外轉(zhuǎn)子電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種外轉(zhuǎn)子電機(jī)，其轉(zhuǎn)子殼體內(nèi)固定設(shè)有若干永磁體，所述若干永磁體采用相同的瓦形六面體結(jié)構(gòu)且沿周向和軸向兩個(gè)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(gè)，所述永磁體的兩個(gè)周向側(cè)面呈內(nèi)側(cè)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(zhuǎn)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(nèi)邊緣呈單一的圓弧形或者為由多個(gè)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(yùn)行的穩(wěn)定性好，振動(dòng)小，噪音低，出力大，特別適用于卷筒直驅(qū)的起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)等。
【專利說明】外轉(zhuǎn)子電機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種外轉(zhuǎn)子電機(jī)，特別是低速大扭矩外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)通常包括外轉(zhuǎn)子和位于所述外轉(zhuǎn)子內(nèi)的定子，所述定子 固定安裝在中心軸上，所述外轉(zhuǎn)子的兩端固定連接有固定盤，所述固定盤通過轉(zhuǎn)子軸承與 所述中心軸旋轉(zhuǎn)連接，所述外轉(zhuǎn)子包括筒狀的轉(zhuǎn)子殼體和固定設(shè)在轉(zhuǎn)子殼體內(nèi)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(dāng)繞組通電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場與外轉(zhuǎn)子上的永磁體相互作用，驅(qū)動(dòng)外轉(zhuǎn)子 繞中心軸旋轉(zhuǎn)。但是，由于其永磁轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁磁場或定子繞組都不是理想的正弦分布，當(dāng)?shù)?速(包括超低速）運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)明顯的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，影響電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，振動(dòng)大，噪音高，嚴(yán) 重妨礙著其在低速下的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種外轉(zhuǎn)子電機(jī)，這種電機(jī)可以在 低速下運(yùn)行，并且在低速下運(yùn)行的穩(wěn)定性好，振動(dòng)小，噪音低。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：一種外轉(zhuǎn)子電機(jī)，包括外轉(zhuǎn)子和位于所述外轉(zhuǎn)子內(nèi)的 定子，所述定子固定安裝在中心軸上，所述外轉(zhuǎn)子的兩端固定連接有固定盤，所述固定盤通 過轉(zhuǎn)子軸承與所述中心軸旋轉(zhuǎn)連接，所述外轉(zhuǎn)子包括筒狀的轉(zhuǎn)子殼體，所述轉(zhuǎn)子殼體內(nèi)固 定設(shè)有若干永磁體，所述若干永磁體采用相同的瓦形六面體結(jié)構(gòu)且沿周向和軸向兩個(gè)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(gè)，所述永磁體的兩個(gè)周 向側(cè)面呈內(nèi)側(cè)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(zhuǎn)子 磁場，有利于實(shí)現(xiàn)磁場結(jié)構(gòu)的優(yōu)化；特別是由于周向上采用了多個(gè)永磁體，且永磁體的兩個(gè) 周向側(cè)面呈5-35度的內(nèi)側(cè)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(gè)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(qǐng)人: 的實(shí)驗(yàn)，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)下的常規(guī)設(shè)計(jì)，本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)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(dòng)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(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)性、降低了噪音、減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)且有 助于增加轉(zhuǎn)矩輸出，特別適用于卷筒直驅(qū)（以外轉(zhuǎn)子作為卷筒）的起重機(jī)、港機(jī)、塔機(jī)、電梯、 卷揚(yáng)機(jī)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(jié)構(gòu)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(shí)施例的示意圖； 圖3是本發(fā)明涉及永磁體安裝結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的軸向示意圖； 圖4是本發(fā)明涉及永磁體安裝結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施例的軸向示意圖； 圖5是本發(fā)明涉及電機(jī)主體部分橫截面的軸向示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0007] 參見圖1-5,本發(fā)明提供的外轉(zhuǎn)子電機(jī)包括外轉(zhuǎn)子和位于所述外轉(zhuǎn)子內(nèi)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(nèi)。