CN209805528U - 一种组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机，包括电机外转子和定子，其中：所述电机外转子包括：转子盘铁芯、组合阵列式永磁体盘、径向表贴式永磁体、轴承、外转子机壳；所述组合阵列式永磁体盘由轴向充磁斜极结构、切向充磁同心的扇形永磁体、填充的软磁材料交替形成；所述定子包括：多个模块化T形定子铁芯、分布式绕线绕组、转轴；T形定子铁芯具有两个轴向定子齿和中间的径向定子齿，分别对应缠绕分布式绕线绕组中的两个轴向线圈和中间的径向线圈。本实用新型中的组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机，能够提高槽满率、提高绕组端部利用率、改善转矩品质、提高转矩与功率密度以及提高电机整体运行效率。

Description

一种组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机

技术领域

本实用新型属于电机技术领域，具体涉及一种组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机。

背景技术

目前常用的永磁电机一般分为径向磁通和轴向磁通永磁电机两类，然而其端部利用率都较低，电机整体空间利用率不高，电机转矩密度和功率密度仍具有提升空间。

传统的电机设计中，对电机进行尺寸优化，例如在径向式永磁电机采用长径比大的结构，轴向式永磁电机采用长径比小的结构；采用分数集中绕组等技术来提高转矩密度，但其效果有限，且电机绕组端部都难以得到利用，所以人们寻求更加紧凑的电机结构。

实用新型专利201520407320.9提出了一种轴径向混合磁通永磁电机，其特点在于电机为外转子结构，定子铁芯的轴向两侧和径向外侧的机壳上都排布有永磁体，电机磁路经过机壳与定子铁芯闭合并形成轴径向混合磁路，每个定子铁芯上都设置有两个轴向和一个径向绕组。但其轴向转子上均为轴向充磁的表贴式永磁体，气隙磁密相对较低，齿槽转矩较大，对电机转矩品质、转矩密度和功率密度有一定影响。

实用新型内容

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本实用新型提供了一种组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机，旨在解决现有轴径向混合磁通永磁电机转矩品质差、转矩密度与功率密度低的技术问题。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机，包括电机外转子和定子，其中：

所述电机外转子包括：转子盘铁芯、组合阵列式永磁体盘、径向表贴式永磁体、轴承、外转子机壳；轴向两个转子盘均由转子盘铁芯、组合阵列式永磁体盘构成，外端与外转子机壳固定在一起旋转，内端通过轴承放置在静止的转轴轴肩上；径向表贴式永磁体沿圆周方向均匀间隔贴于外转子机壳内壁上；

所述组合阵列式永磁体盘由交替的三个部分组成，第一部分为若干扇形永磁体向同一方向倾斜的斜极结构，且相邻两个斜极扇形永磁体以相反的方向轴向充磁；第二部分为若干同心的扇形永磁体，且切向充磁；第三部分为填充在第一部分和第二部分之间的软磁材料；转轴轴向两个转子盘同轴线上对应的永磁体极性相反；

所述定子包括：多个模块化T形定子铁芯、分布式绕线绕组、转轴；T形定子铁芯沿周向环绕排布于静止的转轴和外转子机壳之间，并固定在转轴上；

T形定子铁芯具有两个轴向定子齿和中间的径向定子齿，分别对应缠绕分布式绕线绕组中的两个轴向线圈和中间的径向线圈，其彼此连通；两个轴向定子齿和两个轴向线圈与两个转子盘的组合阵列式永磁体盘同轴线。

优选地，所述径向表贴式永磁体为向同一方向倾斜的斜极结构。

优选地，所述T形定子铁芯采用软磁复合材料经粉末冶金的方法加工而成，所述转子盘铁芯采用钢材料制成。

上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本实用新型的组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机，采用组合阵列式永磁体，通过对扇形部分永磁体采用切向充磁，斜极永磁体采用轴向充磁，然后其余部分用软磁材料填充，利用halbach阵列原理提高气隙磁通正弦度并提高磁通密度，进而提高电机转矩与功率密度。

