本發(fā)明涉及永磁電機(jī)領(lǐng)域，具體而言涉及一種高扭矩密度永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、新型電機(jī)控制理論和稀土永磁材料的快速發(fā)展，永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)得以迅速的推廣應(yīng)用。永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)以永磁體提供勵(lì)磁，使電機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，降低了加工和裝配費(fèi)用，且省去了容易出問(wèn)題的集電環(huán)和電刷，提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性。又因無(wú)需勵(lì)磁電流，沒(méi)有勵(lì)磁損耗，提高了電機(jī)的效率和功率密度。永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、節(jié)電效果明顯、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，在家用電器、電工工具、電動(dòng)汽車(chē)等場(chǎng)合具有廣泛的應(yīng)用。

圖1、圖2所示為現(xiàn)有永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意，以?xún)?nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)為例，定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙厚度沿徑向均勻分布，其產(chǎn)生的閉合磁通產(chǎn)生的吸引力大小受氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度(或磁力線(xiàn)密度)及齒極間的相互作用面積影響較大。隨著家用電器、電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域?qū)﹄姍C(jī)驅(qū)動(dòng)能力和效率提升的迫切需求，現(xiàn)有永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)由于其扭矩密度問(wèn)題的限制，影響電機(jī)的最大負(fù)載能力和扭矩密度，限制了永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)在這些場(chǎng)合的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種高扭矩密度永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)，通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間氣隙優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高扭矩密度。

為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提出一種永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)，包括：

定子組件，其具有定子本體，定子本體限定一內(nèi)部空腔，所述定子本體內(nèi)壁上設(shè)置有定子凸極；所述定子凸極上配置有定子線(xiàn)圈，定子線(xiàn)圈在外部導(dǎo)入電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)；

轉(zhuǎn)子組件，設(shè)置在所述空腔內(nèi)部，并被設(shè)置成圍繞所述定子本體的縱向軸線(xiàn)而旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)子組件包括軸以及周向圍繞所述軸進(jìn)行定位的轉(zhuǎn)子本體；所述轉(zhuǎn)子本體上具有多個(gè)轉(zhuǎn)子凸極，轉(zhuǎn)子凸極上表貼或者內(nèi)嵌有永磁體；

位于定子組件與轉(zhuǎn)子組件之間的氣隙；

其中，位于定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極之間的氣隙至少在一個(gè)轉(zhuǎn)子本體或定子本體的軸截面上，至少部分地呈凹凸交錯(cuò)的齒狀分布。

進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極之間至少在一個(gè)轉(zhuǎn)子本體或定子本體的軸截面上部分交叉。

進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)子凸極的自由端面上設(shè)置有多個(gè)齒槽，與所述定子凸極的自由端面上設(shè)置有多個(gè)齒槽相適配。

進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述定子組件的定子本體為分割式構(gòu)造，具有至少兩個(gè)大致呈扇環(huán)狀的可組合的分體。

根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)，還提出一種永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)，包括：

定子組件，其具有定子本體，所述定子本體外壁上設(shè)置有定子凸極；所述定子凸極上配置有定子線(xiàn)圈，用于在外部導(dǎo)入電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，定子凸極上表貼或者內(nèi)嵌有永磁體；

轉(zhuǎn)子組件，圍繞定子本體，并被設(shè)置成可繞定子本體縱向軸線(xiàn)而旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)子組件具有轉(zhuǎn)子本體，所述轉(zhuǎn)子本體上具有多個(gè)轉(zhuǎn)子凸極；

位于定子組件與轉(zhuǎn)子組件之間的氣隙；

其中，位于定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極之間的氣隙至少在一個(gè)轉(zhuǎn)子本體或定子本體的軸截面上，至少部分地呈凹凸交錯(cuò)的齒狀分布。

進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極之間至少在一個(gè)轉(zhuǎn)子本體或定子本體的軸截面上部分交叉。

進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)子組件的轉(zhuǎn)子本體為分割式構(gòu)造，具有至少兩個(gè)大致呈扇環(huán)狀的可組合的分體。

