外轉子電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種外轉子電機，其轉子殼體內固定設有若干永磁體，所述若干永磁體采用相同的瓦形六面體結構且沿周向和軸向兩個方向規(guī)則排列，任一周向和任一軸向上排列的所述永磁體數(shù)量均為多個，所述永磁體的兩個周向側面呈內側削角狀的斜平面狀，其削角角度為5-35度，所述永磁體橫截面在徑向上的外邊緣呈圓心位于所述轉子殼體的軸線上的圓弧線形，所述永磁體橫截面在徑向上的內邊緣呈單一的圓弧形或者為由多個圓弧形相互連接成的曲線，所述永磁體采用高性能釹鐵硼材料，長度在30-95mm之間，所述永磁體的厚度在8-18mm之間。本發(fā)明低速下運行的穩(wěn)定性好，振動小，噪音低，出力大，特別適用于卷筒直驅的起重機起升機構等。
【專利說明】外轉子電機

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種外轉子電機，特別是低速大扭矩外轉子永磁同步電機。

【背景技術】
[0002] 現(xiàn)有外轉子永磁同步電機通常包括外轉子和位于所述外轉子內的定子，所述定子 固定安裝在中心軸上，所述外轉子的兩端固定連接有固定盤，所述固定盤通過轉子軸承與 所述中心軸旋轉連接，所述外轉子包括筒狀的轉子殼體和固定設在轉子殼體內的永磁體， 定子包括由沖制鐵心片疊置而成的定子鐵心和嵌裝在定子鐵心上的繞組，繞組依據(jù)一定的 方式連接交流電源，當繞組通電產生旋轉磁場與外轉子上的永磁體相互作用，驅動外轉子 繞中心軸旋轉。但是，由于其永磁轉子的勵磁磁場或定子繞組都不是理想的正弦分布，當?shù)?速(包括超低速）運行時出現(xiàn)明顯的脈動轉矩，影響電機運行的穩(wěn)定性，振動大，噪音高，嚴 重妨礙著其在低速下的應用。


【發(fā)明內容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種外轉子電機，這種電機可以在 低速下運行，并且在低速下運行的穩(wěn)定性好，振動小，噪音低。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術方案：一種外轉子電機，包括外轉子和位于所述外轉子內的 定子，所述定子固定安裝在中心軸上，所述外轉子的兩端固定連接有固定盤，所述固定盤通 過轉子軸承與所述中心軸旋轉連接，所述外轉子包括筒狀的轉子殼體，所述轉子殼體內固 定設有若干永磁體，所述若干永磁體采用相同的瓦形六面體結構且沿周向和軸向兩個方向 規(guī)則排列，任一周向和任一軸向上排列的所述永磁體數(shù)量均為多個，所述永磁體的兩個周 向側面呈內側削角狀的斜平面狀，其削角角度為5-35度。
[0005] 本發(fā)明的有益效果：由于采用了周向和軸向上規(guī)則排列的若干永磁體形成外轉子 磁場，有利于實現(xiàn)磁場結構的優(yōu)化；特別是由于周向上采用了多個永磁體，且永磁體的兩個 周向側面呈5-35度的內側削角狀的斜平面狀，大幅度減小了磁場波形的畸變率；由于軸向 上采用多個永磁體，有利于減小永磁體的長度，明顯地消除或抑制了高次諧波。根據(jù) 申請人: 的實驗，相對于現(xiàn)有技術下的常規(guī)設計，本發(fā)明優(yōu)選的實施例下，氣隙磁場波形的畸變率可 降低50%-80%，使氣隙磁場波形畸變率控制在15%或10%以下，反電動勢波形的畸變率控制 在10%或8%以下，由此大幅度提高了電機的運行平穩(wěn)性、降低了噪音、減小了轉矩脈動且有 助于增加轉矩輸出，特別適用于卷筒直驅（以外轉子作為卷筒）的起重機、港機、塔機、電梯、 卷揚機及其他類似場合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1是本發(fā)明的總體結構示意圖； 圖2 (a)、2 (b)和2 (c)分別為涉及永磁體橫截面形狀的三種實施例的示意圖； 圖3是本發(fā)明涉及永磁體安裝結構的一個實施例的軸向示意圖； 圖4是本發(fā)明涉及永磁體安裝結構的另一個實施例的軸向示意圖； 圖5是本發(fā)明涉及電機主體部分橫截面的軸向示意圖。

