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CN105471132A - 电机用永久磁极及包括其的电机 - Google Patents

电机用永久磁极及包括其的电机 Download PDF

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CN105471132A CN201410235890.4A CN201410235890A CN105471132A CN 105471132 A CN105471132 A CN 105471132A CN 201410235890 A CN201410235890 A CN 201410235890A CN 105471132 A CN105471132 A CN 105471132A
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Abstract

本发明涉及一种电机用永久磁极及包括其的电机，其中所述永久磁极的外表面为一中间外凸的圆弧形表面，所述永久磁极的内表面为中间内凹的曲面，所述曲面包括一段圆弧面和两段平面，所述圆弧面连接于所述两段平面之间形成一个整体，所述圆弧形表面的极弧角α为0.7-0.96，所述圆弧面的圆弧角β与所述圆弧形表面的极弧角α的比值为0.15-0.35。本发明的一种电机用永久磁极，通过对内外表面形状的改进，使得永久磁极与定子磁芯的磁极之间形成不均匀气隙，能够有效地减小齿槽转矩，提高电机效率，并且降低电机噪音。

Description

电机用永久磁极及包括其的电机
技术领域
本发明涉及电机领域，尤其涉及一种电机用永久磁极，所述永久磁极与定子芯片构成不均匀气隙。
背景技术
电机为一种依据电磁感应定律实现电能转换或传递的电磁装置。其主要包括定子和可相对定子旋转的转子。所述转子包括一外壳，在外壳的内壁设有若干永久磁极，所述定子包括一定子磁芯和绕设于所述定子磁芯上的定子绕组。
在此种形式的电机中，通常采用的永久磁极为圆弧形的或倾斜式的磁化的磁铁，所述磁铁与定子磁芯的齿之间形成均匀间隙。这种结构的电机，磁铁制造成本高，齿槽转矩高，电机的效率相对低。
另外，如图13所示，传统的构成定子磁芯的导磁芯片100包括一环部130，从该环部130向外呈放射状延伸的多个齿部150、及位于每一齿部150顶端的齿冠170。所述每一齿部150呈细长形，其高度即从齿根(齿部150与环部130相接处)至齿冠170的距离较大，造成磁路较长、磁阻较大，磁通在由该导磁芯片100构成的定子磁芯上通过时的发热量较大，从而导致电机的铁耗较大，效率较低。
因此，基于上述技术问题，本发明旨在发明一种齿槽转矩较低，效率更高的电机。
发明内容
本发明提供一种电机用永久磁极，其特点在于，所述永久磁极的外表面为一中间外凸的圆弧形表面，所述永久磁极的内表面为中间内凹的曲面，所述曲面包括一段圆弧面和两段平面，所述圆弧面连接于所述两段平面之间形成一个整体，所述圆弧形表面的极弧角α为0.7-0.96，所述圆弧面的圆弧角β与所述圆弧形表面的极弧角α的比值为0.15-0.35。
较佳地，每一所述平面与邻接的所述圆弧面之间的夹角θ为85-95度。
较佳地，所述永久磁极的两端部的外表面和内表面之间分别通过一弧形过渡面连接。
较佳地，所述永久磁极的两端部的高度相等。
本发明还提供了一种电机，包括定子和相对所述定子旋转的转子，所述转子包括一外壳和若干固定于所述外壳内壁的永久磁极，所述定子包括一定子磁芯和绕设于定子磁芯上的定子绕组及用于绝缘定子磁芯与定子绕组的绝缘线架，所述永久磁极环绕于所述定子磁芯及定子绕组外侧，其特点在于，所述永久磁极如上所述，所述永久磁极的任一极与所述定子磁芯的齿之间最大间隙与最小间隙比值为3-7。
较佳地，所述永久磁极的任一极与定子磁芯的齿之间最大间隙与最小间隙比值为5。