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明在傳統(tǒng)永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將定子與轉(zhuǎn)子的凸極設(shè)計(jì)為多齒結(jié)構(gòu)，使得定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極之間的氣隙至少在一個(gè)轉(zhuǎn)子或定子的軸截面上，至少部分地呈凹凸交錯(cuò)的齒狀分布，其具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)有效增加了定子與轉(zhuǎn)子凸極間的相互作用面積，磁力線(xiàn)通過(guò)齒頂、齒根和齒面分別閉合；

2)由于磁力線(xiàn)閉合路徑的分散，有效降低了氣隙的磁通密度，在保證磁通不飽和的情況下，允許通入更大的電流，從而產(chǎn)生較大的吸引力，提高永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的扭矩密度。

應(yīng)當(dāng)理解，前述構(gòu)思以及在下面更加詳細(xì)地描述的額外構(gòu)思的所有組合只要在這樣的構(gòu)思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開(kāi)的發(fā)明主題的一部分。另外，所要求保護(hù)的主題的所有組合都被視為本公開(kāi)的發(fā)明主題的一部分。

結(jié)合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本發(fā)明教導(dǎo)的前述和其他方面、實(shí)施例和特征。本發(fā)明的其他附加方面例如示例性實(shí)施方式的特征和/或有益效果將在下面的描述中顯見(jiàn)，或通過(guò)根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的具體實(shí)施方式的實(shí)踐中得知。

附圖說(shuō)明

附圖不意在按比例繪制。在附圖中，在各個(gè)圖中示出的每個(gè)相同或近似相同的組成部分可以用相同的標(biāo)號(hào)表示。為了清晰起見(jiàn)，在每個(gè)圖中，并非每個(gè)組成部分均被標(biāo)記。現(xiàn)在，將通過(guò)例子并參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的各個(gè)方面的實(shí)施例，其中：

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的軸截面的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子組件的結(jié)構(gòu)示意圖(表貼式永磁體結(jié)構(gòu))。

圖5是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的某一轉(zhuǎn)子或定子的軸截面的截面結(jié)構(gòu)示意圖(表貼式永磁體結(jié)構(gòu))。

圖6是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子組件的結(jié)構(gòu)示意圖(內(nèi)嵌式永磁體結(jié)構(gòu))。

圖7是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的某一轉(zhuǎn)子或定子的軸截面的截面結(jié)構(gòu)示意圖(內(nèi)嵌式永磁體結(jié)構(gòu))。

具體實(shí)施方式

為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說(shuō)明如下。

在本公開(kāi)中參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的各方面，附圖中示出了許多說(shuō)明的實(shí)施例。本公開(kāi)的實(shí)施例不必定意在包括本發(fā)明的所有方面。應(yīng)當(dāng)理解，上面介紹的多種構(gòu)思和實(shí)施例，以及下面更加詳細(xì)地描述的那些構(gòu)思和實(shí)施方式可以以很多方式中任意一種來(lái)實(shí)施，這是因?yàn)楸景l(fā)明所公開(kāi)的構(gòu)思和實(shí)施例并不限于任何實(shí)施方式。另外，本發(fā)明公開(kāi)的一些方面可以單獨(dú)使用，或者與本發(fā)明公開(kāi)的其他方面的任何適當(dāng)組合來(lái)使用。

結(jié)合圖3、4所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)100，包括定子組件110、轉(zhuǎn)子組件120以及位于定子組件與轉(zhuǎn)子組件之間的氣隙。

定子組件110，其包圍了轉(zhuǎn)子組件120，并進(jìn)一步包圍了電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸。如圖3所示，轉(zhuǎn)子組件120設(shè)置在由周?chē)亩ㄗ咏M件110所限定的空腔內(nèi)部。轉(zhuǎn)子組件120可圍繞其縱向軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，從而在旋轉(zhuǎn)軸上提供旋轉(zhuǎn)能量輸出。

本發(fā)明實(shí)施例的永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)100，可用于各種應(yīng)用，包括但不局限于車(chē)輛的牽引驅(qū)動(dòng)用電機(jī)，車(chē)輛包括電動(dòng)汽車(chē)、混動(dòng)汽車(chē)、越野車(chē)等。