2、永磁体的价格贵、成本高，本实用新型的组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机，采用组合阵列式永磁体，通过填充软磁材料大大降低成本。

3、本实用新型的组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机，轴向组合阵列式永磁体采用包括轴向充磁斜极结构-径向充磁不斜同心扇形永磁体-另一方向轴向充磁斜极结构及填充软磁材料的交替组合结构，轴向两个转子盘同轴线上对应的永磁体极性相反，再配合径向永磁体斜极结构可大大降低电机齿槽转矩，提升转矩品质。

4、本实用新型的组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机，采用T形定子铁芯，轴径向磁场完全利用，电机结构紧凑，功率与转矩密度得到大大提升。

5、本实用新型的组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机，采用模块化T形定子铁芯，提高生产效率，便于加工与后期运行维修。

6、本实用新型的组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机，既可以提升电机空间利用率，又能够提高转矩品质、转矩密度和***效率，该电机可用于高端数控机床电主轴、机器人关节、电动汽车轮毂驱动等场合。

附图说明

图1是本实用新型的组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机的截面示意图；

图2是本实用新型的组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机的透视截面立体示意图；

图3是本实用新型的组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机隐藏外转子机壳后的立体示意图；

图4是本实用新型的组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机的***示意图；

图5是本实用新型的组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机的T形定子铁芯示意图；

图6是本实用新型的组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机的分布式绕线绕组示意图；

图7是本实用新型的组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机的T形定子铁芯和分布式绕线绕组的组合示意图；

图8是本实用新型的组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机的转子盘铁芯和组合阵列式永磁体盘的组合示意图；

图9是本实用新型的组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机的组合阵列式永磁体盘及其磁通示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本实用新型进一步详细说明。

作为本实用新型的一种较佳实施方式，如图1-9所示，本实用新型提供一种组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机，包括电机外转子和定子。

如图1-4所示，所述电机外转子包括：转子盘铁芯6、组合阵列式永磁体盘5、径向表贴式永磁体2、轴承7、外转子机壳1；如图8所示，轴向两个转子盘均由转子盘铁芯6、组合阵列式永磁体盘5构成，外端与外转子机壳1固定在一起旋转，内端通过轴承7放置在静止的转轴8轴肩上；径向表贴式永磁体2沿圆周方向均匀间隔贴于外转子机壳1内壁上。优选地，所述径向表贴式永磁体2为向同一方向倾斜的斜极结构。

如图8-9所示，所述组合阵列式永磁体盘5由交替的三个部分组成，第一部分51为若干扇形永磁体向同一方向倾斜的斜极结构，且相邻两个斜极扇形永磁体以相反的方向轴向充磁，分别见图9中的×和·所示；第二部分52为若干同心的扇形永磁体，且切向充磁，分别见图9中从×向·的箭头所示；第三部分53为填充在第一部分51和第二部分52之间的软磁材料；转轴8轴向两个转子盘同轴线上对应的永磁体极性相反，已形成各自的闭环磁通。

如图1-4所示，所述定子包括：多个模块化T形定子铁芯3、分布式绕线绕组4、转轴8；T形定子铁芯3沿周向环绕排布于静止的转轴8和外转子机壳1之间，编码器控制板9固定在转轴8上，并所有模块化T形定子铁芯3通过定位孔以螺栓固定在转轴8上。

如图5-7所示，T形定子铁芯3具有两个轴向定子齿31和中间的径向定子齿32，分别对应缠绕分布式绕线绕组4中的两个轴向线圈41和中间的径向线圈42，其彼此连通；两个轴向定子齿31和两个轴向线圈41与两个转子盘的组合阵列式永磁体盘5同轴线。转子盘铁芯6与组合阵列式永磁体盘5，外转子机壳1与径向表贴式永磁体2之间均采用胶接的方式固定。

