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CN110798037A - 一种永磁同步电机 - Google Patents

一种永磁同步电机 Download PDF

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CN110798037A CN201911235897.5A CN201911235897A CN110798037A CN 110798037 A CN110798037 A CN 110798037A CN 201911235897 A CN201911235897 A CN 201911235897A CN 110798037 A CN110798037 A CN 110798037A
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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机，包括环形转子、内环形定子及外环形定子，环形转子包括交替设置的N极磁铁与S极磁铁；每个N极磁铁均包括至少两个沿轴向排布连接的N极磁片；每个S极磁铁均包括至少两个沿轴向排布连接的S极磁片；内环形定子及外环形定子均与环形转子配合连接；至少两个沿轴向排布连接的N极磁片对齐设置且至少两个沿轴向排布连接的S极磁片对齐设置，内环形定子与外环形定子沿周向错位设置；或者，内环形定子与外环形定子沿周向对齐设置，并且至少两个沿轴向排布连接的N极磁片及至少两个沿轴向排布连接的S极磁片均沿周向错位设置，且至少两个N极磁片与至少两个S极磁片错位的方向相同。

Description

一种永磁同步电机
技术领域
本发明涉及电机设备技术领域，更具体地，涉及一种永磁同步电机。
背景技术
永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，永磁同步电机系统具有体积小、结构简单、可靠性高、高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性以及低噪声的特点。近年来，永磁同步电机越来越广泛地应用于工业、农业、家用电器、办公自动化设备等技术领域。
永磁同步电动机多采用的是具有齿槽的结构，由于电机齿槽的存在使得电机的定子与转子之间的气隙不均匀，从而导致气隙磁场的畸变，这就是齿槽效应，齿槽效应会引起速度波动，导致位置控制误差和振动等不利因素，从而导致电机性能降低。
有鉴于此，需要提供一种新的技术方案以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种永磁同步电机的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种永磁同步电机，包括：
环形转子，所述环形转子包括交替设置的N极磁铁与S极磁铁；每个所述N极磁铁均包括至少两个沿轴向排布连接的N极磁片；每个所述S极磁铁均包括至少两个沿轴向排布连接的S极磁片；
内环形定子及外环形定子，所述内环形定子及外环形定子均与环形转子配合连接，所述内环形定子设置在环形转子的内侧，所述外环形定子设置在环形转子的外侧；
所述至少两个沿轴向排布连接的N极磁片对齐设置且所述至少两个沿轴向排布连接的S极磁片对齐设置，所述内环形定子与外环形定子沿周向错位设置；或者，
所述内环形定子与外环形定子沿周向对齐设置，并且所述至少两个沿轴向排布连接的N极磁片及所述至少两个沿轴向排布连接的S极磁片均沿周向错位设置，且所述至少两个N极磁片与至少两个S极磁片错位的方向相同。
可选地，所述环形转子包括磁轭，所述N极磁铁与S极磁铁交替设置在磁轭上。
可选地，所述环形转子包括分别设置在磁轭内、外两侧的内层环形转子及外层环形转子，所述内层环形转子与内环形定子连接，所述外层环形转子与外环形定子连接。
可选地，所述内层环形转子包括交替设置在磁轭内侧的内N极磁铁及内S极磁铁，所述外层环形转子包括交替设置在磁轭外侧的外N极磁铁及外S极磁铁；所述内N极磁铁与外N极磁铁在磁轭的两侧相对设置，且所述内S极磁铁与外S极磁铁在磁轭的两侧相对设置。
可选地，所述内环形定子与外环形定子沿周向对齐设置，并且所述内 N极磁铁中的至少两个沿轴向排布连接的N极磁片与外N极磁铁中的至少两个沿轴向排布连接的N极磁片沿周向错位的方向相同；所述内S极磁铁中的至少两个沿轴向排布连接的S极磁片与所述外S极磁铁中的至少两个沿轴向排布连接的S极磁片错位的方向相同。
可选地，所述内环形定子包括内环形骨架及从内环形骨架向外延伸设置的内定子铁芯，每个所述内定子铁芯上缠绕有内圈线圈。
可选地，所述内环形骨架与内定子铁芯为一体成型设置。
可选地，所述外环形定子包括外环形骨架及从外环形骨架向内延伸设置的外定子铁芯，每个所述外定子铁芯上缠绕有外圈线圈。
可选地，所述外环形骨架与外定子铁芯为一体成型设置。