如圖3、圖5，定子組件110具有定子本體111。

定子本體111內(nèi)壁上設(shè)置有定子凸極112。

定子凸極112上配置有定子線(xiàn)圈113，定子線(xiàn)圈113用于在外部導(dǎo)入電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)并沿著縱向軸線(xiàn)隨限定空腔的內(nèi)表面延伸。

定子凸極112在周向上規(guī)則地分布。

轉(zhuǎn)子組件120，如圖3、圖5，設(shè)置在定子組件110所限定空腔內(nèi)部，并被設(shè)置成圍繞所述縱向軸線(xiàn)而旋轉(zhuǎn)。該轉(zhuǎn)子組件120包括軸以及周向圍繞所述軸進(jìn)行定位的轉(zhuǎn)子本體121。如圖3、圖5所示的例子中并未表示出軸的具體構(gòu)造，應(yīng)當(dāng)理解，圖3和圖5中的轉(zhuǎn)子本體121中心縱向方向的圓孔為軸(即電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸)的安裝位置。

轉(zhuǎn)子本體121上具有多個(gè)轉(zhuǎn)子凸極122，如圖5所示。這些轉(zhuǎn)子凸極122在周向上規(guī)則地分布。

結(jié)合圖3、圖6、圖7所示，轉(zhuǎn)子凸極122上表貼或者內(nèi)嵌有永磁體122e。其中，在圖3所示的例子中，轉(zhuǎn)子凸極122上表貼永磁體122e。在圖6、圖7所示的例子中，轉(zhuǎn)子凸極122上內(nèi)嵌永磁體122e。

結(jié)合圖3、4以及5所示，位于定子凸極112和轉(zhuǎn)子凸極122之間的氣隙至少在一個(gè)轉(zhuǎn)子本體或定子本體的軸截面上，至少部分地呈凹凸交錯(cuò)的齒狀分布。

結(jié)合圖3、圖5，本實(shí)施例的永磁電機(jī)內(nèi)部氣隙設(shè)計(jì)上，通過(guò)定子凸極112和轉(zhuǎn)子凸極122之間的交叉設(shè)置，使得氣隙在平行于軸(即電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸)方向的一橫截面上具有延伸，而不是現(xiàn)有技術(shù)中的環(huán)形平滑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)(如圖2)，從而有效增加了定子凸極與轉(zhuǎn)子凸極間的相互作用面積，磁力線(xiàn)通過(guò)齒頂、齒根和齒面分別閉合；由于磁力線(xiàn)閉合路徑的分散，有效降低了氣隙的磁通密度，在保證磁通不飽和的情況下，允許通入更大的電流，從而產(chǎn)生較大的吸引力，提高永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的扭矩密度。

通過(guò)前述實(shí)施例的定子組件、轉(zhuǎn)子組件與氣隙的設(shè)計(jì)，增大氣隙的長(zhǎng)度，提高了定子組件和轉(zhuǎn)子組件之間的耦合面積，有利于增加推力，提高電機(jī)的推力密度。

結(jié)合圖3、圖5所示，定子凸極112和轉(zhuǎn)子凸極122之間至少在一個(gè)轉(zhuǎn)子本體或定子本體的軸截面上部分交叉。

轉(zhuǎn)子凸極112的自由端面上設(shè)置有多個(gè)齒112a，在齒與齒之間形成槽，并且在定子凸極122的自由端面上設(shè)置有與所述齒、槽相適配的齒槽結(jié)構(gòu)，如圖3所示，定子凸極122上設(shè)置了齒122a，并且在齒122a之間形成槽，如此以使所述定子凸極112和轉(zhuǎn)子凸極122之間至少在一個(gè)轉(zhuǎn)子本體或定子本體的軸截面上至少部分地交叉，從而有效增加了定子凸極與轉(zhuǎn)子凸極間的相互作用面積，有利于提高電機(jī)的扭矩密度，提升負(fù)載能力。

