一種定子分區(qū)式雙凸極永磁無刷電機(jī)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種電機(jī)制造技術(shù)領(lǐng)域中的定子分區(qū)式雙凸極永磁無刷電機(jī)，由外到內(nèi)依次是同軸的外部定子、中間轉(zhuǎn)子和內(nèi)部定子，外部定子由一個(gè)環(huán)形定子鐵芯和多塊永磁體組成，多塊永磁體沿圓周方向上有間隔地嵌在定子鐵芯中，每兩塊永磁體組成一對(duì)極；中間轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯和非導(dǎo)磁的連接結(jié)構(gòu)組成，連接結(jié)構(gòu)沿圓周方向上均勻嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯中，連接結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn)子鐵芯分割成多塊轉(zhuǎn)子鐵芯塊，內(nèi)部定子為凸極結(jié)構(gòu)，凸極齒上繞有電樞繞組；繞組和永磁體分開放置，永磁體放置在外部定子上，使永磁體產(chǎn)生的熱量可以通過機(jī)殼進(jìn)行散熱，永磁體易于冷卻，可以有效避免永磁體發(fā)生不可逆退磁現(xiàn)象；轉(zhuǎn)子采用分割式結(jié)構(gòu)，可以有效減小電機(jī)轉(zhuǎn)子的鐵芯損耗，提高電機(jī)效率。
【專利說明】
-種定子分區(qū)式雙凸極永磁無刷電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電機(jī)制造技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種雙凸極永磁無刷電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002 ] 雙凸極永磁電機(jī)是開關(guān)磁阻電機(jī)和永磁電機(jī)的結(jié)合體，在電磁特性和控制策略上 和開關(guān)磁阻電機(jī)有很多相同之處，比如轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、適合高速運(yùn)行，控制電路簡單等等。 同時(shí)，雙凸極永磁電機(jī)還擁有傳統(tǒng)永磁電機(jī)高功率密度、高效率的特點(diǎn)。雙凸極永磁電機(jī)是 具有不同極槽配比、不同形式的電機(jī)，在定子上設(shè)永磁體并繞電樞繞組，但定子上的永磁體 和電樞繞組基本處于定子的同一位置，繞組銅耗產(chǎn)生的熱量和永磁體滿流損耗產(chǎn)生的熱量 相對(duì)集中，導(dǎo)致永磁體散熱困難，容易發(fā)生不可逆退磁的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有雙凸極永磁無刷電機(jī)中永磁體與繞組靠在一起而導(dǎo)致 的永磁體散熱困難、容易發(fā)生不可逆退磁的問題，提供了一種定子分區(qū)式的雙凸極永磁無 刷電機(jī)，將永磁體與繞組分開放置，構(gòu)成定子分區(qū)式的結(jié)構(gòu)，避免永磁體因散熱困難而引起 的不可逆退磁，同時(shí)繞組熱量不會(huì)對(duì)永磁體產(chǎn)生影響，W提高電流線負(fù)荷，提高電機(jī)功率密 度。
[0004] 本發(fā)明一種定子分區(qū)式雙凸極永磁無刷電機(jī)采用的技術(shù)方案是：由外到內(nèi)依次是 同軸的外部定子、中間轉(zhuǎn)子和內(nèi)部定子，外部定子內(nèi)表面和中間轉(zhuǎn)子外表面之間具有外氣 隙，中間轉(zhuǎn)子內(nèi)表面和內(nèi)部定子外表面之間具有內(nèi)氣隙，外部定子由一個(gè)環(huán)形定子鐵忍和 多塊永磁體組成，多塊永磁體沿圓周方向上有間隔地嵌在定子鐵忍中，每兩塊永磁體組成 一對(duì)極，每塊永磁體都是切向充磁，相鄰的兩塊永磁體充磁方向相反；中間轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵忍 和非導(dǎo)磁的連接結(jié)構(gòu)組成，所述連接結(jié)構(gòu)沿圓周方向上均勻嵌在轉(zhuǎn)子鐵忍中，連接結(jié)構(gòu)將 轉(zhuǎn)子鐵忍分割成多塊轉(zhuǎn)子鐵忍塊，轉(zhuǎn)子鐵忍塊的內(nèi)、外徑對(duì)應(yīng)地等于連接結(jié)構(gòu)的內(nèi)、外徑； 內(nèi)部定子為凸極結(jié)構(gòu)，凸極齒上繞有電樞繞組。
