CN102487234B - 旋转电机及其转子 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转电机及其转子。旋转电机包括一转子以及一定子组。转子沿一转动轴线旋转，包括一第一永久磁铁组以及一第二永久磁铁组，该第一永久磁铁组相对于该转动轴线的周向磁化，该第二永久磁铁组相对于该转动轴线的轴向磁化。定子组与该转子相对配置，其中，该定子组更包括一径向定子部件以及一轴向定子部件，该轴向定子部件沿该转动轴线的轴向对应于该转子，该径向定子部件沿该转动轴线的径向对应于该转子。本发明可提高电机铁心利用率和单位体积的电机出力。

Description

旋转电机及其转子

技术领域

本发明涉及一种旋转电机，特别涉及一种可提高单位体积的电机出力的旋转电机及其转子。

背景技术

已知的旋转电机，一般由定子及转子所组成，定子与转子相对配置从而利用磁场作用使电机转动。

传统的分布绕组电机在转矩，电感，弱磁扩速等方面具有比较明显的优势，也得到了诸多应用。但是，一般的电机定子由多个硅钢片叠加而成，而传统的分布绕组电机定子的绕组需要横跨多个硅钢片之间的槽，因而导致其定子绕组于其端部堆积。定子绕组于其端部堆积使得绕组端部很长，增加铜线损耗的同时，也占用了过多的轴向或者径向空间，影响了电机功率密度的进一步提升。

另外，随着铁心卷绕等相关工艺技术的不断完善，盘式电机借助其在散热等方面的性能优势，得到越来越多的重视和应用。

发明内容

本发明即为了欲解决已知技术的问题而提供的一种旋转电机，包括一转子以及一定子组。转子沿一转动轴线旋转，包括一第一永久磁铁组以及一第二永久磁铁组，该第一永久磁铁组相对于该转动轴线的周向磁化，该第二永久磁铁组相对于该转动轴线的轴向磁化。定子组与该转子相对配置，其中，该定子组还包括一径向定子部件以及一轴向定子部件，该轴向定子部件沿该转动轴线的轴向对应于该转子，该径向定子部件沿该转动轴线的径向对应于该转子。

本发明即为了欲解决已知技术的问题而提供的一种旋转电机转子，用于一旋转电机并沿一转动轴线旋转，包括一转子铁心，一第一永久磁铁组，相对于该转动轴线沿该旋转电机的周向磁化以及一第二永久磁铁组，相对于该转动轴线沿该旋转电机的轴向磁化，其中，该第一永久磁铁组埋设于该转子铁心之中，该第二永久磁铁组沿轴向装设于该转子铁心之上。

本发明即为了欲解决已知技术的问题而提供的一种旋转电机转子，用于一旋转电机并沿一转动轴线旋转，包括一转子铁心，一第一永久磁铁组包括多个相对于该转动轴线周向磁化永久磁铁以及一第二永久磁铁组，包括多个相对于该转动轴线轴向磁化永久磁铁，其中该些周向磁化永久磁铁与该些轴向磁化永久磁铁于周向上交错排布，该些轴向磁化永久磁铁于轴向上两两相对，两个周向相邻的周向磁化永久磁铁相对的磁极以相同的一第一极性配置，位于该两个周向相邻的周向磁化永久磁铁的间并相互轴向相对的两个轴向磁化永久磁铁的磁极以相同的该第一极性配置。

本发明即为了欲解决已知技术的问题而提供的一种旋转电机，包括一转子，一定子组，一轴向气隙位于该转子以及该定子组的一轴向定子部件之间，一径向气隙位于该转子以及该定子组的一径向定子部件之间，一第一磁路通过该转子、该径向气隙以及该径向定子部件以及一第二磁路通过该转子、该径向气隙、该径向定子部件、该轴向气隙以及该轴向定子部件。

本发明实施例的旋转电机的主要优点为：通过转子永久磁铁的放置，以及和转轴向相对的两个轴向定子铁心，可以有效利用传统电机绕组端部的余留轴向空间，提高电机铁心利用率和单位体积的电机出力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是显示本发明实施例的旋转电机；