【具體實施方式】
[0007] 參見圖1-5,本發(fā)明提供的外轉子電機包括外轉子和位于所述外轉子內的定子1， 所述定子固定安裝在中心軸2上，中心軸的兩端分別固定支撐于兩支座9內。所述外轉子 的兩端固定連接有固定盤3,所述固定盤通過轉子軸承4與所述中心軸旋轉連接，所述外轉 子包括筒狀的轉子殼體5,所述轉子殼體內固定設有若干永磁體6,所述若干永磁體采用相 同的瓦形六面體結構且沿周向（沿圓周的方向)和軸向（平行于中心軸軸線的方向）兩個方 向規(guī)則排列，任一周向和任一軸向上排列的所述永磁體數(shù)量均為多個，所述永磁體的兩個 周向側面呈內側削角狀的斜平面狀，其削角角度Θ為5-35度。當定子繞組通電后產生旋 轉磁場，驅動外轉子轉動并輸出轉矩。
[0008] 優(yōu)選地，所述若干永磁體在周向上和軸向上的規(guī)則分布方式為在周向上沿圓周對 齊且均勻分布，在軸向上沿直線對齊且均勻分布，由此不僅有利于合理安排各永磁體的周 向分布和軸向分布，實現(xiàn)磁場優(yōu)化，而且結構簡單，便于加工、安裝和維護。
[0009] 優(yōu)選地，周向相鄰的所述永磁體之間留有間距，由此有利于優(yōu)化磁場和便于安裝。
[0010] 優(yōu)選地，所述永磁體在所述轉子殼體內的安裝固定方式可以采用下列任意一種方 式： (1) 參見圖3,所述轉子殼體的內表面設有若干軸向延伸、周向間隔排列的且與所述永 磁體的形狀和尺寸相適應的燕尾槽，所述永磁體嵌裝在相應的燕尾槽內； (2) 參見圖4,周向相鄰的所述永磁體之間設有軸向延伸的固定壓條7,所述軸向延伸 的固定壓條通過螺釘緊固在所述轉子殼體上并與所述永磁體的兩側側面緊壓。
[0011] 對于上述第（1)種安裝方式，所述嵌裝在相應的燕尾槽內的永磁體與所述燕尾槽 之間可以相互粘結，對于上述第（2)種安裝方式，所述軸向延伸的固定壓條的橫截面可以呈 矩形或梯形，所述軸向延伸的固定壓條的徑向外側面與所述轉子殼體的內壁之間也可以設 有不導磁粘結劑8,由此提高安裝的牢固性且不會對磁場產生負面影響。
[0012] 矩形截面易于加工，而梯形截面可以使兩側與相應永磁體的相應側面密切貼合， 有利于提高牢固性和可靠性。所稱梯形包括幾何學所稱的梯形和輪廓近似于幾何學所稱梯 形的形狀，由四條邊組成，其上底和下底邊緣線可以呈弧形，各線連接處可以呈角狀，也可 以呈平滑的過渡曲線狀，同樣，所述矩形包括幾何學所稱的梯形和輪廓近似于幾何學所稱 矩形的形狀。
[0013] 優(yōu)選地，對于上述第（2)種安裝方式（即當周向相鄰的所述永磁體之間設有軸向延 伸的固定壓條時)，所述永磁體的兩個軸向側面也可以呈內側削角狀的斜平面狀，軸向上相 鄰的所述永磁體之間留有間距且設有周向延伸的固定壓條，所述軸向延伸的固定壓條通過 螺釘緊固在所述轉子殼體上并與所述永磁體的兩側側面緊壓，所述軸向延伸的固定壓條的 橫截面呈矩形或梯形，由此可以進一步提高安裝的牢固性并進一步優(yōu)化磁場。
[0014] 優(yōu)選地，所述永磁體橫截面(垂直于中心軸的方向上的截面)在徑向上的外邊緣61 (徑向上遠離中心軸的邊緣）呈圓心位于所述轉子殼體的軸線上(在永磁體橫截面所在平面 上，所述轉子殼體的軸線表現(xiàn)為一個點，下同）的圓弧線形，所述永磁體橫截面在徑向上的 內邊緣62 (徑向上靠近中心軸的邊緣）呈單一的圓弧形或者為由多段圓弧相互連接成的曲 線，通過這些曲線表面的優(yōu)化設計，可以明顯地改善氣隙磁場波形，減小畸變率。
