具有插入在永磁体之间的 SMC 块的外部转子电机

摘要

一种具有插入在永磁体之间的SMC块的外部转子电机。该机器具有内部定子和外部圆柱形转子。永磁体和SMC块安装到转子的内表面上。

说明书

技术领域

本公开涉及外部转子电机。更具体地，本公开涉及需要较少永磁体的外部转子电机。

背景技术

使用稀土永磁体的电动机被用于各种装置和组件中，主要是由于其良好的性能。然而，地球的资源不是无限的，稀土永磁体变得非常昂贵。因此，正在研究在电动机中减少稀土永磁体的使用。

附图描述

在附图中：

图1是根据说明性实施例的外部转子电机的侧面剖视图；

图2是根据第一说明性实施例的外部转子电机的正面剖视正视图；

图3是根据第二说明性实施例的外部转子电机的正面正视图；

图4是根据第三说明性实施例的外部转子电机的正面正视图；且

图5是根据第四说明性实施例的外部转子电机的外部转子的透视图。

具体实施方式

一般来说，提出通过增加相邻的永磁体之间的空间或通过减小磁体的尺寸，并通过在永磁体其间插入软磁性材料(又名铁瓷材料)、例如SMC(软磁性复合材料)或磁性粉末来减小在外部转子电机中使用的永磁体的数量。在本公开和所附权利要求书中，这些块将被称为“SMC块”。SMC块的这种增加减少了正交轴磁阻(quadrature axis reluctance)，因为它减小了在正交轴磁通路径中的气隙厚度。因此，这在电机中产生更强的补偿磁阻转矩，提高了其性能。

已经发现的是，通过使用粉末冶金，可以生产适于定位在相邻永磁体之间的SMC块，并因此替换外部转子电机中的一些永磁体。作为非限制性示例，已经发现由力拓(RioTinto)制造的诸如ATOMET 1和ATOMET 3的磁粉适于制作SMC块。

根据说明性实施例，设置了一种外部转子电机，其包括内部定子和与内部定子同轴的外部转子。外部转子包括面对内部定子的内表面；包括至少两个永磁体和至少两个SMC块。永磁体和SMC块交替地定位在转子的内表面上的圆周排中。

当与权利要求书和/或说明书中的术语“包括”一起使用时，使用单词“一”或“一个”可以意味着“一个”，但是它也符合“一个或多个”、“至少一个”以及“一个或多于一个”的意思。类似地，单词“另一个”可以意味着至少第二个或更多个。

如在说明书和权利要求书中使用的，单词“包括”、“具有”、“包含”是包括的或开放的，且不排除额外的、未示出的元件或流程步骤。

在本说明书和所附权利要求书中，各种本质上为方向的、几何的和/或空间的术语，例如“纵向”、“水平”、“前”、“后”、“向上”、“向下”等术语被使用。应当理解的是，这种术语仅用于描述简便和相对意义，并不以任何方式作为对本公开的范围的限制。

应在本文和所附权利要求书中广泛地分析表述“连接”，以便包括在机械部件或组件之间的任何协同或被动关联。例如，这些部件可以通过直接连接组装在一起，或者使用其间的其他部件间接连接。连接可以是远程的，例如使用磁场或其他。

通过阅读以下对仅参考附图作为示例给出的说明性实施例的非限制性描述，该永磁体数量减少的外部转子电机的其他目的、优点和特征将变得更加明显。

外部转子电机10在附图1中以侧面剖视图示出。电机10包括由堆叠的叠片14制成的内部定子12，该内部定子12设置有常规地放置在面向外的槽17中的线圈16(在图2中示意性地示出)。电机10还包括具有内表面20的外部圆柱形转子18，永磁体22、23以及SMC块24安装在该内表面20上。永磁体22具有面对定子12的北极，永磁体23具有面对定子12的南极。

从作为电机10的正面正视图的图2中可以更好地看出，SMC块24和永磁体22、23交替地安装到转子18的内表面20上。换句话说，永磁体22、23和SMC块24交替地定位于转子18的内表面20上的圆周排中。

本领域技术人员将理解的是，可以在SMC块24和转子18的内表面20之间以及在磁体22、23和内表面20之间设置粘合剂(未示出)。或者，可以使用其他机械元件(未示出)来将SMC块24和磁体22、23适当地安装到转子18上。

