CN104104168A - 一种内置永磁式无刷直流电机的定子转子结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置永磁式无刷直流电机的定子转子结构，属于电机技术领域，所述转子上沿周向设置有一个以上“V”字形槽(2)，相邻的两个“V”字形槽的开口端之间通过连通拱形槽(4)连通，且每个“V”字形槽的开口端向内的方向上设置有两个对称的缝隙槽(5)；每个“V”字形槽(2)的左右两槽内放置有极性相同的永磁体(6)，而相邻的“V”字形槽内的永磁体极性相反，所述连通拱形槽(4)底部设有倾斜斜面(7)；所述定子(8)的外圆采用九边形不规则切边处理，并且采用三相分数槽集中式绕组结构。本发明不仅能够提高内置“V”字形永磁无刷直流电机的效率，而且能够减少输出转矩波动，同时期漏磁减少、噪声低、效率高的优点。

Description

一种内置永磁式无刷直流电机的定子转子结构

技术领域

本发明涉及一种高效内置永磁式无刷直流电机定转子结构，属于电机技术领域。

背景技术

能源紧张是全世界共同关注的问题，节能是当今世界发展的主题；目前工业用电动机消耗全世界发电量的30％-40％，因此提高工业用电动机的效率能够实现明显的节能效果。永磁无刷直流电机由于采用永磁励磁，且在稳定运行时没有转子电阻损耗，进而可以因总损耗降低而减小风扇(小容量电机甚至可以去掉风扇)和相应的风摩耗，从而具有很大的效率提高空间和优势。针对永磁无刷直流电机的特性，通过定转子结构优化设计可以提高永磁无刷直流电机的效率。

内置“V”字形永磁式无刷直流电机的工作原理是,定子的电励磁产生的旋转磁场，与转子中内置的永磁体产生的磁场相互作用使得转子转动；由于永磁体被嵌入转子，转子表面相对较光滑，具有凸极效应，但导致漏磁系数较大，气隙磁通相对较小，永磁体利用率较低。通常在转子上设置隔磁桥、辅助槽等方式，减少漏磁；但是不合理的隔磁桥和辅助槽的设置，不仅导致电机固有性能的下降，还可能带来更大的转矩波动和噪音；因此，合理的设置永磁体的位置、隔磁桥及辅助槽对提高电机效率及电机动态性能具有积极的意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种内置永磁式无刷直流电机的定子转子结构，它不仅能够提高内置“V”字形永磁无刷直流电机的效率，而且能够减少输出转矩波动。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种内置永磁式无刷直流电机的定子转子结构，包括定子和转子，所述转子内置于定子内，所述转子上沿周向设置有一个以上“V”字形槽(2)，且所述“V”字形槽的开口指向定子；相邻的两个“V”字形槽的开口端之间通过连通拱形槽(4)连通，且每个“V”字形槽的开口端向内的方向上设置有两个对称的缝隙槽(5)；每个“V”字形槽(2)的左右两槽内放置有极性相同的永磁体(6)，且该永磁体(6)的磁化方向垂直永磁体面，而相邻的“V”字形槽的永磁体的极性相反；所述连通拱形槽(4)底部设有限制永磁体(6)移动的倾斜斜面(7)；所述定子(8)的外圆采用九边形不规则切边处理，并且采用三相分数槽集中式绕组结构。

进一步地：所述“V”字形槽与开口相对的另一端底部设置有加强筋(3)。

优选的：所述连通拱形槽(4)为拱形桥结构，包括拱形桥外侧圆弧和拱形桥内侧圆弧，所述拱形桥外侧圆弧与转子圆弧平行，而所述拱形桥内侧圆弧与倾斜斜面(7)相连接；所述倾斜斜面(7)向永磁体(6)一侧倾斜，且所述倾斜斜面(7)与永磁体(6)端部成α夹角。

优选的：所述缝隙槽(5)的外侧、内侧弧线均与转子圆弧平行。

优选的：所述九边形不规则切边处理是指在定子齿对应的定子轭部外圆上切成圆弧凹陷形式的图形。

优选的：所述转子(1)由冲压成型的圆形薄硅钢片叠压而成；所述定子(8)由冲压成型的圆形薄硅钢片叠压而成；所述永磁体(6)由永磁磁钢制成，该永磁磁钢的磁化方向垂直于永磁磁钢面。

优选的：所述“V”字形槽(2)的个数为6个；所述的“V”字形槽(2)底部的加强筋(3)的宽度与永磁体(6)的宽度比为1：0.9-1.23。

优选的：所述拱形桥外侧圆弧与转子圆弧的垂直距离为0.5mm；所述拱形桥内侧圆弧顶端与拱形桥外侧圆弧之间的垂直距离为0.7-1.3mm；所述α夹角为0-60°。

优选的：所述缝隙槽(5)外侧弧与转子外圆弧垂直距离为0.5mm；槽宽为0.25mm，槽弧长为2.67mm。

本发明提供的一种内置永磁式无刷直流电机的定子转子结构，相比现有技术，具有以下有益效果：

1.由于“V”字形左右两侧端部设置有连通相邻“V”字形的连通槽，同时该“V”字形端部向内侧开有两条相对的缝隙槽，该缝隙槽用来调整磁通路径，因此通过优化该缝隙槽的长度和宽度及“V”字形底部加强筋的宽度和长度，减少漏磁，提高电机效率。

