[发明专利]一种多边形燕尾式拼接磁钢结构的外转子电机

说明书

本发明涉及电机技术领域，公开了一种多边形燕尾式拼接磁钢结构的外转子电机，包括定子铁心、定子线圈、转子磁钢和转子背铁，其中，转子磁钢通过第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体的设计，将多个横截面为等腰三角形或四边形的永磁体拼接一周，构成环闭状的转子磁钢，并采用哈尔巴赫充磁方式，使得每个定子齿槽内定子线圈受到的电磁力沿圆周切向形成闭环，从而外转子受到稳定的力矩，实现稳定转动。同时，利用哈尔巴赫充磁方式，还可以形成自屏蔽，能够确保电机中的气隙磁通密度足够大的同时，增大输出转矩，降低转矩脉动，提高功率密度，且通过径向力波二维傅里叶FFT2分析，发现在低阶数的情况下，振动幅值明显减小，从而提升了电机动态性能。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种多边形燕尾式拼接磁钢结构的外转子电机。

背景技术

永磁同步电动机是一种应用广泛的驱动器，由于使用了高性能永磁材料做转子磁极，电机体积小、重量轻、效率高，其转矩特性与BLDC永磁无刷电机一样，具有调节控制方便、调速范围广、动态响应等特点。因此，愈来愈受到重视，它在很多运用能代替一般的永磁有刷直流电机使用，而且在伺服系统、数控加工、机床、医疗、生物化学、智能机器人等要求高精度的应用场合，可作为交流伺服电动机得到广泛的应用。

随着家电工业的发展，由于永磁无刷电机在较大的转速范围内可以获得较高的效率，更适合家电变频的需要。在空调、冰箱、洗衣机等产品中，逐步取代传统的单相异步电动机驱动、串激电机传动系统而向永磁变频调速发展。近年，应用于机器人、工业驱动、计算机外围、轮毂驱动等场合的电机要求转矩密度大，因此在设计中通常取多极数磁极以降低每极磁通，进而可以减少相应定子轭部尺寸，从而使同样功率的电机可以减小体积，提高电机的转矩密度。

常规的永磁同步电机比如表贴结构，气隙磁场一般取1.0T左右，若在体积不变以及逆变器容量不变的情况下，若要增大转矩，则只能通过提高电机极对数来实现，但是电机极对数增大后，电机铁耗会增加，另若增大气隙磁场，那么各阶数的振动幅值也会明显提高，带来振动噪音的问题。相同转速下，极数增加使得频率增大，单位体积的铁心损耗(与供电频率的1.3次方成正比)随之增大。若采用相同材料和磁通密度的话，该电机定子铁心单位体积的损耗将高于普通工频电机，如果不采取降低铁心损耗或冷却措施，电机将无法使用。另外，由于高磁通意味着高磁密，在运行中极容易产生低阶数的振动。

发明内容

本发明的目的是提供一种多边形燕尾式拼接磁钢结构的外转子电机，能够确保电机中的气隙磁通密度足够大的同时，增大输出转矩，降低转矩脉动，提高功率密度，并且具有振动幅值小、噪音低、动态性能好的优点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种多边形燕尾式拼接磁钢结构的外转子电机，其包括电机外壳以及设于所述电机外壳内且自内而外依次同轴套装的定子铁心、定子线圈、转子磁钢和转子背铁，所述转子背铁相对所述定子铁心旋转，所述转子磁钢设有多个，且多个所述转子磁钢沿所述转子背铁的圆周方向布置，所述定子铁心的圆周方向上均布有多个定子齿槽，所述定子线圈绕设在所述定子齿槽内；所述转子磁钢包括第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体，所述第一永磁体的横截面为等腰三角形且其顶角背离旋转轴线，所述第二永磁体的横截面为等腰三角形且其顶角指向旋转轴线，所述第三永磁体的横截面为四边形，所述第一永磁体与所述第二永磁体沿所述转子背铁的圆周方向交替布置，所述第三永磁体的相对两个侧边分别与所述第一永磁体的腰边与所述第二永磁体的腰边相靠；所述第一永磁体的充磁方向指向轴线或背向轴线，且相邻的两个所述第一永磁体的充磁方向相反；所述第二永磁体的充磁方向平行于所述第二永磁体的底边，且相邻的两个所述第二永磁体的充磁方向相反；所述第三永磁体的充磁方向垂直于所述第三永磁体与所述第一永磁体或所述第二永磁体相靠的侧边，且在同一闭合磁路上的相邻两个所述第三永磁体中，其中一个第三永磁体的充磁方向由充磁方向为背向轴线的第一永磁体指向第二永磁体，另一个第三永磁体的充磁方向由第二永磁体指向充磁方向为指向轴线的第一永磁体；相邻的两个所述定子齿槽内的定子线圈的通电方向相反。