同步电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其提供一种同步电机。

背景技术

同步电机分为永磁同步电机、磁阻同步电机以及磁滞同步电机，并且，同步电机因为其具有高功率、高效率、高转矩密度等优点已被广泛地应用于航空航天、工业自动化以及电动汽车等领域。

然后，同步电机在工作电流受限的情况下，电机的磁强强度以及电机的转矩无法进一步提升。

发明内容

本发明的目的提供一种同步电机，旨在解决现有的同步电机在工作电流受限的情况下，其性能无法提升的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种同步电机包括定子部以及与所述定子部相适配的转子部，所述定子部与所述转子部之间形成气隙空间，所述气隙空间内填充有流体导磁体。

在一个实施例中，所述定子部包括定子主体，所述转子部包括转子主体以及若干个永磁结构件，所述转子主体的外侧壁上开设有与所述永磁结构件的外形轮廓相适配的若干个安装槽，各所述永磁结构件安装于对应的所述安装槽内，所述定子主体与所述转子主体和所述永磁结构件之间形成所述气隙空间。

在一个实施例中，所述永磁结构件包括一端相向设置的两个磁臂，各所述磁臂之间夹角沿所述安装槽的槽口方向逐渐减小。

在一个实施例中，所述永磁结构件还包括用于连接两个所述磁臂的磁座。

在一个实施例中，所述永磁结构件包括一端相背离设置的两个磁臂，各所述磁臂之间夹角沿所述安装槽的槽口方向逐渐增大。

在一个实施例中，所述气隙空间内设有多个间隔设置的阻磁件，各所述阻磁件将所述气隙空间分隔形成若干个独立的气隙子空间，所述流体导磁体填充于所述气隙子空间内。

在一个实施例中，所述气隙空间内设有多个间隔设置的阻磁件，并且，各所述阻磁件设置于所述磁臂的端部；在同一所述永磁结构件的两个所述磁臂的端部处，两个所述阻磁件、所述定子主体和所述动子主体围合形成第一气隙子空间；在相邻两个所述永磁结构件的相邻两个所述磁臂的端部处，两个所述阻磁件、所述定子主体和所述动子主体围合形成第二气隙子空间，所述流体导磁体填充于所述第二气隙子空间内。

在一个实施例中，所述定子部包括定子主体，所述转子部包括转子主体，所述转子主体的外侧设有多个凸起结构，所述定子主体与所述转子主体和各所述凸起结构之间形成所述气隙空间。

在一个实施例中，所述转子主体为非导磁转子主体。

在一个实施例中，所述气隙空间为相邻两个所述凸起结构之间所形成凹腔，所述流体导磁体填充于所述凹腔内。

在一个实施例中，所述定子部还包括缠绕于所述定子主体上的多个绕组。

本发明的有益效果：本发明提供的同步电机，定子部与动子部之间形成气隙空间，并且，在气隙空间内填充流体导磁体。即利用流体导磁体将气隙空间进行填充，从而减小定子部与转子部的漏磁问题，增大其转矩密度。这样，在一定的工作电流的情况下，同步电机的转矩输出得到明显提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的同步电机的剖面图；

图2为本发明一实施例提供的同步电机的剖面图；

图3为本发明一实施例提供的同步电机的剖面图；

图4为本发明一实施例提供的同步电机的剖面图。

其中，图中各附图标记：

定子部10、转子部20、气隙空间30、流体导磁体40、定子主体11、转子主体21、永磁结构件22、安装槽21a、第一永磁体221、第二永磁体222、阻磁件50、气隙子空间31、凸起结构23、绕组12。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

通常，同步电机中存在磁阻，磁阻是指含有永磁体的磁路中的一个参量，源于磁路存在漏磁。其中，永磁体来产生一个工作磁场时，需要有永磁体、高导磁软磁体和适当大小的气隙三个部分，总称为磁路。永磁体提供磁通，经过软磁体连接后在气隙处产生磁场。磁路中的总磁通量是守恒的，但在气隙处的磁通密度相对降低，原因是部分磁通在在非气隙处流失，称之为漏磁，导致磁路中出现磁阻。同时，同步电机的转矩密度受到的定子与转子之间的气隙限制，导致同步电机在一定工作电流的情况下，同步电机的磁场强度以及转矩密度无法进一步提升。并且，受到加工技术的影响，定子与转子之间的气隙无法无限减小。综上，为解决上述同步电机在一定输入电流的情况下，其磁场强度以及转矩密度无法进一步提升的问题，本申请提供如下技术方案，具体请参见以下实施例：

请参考图1，本申请的同步电机包括定子部10以及与定子部10相适配的转子部20。转子部20在磁场作用下能够相对定子部10绕其轴。并且，定子部10与转子部20之间形成气隙空间30，该气隙空间30用于实现转子部20相对定子部10绕轴线转动，并且，在气隙空间30内填充有流体导磁体40。这里，流体导磁体40是呈流质状态的导磁物质，能够在气隙空间30内流动。例如，流体导磁体40为呈液态的磁流变液，该磁流变液充满在气隙空间30内，并将气隙空间30填充，从而提高转子部20与定子部10之间磁通流通。或者，流体导磁体40是多个呈球状的导磁体珠，该导磁体珠的直径足够小，能够满足在气隙空间30内流动且将气隙空间30进行填充。同理地，填充在气隙空间30内的导磁体珠也能够满足转子部20在相对定子部10绕轴转动的同时，提高二者之间的磁通流通，避免磁场强度在气隙空间30处衰减。

