一种径向-轴向复合磁通的外转子永磁同步电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体来说，是一种外转子永磁同步电机。

背景技术

按气隙磁场的方向电机的结构分为径向磁通、轴向磁通和横向磁场的电机。径向磁通的电机具有制造设备和工艺成熟的优点，可以进行大批量生产，已有较大范围的应用；轴向磁通的电机具有高功率/转矩密度、高效率、低转矩波动、运行平稳等一系列优势，在直驱发电系统、飞轮蓄能、高精度伺服系统、全电推进装置系统等得到了快速的推广应用；横向磁场的电机结构工艺复杂、应用较少，但也有一些特殊的应用如爪极电机。

根据转子的位置电机的结构分为内转子电机和外转子电机，内转子电机应用量大、系列全，外转子电机应用量小，适合应用于风机、轮毂等场所。

但是现有技术中存在如下问题：电机绕组的端部位于气隙磁场外，不能产生电动势，不参与机电能量转换，只起电气连接的作用，但它的存在导致电机铜耗增大、效率下降以及用材增多、电机体积增大等负面问题，因此电机设计中通过绕组的优化设计减小绕组的端部，但就目前的设计和工艺来讲效果有限。虽然现有技术文献中提出的径向-轴向复合磁通电机综合了径向磁通电机和轴向磁通电机的优势，一定程度上提高了电机的转矩/功率密度，但没有从电机结构上减小绕组的端部，甚至使绕组端部增大。

发明内容

本发明的目的是提供一种径向-轴向复合磁通的外转子永磁同步电机，能够减小电机绕组的端部尺寸，降低损耗、提高效率、减少铜材的用量，进一步提升电机的转矩/功率密度，有利于性能优良的软磁复合材料在外转子电机中的应用。

本发明的目的是这样实现的：一种径向-轴向复合磁通的外转子永磁同步电机，包括外壳、永磁体组、定子铁芯、电机绕组、电机轴以及两端盖，其中，所述外壳、端盖、永磁体组为转子部分，所述外壳和端盖组成磁轭，所述定子铁芯、电机绕组、电机轴为定子部分，所述永磁体组包括：

两组充磁方向相反的轴向永磁体，分别贴装在两端盖的内表面，以形成平行于电机轴轴向的轴向磁通；

若干充磁方向相反的径向永磁体，贴装在外壳的内周壁并均匀环绕定子铁芯的中心轴线均布，且任意相邻两个径向永磁体的极性相反；

其中，每组轴向永磁体的数量为若干个，且环绕电机轴的轴线均布，在每组轴向永磁体中任意相邻两个轴向永磁体的极性相反，所述径向永磁体与每组轴向永磁体在数量上相等，且在位置上一一正对，每个轴向永磁体与其对应的径向永磁体同极相对。

本发明的有益效果在于：

由于充分利用电机内的空间设置了独立于径向永磁体的轴向永磁体，可以产生轴向磁通，使得电机绕组能够产生更大的感应电动势和电磁转矩，提升了电机的转矩/功率密度；同时，电机绕组端部(径向段绕组)位于绕线凹槽径向段的内侧，可以设置得较短，能够减小电机绕组的端部尺寸，降低损耗、提高效率、减少铜材的用量。

附图说明

图1是本发明的内部结构示意图。

图2是图1中的A-A剖视图。

图3是定子铁芯的立体结构示意图。

图中，1电机轴，1a绕组引线孔，2绕组引线，3轴向段绕组，4径向段绕组，5定子铁芯，5a绕线凹槽，6外壳，7径向永磁体，8轴向永磁体，9端盖。

具体实施方式

下面结合附图1-3和具体实施例对本发明进一步说明。

如图1-3所示，一种径向-轴向复合磁通的外转子永磁同步电机，包括外壳6、永磁体组、定子铁芯5、电机绕组、电机轴1以及两端盖9，其中，外壳6、端盖9、永磁体组为转子部分，外壳6和端盖9均由铸钢制成，并组成磁轭，采用轴向均布的螺钉连接，定子铁芯5、电机绕组、电机轴1为定子部分，定子铁芯5采用软磁复合材料制成，永磁体组包括：

两组充磁方向相反的轴向永磁体8，分别贴装在两端盖9的内表面，以形成平行于电机轴1轴向的轴向磁通；

若干充磁方向相反的径向永磁体7，贴装在外壳6的内周壁并均匀环绕定子铁芯5的中心轴线均布，且任意相邻两个径向永磁体7的极性相反。

其中，每组轴向永磁体8的数量为若干个，且环绕电机轴1的轴线均布，在每组轴向永磁体8中任意相邻两个轴向永磁体8的极性相反，径向永磁体7与每组轴向永磁体8在数量上相等，且在位置上一一正对，每个轴向永磁体8与其对应的径向永磁体7同极相对。

每个轴向永磁体8均为片状结构，其NS极沿其厚度方向排布；径向永磁体7为圆弧板结构并与外壳6的内周壁相匹配，轴向永磁体8的外侧边为圆弧边并与径向永磁体7的内弧面共轴；轴向永磁体8的外侧边与径向永磁体7的内弧面之间留有间隙。

上述定子铁芯5整体设为圆套结构并同轴套装在电机轴1上，并设有若干环绕电机轴1的轴线均布的绕线凹槽5a，每个绕线凹槽5a均具有处于定子铁芯5外周侧的外周侧部分和分处定子铁芯5两轴端的两个轴端部分，且绕线凹槽5a的外周侧部分和轴端部分相互连通，电机绕组绕制于上述绕线凹槽5a中；绕线凹槽5a的外周侧部分和轴端部分相互垂直，电机绕组的有效边分为两个径向段绕组4和一个轴向段绕组3，轴向段绕组3置于绕线凹槽5a的外周侧部分内并在电机运行阶段切割径向永磁体7产生的磁感线，两个径向段绕组4分别置于绕线凹槽5a的两个轴端部分内并在电机运行阶段分别切割两组轴向永磁体8产生的磁感线，两个径向段绕组4和一个轴向段绕组3切割磁场产生的电动势方向相同；径向段绕组4处于绕线凹槽5a的轴端部分的内侧。

由于充分利用电机内的空间设置了独立于径向永磁体7的轴向永磁体8，可以产生轴向磁通，使得两个径向段绕组4能够有效地切割磁感线，产生感应电动势，从而充分地利用电机绕组的轴端部分进行发电；由上述内容可知，电机气隙磁场包括一段径向段和两段轴向段，电机绕组的有效边贯穿电机气隙磁场的径向段和轴向段，其中径向段绕组4处于绕线凹槽5a的轴端部分的内侧，因此径向段绕组4可以设置得铰短，使得材料用量少、电机运行损耗小。

为了便于接通电机之外的电源，如图1所示，电机绕组连接有绕组引线2，在电机轴1上穿设有绕组引线孔1a，绕组引线2穿过绕组引线孔1a并与处于外壳6之内的电机绕组端部相接；绕组引线孔1a包括相互连通的轴向段与径向段，绕组引线孔1a的轴向段与电机轴1同轴，绕组引线孔1a的径向段与轴向段相互垂直，并沿电机轴1的径向延伸到电机轴1的外周侧。

以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护范围之内。