本實(shí)用新型涉及電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種高效高轉(zhuǎn)矩密度永磁力矩電機(jī)。

背景技術(shù)：

永磁力矩電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子,定子包括定子鐵心和電樞繞組，定子鐵心包括定子軛部和定子齒部，定子齒部由數(shù)個(gè)定子齒構(gòu)成，電樞繞組繞行在各定子齒上，各相鄰定子齒之間為槽。目前，定子軛部和定子齒部為一體結(jié)構(gòu)，在定子的裝配工藝中，一般是將各電樞繞組裝配在相應(yīng)的定子齒上。為了防止繞組漏出槽外，目前一般采用密封材料將各槽口密封，從而起到槽楔的功能。但是，由于一般槽楔為不導(dǎo)磁材料，使得電機(jī)存在齒槽轉(zhuǎn)矩，將影響電機(jī)的性能。另外，密封槽口的工藝成本高、效率低，尤其是當(dāng)槽數(shù)增加時(shí)，工藝繁瑣，增加了定子的制作成本，降低了制作效率，不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)。

另外，永磁力矩電機(jī)的損耗是需要科技工作者考慮的問題之一。永磁力矩電機(jī)的損耗主要來源于繞組的電阻損耗和定子鐵心材料的磁滯和渦流損耗。目前，永磁電機(jī)定子鐵心主要采用傳統(tǒng)硅鋼片，這種材料的鐵心損耗較大，尤其在高頻電機(jī)中，鐵心損耗尤為嚴(yán)重，制約了電機(jī)在高頻高速場(chǎng)合的應(yīng)用。

應(yīng)用于機(jī)器人、工業(yè)驅(qū)動(dòng)、計(jì)算機(jī)外圍、輪轂驅(qū)動(dòng)等場(chǎng)合的電機(jī)要求轉(zhuǎn)矩密度大，因此在設(shè)計(jì)中通常取多極數(shù)磁極以降低每極磁通，進(jìn)而可以減少相應(yīng)定子軛部尺寸，從而使同樣功率的電機(jī)可以減小體積，提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度(極數(shù)為10-30之間)。但是同時(shí)，相同轉(zhuǎn)速下(如3000rpm)，極數(shù)增加使得頻率增大，單位體積的鐵心損耗(與供電頻率的1.3次方成正比)隨之增大。若取10對(duì)極，供電頻率將達(dá)到500Hz，如果采用相同材料和磁通密度的話，該電機(jī)定子鐵心單位體積的損耗將為普通工頻電機(jī)的20倍，如果不采取降低鐵心損耗或冷卻措施，電機(jī)將無法使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述永磁力矩電機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀，本實(shí)用新型提供了一種永磁力矩電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有利于提高定子的裝配工藝，成本低，效率高。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種永磁力矩電機(jī)的定子，包括定子鐵心和電樞繞組，定子鐵心包括定子軛部和定子齒部，定子齒部由數(shù)個(gè)定子齒構(gòu)成，電樞繞組繞行在各定子齒上，各相鄰定子齒之間為槽；其特征是：

所述定子軛部與定子齒部可分離；

所述的各槽口由密封材料密封，使所述各定子齒與槽口的密封材料形成環(huán)形結(jié)構(gòu)；

所述定子軛部與定子齒部可通過卡槽插合式連接在一起，即，在各定子齒的端部以及定子軛部的相對(duì)應(yīng)位置制有成對(duì)相匹配的凸形卡條與凹形卡槽，沿所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的軸向，各成對(duì)相匹配的凸形卡條與凹形卡槽可插合在一起；

或者，所述定子軛部與定子齒部可通過扣合式連接在一起，即，在定位片所述各定子齒的端部以及定子軛部的相對(duì)應(yīng)位置制有成對(duì)相匹配的凸起與凹陷，沿所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的軸向，各成對(duì)相匹配的凸起與凹陷可卡合在一起。

這種結(jié)構(gòu)的定子中，通過密封材料將各定子齒間的槽口密封，使定子齒部呈環(huán)形整體結(jié)構(gòu)，定子軛部呈另一整體結(jié)構(gòu)，二者彼此可分離，因此在定子裝配工藝中，將各電樞繞組裝配在相應(yīng)的定子齒上后可通過卡槽插合或者扣合直接將二者連接在一起，工藝簡(jiǎn)單，成本低、效率高，省卻了單獨(dú)密封槽口的繁瑣工藝，便于模塊化生產(chǎn)；另一方面，由于為閉口槽，也可以減少電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高永磁力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。