较佳地，所述绝缘线架通过包覆成型的方式形成于定子磁芯外表面。
较佳地，所述转子的外壳的端壁开设有若干通风孔，所述定子磁芯的相邻连接臂之间形成通风槽，所述通风槽与通风孔相通。
较佳地，所述永久磁极的内表面圆弧与外表面圆弧为同心圆。
较佳地，所述定子磁芯包括外环部、内环部、从所述外环部向外呈放射状延伸的多个齿部、连接所述外环部与所述内环部的若干连接臂及位于每一齿部顶端的齿冠，所述连接臂的周向宽度小于所述齿部的周向宽度。
较佳地，所述外环部的外表面包括若干段平面，所述齿部的侧壁与外环部的外表面基本垂直。
较佳地，所述转子外壳的端壁开设有若干通风孔，所述定子磁芯的相邻连接臂之间形成通风槽，所述通风槽与通风孔相通。
较佳地，将所述每一齿部的齿宽定义为T3、每一齿部的高度定义为L1、每相邻两齿部齿根之间的周向间距定义为L3，L1与L3的比值为1.0-1.3，T3与L3的比值为0.8-1.0。
较佳地，将所述外环部的径向宽度定义为T1，T1与L3的比值为0.5-0.6。
较佳地，将所述磁芯的外径定义为D，T3与D的比值为0.07-0.1。
较佳地，所述定子磁芯由多片导磁芯片叠压而成，所述导磁芯片由硅钢片或铁镍软磁合金薄板冲制而成。
本发明所举实施例具有以下有益效果：本发明的一种电机用永久磁极，通过对内外表面形状的改进，使得永久磁极与定子磁芯的磁极之间形成不均匀气隙，能够有效地减小齿槽转矩，提高电机效率，并且降低电机噪音。另外，本发明还通过将定子磁芯设置为具有内环部、连接臂、外环部、齿部及齿冠的结构对定子磁芯进行了改进，有效地降低了定子磁芯的磁阻，使得电机的铁耗降低，电机效率得以提高。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
附图中：
图1为本发明电机较佳实施例的立体示意图；
图2为本发明电机较佳实施例中移除外壳后的结构示意图；
图3为本发明电机较佳实施例中垂直于其轴向的横向剖视图；
图4为图2所示电机中永久磁极与定子磁芯的配合示意图；
图5为图4中A部分的放大图；
图6为图4中永久磁极的立体示意图；
图7为图6所示永久磁极的俯视图；
图8为本发明电机一实施例的定子磁芯的结构示意图；
图9为本发明电机另一实施例的定子磁芯的结构示意图；
图10为本发明电机中构成定子磁芯的导磁芯片的尺寸比值表；
图11为本发明电机中构成定子磁芯的导磁芯片与传统导磁芯片的尺寸比值对照表；
图12为使用本发明电机与使用传统定子磁芯的电机的效率对照表。
图13为传统定子磁芯示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
如图1至图3所示，本发明提供了一种电机1，其包括一定子和相对所述定子旋转的转子。所述转子包括一外壳11和若干永久磁极3，永久磁极3固定在外壳11的内壁上。所述定子包括一定子磁芯121和绕设在定子磁芯121上的定子绕组122及用于绝缘定子磁芯121与定子绕组122的绝缘线架123。绝缘线架123通过包覆成型的方式形成于定子磁芯121外表面，但暴露定子磁芯121的齿冠1216与所述转子的永久磁级3相对的表面。
永久磁极3环绕在定子磁芯121及定子绕组122的外侧。
当然，所述转子的外壳11的端壁可以开设若干通风孔111，相应地，在定子磁芯121的相邻连接臂之间形成通风槽1211，通风槽1211与通风孔111相通，这种结构有助于电机内部散热。
如图4和图5所示，永久磁极3的任一极的内表面与定子磁芯121的齿124的齿冠125外表面之间最大间隙δmax与最小间隙δmin比值为3-7。特别优选地，所述永久磁极的任一极与定子磁芯121的齿124的齿冠125之间最大间隙与最小间隙比值为5。这样永久磁极3与定子磁芯121的各个齿124之间形成不均匀的气隙，从而减小齿槽转矩且降低电机运行时的噪音。