[0005] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后具有的有益效果：
[0006] 1、本發(fā)明采用分區(qū)式的定子結(jié)構(gòu)，將電機(jī)的繞組和永磁體分開放置，將永磁體放 置在外部定子上，運(yùn)樣使永磁體產(chǎn)生的熱量可W通過機(jī)殼進(jìn)行散熱，永磁體易于冷卻，可W 有效避免永磁體發(fā)生不可逆退磁現(xiàn)象。
[0007] 2、本發(fā)明將電機(jī)的繞組放置在內(nèi)部定子上，可W使繞組產(chǎn)生的熱量通過電機(jī)軸向 外傳遞，另外在電機(jī)軸上增設(shè)水冷通道，可W有效降低繞組W及內(nèi)部定子鐵忍的溫度，減小 內(nèi)部定子的鐵忍損耗，提高電機(jī)運(yùn)行效率。
[000引3、本發(fā)明電機(jī)的磁力線經(jīng)過外部定子、中間轉(zhuǎn)子、內(nèi)部定子形成回路，充分利用了 電機(jī)的內(nèi)部至間，提局鐵忍的利用率。
[0009] 4、本發(fā)明中的轉(zhuǎn)子采用分割式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子有效部分由若干個(gè)轉(zhuǎn)子鐵忍塊組成，相 比傳統(tǒng)的雙凸極電機(jī)，本發(fā)明可W有效減小電機(jī)轉(zhuǎn)子的鐵忍損耗，提高電機(jī)效率。
[0010] 5、本發(fā)明電機(jī)的繞組與永磁體分離，使得繞組產(chǎn)生的熱量對(duì)永磁體性能不會(huì)產(chǎn)生 影響，運(yùn)樣就可W提高電流線負(fù)荷，增大電機(jī)功率密度。
[0011] 6、本發(fā)明采用=相集中式繞組，繞組端部長度短，運(yùn)樣可W減小繞組用銅量，降低 電機(jī)制造成本。
[0012] 7、本發(fā)明電機(jī)的永磁體位外部定子，永磁體用量方便選擇，可W容納更多的永磁 體，使得電機(jī)具有很高的功率密度。
[0013] 8、本發(fā)明電機(jī)的永磁體相對(duì)切向充磁，具有很高的聚磁效應(yīng)，可W增大電機(jī)氣隙 磁密，提高電機(jī)功率密度。
[0014] 9、本發(fā)明的電樞磁場和永磁磁場在磁路上來說是并聯(lián)結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的抗去磁能 力，可W保證電機(jī)的可靠運(yùn)行。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明一種定子分區(qū)式雙凸極永磁無刷電機(jī)的平面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為圖1中外部定子1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3是圖2中外部定子1的局部結(jié)構(gòu)幾何尺寸標(biāo)示放大圖；
[0018] 圖4為圖1中中間轉(zhuǎn)子2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖5是圖4中中間轉(zhuǎn)子2的局部結(jié)構(gòu)幾何尺寸標(biāo)示放大圖；
[0020] 圖6為圖1中內(nèi)部定子3放大的結(jié)構(gòu)W及幾何尺寸標(biāo)示示意圖；