可选地，每个所述N极磁铁均包括三个沿轴向排布连接的N极磁片且每个所述S极磁铁均包括三个沿轴向排布连接的S极磁片。
本发明提供的一种永磁同步电机，通过周向错位使得环形转子相对内环形定子及外环形定子发生齿槽效应转矩的最大位置在周向上错开，从而降低整个电机运转时由齿槽效应带来的震动、速度波动等现象。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1所示为本发明一种永磁同步电机的第一种方案的结构示意图；
图2所示为本发明一种永磁同步电机的第二种方案的结构示意图；
图3所示为本发明一种永磁同步电机中环形转子一种实施例的结构示意图；
图4所示为本发明一种永磁同步电机中环形转子另一种实施例的结构示意图；
图5所示为本发明一种永磁同步电机中环形转子另一种实施例的局部结构示意图；
图6所示为本发明一种永磁同步电机中内环形定子及外环形定子的结构示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
根据本发明的一个实施例，提供了一种永磁同步电机，其包括：
环形转子1，所述环形转子1包括交替设置的N极磁铁与S极磁铁；每个所述N极磁铁均包括至少两个沿轴向排布连接的N极磁片；每个所述 S极磁铁均包括至少两个沿轴向排布连接的S极磁片；
所述永磁同步电机还包括内环形定子2及外环形定子3，所述内环形定子2及外环形定子3均与环形转子1配合连接，所述内环形定子2设置在环形转子1的内侧，所述外环形定子3设置在环形转子1的外侧；
所述至少两个沿轴向排布连接的N极磁片对齐设置且所述至少两个沿轴向排布连接的S极磁片对齐设置，所述内环形定子2与外环形定子3 沿周向错位设置；或者，
所述内环形定子2与外环形定子3沿周向对齐设置，并且所述至少两个沿轴向排布连接的N极磁片及所述至少两个沿轴向排布连接的S极磁片均沿周向错位设置，且所述至少两个N极磁片与至少两个S极磁片错位的方向相同。
为了降低齿槽效应，本发明实施例提供的一种永磁同步电机包含了两种方案，参考图1所示，其中第一个方案是将环形转子1上的N极磁铁与 S极磁铁分别对应的至少两个沿轴向排布连接的N极磁片及至少两个沿轴向排布连接的S极磁片均对齐设置，对齐设置的意思是至少两个N极磁片沿周向的侧边为对齐设置且至少两个S极磁片沿周向的侧边也为对齐设置，同时，将内环形定子2与外环形定子3沿周向错位设置；
参考图2所示，第二个方案是将内环形定子2与外环形定子3沿周向对齐设置，同时，将环形转子1上的N极磁铁与S极磁铁分别对应的至少两个N极磁片及至少两个S极磁片均沿周向错位设置，即至少两个N极磁片沿周向的侧边为错位设置且至少两个S极磁片沿周向的侧边也为错位设置，并且，至少两个N极磁片与至少两个S极磁片错位的方向相同且错位的间距也相等，即至少两个N极磁片与至少两个S极磁片以相同的幅度朝向相同的方向发生错位。
以上两种技术方案以内环形定子2与外环形定子3沿周向相对错位，或者环形转子1上的N极磁片及S极磁片沿周向发生错位的方式，通过周向错位使得环形转子1相对内环形定子2及外环形定子3发生齿槽效应转矩的最大位置在周向上错开，从而降低整个电机运转时由齿槽效应带来的震动、速度波动等现象。此外，本发明实施例提供的永磁同步电机由于设置了内环形定子2及外环形定子3双层定子，因此能够有效提高电机动力，使电机的能效更高。
在一个实施例中，所述环形转子1包括磁轭101，所述N极磁铁与S 极磁铁交替设置在磁轭101上。磁轭101本身不产生磁场，只作为N极磁铁及S极磁铁的承载体在磁路中起到磁力线传输的作用，磁轭101的材质例如可以采用硅钢片，还可采用软铁、软磁合金等材质。N极磁铁与S极磁铁在磁轭101上交替设置且每两个相邻的N极磁铁与S极磁铁之间具有间隙。
参考图3所示，在一个实施例中，所述环形转子1包括分别设置在磁轭101内、外两侧的内层环形转子11及外层环形转子12，所述内层环形转子11与内环形定子2连接，所述外层环形转子12与外环形定子3连接。本实施例中包括内层环形转子11及外层环形转子12的双层转子设计能够有效提高电机动力，使电机的能效更高。
在一个实施例中，所述内层环形转子11包括交替设置在磁轭101内侧的内N极磁铁111及内S极磁铁112，所述外层环形转子12包括交替设置在磁轭101外侧的外N极磁铁121及外S极磁铁122；所述内N极磁铁 111与外N极磁铁121在磁轭101的两侧相对设置，且所述内S极磁铁112 与外S极磁铁122在磁轭101的两侧相对设置。即一个内N极磁铁111在磁轭101的对侧对应一个外N极磁铁121，同时一个内S极磁铁112在磁轭101的对侧对应一个外S极磁铁122。这样设置才能够保证内层环形转子11及外层环形转子12叠加之后能够增加磁力作用进而提高电机动力。