进一步具体地说，如图6和图7所示，永久磁极3的外表面为一中间外凸的圆弧形外表面31，永久磁极3的内表面为中间内凹的曲面，所述曲面包括一段圆弧面32和两段平面33。圆弧面32连接在两段平面33之间从而形成一个整体的曲面。圆弧形外表面31的极弧角α为0.7-0.96，而圆弧面32的圆弧角β与圆弧形外表面31的极弧角α之间的比值为0.15-0.35。这种结构的永久磁极3可以提高有效气隙的利用率，从而进一步提高电机效率。
进一步地，永久磁极3的内表面圆弧(即圆弧面32)与外表面圆弧(圆弧形外表面31)为同心圆。每一平面33与邻接的圆弧面32末端的半径之间形成夹角θ为85-95度。另外，永久磁极3的两端部的外表面(即圆弧形外表面31)和内表面(即一段圆弧面32和两段平面33形成的一个曲面)之间分别通过一弧形过渡面34连接。更进一步地，所述永久磁极的厚度从中间向两端部逐渐减小，两端部的厚度相等，有助于电机运转的平稳。
参考图8所示，本发明的电机还对定子磁芯的结构进行了改进，所述定子磁芯121包括外环部1212、内环部1213、从外环部1212向外呈放射状延伸的多个齿部1214、连接外环部1212与内环部1213的若干连接臂1215及位于每一齿部1214顶端的齿冠1216。连接臂1215的周向宽度小于齿部1214的周向宽度，齿冠1216从齿部1214顶端沿电机周向延伸。优选地，所有齿冠1216的外表面位于一圆弧面上，所述圆弧面以转子中心为中心。
在本发明电机一实施例中定子磁芯的结构示意图，定子磁芯121外环部1212的外表面包括若干段与内环部1213同心的圆弧面，多个齿部1214沿外环部1212的外表面径向向外呈放射状延伸。
如图9所示，在本发明电机另一实施例中定子磁芯的结构示意图，定子磁芯121外环部1212的外表面包括若干段平面，齿部1214的侧壁与外环部1212的外表面基本垂直，二者之间的夹角可以在85度至100度之间。
外环部1212的径向宽度为T1、每一齿部1214的齿宽为T3、每一齿部1214的高度即从齿根(齿部1214与外环部1212相接处)至齿冠1216的距离为L1、每相邻两齿部1214齿根之间的周向间距为L3。请同时参阅图10，设置L1与L3的比值为1.0-1.3，优先选用较高的比值；设置T3与L3的比值为0.8-1.0，优先选用中等的比值；将T1与L3的比值设置为0.5-0.6，优先选用中等的比值。
请参阅图11，将本发明的电机用磁芯作为定子磁芯应用于一具体型号的电机，所述导磁芯片1的外环部11的径向宽度T1为6.2mm、每一齿部15的齿宽T3为9mm、每一齿部15的高度L1为12.8mm、每相邻两齿部15齿根之间的周向间距L3为10.3mm；L1与L3的比值为1.25，T3与L3的比值为0.88，T1与L3的比值为0.6。
而应用于该型号电机的传统的定子磁芯的导磁芯片100的环部130的径向宽度T1为5.7mm，每一齿部150的齿宽T3为8mm、每一齿部150的高度L1为15.5mm，每相邻两齿部150齿根之间的周向间距L3为9.3mm；L1与L3的比值为1.67，超出了本发明设置的比值1.0-1.3的范围；T3与L3的比值为0.86；T1与L3的比值为0.62，超出了本发明设置的比值0.5-0.6的范围。相对于传统的导磁芯片100，本发明的导磁芯片1相当于分别增大了齿部15的齿宽T3、外环部11的径向宽度T1、与每相邻两齿部15齿根之间的周向间距L3，而减小了齿部15的高度L1，磁路优化后的新导磁芯片1比传统导磁芯片100缩短了磁路，从而具有低的磁阻，能够降低电机的铁耗，提高电机的效率。
请参阅图12，经实验测试验证，在电机具有同样的转子、同样的定子绕组线圈线径及匝数的情况下，使用本发明电机用磁芯的电机的平均效率为82.11％，而使用传统定子磁芯的电机的平均效率为78.76％。使用本发明的电机用磁芯使得电机的平均效率提高了3.35％。
值得一提的是，构成定子磁芯121的导磁芯片由导磁性能较好的硅钢片或铁镍软磁合金薄板冲制而成，当然也可以由其他导磁材料制成。