[0015] 圖2 (a) - (c)給出涉及永磁體橫截面在徑向上的內邊緣形狀的幾個實施例： 圖2 (a)給出的實施例中：所述永磁體橫截面在徑向上的內邊緣呈單一的圓弧形，其圓 心位于所述轉子殼體的軸線上，外邊緣和內邊緣的半徑分別為R1和R2,形成在徑向上等厚 的永磁體，使各永磁體徑向內、夕卜表面分別位于與所述轉子殼體同軸的相應圓柱面上，并使 永磁體在徑向上的內表面與定子的外表面之間間距相等； 圖2 (b)給出的實施例中：所述永磁體橫截面在徑向上的內邊緣呈單一的圓弧形，其半 徑與所述永磁體橫截面在徑向上的外邊緣的半徑相等，均為R1，其圓心位于所述永磁體橫 截面外邊緣中點與所述轉子殼體的軸線所確定的直線上，由此形成永磁體中央厚兩側薄的 結構，有利于消除邊緣諧波； 圖2 (c)的實施例中，所述永磁體橫截面在徑向上的內邊緣可以采用圖2 (a)實施例 的形狀，也可以采用圖2 (b)實施例的形狀，其特殊之處在于將圖2 (a)實施例和圖2 (b) 實施例中永磁體橫截面在徑向上的內邊緣與永磁體橫截面的周向側邊通過一個小的凹圓 弧線（半徑為R3)連接，而不是通常情況下的直接連接或者通過凸形圓角連接，由此可以更 有效地減小邊緣諧波。兩邊圓弧的設置起到了類似"削角"的效果，有利于進一步減小轉矩 脈動，優(yōu)化磁場，明顯地消除或減小高次諧波的作用力，為電機在低速/超低速、大扭矩下 穩(wěn)定工作提供基礎保證。
[0016] 優(yōu)選地，所述永磁體的長度(軸向長度）在30-95mm之間，所述永磁體的厚度（當永 磁體為不等厚結構時，指最大厚度)在8-18mm之間，由此在保證機械強度和磁場強度的前提 下，可以明顯地減小高次諧波的影響。
[0017] 優(yōu)選地，所述永磁體采用釹鐵硼材料，以提高磁性能。
[0018] 優(yōu)選地，所述永磁體的材料滿足下列條件，以保證電機正常運行，提高適應性： (1) 剩磁在1. 25T以上，內稟矯頑力在20-30k0e之間； (2) 150-180°C時的去磁曲線為一條直線，不出現(xiàn)去磁拐點或者出現(xiàn)去磁拐點但其最大 去磁工作點tv高于其去磁拐點。
[0019] 由此，所述永磁體應選取牌號為SH、UH或釹鐵硼材料，或者性能相當或更優(yōu)的 其他可能牌號的釹鐵硼材料。
[0020] 通常，所述定子由定子鐵心和嵌裝在所述定子鐵心的定子槽內的繞組組成，優(yōu)選 地，所述定子槽采用梨形槽，槽口尺寸k在2. 5-4. 5mm之間，繞組節(jié)距為1，每匝線圈纏繞在 一個定子齒上，極弧系數(shù)為〇. 8-0. 9,由此可以明顯地優(yōu)化定子磁場，消除或減小高次諧波， 改善頻率特性，提高出力，節(jié)省材料，降低銅耗。
[0021] 優(yōu)選地，極槽配合采用8極9槽、10極12槽、20極24槽、30極36槽、22極24槽、 16極18槽或32極36槽，以消除齒槽轉矩。
[0022] 本發(fā)明所稱瓦形六面體是指其主體部分呈類似于瓦的柱體，包括兩個徑向的表 面、兩個周向的表面和兩個軸向的表面，其中徑向的兩個表面和周向的兩個表面相互間隔 兩兩連接形成柱體的側面，軸向的兩個表面構成該柱體的頂和底，呈近似扇形。柱體的任一 棱邊既可以是平面相交、曲面相交、平面和曲面相交形成的棱邊，也可以是平滑過渡的曲面 或其他任意適宜的結構。
[0023] 本發(fā)明所稱永磁體上某個表面呈內側削角狀的斜平面狀是指其徑向的內側向永 磁體徑向內表面中間傾斜的狀態(tài)。
[0024] 本發(fā)明所稱的永磁體的兩個周向側面的削角角度是指以永磁體橫截面的外邊緣 兩端點與轉子殼體的軸線的連線為度量基準，永磁體橫截面的周向側邊與相應側的上述連 線的夾角。
[0025] 本發(fā)明所稱的凹圓弧線是指相對于其所在的實體來說，其彎曲方向使所述實體的 體積或面積變小的圓弧線。
【權利要求】
1. 一種外轉子電機，包括外轉子和位于所述外轉子內的定子，所述定子固定安裝在中 心軸上，其特征在于所述外轉子的兩端固定連接有固定盤，所述固定盤通過轉子軸承與所 述中心軸旋轉連接，所述外轉子包括筒狀的轉子殼體，所述轉子殼體內固定設有若干永磁 體，所述若干永磁體采用相同的瓦形六面體結構且沿周向和軸向兩個方向規(guī)則排列，任一 周向和任一軸向上排列的所述永磁體數(shù)量均為多個，所述永磁體的兩個周向側面呈內側削 角狀的斜平面狀，其削角角度為5-35度。