参考图2、图4及图5所示，在一个实施例中，所述内环形定子2与外环形定子3沿周向对齐设置，并且所述内N极磁铁111中的至少两个沿轴向排布连接的N极磁片与外N极磁铁121中的至少两个沿轴向排布连接的N极磁片沿周向错位的方向相同；所述内S极磁铁112中的至少两个沿轴向排布连接的S极磁片与所述外S极磁铁122中的至少两个沿轴向排布连接的S极磁片错位的方向相同。在设置包括内层环形转子11及外层环形转子12的双层环形转子的实施例中，通过第二个方案降低齿槽效应时，内 N极磁铁111中的N极磁片外N极磁铁121中的N极磁片需要以相同的方向及相同的幅度进行周向错位，同时内S极磁铁112中的S极磁片与外S 极磁铁122中的S极磁片也需要以相同的方向及相同的幅度进行周向错位。
参考图6所示，在一个实施例中，所述内环形定子2包括内环形骨架 21及从内环形骨架21向外延伸设置的内定子铁芯22，每个所述内定子铁芯22上缠绕有内圈线圈23。每两个相邻的内定子铁芯22之间的间隙形成了内环形定子2的齿槽，内环形骨架21及内定子铁芯22的材质例如可以是硅钢片。
在一个实施例中，所述内环形骨架21与内定子铁芯22为一体成型设置。一体成型制作方便、结构牢靠。
在一个实施例中，所述外环形定子3包括外环形骨架31及从外环形骨架31向内延伸设置的外定子铁芯32，每个所述外定子铁芯32上缠绕有外圈线圈33。每两个相邻的外定子铁芯32之间的间隙形成了外环形定子3 的齿槽，外环形骨架31及外定子铁芯32的材质例如可以是硅钢片。
在一个实施例中，所述外环形骨架31与外定子铁芯32为一体成型设置。一体成型制作方便、结构牢靠。
在一个实施例中，每个所述N极磁铁均包括三个沿轴向排布连接的N 极磁片且每个所述S极磁铁均包括三个沿轴向排布连接的S极磁片。每个 N极磁铁设置三个N极磁片且每个S极磁铁设置三个S极磁片能够方便安装且在采用第二个方案降低齿槽效应时的效果比较明显。
上述实施例中所述的“内”是如图1、图2中指向圆心的方向，“外”是如图1、图2背向圆心的方向。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机，其特征在于，包括：
环形转子，所述环形转子包括交替设置的N极磁铁与S极磁铁；每个所述N极磁铁均包括至少两个沿轴向排布连接的N极磁片；每个所述S极磁铁均包括至少两个沿轴向排布连接的S极磁片；
内环形定子及外环形定子，所述内环形定子及外环形定子均与环形转子配合连接，所述内环形定子设置在环形转子的内侧，所述外环形定子设置在环形转子的外侧；
所述至少两个沿轴向排布连接的N极磁片对齐设置且所述至少两个沿轴向排布连接的S极磁片对齐设置，所述内环形定子与外环形定子沿周向错位设置；或者，
所述内环形定子与外环形定子沿周向对齐设置，并且所述至少两个沿轴向排布连接的N极磁片及所述至少两个沿轴向排布连接的S极磁片均沿周向错位设置，且所述至少两个N极磁片与至少两个S极磁片错位的方向相同。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，所述环形转子包括磁轭，所述N极磁铁与S极磁铁交替设置在磁轭上。
3.根据权利要求2所述的永磁同步电机，其特征在于，所述环形转子包括分别设置在磁轭内、外两侧的内层环形转子及外层环形转子，所述内层环形转子与内环形定子连接，所述外层环形转子与外环形定子连接。
4.根据权利要求2所述的永磁同步电机，其特征在于，所述内层环形转子包括交替设置在磁轭内侧的内N极磁铁及内S极磁铁，所述外层环形转子包括交替设置在磁轭外侧的外N极磁铁及外S极磁铁；所述内N极磁铁与外N极磁铁在磁轭的两侧相对设置，且所述内S极磁铁与外S极磁铁在磁轭的两侧相对设置。
5.根据权利要求4所述的永磁同步电机，其特征在于，所述内环形定子与外环形定子沿周向对齐设置，并且所述内N极磁铁中的至少两个沿轴向排布连接的N极磁片与外N极磁铁中的至少两个沿轴向排布连接的N极磁片沿周向错位的方向相同；所述内S极磁铁中的至少两个沿轴向排布连接的S极磁片与所述外S极磁铁中的至少两个沿轴向排布连接的S极磁片错位的方向相同。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的永磁同步电机，其特征在于，所述内环形定子包括内环形骨架及从内环形骨架向外延伸设置的内定子铁芯，每个所述内定子铁芯上缠绕有内圈线圈。
7.根据权利要求6所述的永磁同步电机，其特征在于，所述内环形骨架与内定子铁芯为一体成型设置。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的永磁同步电机，其特征在于，所述外环形定子包括外环形骨架及从外环形骨架向内延伸设置的外定子铁芯，每个所述外定子铁芯上缠绕有外圈线圈。
9.根据权利要求8所述的永磁同步电机，其特征在于，所述外环形骨架与外定子铁芯为一体成型设置。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的永磁同步电机，其特征在于，每个所述N极磁铁均包括三个沿轴向排布连接的N极磁片且每个所述S极磁铁均包括三个沿轴向排布连接的S极磁片。
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