本申请的同步电机，在定子部10和转子部20之间的气隙空间30内填充流体导磁体40。该流体导磁体40用于填充气隙空间30，从而提高气隙空间30处的磁通流通，这样，在对同步电机施加一定工作电流的情况下，或者，工作电流受限的情况下，能够减小磁场强度受气隙空间30的影响，实现同步电机的转矩密度进一步地提升。

请参考图1和图2，在一个实施例中，定子部10包括定子主体11，定子主体11在通电状态下形成磁场，例如，给定子主体11通三相交流电。转子部20包括转子主体21以及若干个永磁结构件22，该转子主体21为载体，各永磁结构件22形成磁场与通电后的定子主体11所形成磁场相互作用，从而使得转子主体21相对定子主体11绕轴转动。转子主体21上开设有与永磁结构件22的外形轮廓相适配的若干个安装槽，这里，各安装槽的设置位置进行说明，例如，在转子主体21的侧壁上开设若干各安装槽21a，各安装槽21a以转子主体21的中轴线为转动中心，而进行间隔地设置，具体地，在转子主体21上开设十个安装槽21a，对应的在十个安装槽21a处均设置一永磁结构件22，当然，也可根据实际需求进行调整永磁结构件22和安装槽21a的数量。或者，在转子主体21内开设若干个安装槽21a，那么，各永磁结构件22在安装时，由转子主体21的端部进入对应的安装槽21a内。各永磁结构件22安装于对应的安装槽21a内，安装槽21a的槽结构与永磁结构件22的外形轮廓相适配，从而保证各永磁结构件22的安装机械强度，并且，相邻两个永磁结构件22的磁极相反。可以理解地，例如，位置第一的永磁结构件22的N极朝向外侧，与其相邻的永磁结构件22的S极则朝向外侧，这样，整体磁路为一永磁结构件22的N极、气隙空间30、定子主体11、气隙空间30以及另一永磁结构件22的S极。

具体地，请参考图，永磁结构件22的形状可根据实际需要进行调整。例如，永磁结构件22包括一端相向设置的两个第一永磁体221，同理地，在位置摆放时，同样遵循第一永磁体221的S极或N极朝向外侧。在一种情况下，两个第一永磁体221之间夹角沿安装槽21a的槽口方向逐渐减小，即该永磁结构件22的开口呈缩口状态，聚磁效果更好，能够增大同步电机的磁强强度；在另一种情况下，两个第一永磁体221之间夹角沿安装槽21a的槽口方向逐渐增大，即该永磁结构件22的开口呈扩口状态，扩口的永磁结构件22聚磁效果相对降低，适用于其他极槽配合及转矩密度要求下的同步电机。

可选地，请参考图2和图3，永磁结构件22还包括用于连接两个第一永磁体221的另一端的第一永磁体222，第一永磁体222和两个第一永磁体221在转子主体21的横截面上围合形成呈U型的永磁结构件22。可以理解地，各第一永磁体221和若干个第一永磁体222围合形成呈U型结构的永磁结构件22同样遵循其朝外的极性是一致的，即为S极或N极。同时，U型的永磁结构件22的开口朝向定子主体11，即保证磁路方向朝向定子主体11。

在一个实施例中，永磁结构件22同样呈U型结构，与上述实施例不同之处在于，该永磁结构件22的第一永磁体221的数量和第一永磁体222的数量不同，即有至少两个以上的第一永磁体221依次连接形成U型结构的竖直部，以及，至少两个以上的第一永磁体222依次连接形成U型结构的水平部。

在另一个实施例中，永磁结构件22包括一端相抵接且另一端相背离设置的两个第一永磁体221，两个第一永磁体221之间夹角沿安装槽21a的槽口方向逐渐增大。同理地，该种情况下的永磁结构件22也同样遵循极性一致的原则。可以理解地，本实施例中的永磁结构件22呈V型，且其开口方向朝向定子主体11，即保证磁路方向朝向定子主体11。