考慮到永磁力矩電機(jī)的損耗，作為優(yōu)選，本實(shí)用新型中所述定子鐵心采用納米晶合金材料或高牌號(hào)硅鋼材料，這種材料的鐵心損耗較小，可以實(shí)現(xiàn)高頻運(yùn)行條件下的低損耗、高轉(zhuǎn)矩密度運(yùn)行，并且電機(jī)的效率有所提高。進(jìn)一步優(yōu)選，所述定子鐵心由沖片疊壓而成。

作為優(yōu)選，所述的密封材料采用納米晶合金材料。

利用本實(shí)用新型的定子構(gòu)成的永磁力矩電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，在所述定子和轉(zhuǎn)子之間為工作氣隙。目前，永磁力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)子大多采用傳統(tǒng)的永磁體結(jié)構(gòu)，相比感應(yīng)力矩電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度有所提高，但應(yīng)用于要求更高的航空航天、機(jī)器人等場(chǎng)合轉(zhuǎn)矩密度仍顯不足，因此有文獻(xiàn)介紹采用halbach永磁體陣列結(jié)構(gòu)提高電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度，提高電機(jī)效率。但是，傳統(tǒng)halbach永磁陣列結(jié)構(gòu)制加工上存在永磁體充磁復(fù)雜的問題，安裝不方便等問題。

為此，本實(shí)用新型進(jìn)一步改進(jìn)了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，將轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)為由轉(zhuǎn)子鐵心支撐的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵心面向定子的表面設(shè)置轉(zhuǎn)子永磁體，即，轉(zhuǎn)子永磁體設(shè)置在轉(zhuǎn)子鐵心的工作氣隙側(cè)；并且，轉(zhuǎn)子永磁體包括切向充磁永磁體和徑向充磁永磁體,該兩種永磁體相互交替設(shè)置在轉(zhuǎn)子鐵心的工作氣隙側(cè)。所述徑向充磁永磁體是指其磁場(chǎng)方向指向工作氣隙或者背離工作氣隙。當(dāng)所述徑向充磁永磁體的磁場(chǎng)方向指向工作氣隙時(shí)，其兩側(cè)切向充磁永磁體的磁場(chǎng)方向指向該徑向充磁永磁體；當(dāng)所述徑向充磁永磁體的磁場(chǎng)方向背向工作氣隙時(shí)，其兩側(cè)切向充磁永磁體的磁場(chǎng)方向背離該徑向充磁永磁體。

即，本實(shí)用新型一方面采用永磁體結(jié)構(gòu)，相比感應(yīng)力矩電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度有所提高，另一方面設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子永磁體為切向充磁永磁體和徑向充磁永磁體，進(jìn)一步提高了電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度，并且相比永磁體的Halbach陣列結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了充磁方向，降低了充磁復(fù)雜度。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述切向充磁永磁體和徑向充磁永磁體是經(jīng)削弧處理的永磁體，即具有削弧結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述切向充磁永磁體和徑向充磁永磁體的寬度比為0.25-1。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述轉(zhuǎn)子鐵心為空心結(jié)構(gòu)。

為了進(jìn)一步提高提高電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度，實(shí)現(xiàn)集中繞組形式的極槽配合，作為優(yōu)選，本實(shí)用新型中所述定子槽數(shù)和轉(zhuǎn)子極數(shù)的組合為：極對(duì)數(shù)為p，槽數(shù)為Q，且單元電機(jī)的極對(duì)數(shù)p₁＝p/GCD(p，Q)，單元電機(jī)的槽數(shù)Q₁＝Q/GCD(p，Q)＝2p₁±1,且Q＝3n，Q₁＝3n₁，其中p₁、n、n₁為正整數(shù)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1中的高效高轉(zhuǎn)矩密度永磁力矩電機(jī)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1中的高效高轉(zhuǎn)矩密度永磁力矩電機(jī)的定子齒部的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例1中的高效高轉(zhuǎn)矩密度永磁力矩電機(jī)的定子軛部的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖1中的轉(zhuǎn)子永磁體的磁場(chǎng)方向圖；

圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例1中的高效高轉(zhuǎn)矩密度永磁力矩電機(jī)與傳統(tǒng)面貼結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)氣隙徑向磁密比較；

圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例1中的高效高轉(zhuǎn)矩密度永磁力矩電機(jī)與傳統(tǒng)面貼結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩-電流特性比較；

圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例2中的高效高轉(zhuǎn)矩密度永磁力矩電機(jī)的定子齒部剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例2中的高效高轉(zhuǎn)矩密度永磁力矩電機(jī)的定子軛部剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖1-8中的附圖標(biāo)記為：1、定子；2、轉(zhuǎn)子；3、氣隙；11、定子軛部；12、定子齒部；13定子槽；14、電樞繞組；21、切向充磁永磁體；22、徑向充磁永磁體；23、轉(zhuǎn)子鐵心；41、密封材料；51、凸起；52、凹陷；53、凹形卡槽；54、凸形卡條。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明，此處所描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例中，永磁力矩電機(jī)如圖1所示，包括定子1和轉(zhuǎn)子2，在所述定子1和轉(zhuǎn)子2之間為工作氣隙3。

定子1包括定子鐵心和電樞繞組14，定子鐵心包括定子軛部11和定子齒部12，定子齒部12由數(shù)個(gè)定子齒構(gòu)成，電樞繞組14繞行在各定子齒上，各相鄰定子齒之間為定子槽13。

如圖2所示，通過密封材料41將各定子齒間的槽口密封，使定子齒部呈環(huán)形整體結(jié)構(gòu)。如圖3所示，定子軛部11呈另一整體結(jié)構(gòu)。定子軛部11與定子齒部12二者彼此可分離。

如圖2，3所示，在各定子齒的端部以及定子軛部的相對(duì)應(yīng)位置制有成對(duì)相匹配的凸起51與凹陷52，沿所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的軸向，各成對(duì)相匹配的凸起與凹陷彼此能夠卡合在一起。

本實(shí)施例中，定子鐵心采用納米晶合金材料或高牌號(hào)硅鋼材料，這種材料的鐵心損耗較小，可以實(shí)現(xiàn)高頻運(yùn)行條件下的低損耗、高轉(zhuǎn)矩密度，也可以提高電機(jī)效率。并且，定子鐵心由沖片疊壓而成。

本實(shí)施例中，密封材料41采用納米晶合金材料。

本實(shí)施例中，如圖1，4所示，轉(zhuǎn)子2由轉(zhuǎn)子鐵心23與轉(zhuǎn)子永磁體組成，轉(zhuǎn)子鐵心23為支撐體，呈為空心結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子鐵心23面向定子1的表面，即工作氣隙側(cè)，設(shè)置轉(zhuǎn)子永磁體。并且，轉(zhuǎn)子永磁體包括切向充磁永磁體21和徑向充磁永磁體22,該兩種永磁體相互交替設(shè)置在轉(zhuǎn)子鐵心23的工作氣隙側(cè)。如圖4所示，徑向充磁永磁體22是指其磁場(chǎng)方向指向工作氣隙或者背離工作氣隙。當(dāng)所述徑向充磁永磁體22的磁場(chǎng)方向指向工作氣隙時(shí)，其兩側(cè)切向充磁永磁體21的磁場(chǎng)方向指向該徑向充磁永磁體；當(dāng)所述徑向充磁永磁體22的磁場(chǎng)方向背向工作氣隙時(shí)，其兩側(cè)切向充磁永磁體21的磁場(chǎng)方向背離該徑向充磁永磁體。

如圖4所示，切向充磁永磁體21和徑向充磁永磁體22為削弧處理的永磁體。并且，切向充磁永磁體21和徑向充磁永磁體22的寬度比為0.25-1。

對(duì)比實(shí)施例1：

本實(shí)施例中，永磁力矩電機(jī)的結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施例1中的永磁力矩電機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同，所不同的是轉(zhuǎn)子永磁體為傳統(tǒng)面貼結(jié)構(gòu)。

經(jīng)測(cè)試，實(shí)施例1中與對(duì)比實(shí)施例1中的永磁力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-電流特性比較圖如圖5所示，顯示與對(duì)比實(shí)施例1中的具有傳統(tǒng)面貼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子永磁體的電機(jī)相比，實(shí)施例1中的具有切向充磁永磁體21和徑向充磁永磁體22的永磁力矩電機(jī)具有較高的徑向氣隙磁密度。

經(jīng)測(cè)試，實(shí)施例1中與對(duì)比實(shí)施例1中的永磁力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-電流特性比較圖如圖6所示，顯示與對(duì)比實(shí)施例1中的具有傳統(tǒng)面貼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子永磁體的電機(jī)相比，實(shí)施例1中的具有切向充磁永磁體21和徑向充磁永磁體22的永磁力矩電機(jī)具有較高的電機(jī)轉(zhuǎn)矩。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例中，永磁力矩電機(jī)的結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施例1中的永磁力矩電機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同，所不同的是如圖7，8所示，在各定子齒的端部以及定子軛部的相對(duì)應(yīng)位置制有成對(duì)相匹配的凸形卡條54與凹形卡槽53，沿所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的軸向，各成對(duì)相匹配的凸形卡條與凹形卡槽可插合在一起。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。