图2A是显示本发明实施例的转子部件以及永久磁铁排列立体图，其中，转子铁心被显示；

图2B是显示本发明实施例的转子部件以及永久磁铁排列立体图，其中，转子铁心被隐藏；

图3A是显示本发明实施例的旋转电机的周向磁化永久磁铁(9-1)的主要磁通路径示意图；

图3B是显示本发明实施例的旋转电机的轴向磁化永久磁铁(9-2)的主要磁通路径示意图；

图3C是显示本发明实施例的旋转电机的等效主磁路示意图；

图4是显示本发明的一变形例，其中，定子部件装设于对置于转子部件的内圆周部分；以及

图5是显示本发明的另一变形例，其中，轴向定子绕组端部采用分布绕组等手段而长于径向式定子绕组的端部。

主要元件符号说明：

1～旋转电机

2～转轴

3～转子

4～定子组

4-1、4-2～轴向定子部件

4-3～径向定子部件

5-1、5-2～轴向气隙

5-3～径向气隙

6-1、6-2～端盖

7～机壳

8-1、8-2～轴承

9-1～周向磁化永久磁铁

9-2～轴向磁化永久磁铁

10～转子铁心

11-1、11-2～轴向定子绕组

12-1、12-2～轴向定子铁心

13～径向式定子绕组

14～径向式定子铁心

16～齿部

17～轭部

具体实施方式

请参考图1并结合图2A及图2B，图1是为根据本发明的一种实施例的旋转电机的结构示意图，图2A为根据本发明的一种旋转电机实施例的转子部件以及永久磁铁排列立体图(含转子铁心)，图2B为根据本发明的一种旋转电机实施例的转子部件以及永久磁铁排列立体图(不含转子铁心)。旋转电机1包括一转轴2沿旋转电机1的转动轴线设置；一转子3呈盘形，固定于该转轴2并可绕该转轴2转动；以及，一定子组4包括一沿轴向设置并与盘式转子3相对的轴向定子部件(盘式定子部件)4-1，4-2以及一沿径向设置并与盘式转子3相对的径向定子部件4-3。上述的轴向即为旋转电机1的转动轴线方向，径向即为盘式转子3的直径方向，本发明的其他描述沿用此方向设定，同时可以理解的是，本发明中的轴向与径向仅表示一方向趋势而非严格的与转动轴线或转子3的直径重合的方向，因为在实际的产品中难免产生一定的零件或装配误差而导致方向的差异。转子3与轴向定子部件4-1，4-2分别间隔一间隙，而分别形成轴向气隙5-1，5-2，同样的，转子3与径向定子部件4-3间隔一间隙，而形成径向气隙5-3。盘式定子部件4-1，4-2分别装设并固定在端盖6-1，6-2中，盘式定子部件4-1，4-2的固定方法可为采用打孔，攻丝的方式固定在端盖上，或者环氧树脂浇注于端盖上。径向定子部件4-3装设在机壳7中，径向定子部件4-3的装设方式可采用过盈配合方式嵌套于机壳7中，端盖6-1，6-2和机壳7机械上连接成一体。在此实例中，转轴2通过轴承8-1，8-2，以可转动地方式装接到端盖6-1，6-2上。轴向定子部件4-1，4-2分别由轴向定子绕组11-1，11-2和轴向定子铁心12-1，12-2组成；径向定子部件4-3由径向定子绕组13和径向定子铁心14组成。轴向定子绕组11-1，11-2以及径向式定子绕组13分别缠绕在轴向定子铁心12-1，12-2以及径向式定子铁心14上。

如图2A及图2B所示，在本实施例中，盘形转子3包括转子铁心10、轴向磁化永久磁铁9-2以及周向磁化永久磁铁9-1。轴向磁化永久磁铁9-2沿轴向装设在转子铁心10两侧且按照周向排布，轴向磁化永久磁铁9-2的磁极方向为轴向亦即为沿轴向磁化。本实施例中，轴向磁化永久磁铁9-2沿轴向贴设在转子铁心10两端面。周向磁化永久磁铁9-1内置于转子铁心10中且按照周向排布，周向磁化永久磁铁9-1的磁极方向为周向亦即沿周向磁化。在周向上，周向磁化永久磁铁9-1与轴向磁化永久磁铁9-2交错排布，在轴向上，轴向磁化永久磁铁9-2两两相对。上述的周向为转子3绕该转轴2转动的圆周方向，本发明的其他描述沿用此方向设定，同时可以理解的是，本发明中的周向仅表示一方向趋势而非严格的与转轴2转动的圆周方向重合，例如于本实施例中，实质上周向磁化永久磁铁9-1的磁化方向并非按照严格的圆周方向，但可以看到的是多个周向磁化永久磁铁9-1的磁化方向均围绕转子3的圆周，因此其磁化方向可认为是周向。多个周向磁化永久磁铁9-1以及多个轴向磁化永久磁铁9-2的间分别间隔一定距离排布，从而于两个周向相邻的周向磁化永久磁铁9-1以及两个轴向相对的轴向磁化永久磁铁9-2形成一包围空间(实质上为一“口”状半包围空间，此处的包围空间指该“口”内的空间，下同)，一部分转子铁心10位于此包围空间中。周向磁化永久磁铁9-1，轴向磁化永久磁铁9-2的极性方向如图2B所示：周向相邻的周向磁化永久磁铁9-1和轴向相对的轴向磁化永久磁铁9-2在所形成的包围空间方向以相同的极性配置，如同为N极或同为S极。优选实施例中，该多个周向磁化永久磁铁9-1与该多个轴向磁化永久磁铁9-2于周向上均匀分布。