所述外轉(zhuǎn)子 的兩端固定連接有固定盤3,所述固定盤通過轉(zhuǎn)子軸承4與所述中心軸旋轉(zhuǎn)連接，所述外轉(zhuǎn) 子包括筒狀的轉(zhuǎn)子殼體5,所述轉(zhuǎn)子殼體內(nèi)固定設(shè)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(jié)構(gòu)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(gè)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(gè)，所述永磁體的兩個(gè) 周向側(cè)面呈內(nèi)側(cè)削角狀的斜平面狀，其削角角度Θ為5-35度。當(dāng)定子繞組通電后產(chǎn)生旋 轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動(dòng)外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)并輸出轉(zhuǎn)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(duì) 齊且均勻分布，在軸向上沿直線對(duì)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(shí)現(xiàn)磁場優(yōu)化，而且結(jié)構(gòu)簡單，便于加工、安裝和維護(hù)。
[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(zhuǎn)子殼體內(nèi)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(zhuǎn)子殼體的內(nèi)表面設(shè)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(yīng)的燕尾槽，所述永磁體嵌裝在相應(yīng)的燕尾槽內(nèi)； (2) 參見圖4,周向相鄰的所述永磁體之間設(shè)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(zhuǎn)子殼體上并與所述永磁體的兩側(cè)側(cè)面緊壓。
[0011] 對(duì)于上述第（1)種安裝方式，所述嵌裝在相應(yīng)的燕尾槽內(nèi)的永磁體與所述燕尾槽 之間可以相互粘結(jié)，對(duì)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(cè)面與所述轉(zhuǎn)子殼體的內(nèi)壁之間也可以設(shè) 有不導(dǎo)磁粘結(jié)劑8,由此提高安裝的牢固性且不會(huì)對(duì)磁場產(chǎn)生負(fù)面影響。
[0012] 矩形截面易于加工，而梯形截面可以使兩側(cè)與相應(yīng)永磁體的相應(yīng)側(cè)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(xué)所稱的梯形和輪廓近似于幾何學(xué)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(xué)所稱的梯形和輪廓近似于幾何學(xué)所稱 矩形的形狀。
[0013] 優(yōu)選地，對(duì)于上述第（2)種安裝方式（即當(dāng)周向相鄰的所述永磁體之間設(shè)有軸向延 伸的固定壓條時(shí))，所述永磁體的兩個(gè)軸向側(cè)面也可以呈內(nèi)側(cè)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(shè)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(zhuǎn)子殼體上并與所述永磁體的兩側(cè)側(cè)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(jìn)一步提高安裝的牢固性并進(jìn)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(yuǎn)離中心軸的邊緣）呈圓心位于所述轉(zhuǎn)子殼體的軸線上(在永磁體橫截面所在平面 上，所述轉(zhuǎn)子殼體的軸線表現(xiàn)為一個(gè)點(diǎn)，下同）的圓弧線形，所述永磁體橫截面在徑向上的 內(nèi)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(shè)計(jì)，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(nèi)邊緣形狀的幾個(gè)實(shí)施例： 圖2 (a)給出的實(shí)施例中：所述永磁體橫截面在徑向上的內(nèi)邊緣呈單一的圓弧形，其圓 心位于所述轉(zhuǎn)子殼體的軸線上，外邊緣和內(nèi)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(nèi)、夕卜表面分別位于與所述轉(zhuǎn)子殼體同軸的相應(yīng)圓柱面上，并使 永磁體在徑向上的內(nèi)表面與定子的外表面之間間距相等； 圖2 (b)給出的實(shí)施例中：所述永磁體橫截面在徑向上的內(nèi)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(diǎn)與所述轉(zhuǎn)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(cè)薄的 結(jié)構(gòu)，有利于消除邊緣諧波； 圖2 (c)的實(shí)施例中，所述永磁體橫截面在徑向上的內(nèi)邊緣可以采用圖2 (a)實(shí)施例 的形狀，也可以采用圖2 (b)實(shí)施例的形狀，其特殊之處在于將圖2 (a)實(shí)施例和圖2 (b) 實(shí)施例中永磁體橫截面在徑向上的內(nèi)邊緣與永磁體橫截面的周向側(cè)邊通過一個(gè)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(shè)置起到了類似"削角"的效果，有利于進(jìn)一步減小轉(zhuǎn)矩 脈動(dòng)，優(yōu)化磁場，明顯地消除或減小高次諧波的作用力，為電機(jī)在低速/超低速、大扭矩下 穩(wěn)定工作提供基礎(chǔ)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(dāng)永 磁體為不等厚結(jié)構(gòu)時(shí)，指最大厚度)在8-18mm之間，由此在保證機(jī)械強(qiáng)度和磁場強(qiáng)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(jī)正常運(yùn)行，提高適應(yīng)性： (1) 剩磁在1. 25T以上，內(nèi)稟矯頑力在20-30k0e之間； (2) 150-180°C時(shí)的去磁曲線為一條直線，不出現(xiàn)去磁拐點(diǎn)或者出現(xiàn)去磁拐點(diǎn)但其最大 去磁工作點(diǎn)tv高于其去磁拐點(diǎn)。
