[发明专利]一种空心杯电机

说明书

本发明提供一种空心杯电机。空心杯电机包括定子和转子，定子包括铁芯和绕组，铁芯设置有贯通的空腔，绕组贴合空腔内壁设置，转子包括设置于空腔中心的永磁体，绕组与永磁体之间形成气隙，空腔呈正多边形柱体结构，永磁体为规则的柱体结构，永磁体适于沿着空腔的中心轴线旋转，绕组与永磁体之间的径向距离绕周向呈正弦曲线变化。采用本发明，永磁体到绕组的距离由等距变为趋近于正弦变化，气隙磁场也趋近于正弦变化，降低反电动势的高阶次谐波分量，降低电机在工作过程中由于谐波带来的过量电磁损耗和振动，提高电机工作效率。

技术领域

本发明涉及空心杯电机技术领域，特别涉及一种改进的空心杯电机。

背景技术

空心杯电机可以作为医用领域的微电机，具备高转速、低扭矩的特性，可以在小空间，复杂空间工作。

现有的空心杯电机中，多采用无槽式结构的圆筒式铁芯，绕组用胶水粘接成为圆柱体并固定在圆筒式铁芯内壁上成为定子，转子采用圆柱形的永磁体并设置于定子中心，这样的装配结构，绕组与转子之间气隙呈现均匀分布。在电机空载时，其反电动势如图1所示，横轴表示时间，单位为ms，纵轴表示反电动势，单位为V，波形呈现平顶波，反电动势正弦性较差；进一步，对反电动势（反电动势主要是由基波与高阶次谐波共同组成）进行傅里叶分解，如图2所示，横轴表示频率，单位为kHz，纵轴表示傅里叶分解后的归一化感应电压，从图2中可以看出高阶次谐波分量较大。在此情况下，在电机带载时，会产生过量电磁损耗的问题，引起电机的振动，增大电机的损耗，降低电机的工作效率。

发明内容

本发明实施例解决的技术问题主要在于，如何通过铁芯、绕组和永磁体的结构设计提高电机工作效率。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种改进的空心杯电机。该空心杯电机包括定子和转子，所述定子包括铁芯和绕组，所述铁芯设置有贯通的空腔，所述绕组贴合所述空腔内壁设置，所述转子包括设置于所述空腔中心的永磁体，所述绕组与所述永磁体之间形成气隙，其特征在于，所述空腔呈正多边形柱体结构，所述永磁体为规则的柱体结构，所述永磁体适于沿着所述空腔的中心轴线旋转，所述绕组与所述永磁体之间的径向距离绕周向呈正弦曲线变化；其中，所述绕组包括至少三个相绕组，每个所述相绕组包括串联连接的至少一路绕组线圈，每一路所述绕组线圈包括相对所述空腔的中心轴对称设置的正极线圈和负极线圈，所述正极线圈和所述负极线圈分别包括多个单匝线圈，所述单匝线圈至少具有10个侧边。

可选地，所述空腔为正多边形柱体，所述空腔的边数S为：

；

其中，N为所述相绕组的数量，T为每个所述相绕组中串联连接的所述绕组线圈的路数。

可选地，所述绕组的径向截面上的任一点与所述空腔的中心轴线的径向距离L为：

；

其中，L1为所述绕组的径向截面与所述空腔的中心轴线的最短距离；为所述绕组的径向截面上与所述空腔的中心轴线距离最短的点绕周向旋转的角度；L以为一个周期循环变化。

可选地，所述永磁体为圆柱体，所述绕组与所述永磁体之间的径向距离R表示为：

；

其中，L为所述绕组的径向截面上的任一点与所述空腔的中心轴线的径向距离；L1为所述绕组的径向截面与所述空腔的中心轴线的最短距离；M为所述永磁体的外径；为所述绕组的径向截面上与所述空腔的中心轴线距离最短的点绕周向旋转的角度。

可选地，所述绕组沿所述空腔的中心轴线呈中心对称设置，每个所述相绕组的所述绕组线圈与其余所述相绕组的所述绕组线圈部分叠绕设置。

可选地，所述绕组包括三个所述相绕组，所述相绕组包括一路所述绕组线圈，所述空腔为正六边形柱体。