请参考图3A和图3B并结合图1至图2B，图3A和图3B为根据本发明的一种旋转电机的周向磁化永久磁铁9-1和轴向磁化永久磁铁9-2的主要磁通路径示意图。如图3A所示，周向磁化永久磁铁的主要磁通从周向磁化永久磁铁9-1的N极出发，经由N极对应的包围空间内的转子铁心10，径向气隙5-3，N极附近对应的径向式定子铁心14的齿部16和轭部17，再经由S极附近对应的径向式定子铁心14的齿部16，径向气隙5-3，S极对应的包围空间内的转子铁心10，回到周向磁化永久磁铁9-1的S极。可见，周向磁化永久磁铁9-1在转子铁心10中的放置方式会导致矢量控制过程中电机交轴电感(Lq)和直轴电感(Ld)的凸极比(Lq/Ld)显著增大即电机呈现明显的“凸极”效应，使得磁阻转矩明显增加，进而提高电机的出力。如图3B所示，轴向磁化永久磁铁9-2的主要磁通从轴向永久磁铁9-2的N极出发，经由轴向磁化永久磁铁9-2的N极对应的包围空间内的转子铁心10，径向气隙5-3，轴向磁化永久磁铁9-2对应的径向式定子铁心14的齿部16和轭部17(图3B中实线)，再经周向相邻的轴向磁化永久磁铁9-2(另一轴向磁化永久磁铁9-2，未示出)对应的径向式定子铁心14的齿部16，径向气隙5-3，相邻的轴向磁化永久磁铁9-2的N极对应的的包围空间内的转子铁心10，周向相邻的轴向磁化永久磁铁9-2(S极到N极)，轴向气隙5-1，5-2，周向相邻的轴向磁化永久磁铁9-2相对的轴向定子铁心12-1，12-2的齿部和轭部(图3B中虚线，轴向定子铁心的齿部和轭部图中未示出)，再经由原轴向磁化永久磁铁9-2轴向定子铁心12-1，12-2，的齿部，轴向气隙5-1，5-2，回到原轴向磁化永久磁铁9-2的S极(图3B中实线)。可见，每个极面下的径向气隙磁通由周向磁化永久磁铁9-1，轴向磁化永久磁铁9-2并联提供，具有“聚磁”的效果，提高了径向气隙磁密，从而增大了电机的输出。