[0019] 由此，所述永磁體應(yīng)選取牌號(hào)為SH、UH或釹鐵硼材料，或者性能相當(dāng)或更優(yōu)的 其他可能牌號(hào)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(nèi)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(gè)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(zhuǎn)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(gè)徑向的表 面、兩個(gè)周向的表面和兩個(gè)軸向的表面，其中徑向的兩個(gè)表面和周向的兩個(gè)表面相互間隔 兩兩連接形成柱體的側(cè)面，軸向的兩個(gè)表面構(gòu)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(jié)構(gòu)。
[0023] 本發(fā)明所稱永磁體上某個(gè)表面呈內(nèi)側(cè)削角狀的斜平面狀是指其徑向的內(nèi)側(cè)向永 磁體徑向內(nèi)表面中間傾斜的狀態(tài)。
[0024] 本發(fā)明所稱的永磁體的兩個(gè)周向側(cè)面的削角角度是指以永磁體橫截面的外邊緣 兩端點(diǎn)與轉(zhuǎn)子殼體的軸線的連線為度量基準(zhǔn)，永磁體橫截面的周向側(cè)邊與相應(yīng)側(cè)的上述連 線的夾角。
[0025] 本發(fā)明所稱的凹圓弧線是指相對(duì)于其所在的實(shí)體來說，其彎曲方向使所述實(shí)體的 體積或面積變小的圓弧線。
【權(quán)利要求】
1. 一種外轉(zhuǎn)子電機(jī)，包括外轉(zhuǎn)子和位于所述外轉(zhuǎn)子內(nèi)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(zhuǎn)子的兩端固定連接有固定盤，所述固定盤通過轉(zhuǎn)子軸承與所 述中心軸旋轉(zhuǎn)連接，所述外轉(zhuǎn)子包括筒狀的轉(zhuǎn)子殼體，所述轉(zhuǎn)子殼體內(nèi)固定設(shè)有若干永磁 體，所述若干永磁體采用相同的瓦形六面體結(jié)構(gòu)且沿周向和軸向兩個(gè)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(gè)，所述永磁體的兩個(gè)周向側(cè)面呈內(nèi)側(cè)削 角狀的斜平面狀，其削角角度為5-35度。
2. 如權(quán)利要求1所述的外轉(zhuǎn)子電機(jī)，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(duì)齊且均勻分布，在軸向上沿直線對(duì)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(zhuǎn)子殼體內(nèi)的安裝固定方式采用下列 任意一種方式： (1) 所述轉(zhuǎn)子殼體的內(nèi)表面設(shè)有若干軸向延伸且與所述永磁體的形狀和尺寸相適應(yīng)的 燕尾槽，所述永磁體嵌裝在相應(yīng)的燕尾槽內(nèi)； (2) 周向相鄰的所述永磁體之間設(shè)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(zhuǎn)子殼體上并與所述永磁體的兩側(cè)側(cè)面緊壓。
3. 如權(quán)利要求2所述的外轉(zhuǎn)子電機(jī)，其特征在于所述嵌裝在相應(yīng)的燕尾槽內(nèi)的永磁體 與所述燕尾槽之間相互粘結(jié)，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(cè)面與所述轉(zhuǎn)子殼體的內(nèi)壁之間設(shè)有或者不設(shè)有不導(dǎo)磁粘結(jié)劑。
4. 如權(quán)利要求3所述的外轉(zhuǎn)子電機(jī)，其特征在于當(dāng)周向相鄰的所述永磁體之間設(shè)有軸 向延伸的固定壓條時(shí)，所述永磁體的兩個(gè)軸向側(cè)面也呈內(nèi)側(cè)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(shè)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(zhuǎn)子殼體上并與所述永磁體的兩側(cè)側(cè)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(quán)利要求1、2、3或4所述的外轉(zhuǎn)子電機(jī)，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(zhuǎn)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(nèi) 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(quán)利要求5所述的外轉(zhuǎn)子電機(jī)，其特征在于所述內(nèi)邊緣采用以下任意一種結(jié)構(gòu)形 式： (1) 所述單一的圓弧形的內(nèi)邊緣的圓心位于所述轉(zhuǎn)子殼體的軸線上； (2) 所述單一的圓弧形的內(nèi)邊緣的圓心位于所述永磁體橫截面外邊緣中點(diǎn)與所述轉(zhuǎn)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(nèi)邊緣的圓心位于所述轉(zhuǎn)子殼體的軸線上，永磁體橫截面在 徑向上的內(nèi)邊緣與永磁體橫截面的周向側(cè)邊通過一個(gè)小的凹圓弧線連接； (4) 所述單一的圓弧形的內(nèi)邊緣的圓心位于所述永磁體橫截面外邊緣中點(diǎn)與所述轉(zhuǎn)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(nèi)邊緣與永磁體橫截面的周向側(cè)邊通過一個(gè)小的凹圓弧線連接。
7. 如權(quán)利要求6所述的外轉(zhuǎn)子電機(jī)，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(quán)利要求7所述的外轉(zhuǎn)子電機(jī)，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(nèi)稟矯頑力在20-30k0e之間； (2) 150-180°C時(shí)的去磁曲線為一條直線，不出現(xiàn)去磁拐點(diǎn)或者出現(xiàn)去磁拐點(diǎn)但其最大 去磁工作點(diǎn)tv高于其去磁拐點(diǎn)。
9. 如權(quán)利要求8所述的外轉(zhuǎn)子電機(jī)，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(nèi)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(gè)定子齒上，極弧系數(shù)為0. 8-0. 9。
10. 如權(quán)利要求9所述的外轉(zhuǎn)子電機(jī)，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(hào)】H02K1/28GK104158373SQ201410414115
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】彭祖軍 申請(qǐng)人:江西工埠機(jī)械有限責(zé)任公司