一种多边形燕尾式拼接磁钢结构的外转子电机制造技术

本发明专利技术涉及电机技术领域，公开了一种多边形燕尾式拼接磁钢结构的外转子电机，包括定子铁心、定子线圈、转子磁钢和转子背铁，其中，转子磁钢通过第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体的设计，将多个横截面为等腰三角形或四边形的永磁体拼接一周，构成环闭状的转子磁钢，并采用哈尔巴赫充磁方式，使得每个定子齿槽内定子线圈受到的电磁力沿圆周切向形成闭环，从而外转子受到稳定的力矩，实现稳定转动。同时，利用哈尔巴赫充磁方式，还可以形成自屏蔽，能够确保电机中的气隙磁通密度足够大的同时，增大输出转矩，降低转矩脉动，提高功率密度，且通过径向力波二维傅里叶FFT2分析，发现在低阶数的情况下，振动幅值明显减小，从而提升了电机动态性能。

【技术实现步骤摘要】
一种多边形燕尾式拼接磁钢结构的外转子电机
本专利技术涉及电机
，特别是涉及一种多边形燕尾式拼接磁钢结构的外转子电机。
技术介绍
永磁同步电动机是一种应用广泛的驱动器，由于使用了高性能永磁材料做转子磁极，电机体积小、重量轻、效率高，其转矩特性与BLDC永磁无刷电机一样，具有调节控制方便、调速范围广、动态响应等特点。因此，愈来愈受到重视，它在很多运用能代替一般的永磁有刷直流电机使用，而且在伺服系统、数控加工、机床、医疗、生物化学、智能机器人等要求高精度的应用场合，可作为交流伺服电动机得到广泛的应用。随着家电工业的发展，由于永磁无刷电机在较大的转速范围内可以获得较高的效率，更适合家电变频的需要。在空调、冰箱、洗衣机等产品中，逐步取代传统的单相异步电动机驱动、串激电机传动系统而向永磁变频调速发展。近年，应用于机器人、工业驱动、计算机外围、轮毂驱动等场合的电机要求转矩密度大，因此在设计中通常取多极数磁极以降低每极磁通，进而可以减少相应定子轭部尺寸，从而使同样功率的电机可以减小体积，提高电机的转矩密度。常规的永磁同步电机比如表贴结构，气隙磁场一般取1.0T左右，若在体积不变以及逆变器容量不变的情况下，若要增大转矩，则只能通过提高电机极对数来实现，但是电机极对数增大后，电机铁耗会增加，另若增大气隙磁场，那么各阶数的振动幅值也会明显提高，带来振动噪音的问题。相同转速下，极数增加使得频率增大，单位体积的铁心损耗(与供电频率的1.3次方成正比)随之增大。若采用相同材料和磁通密度的话，该电机定子铁心单位体积的损耗将高于普通工频电机，如果不采取降低铁心损耗或冷却措施，电机将无法使用。另外，由于高磁通意味着高磁密，在运行中极容易产生低阶数的振动。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多边形燕尾式拼接磁钢结构的外转子电机，能够确保电机中的气隙磁通密度足够大的同时，增大输出转矩，降低转矩脉动，提高功率密度，并且具有振动幅值小、噪音低、动态性能好的优点。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种多边形燕尾式拼接磁钢结构的外转子电机，其包括电机外壳以及设于所述电机外壳内且自内而外依次同轴套装的定子铁心、定子线圈、转子磁钢和转子背铁，所述转子背铁相对所述定子铁心旋转，所述转子磁钢设有多个，且多个所述转子磁钢沿所述转子背铁的圆周方向布置，所述定子铁心的圆周方向上均布有多个定子齿槽，所述定子线圈绕设在所述定子齿槽内；所述转子磁钢包括第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体，所述第一永磁体的横截面为等腰三角形且其顶角背离旋转轴线，所述第二永磁体的横截面为等腰三角形且其顶角指向旋转轴线，所述第三永磁体的横截面为四边形，所述第一永磁体与所述第二永磁体沿所述转子铁芯的圆周方向交替布置，所述第三永磁体的相对两个侧边分别与所述第一永磁体的腰边与所述第二永磁体的腰边相靠；所述第一永磁体的充磁方向指向轴线或背向轴线，且相邻的两个所述第一永磁体的充磁方向相反；所述第二永磁体的充磁方向平行于所述第二永磁体的底边，且相邻的两个所述第二永磁体的充磁方向相反；所述第三永磁体的充磁方向垂直于所述第三永磁体与所述第一永磁体或所述第二永磁体相靠的侧边，且在同一闭合磁路上的相邻两个所述第三永磁体中，其中一个第三永磁体的充磁方向由充磁方向为背向轴线的第一永磁体指向第二永磁体，另一个第三永磁体的充磁方向由第二永磁体指向充磁方向为指向轴线的第一永磁体；相邻的两个所述定子齿槽内的定子线圈的通电方向相反。作为本专利技术优选的方案，每一所述定子齿槽内至少设有两组定子线圈，同一所述定子齿槽内的各组定子线圈的通电方向相同。作为本专利技术优选的方案，所述第一永磁体的腰长与所述第三永磁体的一侧边长相同，所述第二永磁体的腰长与所述第三永磁体的另一侧边长相同。作为本专利技术优选的方案，所述转子背铁与所述电机外壳固定连接，所述电机外壳的前后两端开口，所述电机外壳的前端开口处设有加强筋，所述加强筋呈“米”字形布置。实施本专利技术提供的一种多边形燕尾式拼接磁钢结构的外转子电机，与现有技术相比，其有益效果在于：本专利技术通过第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体的形状设计，将多个横截面为等腰三角形或四边形的永磁体拼接一周，构成环闭状的转子磁钢，并采用哈尔巴赫充磁方式，使得每个定子齿槽内定子线圈受到的电磁力沿圆周切向形成闭环，从而外转子受到稳定的力矩，实现稳定转动。