请参考图3C，图3C为根据本发明的一种旋转电机的等效主磁路示意图。周向相邻的两块轴向磁化永久磁铁9-2分别具有磁通Φa和磁阻R_{m_a}1，R_{m_a}2，由于等效主磁路示意图图3C仅分别等效1/2的周向相邻的两块轴向磁化永久磁铁9-2，因此，图3C中周向相邻的两块轴向磁化永久磁铁9-2分别等效为具有磁通Φa/2和磁阻2×R_{m_a}1，2×R_{m_a}2，下文中描述的磁阻值中有部分也会被等效为原磁阻的2倍。而同样的，上述的的两块周向相邻的轴向磁化永久磁铁9-2其轴向相对的两块轴向磁化永久磁铁9-2分别等效为具有磁通Φa/2和磁阻2×R_{m_a}11，2×R_{m_a}22。其中一轴向磁化永久磁铁9-2(具有磁阻2×R_{m_a}1)的磁通Φa/2从N极出发经过轴向气隙5-1，5-2的磁阻2×R_{g_a}1，轴向定子铁心12-1的磁阻R_{s_a}，轴向气隙5-1，5-2的磁阻2×R_{g_a}2，到达周向相邻的轴向磁化永久磁铁9-2(具有磁阻2×R_{m_a}2)，再经由周向相邻的轴向磁化永久磁铁9-2所对应的包围空间中的转子铁心10的磁阻R_r2，径向气隙的磁阻2×R_{g_r}2，径向式定子铁心14的磁阻R_{s_r}，径向气隙的磁阻2×R_{g_r}1，原轴向磁化永久磁铁9-2所对应的包围空间中的转子铁心10的磁阻R_r1，回到原轴向磁化永久磁铁9-2的S极。转子铁心10轴向上另外一侧与上述周向相邻的两块轴向磁化永久磁铁9-2轴向相对的两块周向相邻的轴向磁化永久磁铁9-2的磁通路径与此相同。上述的原轴向磁化永久磁铁9-2的N极面对轴向气隙，可以了解的是，其相邻的轴向磁化永久磁铁9-2的N极面对转子铁心，由于磁路的封闭特征，故从其相邻的轴向磁化永久磁铁9-2的角度开始亦可描述其磁路(参考图3B)。上述周向相邻的两块轴向磁化永久磁铁9-2中间的周向磁化永久磁铁9-1具有磁通Φt和磁阻R_{m_t}，该部分磁通Φt从周向磁化永久磁铁9-1的N极出发经过N极对应的包围空间内的转子铁心10的磁阻R_r2，径向气隙磁阻2×R_{g_r}2，径向式定子铁心14的磁阻R_{s_r}，再经由径向气隙的磁阻2×R_{g_r}1，周向磁化永久磁铁9-1的S极对应的包围空间内转子铁心10的磁阻R_r1，回到周向磁化永久磁铁9-1的S极。

由上所述，通过图2A和图2B所示的转子3和周向磁化永久磁铁9-1，轴向磁化永久磁铁9-2的放置以及对应的定子组4和轴向定子部件4-1，4-2及径向定子部件4-3的设置，有效利用了径向式定子绕组13端部的余留轴向空间，提高了电机转子铁心10的利用率和单位体积的电机出力；同时，转子铁心10不直接面对轴向气隙，避免了『电枢反应』对铁耗的影响；另外，旋转过程中轴向磁化永久磁铁9-2具有『风扇』的作用，带走部分于电机工作时产生的热量。

需要指出，在图1，图2A和图2B，以及图3A，图3B，图3C所示的实施例中，径向定子部件4-3装设于对置于转子部件3的外圆周部分，不过，本发明并非局限于此。

请参考图4，图4为本发明的另一种实施例的旋转电机的结构示意图。对比图4及图1，本实施例中，转子3装设并固定于机壳7上，径向定子部件4-3装设于对置于转子3径向的内圆周部分固定于转轴2上，轴向定子部件4-1，4-2沿轴向对置于转子3并固定于支架15-1，15-2上。电机工作时，轴向定子部件4-1，4-2及径向定子部件4-3均保持静止，转子3机壳7及端盖6-1，6-2绕转动轴线转动。此外，本发明还可以通过同时于转子3径向的外圆周部分及内圆周部分分别设置径向定子部件来实现。

请参考图5，图5为本发明的又一种实施例的旋转电机的结构示意图。在图1，图2A和图2B，图3A，图3B，图3C以及图4所示的实施例中，径向式定子绕组13端部长度较长因而可充分利用轴向空间，不过，本发明也并非局限于此。于本实施例中，轴向定子绕组11-1，11-2端部长度较长，从而可有效的利用径向空间。在这些情况下，同样可以取得本发明的上述一些优点。

虽然本发明已以具体的较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属本领域普通技术人员，可作些许的更动与润饰，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种旋转电机，包括：

一转子，沿一转动轴线旋转，包括一第一永久磁铁组以及一第二永久磁铁组，该第一永久磁铁组相对于该转动轴线的周向磁化，该第二永久磁铁组相对于该转动轴线的轴向磁化；以及

一定子组，与该转子相对配置，其中，该定子组更包括一径向定子部件以及一轴向定子部件，该轴向定子部件沿该转动轴线的轴向对应于该转子，该径向定子部件沿该转动轴线的径向对应于该转子，

其中，该第一永久磁铁组包括多个周向磁化永久磁铁，该第二永久磁铁组包括多个轴向磁化永久磁铁，该径向定子部件对应该转子并间隔一径向气隙，该轴向定子部件对应该转子并间隔一轴向气隙，其中，两个周向相邻的周向磁化永久磁铁以及两个轴向相对的轴向磁化永久磁铁形成一口状半包围空间，其中，该口状半包围空间具有一径向开口。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，该径向定子部件对应该转子的径向外圆周部分或径向内圆周部分。