2.定子采用三相分数槽集中式绕组，降低了绕组用铜量，减少铜耗和降低了齿槽转矩，减小振动和噪声。

3.由于加强筋的宽度越小，该部位的磁阻便越大，因此“V”字形槽底部设置有加强筋，越能起到限制漏磁通，但是加强筋过小会导致硅钢片机械强度变差，其宽度与永磁体的宽度比为1：0.9-1.23。

4.由于设置有倾斜斜面，因此能够限制永磁磁钢的移动。

5.由于缝隙槽弧长长度为2.67mm，宽度为0.25mm，此时漏磁减少效果明显，且转子机械强度大。

综上所述，本发明不仅能够提高内置“V”字形永磁无刷直流电机的效率，而且能够减少输出转矩波动，同时期漏磁减少、噪声低、效率高的优点。

附图说明

图1为高效内置“V”形永磁式无刷直流电机的6极转子结构图。

图2为“V”字形左右两侧端部的连通相邻“V”字形的拱形桥槽形图。

图3为定子的九边形不规则切边图。

图4为永磁磁钢磁化方向示意图，图中，箭头的方向为磁化方向。

图5，本发明实施例的结构示意图。

其中：1为硅钢片，2为“V”字形槽，3为加强筋，4为连通拱形槽，5为缝隙槽，6为永磁磁钢，7为倾斜斜面，8为定子，9为圆弧凹陷切除形式，α为永磁体与倾斜斜面的夹角。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种内置永磁式无刷直流电机的定子转子结构，如图5所示：包括定子和转子，所述转子内置于定子内，所述转子上沿周向设置有一个以上“V”字形槽(2)，且所述“V”字形槽的开口指向定子；所述“V”字形槽与开口相对的另一端底部设置有加强筋(3)。相邻的两个“V”字形槽的开口端之间通过连通拱形槽(4)连通，且每个“V”字形槽的开口端向内的方向上设置有两个对称的缝隙槽(5)；每个“V”字形槽(2)的左右两槽内放置有极性相同的永磁体(6)，且该永磁体(6)的磁化方向垂直永磁体面，而相邻的“V”字形槽的永磁体的极性相反；所述连通拱形槽(4)底部设有限制永磁体(6)移动的倾斜斜面(7)；所述定子(8)的外圆采用九边形不规则切边处理，并且采用三相分数槽集中式绕组结构。

所述连通拱形槽(4)为拱形桥结构，包括拱形桥外侧圆弧和拱形桥内侧圆弧，所述所述拱形桥外侧圆弧与转子圆弧平行，而所述拱形桥内侧圆弧与倾斜斜面(7)相连接；所述倾斜斜面(7)向永磁体(6)一侧倾斜，且所述倾斜斜面(7)与永磁体(6)端部成α夹角。

所述缝隙槽(5)的外侧、内侧弧线均与转子圆弧平行。

所述九边形不规则切边处理是指在定子齿对应的定子轭部外圆上切成圆弧凹陷形式的图形。

所述转子(1)由冲压成型的圆形薄硅钢片叠压而成；所述定子(8)由冲压成型的圆形薄硅钢片叠压而成；所述永磁体(6)由永磁磁钢制成，该永磁磁钢的磁化方向垂直于永磁磁钢面。

所述“V”字形槽(2)的个数为6个；所述的“V”字形槽(2)底部的加强筋(3)的宽度与永磁体(6)的宽度比为1：0.9-1.23。

所述拱形桥外侧圆弧与转子圆弧的垂直距离为0.5mm；所述拱形桥内侧圆弧顶端与拱形桥外侧圆弧之间的垂直距离为0.7-1.3mm；所述α夹角为0-60°。

所述缝隙槽(5)外侧弧与转子外圆弧垂直距离为0.5mm；槽宽为0.25mm，槽弧长为2.67mm。

本发明的原理如下：

利用“磁路达到饱和来限制内嵌在电机中的永磁体的漏磁通”的原理，在转子上设置有若干“V”字形用于嵌入永磁体的槽，这些槽设置在以转轴轴心为圆点的近似正多边形的各边上，“V”字形左右两槽内放置有磁极相同的永磁磁钢，该磁钢的磁化方向垂直磁钢面；“V”字形底部设置加强筋，“V”字形左右两侧端部设置有连通相邻“V”字形的连通槽，同时该“V”字形端部向内侧开有两条相对的缝隙槽，该缝隙槽用来调整磁通路径，通过优化该缝隙槽的长度和宽度及“V”字形底部加强筋的宽度和长度，减少漏磁，提高电机效率。定子外圆采用九边形不规则切边处理，将定子轭部外圆切成圆弧凹凸形式图形。采用三相分数槽集中式绕组，降低了绕组用铜量，减少铜耗和降低了齿槽转矩，减小振动和噪声。