T形定子铁芯3内部沿径向打有两个散热孔，用以提高定子的散热效率，从而提高电机功率密度，沿着轴向两侧和径向一侧都有定子齿用以分布式绕线绕组。采用模块化的T形定子铁芯，轴径向磁场完全利用，电机结构紧凑，功率与转矩密度得到大大提升，提高生产效率，便于加工与后期运行维修。

如图7所示，分布式绕线绕组4分别绕制在T形定子铁芯3的三个齿上，绕制方向需满足原则为：当通入电流时，绕组中电流按照安培定则产生的磁力线方向为从T形定子铁芯的两侧齿流入，中间齿流出，通以反向电流时，磁力线方向相反。

在本实用新型实施例中，T形定子铁芯的数量、组合阵列式永磁体盘的极数和径向表贴式永磁体的极数均根据具体的电机的极槽配合确定，而电机的极槽配合由其转速与电源频率决定。

在本实用新型实施例中，T形定子铁芯的结构复杂性，采用软磁复合材料经粉末冶金的方法加工而成，同时，该材料拥有很高的电阻率，可有效削弱定子铁芯的涡流损耗，转子盘铁芯与外转子机壳用钢材料制成。

如图1-4、9所示，空载磁通从两侧转子盘铁芯上组合阵列式永磁体部分斜极永磁体的N极出发，从轴向气隙进入T形定子铁芯的轴向定子齿中，再从T形定子铁芯径向定子齿经过径向气隙进入径向表贴式永磁体，在径向表贴式永磁体中沿周向进入临近的径向表贴式永磁体，经过径向气隙进入T形定子铁芯，回到转子盘铁芯上组合阵列式永磁体部分斜极的永磁体S极，经过软磁材料和组合阵列式永磁体中的切向充磁扇形永磁体回到最初的斜极扇形永磁体。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机，包括电机外转子和定子，其特征在于：

所述电机外转子包括：转子盘铁芯(6)、组合阵列式永磁体盘(5)、径向表贴式永磁体(2)、轴承(7)、外转子机壳(1)；轴向两个转子盘均由转子盘铁芯(6)、组合阵列式永磁体盘(5)构成，外端与外转子机壳(1)固定在一起旋转，内端通过轴承(7)放置在静止的转轴(8)轴肩上；径向表贴式永磁体(2)沿圆周方向均匀间隔贴于外转子机壳(1)内壁上；

所述组合阵列式永磁体盘(5)由交替的三个部分组成，第一部分(51)为若干扇形永磁体向同一方向倾斜的斜极结构，且相邻两个斜极扇形永磁体以相反的方向轴向充磁；第二部分(52)为若干同心的扇形永磁体，且切向充磁；第三部分(53)为填充在第一部分(51)和第二部分(52)之间的软磁材料；转轴(8)轴向两个转子盘同轴线上对应的永磁体极性相反；

所述定子包括：多个模块化T形定子铁芯(3)、分布式绕线绕组(4)、转轴(8)；T形定子铁芯(3)沿周向环绕排布于静止的转轴(8)和外转子机壳(1)之间，并固定在转轴(8)上；

T形定子铁芯(3)具有两个轴向定子齿(31)和中间的径向定子齿(32)，分别对应缠绕分布式绕线绕组(4)中的两个轴向线圈(41)和中间的径向线圈(42)，其彼此连通；两个轴向定子齿(31)和两个轴向线圈(41)与两个转子盘的组合阵列式永磁体盘(5)同轴线。

2.如权利要求1所述的组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机，其特征在于：

所述径向表贴式永磁体(2)为向同一方向倾斜的斜极结构。

3.如权利要求1所述的组合阵列式外转子轴径向混合磁通永磁电机，其特征在于：

所述T形定子铁芯(3)采用软磁复合材料经粉末冶金的方法加工而成，所述转子盘铁芯(6)采用钢材料制成。