[0021] 圖7為圖1中內(nèi)部定子3和電樞繞組4放大的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖8是圖7中電樞繞組4的連接方式示意圖；
[0023] 圖9為圖1所示本發(fā)明的空載反電勢(shì)波形圖；
[0024] 圖中：1.夕F部定子;1.1.定子鐵忍；1.2.永磁體;1.2.1.第一永磁體;1.2.2.第二永 磁體；
[0025] 2.中間轉(zhuǎn)子;2.1.轉(zhuǎn)子鐵忍;2.2.非導(dǎo)磁的連接結(jié)構(gòu);2.1.1.轉(zhuǎn)子鐵忍塊;3.內(nèi)部 定子;4.電樞繞組。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 參見圖1，本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上從外到內(nèi)依次是外部定子1、中間轉(zhuǎn)子2、內(nèi)部定子3,外 部定子1、中間轉(zhuǎn)子2和內(nèi)部定子3為同軸安裝，內(nèi)部定子3為凸極結(jié)構(gòu)，凸極齒上繞有電樞繞 組4。外部定子1和電機(jī)外殼相連，中間轉(zhuǎn)子2與電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出軸相連，內(nèi)部定子3的中屯、有圓 形槽，用于安放電機(jī)固定軸，內(nèi)部定子3與電機(jī)固定軸相連。外部定子1、中間轉(zhuǎn)子2和內(nèi)部定 子3都是由0.35mm厚度的娃鋼片疊壓而成，疊壓系數(shù)為0.95,電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出軸和電機(jī)外殼均 為非導(dǎo)磁材料組成。
[0027] 外部定子1內(nèi)表面和中間轉(zhuǎn)子2外表面之間具有外氣隙，中間轉(zhuǎn)子2內(nèi)表面和內(nèi)部 定子3外表面之間具有內(nèi)氣隙，內(nèi)、外氣隙的長度都是0.4-0.8mm，其具體數(shù)值與電機(jī)的功率 等級(jí)、所選取的永磁材料W及定轉(zhuǎn)子加工和裝配工藝有關(guān)。
[00%]參見圖2,外部定子1由一個(gè)定子鐵忍1.1和多塊永磁體1.2組成，定子鐵忍1.1為環(huán) 形結(jié)構(gòu)，多塊永磁體1.2沿定子鐵忍1.1的圓周方向上有間隔地嵌在定子鐵忍1.1中。永磁體 1.2的內(nèi)、外徑分別等于定子鐵忍1.1的內(nèi)、外徑，永磁體1.2的側(cè)邊與定子鐵忍1.1緊密貼合 在一起。定子鐵忍1.1與永磁體1.2之間采用磁鋼膠粘結(jié)為一個(gè)整體，外層用不導(dǎo)磁材料進(jìn) 行加固。
[0029] 參見圖3，多塊永磁體1.2中的每兩塊永磁體1.2組成一對(duì)極，一對(duì)極中的兩塊永磁 體1.2分別是第一永磁體1.2.1和第二永磁體1.2.2，一對(duì)極中的兩塊永磁體1.2關(guān)于每對(duì)極 中屯、面m對(duì)稱。每塊永磁體1.2都是切向充磁，相鄰的兩塊永磁體1.2充磁方向相反，一對(duì)極 中的兩塊永磁體1.2充磁方向相反。
[0030] 外部定子1的外徑為Ri,扣的取值與電機(jī)功率密切相關(guān)；而外部定子1的內(nèi)徑為R2， 其值一般滿足R2 = (0.65~0.75)*化。
[0031] 永磁體1.2的極對(duì)數(shù)Npm與內(nèi)部定子3的凸極齒數(shù)化相等，相鄰的兩個(gè)對(duì)極中屯、面m 之間的夾角為a 1，其值滿足日1 = 360/化。
[0032] 為了使電機(jī)獲得良好的電磁性能，本發(fā)明對(duì)永磁體1.2的厚度和位置都有嚴(yán)格的 要求。每對(duì)極中，位于兩塊永磁體1.2.1和永磁體1.2.2之間的定子鐵忍1.1的內(nèi)弧角為01， 其值滿足扣二15~16deg。每塊永磁體1.2沿充磁方向的厚度di是永磁體1.2.1和永磁體 1.2.2之間的定子鐵忍1.1同方向厚度的一半，即山滿足di =化*sin&/2。
