠装而成。
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