優(yōu)選地，定子凸極112上設(shè)置的齒和/槽在定子凸極的自由端面上規(guī)則地分布。

轉(zhuǎn)子凸極122上設(shè)置的齒和/槽在轉(zhuǎn)子凸極的自由端面上規(guī)則地分布。

結(jié)合圖3、圖5所示，為了方便地完成整個(gè)永磁電機(jī)的構(gòu)造，在優(yōu)選的例子中，定子組件110的定子本體111為分割式構(gòu)造，具有至少兩個(gè)大致呈扇環(huán)狀的可組合的分體。

定子組件110至少是兩個(gè)以上分體的組件構(gòu)成的分割式定子組件。

如此，在組裝前述實(shí)施例的永磁電機(jī)時(shí)，可將帶齒122a的轉(zhuǎn)子組件120(安裝旋轉(zhuǎn)軸)先組裝到一部分轉(zhuǎn)子本體的分體中，使得轉(zhuǎn)子組件120的轉(zhuǎn)子凸極122與定子凸極112之間相互交叉地裝配好，然后再將剩下的轉(zhuǎn)子本體的分體組裝到定子組件110上并與定子凸極112相互交叉地裝配好，最后再將轉(zhuǎn)子本體的各個(gè)分體固定安裝好，完成整個(gè)定子組件與轉(zhuǎn)子組件的組裝。

如圖3、4、5、6所示的電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的示例，在以上公開(kāi)內(nèi)容中加以說(shuō)明。根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)，還提出一種外轉(zhuǎn)子永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)。由于外轉(zhuǎn)子永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)與內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，其轉(zhuǎn)子組件包圍在定子組件的外部，定子組件的定子繞組在外部導(dǎo)入電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子組件圍繞定子組件旋轉(zhuǎn)。

應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)前述內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)永磁電機(jī)的構(gòu)造和原理應(yīng)當(dāng)可以結(jié)合下述結(jié)構(gòu)說(shuō)明得知采用本發(fā)明實(shí)質(zhì)性構(gòu)思的外轉(zhuǎn)子永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的意想不到的效果與優(yōu)點(diǎn)，故在本實(shí)施例中不再結(jié)合附圖描述外轉(zhuǎn)子永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的具體構(gòu)造與實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，外轉(zhuǎn)子的永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)同樣包括定子組件、轉(zhuǎn)子組件以及位于定子組件與轉(zhuǎn)子組件之間的氣隙。

定子組件具有定子本體，所述定子本體外壁上設(shè)置有定子凸極；所述定子凸極上配置有定子線(xiàn)圈，用于在外部導(dǎo)入電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)。

其中，定子凸極上表貼或者內(nèi)嵌有永磁體。

轉(zhuǎn)子組件，圍繞定子本體，并被設(shè)置成可繞其縱向軸線(xiàn)而旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)子組件具有轉(zhuǎn)子本體，所述轉(zhuǎn)子本體上具有多個(gè)轉(zhuǎn)子凸極。

位于定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極之間的氣隙至少在一個(gè)轉(zhuǎn)子或定子的軸截面上，至少部分地呈凹凸交錯(cuò)的齒狀分布。

本例中，定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極之間至少在一個(gè)轉(zhuǎn)子本體或定子本體的軸截面上部分交叉。

本例中，所述轉(zhuǎn)子組件的轉(zhuǎn)子本體為分割式構(gòu)造，具有至少兩個(gè)大致呈扇環(huán)狀的可組合的分體。

同樣地，在外轉(zhuǎn)子永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的示例中，將定子與轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)為多齒結(jié)構(gòu)，使得定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極之間的氣隙至少在一個(gè)轉(zhuǎn)子本體或定子本體的軸截面上，至少部分地呈凹凸交錯(cuò)的齒狀分布，以有效增加定子凸極與轉(zhuǎn)子凸極間的相互作用面積，磁力線(xiàn)通過(guò)齒頂、齒根和齒面分別閉合；由于磁力線(xiàn)閉合路徑的分散，有效降低氣隙的磁飽和程度，在保證磁通不飽和的情況下，允許通入更大的電流，從而產(chǎn)生較大的吸引力，提高永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的扭矩密度。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書(shū)所界定者為準(zhǔn)。