在电机10中，SMC块24和永磁体22、23具有相同的大小和形状。因此，与全磁体类似机器相比，永磁体材料减少的数量约为50％。

图2还示出了直轴磁通路径26和正交轴磁通路径28。可以理解的是，正交轴磁通路径的气隙厚度通过SMC块24的增加而被减小。因此，磁阻转矩通过SMC块24的增加而被增加。因此，电机的总转矩增加而没有输入电压增加的情况。

现在转到附图图3，将描述根据第二说明性实施例的外部转子电机100。应当注意的是，由于电机100与图1和图2的电机10非常相似，为简明起见，因此在下文中将仅描述它们之间的差异。

在电机100中，永磁体122、123的尺寸和形状与SMC块124不同。

如本领域技术人员将容易理解的，磁体的轮廓在气隙中产生正弦波型通量分布，这减少了齿槽转矩、反电动势(back EMF)中的谐波和转矩波动。SMC块124的增加减少了正交轴中的气隙，并因此减少了磁阻。因此，SMC块124在径向上的形状和尺寸没有关系。然而，在圆周方向上，SMC块124的尺寸应适当以允许放置磁体和SMC块。

本领域技术人员将理解的是，磁体和SMC块的形状和尺寸可以被优化以在设计过程中满足特定的应用需求，同时尽可能减少磁体的数量。

在所示示例中，与仅使用于永磁体的常规机器相比，永久材料的数量减少约30％。

本领域技术人员将理解的是，可以通过改变永磁体和SMC块的尺寸来改变所使用的永磁体材料的数量的减少。

现在转到附图图4，将描述根据第三说明性实施例的外部转子电机200。应当注意的是，由于电机200与上文描述的电机10和电机100非常相似，为简明起见，因此在下文中将仅描述它们之间的差异。

在电机200中，永磁体222、223不等间隔，从而存在两个尺寸的SMC块224A和224B。

实际上，为了进一步减小机器200中的齿槽转矩和转矩波动，永磁体222、223在转子18的内表面20上不等间隔。从该图可以看出，分离两个连续磁体222的360度电角度226不常规地通过定位于电角度226其间的磁体223分成两部分，该磁体222的北极面对定子12。极点因此移位。

极点的角度移位取决于电机的设计要求。一般来说，选择30电角度移位来减少第六转矩谐波，而选择15度来减少第十二转矩谐波，以此类推。

在图4所示的情况下，由于在第十二谐波中需要齿槽和转矩波动的减少，因此在该构造中应用15度的极点移位。实际上，电角度228为165度，而不是传统的180度。

因此，SMC块224A和224B的尺寸不一样，以在相邻的SMC块和磁体之间保持基本相等的距离。SMC块224A小于SMC块224B。因此，SMC块224A可以被视为小SMC块，并且SMC块224B可以因此被视为大SMC块。

现在转到附图图5，将描述根据第四说明性实施例的外部转子电机300。应当注意的是，由于电机300与上文描述的电机10、100和200非常相似，为简明起见，因此在下文中将仅描述它们之间的差异。

从该图可以看出，转子302的内表面包括四(4)个圆周排的磁体222、223以及SMC块224A和224B。每排都与图4所示的第三实施例相同并相似。

然而，每排相对于先前的纵向相邻排成角度地移位。根据第四实施例，该角度移位为三(3)度，其他角度移位角也可以被预见。

该从一排片段到下一排的移位已经被发现，以进一步减少齿槽转矩和转矩波动。

如本领域技术人员将理解的，在此处和上文所述的电机10、100、200和300是示意性的，并且对于它们的操作缺少很多需要的元件。实际上，仅示出和讨论了涉及对永磁体数量减少的外部转子电机的理解的元件。

应当理解的是，永磁体数量减少的外部转子电机在其应用中不限于附图示出的和上文描述的结构和部件的细节。永磁体数量减少的外部转子电机能够具有其他实施例并以各种方式进行实践。还应当理解的是，本文使用的措辞或术语是为了描述而不是限制的目的。因此，尽管已经在上文中通过其说明性实施例描述了永磁体数量减少的外部转子电机，在不脱离其精神、范围和性质的情况下，可以对其进行修改。