[0033] 參見圖4,中間轉(zhuǎn)子2由轉(zhuǎn)子鐵忍2.1和非導(dǎo)磁的連接結(jié)構(gòu)2.2組成，轉(zhuǎn)子鐵忍2.1是 環(huán)形結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子鐵忍2.1上沿圓周方向上均勻嵌入非導(dǎo)磁的連接結(jié)構(gòu)2.2,連接結(jié)構(gòu)2.2將 轉(zhuǎn)子鐵忍2.1分割成多塊轉(zhuǎn)子鐵忍塊2.1.1的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵忍塊2.1.1的數(shù)量即為電機(jī)的極 數(shù)Np。相鄰的兩個(gè)轉(zhuǎn)子鐵忍塊2.1.1之間用非導(dǎo)磁材料的連接結(jié)構(gòu)2.2填充，使中間轉(zhuǎn)子2成 為一個(gè)整體。轉(zhuǎn)子鐵忍塊2.1.1的內(nèi)徑等于連接結(jié)構(gòu)2.2的內(nèi)徑，轉(zhuǎn)子鐵忍塊2.1.1的外徑等 于連接結(jié)構(gòu)2.2的外徑。
[0034] 參見圖5,轉(zhuǎn)子鐵忍塊2.1.1與非導(dǎo)磁的連接結(jié)構(gòu)2.2交替排列，相鄰的兩塊轉(zhuǎn)子鐵 忍塊2.1.1的極距所占角度為日2,其值滿足日2 = 360/訊。轉(zhuǎn)子鐵忍塊2.1.1的外弧半徑為R3， 其值滿足化=R2-g，g為中間轉(zhuǎn)子2與外部定子1之間的外氣隙的長度。轉(zhuǎn)子鐵忍塊2.1.1的內(nèi) 弧半徑為R4,其值滿足R4= (0.75~0.8)*R3。轉(zhuǎn)子鐵忍塊2.1.1外弧角為抗，其值滿足抗=(2/ 3~4/7)*日2。轉(zhuǎn)子鐵忍塊2.1.1內(nèi)弧角為&，其值滿足& = (0.8~0.9)*口2。
[0035] 參見圖6,內(nèi)部定子3為凸極結(jié)構(gòu)，凸極數(shù)量即極數(shù)化與外部定子1中的永磁體1.2 的極對(duì)數(shù)Npm相等。相鄰兩個(gè)凸極的極距所占角度為曰3,其值滿足曰3 = 360/化。內(nèi)部定子3的凸 極極弧角度為阮，其值滿足阮=(0.34~0.46)*03;內(nèi)部定子3凸極底部的角度為抗，其值滿 足化=(0.6~0.7)*曰3;內(nèi)部定子3的凸極外徑為化，其值滿足化=R4-g，g為中間轉(zhuǎn)子2和內(nèi)部 定子3之間的內(nèi)氣隙長度；內(nèi)部定子3輛部半徑為Re;內(nèi)部定子3凸極外徑Rs及其極弧角度阮、 內(nèi)部定子3凸極底部角度抗和內(nèi)部定子3的輛部半徑Rs須滿足:R日*sin(e日/2)=R6*sin(04/ 2)。內(nèi)部定子3的內(nèi)徑為扣，其值與電機(jī)固定軸半徑相等。
[0036] 內(nèi)部定子3的極數(shù)Ns與中間轉(zhuǎn)子2的極數(shù)Nr的關(guān)系滿足-其中，m為電 機(jī)相數(shù)，Nc為每相繞組線圈個(gè)數(shù)。
[0037] 參見圖7和圖8, "X"為電樞繞組4的進(jìn)線方向，"?"為電樞繞組4的出線方向。電樞 繞組4為S相集中式繞組，每相繞組包含兩個(gè)繞組線圈，如A相繞組包含Al線圈和A2線圈，且 Al線圈和A2線圈串聯(lián)連接。每個(gè)線圈繞組4繞在內(nèi)部定子3凸極上，每相繞組線圈的數(shù)量Nc 與內(nèi)部定子3的凸極數(shù)量化相等。