综上所述，本发明的电机，通过对永久磁极的内外表面形状的改进，使得永久磁极与定子磁芯的磁极之间形成不均匀气隙，能够有效地减小齿槽转矩，提高电机效率，并且降低电机噪音。此外，本发明还通过将定子磁芯设置为具有内环部、连接臂、外环部、齿部及齿冠的结构对定子磁芯进行了改进，使得电机具有更高的效率；本发明的电机用磁芯，通过将齿部的高度缩短，从而缩短磁路，降低磁阻，尤其是将构成子磁芯的导磁芯片的齿部高度L1与每相邻两齿部齿根之间的周向间距L3的比值设置为1.0-1.3，每一齿部的齿宽T3与每相邻两齿部齿根之间的周向间距L3的比值设置为0.8-1.0，外环部的径向宽度T1与每相邻两齿部齿根之间的周向间距L3的比值设置为0.5-0.6，有效降低了定子磁芯的磁阻，使得电机的铁耗降低，电机效率得以提高。可以理解地，本发明的电机用磁芯也可以用于电机转子。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种电机用永久磁极，其特征在于，所述永久磁极的外表面为一中间外凸的圆弧形表面，所述永久磁极的内表面为中间内凹的曲面，所述曲面包括一段圆弧面和两段平面，所述圆弧面连接于所述两段平面之间形成一个整体，所述圆弧形表面的极弧角α为0.7-0.96，所述圆弧面的圆弧角β与所述圆弧形表面的极弧角α的比值为0.15-0.35。
2.如权利要求1所述的电机用永久磁极，其特征在于，每一所述平面与邻接的所述圆弧面之间的夹角θ为85-95度。
3.如权利要求1所述的电机用永久磁极，其特征在于，所述永久磁极的两端部的外表面和内表面之间分别通过一弧形过渡面连接。
4.如权利要求1-3任一项所述的电机用永久磁极，其特征在于，所述永久磁极的两端部的高度相等。
5.一种电机，包括定子和相对所述定子旋转的转子，所述转子包括一外壳和若干固定于所述外壳内壁的永久磁极，所述定子包括一定子磁芯和绕设于定子磁芯上的定子绕组及用于绝缘定子磁芯与定子绕组的绝缘线架，所述永久磁极环绕于所述定子磁芯及定子绕组外侧，其特征在于，所述永久磁极如权利要求1-4任一项所述，所述永久磁极的任一极与所述定子磁芯的齿之间最大间隙与最小间隙比值为3-7。
6.如权利要求5所述的电机，其特征在于，所述永久磁极的任一极与定子磁芯的齿之间最大间隙与最小间隙比值为5。
7.如权利要求5所述的电机，其特征在于，所述绝缘线架通过包覆成型的方式形成于定子磁芯外表面。
8.如权利要求5所述的电机，其特征在于，所述转子的外壳的端壁开设有若干通风孔，所述定子磁芯的相邻连接臂之间形成通风槽，所述通风槽与通风孔相通。
9.如权利要求5所述的电机，其特征在于，所述永久磁极的内表面圆弧与外表面圆弧为同心圆。
10.如权利要求5所述的电机，其特征在于，所述定子磁芯包括外环部、内环部、从所述外环部向外呈放射状延伸的多个齿部、连接所述外环部与所述内环部的若干连接臂及位于每一齿部顶端的齿冠，所述连接臂的周向宽度小于所述齿部的周向宽度。
11.如权利要求10所述的电机，其特征在于，所述外环部的外表面包括若干段平面，所述齿部的侧壁与外环部的外表面基本垂直。
12.如权利要求10所述的电机，其特征在于，所述转子外壳的端壁开设有若干通风孔，所述定子磁芯的相邻连接臂之间形成通风槽，所述通风槽与通风孔相通。
13.如权利要求10至12任一项所述的电机，其特征在于，将所述每一齿部的齿宽定义为T3、每一齿部的高度定义为L1、每相邻两齿部齿根之间的周向间距定义为L3，L1与L3的比值为1.0-1.3，T3与L3的比值为0.8-1.0。
14.如权利要求13所述的电机，其特征在于，将所述外环部的径向宽度定义为T1，T1与L3的比值为0.5-0.6，将所述磁芯的外径定义为D，T3与D的比值为0.07-0.1。
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