请参考图2和图3，在一个实施例中，气隙空间30内设有间隔设置的多个阻磁件50，这里，阻磁件50为不导磁的金属结构件或其他材质的结构件，其作用是避免相邻的两个永磁结构件22之间的磁路连通，即避免相邻的永磁结构件22的N极与另一永磁结构件22的S极之间形成不经过定子的通路，降低对磁通不必要的漏磁。同时，各阻磁件50的设置位置也可进行选择，即各阻磁件50均设于定子主体11朝向转子主体21的一侧，即各阻磁件50相对转子主体21是静止的；或者，各阻磁件50设于转子主体21朝向定子主体11的一侧，即各阻磁件50随转子主体21一起绕轴转动。同时，由于阻磁件50的增设，使得气隙空间30分隔形成若干个独立的气隙子空间31，可以理解地，各气隙子空间31同样被各阻磁件50进行分隔而独立设置，流体导磁体40填充于对应的气隙子空间31内。这里，气隙子空间31与永磁结构件22的开口可完全对应或者部分对应，即，气隙子空间31的流体导磁体40存在如下几种情况：一是，气隙子空间31的流体导磁体40与永磁结构件22的开口完全对应，此时，阻磁件50的阻磁效果最佳，以及，流体导磁体40的导磁效果也最好，且，相邻的两个永磁结构件22的磁路无漏磁问题。二是，气隙子空间31的流体导磁体40与永磁结构件22的开口部分对应，此时，气隙子空间31与永磁结构件22的开口相错开，使得流体导磁体40也有部分在永磁结构件22的开口之外，这样，能够满足磁通流通，但效果相对较差一些。三是，气隙子空间31大于永磁结构件22的开口处且也完全对应。此时，阻磁件50的阻磁效果和流体导磁体40的导磁效果均较佳。

具体地，请参考图2，在一个实施例中，各阻磁件50位于相邻两个永磁结构件22的第一永磁体221之间。可以理解地，此时，各阻磁件50所分隔形成气隙子空间31则大于永磁结构件22的开口，同时，又完全与其开口对应。在该种情况下所形成各气隙子空间31中，流体导磁体40可填充所有的气隙子空间31，或者，流体导磁体40选择性的填充在对应的气隙子空间31内。例如，流体导磁体40间隔地填充入对应的对应气隙子空间31内。当然，两个永磁结构件22的第一永磁体221之间的阻磁件50的数量不做限定，可以设置一个或多个。

具体地，请参考图3，在另一个实施例中，各阻磁件50位于永磁结构件22的其中一第一永磁体221的端部处，可以理解地，阻磁件50位于当前永磁结构件22的其中一第一永磁体221的朝向定子主体11的端部处，这样，所形成的气隙子空间31均大于永磁结构件22的两个第一永磁体221所形成开口，同样地，在对应的气隙子空间31内填充流体导磁体40同样能够起到导磁的目的。或者，将各阻磁件50位于永磁结构件22的两个第一永磁体221的端部处，可以理解地，是将两个阻磁件50分别设置在当前永磁结构的两个第一永磁体221的朝向定子主体11的端部处，这样，所形成的气隙子空间31均与永磁结构件22的两个第一永磁体221所形成开口完全相适配，此时，在该气隙子空间31内填充流体导磁体40，磁路中无漏磁或漏磁减小。而且，在本实施例中，将各气隙子空间31分为第一气隙子空间和第二气隙子空间，其中，第一气隙子空间与永磁结构件22的开口相对应，而第二气隙子空间位于相邻两个永磁结构件22的空档处，这样，流体导磁体40在进行进行填充时也可如下选择：填充于所有的第一气隙子空间内；或者，填充于部分的第一气隙子空间内；或者，填充于所有的第一气隙子空间和所有的第二气隙子空间内；或者，填充于所有的第一气隙子空间和部分的第二气隙子空间；或者，填充于部分的第一气隙子空间和所有的第二气隙子空间；或者，填充于部分的第一气隙子空间和部分的第二气隙子空间。

请参考图4，在另一实施例中，定子部10包括定子主体11，转子部20包括转子主体21以及设于转子主体21的外侧的多个凸起结构23，可选择地，各凸起结构23以转子主体21为中轴线为转动中心等间距地设于转子主体21的外侧上。定子主体11与转子主体21和各凸起结构23之间形成气隙空间30。在本实施例中，同步电机为同步磁阻电机，与同步永磁电机不同之处在于，同步磁阻电机的转矩需要依靠转子部20的凸起结构性，即，该转子部20的转子主体21为非导磁转子主体21，例如，由非导磁的金属或非金属材料制成。同时，在气隙空间30处填充流体导磁体40，该流体导磁体40所形成的磁场与通电后的定子部10的磁场相互作用，所形成作用力推动其中一个或几个凸起结构23，从而使得整个转子部20相对定子部10绕轴转动。

具体地，请参考图4，气隙空间30为相邻两个凸起结构23之间形成凹腔，流体导磁体40填充于凹腔内。可以理解地，凹腔为沿转子主体21的轴向方向延伸的且连通转子主体21的两端部的凹槽，或者，凹腔为沿沿转子主体21的轴向方向延伸的且封闭的凹槽。

具体地，请参考图1和图4，定子部10还包括缠绕于定子主体11上的多个绕组12。可以理解地，各绕组12与外部电源电性连接，在通电状态下，绕组12形成磁场与转子部20相互作用。

在一个实施例中，本申请的同步电机为内转子电机，如图1所示，定子部10套设在转子部20的外侧。当然，本申请的同步电机也可为外转子电机，即，转子部20套设在定子部20的外侧。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。