[0038]參見圖9,為本發(fā)明的空載反電勢(shì)波形圖，從圖9中可W看出=相反電勢(shì)波形基本 對(duì)稱，相位相差120deg，與=相正弦波比較接近，適合于無刷交流運(yùn)行。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種定子分區(qū)式雙凸極永磁無刷電機(jī)，由外到內(nèi)依次是同軸的外部定子（1)、中間轉(zhuǎn) 子(2)和內(nèi)部定子(3)，外部定子（1)內(nèi)表面和中間轉(zhuǎn)子(2)外表面之間具有外氣隙，中間轉(zhuǎn) 子(2)內(nèi)表面和內(nèi)部定子(3)外表面之間具有內(nèi)氣隙，其特征是:外部定子(1)由一個(gè)環(huán)形定 子鐵芯（1.1)和多塊永磁體（1.2)組成，多塊永磁體（1.2)沿圓周方向上有間隔地嵌在定子 鐵芯（1.1)中，每兩塊永磁體（1.2)組成一對(duì)極，每塊永磁體（1.2)都是切向充磁，相鄰的兩 塊永磁體(1.2)充磁方向相反；中間轉(zhuǎn)子(2)由轉(zhuǎn)子鐵芯(2.1)和非導(dǎo)磁的連接結(jié)構(gòu)(2.2)組 成，所述連接結(jié)構(gòu)(2.2)沿圓周方向上均勻嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯(2.1)中，連接結(jié)構(gòu)(2.2)將轉(zhuǎn)子鐵 芯(2.1)分割成多塊轉(zhuǎn)子鐵芯塊(2.1.1)，轉(zhuǎn)子鐵芯塊(2.1.1)的內(nèi)、外徑對(duì)應(yīng)地等于連接結(jié) 構(gòu)(2.2)的內(nèi)、外徑；內(nèi)部定子(3)為凸極結(jié)構(gòu)，凸極齒上繞有電樞繞組(4)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種定子分區(qū)式雙凸極永磁無刷電機(jī)，其特征是:相鄰的兩塊轉(zhuǎn) 子鐵芯塊(2.1.1)的極距所占角度為α 2 = 360/NP，NP是轉(zhuǎn)子鐵芯塊(2.1.1)的數(shù)量;轉(zhuǎn)子鐵芯 塊(2.1.1)的外弧半徑為R 3、內(nèi)弧半徑為R4，R4 = (0.75~0.8)*R3;轉(zhuǎn)子鐵芯塊(2.1.1)外弧 角fo=(2/3~4/7)*α2;轉(zhuǎn)子鐵芯塊(2.1.1)內(nèi)弧角說=(0.8~0.9)*€[ 2。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種定子分區(qū)式雙凸極永磁無刷電機(jī)，其特征是:永磁體（1.2) 的內(nèi)、外徑對(duì)應(yīng)地等于定子鐵芯（1.1)的內(nèi)、外徑，外部定子（1)的外徑為心、內(nèi)徑為R 2，R2 = (0.65~0.75)*Ri。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種定子分區(qū)式雙凸極永磁無刷電機(jī)，其特征是：內(nèi)部定子(3) 的凸極數(shù)Ns等于永磁體（1.2)的極對(duì)數(shù)，相鄰的兩個(gè)對(duì)極中心面之間的夾角〇 1 = 360/隊(duì);每 對(duì)極中，位于兩塊永磁體（1.2)之間的定子鐵芯（1.1)的內(nèi)弧角βι = 15~16° ;每塊永磁體 (1.2)沿充磁方向的厚度是位于兩塊永磁體（1.2)之間的定子鐵芯（1.1)同方向厚度的一 半。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種定子分區(qū)式雙凸極永磁無刷電機(jī)，其特征是：內(nèi)部定子(3) 的相鄰兩個(gè)凸極的極距所占角度為a3 = 360/Ns;Ns是內(nèi)部定子⑶的凸極數(shù)，內(nèi)部定子⑶的 凸極弧角度為^=(0.34~0.46)*α 3;內(nèi)部定子(3)凸極底部的角度04=(0.6~0.7)*α3;內(nèi) 部定子⑶凸極外徑Rs和極弧角度β 5、凸極底部弧角度和輒部半徑R6須滿足:R5*sin(&/2) = R6*sin(04/2)。
【文檔編號(hào)】H02K5/20GK105978270SQ201610538318
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月8日
【發(fā)明人】朱孝勇, 楊深, 全力, 張超, 杜懌, 殷佳寧, 項(xiàng)子旋, 樊德陽, 吳文葉
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)