如图1所示；内置V形永磁式无刷直流电机转子结构，该转子上设置有成六边形结构的“V”字形槽，该槽用于放置永磁磁钢；该“V”字形槽底部设置有加强筋，加强筋的宽度越小，该部位的磁阻便越大，越能起到限制漏磁通，但是加强筋过小会导致硅钢片机械强度变差，其宽度与永磁体的宽度比为1：0.9-1.23。

如图2所示；该“V”字形槽两端分别与相邻的“V”字形槽端部连接的连通槽，该连通槽为拱形桥结构，该拱形桥结构的连通槽外侧圆弧与转子外圆垂直距离为0.5mm；图2中的(7)为向内倾斜0-60°的斜面，用来限制永磁磁钢的移动。

如图4所示，在该“V”字形槽两侧槽内分别埋有极性相同的矩形永磁磁钢，而相邻的“V”字形槽两侧槽内埋有极性相反的矩形永磁磁钢。

“V”字形槽端部设有向“V”字内方向的缝隙槽，缝隙槽外侧和内侧弧均与转子外圆平行，缝隙槽外侧弧与转子外圆弧垂直距离为0.5mm；缝隙槽弧长长度为2.67mm，宽度为0.25mm，该弧长长度值的不同对电机漏磁影响也不同，弧长长度过小，漏磁减少效果不明显；弧长长度过长，漏磁减少现象不再有明显变化，而且转子机械强度大大降低。

如图3所示，定子外圆上采用九边形不规则切边方式，在定子齿对应的定子轭部外圆上切成圆弧凹陷形式(9)图形。

所述三相分数槽集中式绕组，定子槽数为Z，转子磁极对数为P，每极每相槽数q＝Z/2mp，可选择的Z/p组合的q在1/4-1/2范围内，线圈节距y＝1，本实施例采用9槽6极形式，q为1/2，线圈节距为1。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种内置永磁式无刷直流电机的定子转子结构，包括定子和转子，所述转子内置于定子内，其特征在于：所述转子上沿周向设置有一个以上“V”字形槽(2)，且所述“V”字形槽的开口指向定子；相邻的两个“V”字形槽的开口端之间通过连通拱形槽(4)连通，且每个“V”字形槽的开口端向内的方向上设置有两个对称的缝隙槽(5)；每个“V”字形槽(2)的左右两槽内放置有极性相同的永磁体(6)，且该永磁体(6)的磁化方向垂直永磁体面，而相邻的“V”字形槽的永磁体的极性相反；所述连通拱形槽(4)底部设有限制永磁体(6)移动的倾斜斜面(7)；所述定子(8)的外圆采用九边形不规则切边处理，并且采用三相分数槽集中式绕组结构。

2.根据权利要求1所述的内置永磁式无刷直流电机的定子转子结构，其特征在于：所述“V”字形槽与开口相对的另一端底部设置有加强筋(3)。

3.根据权利要求2所述的内置永磁式无刷直流电机的定子转子结构，其特征在于：所述连通拱形槽(4)为拱形桥结构，包括拱形桥外侧圆弧和拱形桥内侧圆弧，所述拱形桥外侧圆弧与转子圆弧平行，而所述拱形桥内侧圆弧与倾斜斜面(7)相连接；所述倾斜斜面(7)向永磁体(6)一侧倾斜，且所述倾斜斜面(7)与永磁体(6)端部成α夹角。

4.根据权利要求3所述的内置永磁式无刷直流电机的定子转子结构，其特征在于：所述缝隙槽(5)的外侧、内侧弧线均与转子圆弧平行。

5.根据权利要求4所述的内置永磁式无刷直流电机的定子转子结构，其特征在于：所述九边形不规则切边处理是指在定子齿对应的定子轭部外圆上切成圆弧凹陷形式的图形。

6.根据权利要求5所述的内置永磁式无刷直流电机的定子转子结构，其特征在于：所述转子(1)由冲压成型的圆形薄硅钢片叠压而成；所述定子(8)由冲压成型的圆形薄硅钢片叠压而成；所述永磁体(6)由永磁磁钢制成，该永磁磁钢的磁化方向垂直于永磁磁钢面。

7.根据权利要求6所述的内置永磁式无刷直流电机的定子转子结构，其特征在于：“V”字形槽(2)的个数为6个；所述的“V”字形槽(2)底部的加强筋(3)的宽度与永磁体(6)的宽度比为1：0.9-1.23。

8.根据权利要求7所述的内置永磁式无刷直流电机的定子转子结构，其特征在于：所述拱形桥外侧圆弧与转子圆弧的垂直距离为0.5mm；所述拱形桥内侧圆弧顶端与拱形桥外侧圆弧之间的垂直距离为0.7-1.3mm；所述α夹角为0-60°。

9.根据权利要求8所述的内置永磁式无刷直流电机的定子转子结构，其特征在于：所述缝隙槽(5)外侧弧与转子外圆弧垂直距离为0.5mm；槽宽为0.25mm，槽弧长为2.67mm。