3.根据权利要求1所述的旋转电机，其中该些周向磁化永久磁铁与该些轴向磁化永久磁铁于周向上交错排布，该些轴向磁化永久磁铁于轴向上两两相对，两个周向相邻的周向磁化永久磁铁相对的磁极以相同的一第一极性配置，位于该两个周向相邻的周向磁化永久磁铁之间并相互轴向相对的两个轴向磁化永久磁铁的磁极以相同的该第一极性配置。

4.一种转子，用于一旋转电机并沿一转动轴线旋转，包括：

一转子铁心；

一第一永久磁铁组，相对于该转动轴线沿该旋转电机的周向磁化；以及

一第二永久磁铁组，相对于该转动轴线沿该旋转电机的轴向磁化，其中，该第一永久磁铁组埋设于该转子铁心之中，该第二永久磁铁组沿轴向装设于该转子铁心之上，

其中，该第一永久磁铁组包括多个周向磁化永久磁铁，该第二永久磁铁组包括多个轴向磁化永久磁铁，其中，两个周向相邻的周向磁化永久磁铁以及两个轴向相对的轴向磁化永久磁铁形成一口状半包围空间，其中，该口状半包围空间具有一径向开口。

5.一种转子，用于一旋转电机并沿一转动轴线旋转，包括：

一转子铁心；

一第一永久磁铁组包括多个相对于该转动轴线周向磁化永久磁铁；以及

一第二永久磁铁组，包括多个相对于该转动轴线轴向磁化永久磁铁，其中该些周向磁化永久磁铁与该些轴向磁化永久磁铁于周向上交错排布，该些轴向磁化永久磁铁于轴向上两两相对，两个周向相邻的周向磁化永久磁铁相对的磁极以相同的一第一极性配置，位于该两个周向相邻的周向磁化永久磁铁之间并相互轴向相对的两个轴向磁化永久磁铁的磁极以相同的该第一极性配置，其中，两个周向相邻的周向磁化永久磁铁以及两个轴向相对的轴向磁化永久磁铁形成一口状半包围空间，其中，该口状半包围空间具有一径向开口。

6.根据权利要求4或5所述的转子，其中该转子铁心包括一第一端面以及一第二端面，该些轴向磁化永久磁铁贴设于该第一端面以及该第二端面之的上。

7.根据权利要求4或5所述的转子，其中该些周向磁化永久磁铁与该些轴向磁化永久磁铁于周向上均匀分布。

8.一种旋转电机，包括：

一转子以及一定子组；

一轴向气隙，位于该转子以及该定子组的一轴向定子部件之间；

一径向气隙，位于该转子以及该定子组的一径向定子部件之间；

一第一磁路，通过该转子、该径向气隙以及该径向定子部件；以及

一第二磁路，通过该转子、该径向气隙、该径向定子部件、该轴向气隙以及该轴向定子部件，其中，该转子包括一第一永久磁铁组以及一第二永久磁铁组，该第一永久磁铁组包括多个周向磁化永久磁铁，该第二永久磁铁组包括多个轴向磁化永久磁铁，其中，两个周向相邻的周向磁化永久磁铁以及两个轴向相对的轴向磁化永久磁铁形成一口状半包围空间，其中，该口状半包围空间具有一径向开口。

9.根据权利要求8项所述的旋转电机，其中，该径向定子部件包括一径向式定子铁心，该转子包含一转子铁心，该第一磁路从该周向磁化永久磁铁的N极出发，经过该转子铁心、该径向气隙至该径向式定子铁心，再从该径向式定子铁心通过该径向气隙绕回经过该转子铁心，回到该周向磁化永久磁铁的S极。

10.根据权利要求8项所述的旋转电机，其中，该轴向定子部件包括一轴向定子铁心，该转子包含一转子铁心，该第二磁路从其一的该轴向磁化永久磁铁的N极出发，经过该转子铁心、该径向气隙至该径向式定子铁心，再从该径向式定子铁心通过该径向气隙回到该转子铁心，经过相邻的另一该轴向磁化永久磁铁、该轴向气隙以及该轴向定子铁心，再从该轴向定子铁心经过该轴向气隙回到原该轴向磁化永久磁铁的S极。