2. 如權利要求1所述的外轉子電機，其特征在于所述若干永磁體在周向上和軸向上的 規(guī)則分布方式為在周向上沿圓周對齊且均勻分布，在軸向上沿直線對齊且均勻分布，周向 相鄰的所述永磁體之間留有間距，所述永磁體在所述轉子殼體內的安裝固定方式采用下列 任意一種方式： (1) 所述轉子殼體的內表面設有若干軸向延伸且與所述永磁體的形狀和尺寸相適應的 燕尾槽，所述永磁體嵌裝在相應的燕尾槽內； (2) 周向相鄰的所述永磁體之間設有軸向延伸的固定壓條，所述軸向延伸的固定壓條 通過螺釘緊固在所述轉子殼體上并與所述永磁體的兩側側面緊壓。
3. 如權利要求2所述的外轉子電機，其特征在于所述嵌裝在相應的燕尾槽內的永磁體 與所述燕尾槽之間相互粘結，所述軸向延伸的固定壓條的橫截面呈矩形或梯形，所述軸向 延伸的固定壓條的徑向外側面與所述轉子殼體的內壁之間設有或者不設有不導磁粘結劑。
4. 如權利要求3所述的外轉子電機，其特征在于當周向相鄰的所述永磁體之間設有軸 向延伸的固定壓條時，所述永磁體的兩個軸向側面也呈內側削角狀的斜平面狀，所述軸向 上相鄰的永磁體之間留有間距且設有周向延伸的固定壓條，所述軸向延伸的固定壓條通過 螺釘緊固在所述轉子殼體上并與所述永磁體的兩側側面緊壓，所述軸向延伸的固定壓條的 橫截面呈矩形或梯形。
5. 如權利要求1、2、3或4所述的外轉子電機，其特征在于所述永磁體橫截面在徑向上 的外邊緣呈圓心位于所述轉子殼體的軸線上的圓弧線形，所述永磁體橫截面在徑向上的內 邊緣呈單一的圓弧形或者為由多段圓弧相互連接成的曲線。
6. 如權利要求5所述的外轉子電機，其特征在于所述內邊緣采用以下任意一種結構形 式： (1) 所述單一的圓弧形的內邊緣的圓心位于所述轉子殼體的軸線上； (2) 所述單一的圓弧形的內邊緣的圓心位于所述永磁體橫截面外邊緣中點與所述轉子 殼體的軸線所確定的直線上，且其半徑等于所述外邊緣的半徑； (3) 所述單一的圓弧形的內邊緣的圓心位于所述轉子殼體的軸線上，永磁體橫截面在 徑向上的內邊緣與永磁體橫截面的周向側邊通過一個小的凹圓弧線連接； (4) 所述單一的圓弧形的內邊緣的圓心位于所述永磁體橫截面外邊緣中點與所述轉子 殼體的軸線所確定的直線上，且其半徑等于所述外邊緣的半徑，永磁體橫截面在徑向上的 內邊緣與永磁體橫截面的周向側邊通過一個小的凹圓弧線連接。
7. 如權利要求6所述的外轉子電機，其特征在于所述永磁體采用釹鐵硼材料，所述永 磁體的長度在3〇-95mm之間，所述永磁體的厚度在8-18mm之間。
8. 如權利要求7所述的外轉子電機，其特征在于所述永磁體的材料滿足下列條件： (1)剩磁在1. 25T以上，內稟矯頑力在20-30k0e之間； (2) 150-180°C時的去磁曲線為一條直線，不出現(xiàn)去磁拐點或者出現(xiàn)去磁拐點但其最大 去磁工作點tv高于其去磁拐點。
9. 如權利要求8所述的外轉子電機，其特征在于所述定子由定子鐵心和嵌裝在所述定 子鐵心的定子槽內的繞組組成，所述定子槽采用梨形槽，槽口尺寸k在2. 5-4. 5mm之間，繞 組節(jié)距為1，每匝線圈纏繞在一個定子齒上，極弧系數(shù)為0. 8-0. 9。
10. 如權利要求9所述的外轉子電機，其特征在于其極槽配合采用8極9槽、10極12 槽、20極24槽、30極36槽、22極24槽、16極18槽或32極36槽。
【文檔編號】H02K1/28GK104158373SQ201410414115
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月21日 優(yōu)先權日:2014年8月21日
【發(fā)明者】彭祖軍 申請人:江西工埠機械有限責任公司