同时，利用哈尔巴赫充磁方式，还可以形成自屏蔽，能够确保电机中的气隙磁通密度足够大的同时，增大输出转矩，降低转矩脉动，提高功率密度，且通过径向力波二维傅里叶FFT2分析，发现在低阶数的情况下，振动幅值明显减小，从而提升了电机动态性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。图1是本专利技术提供的一种多边形燕尾式拼接磁钢结构的外转子电机的主视图一；图2是本专利技术提供的一种多边形燕尾式拼接磁钢结构的外转子电机的主视图二，图中示出电机外壳前端的加强筋；图3是本专利技术外转子电机的线反电动势波形图；图4是传统SPM电机的线反电动势波形图；图5是本专利技术外转子电机的峰值转矩波形图；图6是传统SPM电机的峰值转矩波形图；图7是本专利技术外转子电机与传统SPM电机的额定转矩、峰值转矩及其波动幅值的对比柱状图；图8是本专利技术外转子电机与传统SPM电机的反电动势FFT基波及谐波的对比柱状图。图9是本专利技术外转子电机与传统SPM电机在低阶数下空载径向力波幅值的对比柱状图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”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专利技术和简化描述，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，因此不能理解为对本专利技术的限制。如图1所示，本专利技术优选实施例的一种多边形燕尾式拼接磁钢结构的外转子电机，其包括电机外壳以及设于所述电机外壳内且自内而外依次同轴套装的定子铁心1、定子线圈2、转子磁钢3和转子背铁4，所述转子背铁4相对所述定子铁心1旋转，所述转子磁钢3设有多个，且多个所述转子磁钢3沿所述转子背铁4的圆周方向布置，所述定子铁心1的圆周方向上均布有多个定子齿槽11，所述定子线圈2绕设在所述定子齿槽11内；所述转子磁钢3包括第一永磁体31、第二永磁体32和第三永磁体33，所述第一永磁体31的横截面为等腰三角形且其顶角背离旋转轴线，所述第二永磁体32的横截面为等腰三角形且其顶角指向旋转轴线，所述第三永磁体33的横截面为四边形，所述第一永磁体31与所述第二永磁体32沿所述转子铁芯的圆周方向交替布置，所述第三永磁体33的相对两个侧边分别与所述第一永磁体31的腰边与所述第二永磁体32的腰边相靠；所述第一永磁体31的充磁方向指向轴线或背向轴线，且相邻的两个所述第一永磁体3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多边形燕尾式拼接磁钢结构的外转子电机，包括电机外壳以及设于所述电机外壳内且自内而外依次同轴套装的定子铁心、定子线圈、转子磁钢和转子背铁，所述转子背铁相对所述定子铁心旋转，所述转子磁钢设有多个，且多个所述转子磁钢沿所述转子背铁的圆周方向布置，所述定子铁心的圆周方向上均布有多个定子齿槽，所述定子线圈绕设在所述定子齿槽内，其特征在于：/n所述转子磁钢包括第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体，所述第一永磁体的横截面为等腰三角形且其顶角背离旋转轴线，所述第二永磁体的横截面为等腰三角形且其顶角指向旋转轴线，所述第三永磁体的横截面为四边形，所述第一永磁体与所述第二永磁体沿所述转子铁芯的圆周方向交替布置，所述第三永磁体的相对两个侧边分别与所述第一永磁体的腰边与所述第二永磁体的腰边相靠；/n所述第一永磁体的充磁方向指向轴线或背向轴线，且相邻的两个所述第一永磁体的充磁方向相反；所述第二永磁体的充磁方向平行于所述第二永磁体的底边，且相邻的两个所述第二永磁体的充磁方向相反；所述第三永磁体的充磁方向垂直于所述第三永磁体与所述第一永磁体或所述第二永磁体相靠的侧边，且在同一闭合磁路上的相邻两个所述第三永磁体中，其中一个第三永磁体的充磁方向由充磁方向为背向轴线的第一永磁体指向第二永磁体，另一个第三永磁体的充磁方向由第二永磁体指向充磁方向为指向轴线的第一永磁体；/n相邻的两个所述定子齿槽内的定子线圈的通电方向相反。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多边形燕尾式拼接磁钢结构的外转子电机，包括电机外壳以及设于所述电机外壳内且自内而外依次同轴套装的定子铁心、定子线圈、转子磁钢和转子背铁，所述转子背铁相对所述定子铁心旋转，所述转子磁钢设有多个，且多个所述转子磁钢沿所述转子背铁的圆周方向布置，所述定子铁心的圆周方向上均布有多个定子齿槽，所述定子线圈绕设在所述定子齿槽内，其特征在于：
所述转子磁钢包括第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体，所述第一永磁体的横截面为等腰三角形且其顶角背离旋转轴线，所述第二永磁体的横截面为等腰三角形且其顶角指向旋转轴线，所述第三永磁体的横截面为四边形，所述第一永磁体与所述第二永磁体沿所述转子铁芯的圆周方向交替布置，所述第三永磁体的相对两个侧边分别与所述第一永磁体的腰边与所述第二永磁体的腰边相靠；
所述第一永磁体的充磁方向指向轴线或背向轴线，且相邻的两个所述第一永磁体的充磁方向相反；所述第二永磁体的充磁方向平行于所述第二永磁体的底边，且相邻的两个所述第二永磁体的充磁方向相反；所述第三永磁体的充磁方向垂直于所述第三永磁体与...

【专利技术属性】
技术研发人员：严亮，董子薇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，北京航空航天大学宁波创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11