阅读说明：本技术 外转子马蹄铁型绕组永磁电机 (Outer rotor horseshoe-shaped winding permanent magnet motor ) 是由 吴凡 张少文 张华� 汪源 曹宏 石先平 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种外转子马蹄铁型绕组永磁电机,包括定子单元、转子单元和机壳端盖,定子单元与机壳端盖连接,定子单元装入转子单元内,电机轴连接转子单元且电机轴转动连接机壳端盖。优点,本永磁电机通过对定子上绕组的安装结构进行设计,提出了一种复合磁路结构,从而提高永磁电机转矩密度和功率密度实现轻量化,并将定子总成采用真空灌封方案,提高散热效果,具有较高的转矩密度优。(The invention discloses a kind of outer rotor horseshoe-shaped winding permanent magnet motors, including stator unit, rotor unit and shell end cover, stator unit is connect with shell end cover, and stator unit is packed into rotor unit, motor axis connection rotor unit and motor shaft rotation connection shell end cover.Advantage, this magneto is designed by the mounting structure to winding on stator, propose a kind of composite magnetic circuit structure, lightweight is realized to improve magneto torque density and power density, and field frame assembly is used into vacuum encapsulation scheme, heat dissipation effect is improved, torque density with higher is excellent.)

外转子马蹄铁型绕组永磁电机

技术领域

本发明涉及一种外转子马蹄铁型绕组永磁电机，属于永磁电机技术领域。

背景技术

与传统电励磁电机相比，永磁电机具有结构简单、紧凑，运行可靠性高，体积小、轻量化，损耗低，效率高，控制精度高等优势。永磁电机的形状和尺寸已经类型不像常规感应电机，可以灵活多样等显著优点。因而受到工业和民用各个行业的广泛关注。

发明内容

本发明提出一种外转子马蹄铁型绕组永磁电机，采用马蹄铁型定子铁芯，具体技术方案为：

一种外转子马蹄铁型绕组永磁电机，包括定子单元、转子单元和机壳端盖，定子单元与机壳端盖连接，定子单元装入转子单元内，电机轴连接转子单元且电机轴转动连接机壳端盖；

定子单元由多个马蹄铁型定子围成的环形定子，所有马蹄铁型定子的开口朝外，马蹄铁型定子由硅钢片叠成，在马蹄铁型定子的两条腿上缠绕定子绕组形成马蹄铁型定子铁芯，定义马蹄铁型定子铁芯的U型绕组一端磁场为N极，另一端磁场为S极；马蹄铁型定子铁芯的每条腿端部固定铁芯框架，每个马蹄铁型定子铁芯上的两个铁芯框架之间留有间隙；构成环形定子的每相邻两个马蹄铁型定子铁芯上的相邻两个铁芯框架之间留有间隙，且构成环形定子的每相邻两个马蹄铁型定子铁芯的N极和S极交替布置；

机壳端盖包括连接端盖和装配套筒，装配套筒垂直设于连接端盖的板面上；装配套筒***到环形定子内，将定子单元和机壳端盖采用环氧树脂真空浇注，并固化成型，使得定子铁芯、绕组和机壳端盖成为一个整体定子总成；

电机轴***装配套筒并通过至少一个轴承转动连接装配套筒，电机轴一端凸出装配套筒；

转子单元包括转子轭部和多个粘贴在转子轭部内表面上的磁铁，磁铁对应环形定子设置两个环形，且位于同一圆周上的磁铁为N极和S极交替设置；位于同一圆周上的相邻磁铁之间留有间隙，磁铁的数量与U型绕组的数量根据任意的常规永磁电机槽极配合数设置；转子轭部呈桶状，转子轭部内桶底的中心位置处设置联结法兰，转子轭部套在定子单元外部，联结法兰与电机轴端部连接。

本发明的外转子马蹄铁型绕组永磁电机的原理为，马蹄铁型定子绕组利用U型绕组一端磁场为N，则另一端磁场必定是S极原理，并充分利用此原理，将N-S极的两端同时放置于气隙磁场内。这样电机即形成轴向磁通分路又形成了径向磁通分路，极大的利用了磁场作用，没有常规电机定子轭部，增大永磁电机的转矩密度和功率密度。定子相邻两各绕组某一时候通电，形成了N-S/N-S定子磁极，并将这两对N-S/N-S磁极对应转子上相邻磁钢N-S/N-S。

对本发明技术方案的优选，铁芯框架为方板，在方板上开设供马蹄铁型定子铁芯的腿***的孔。铁芯框架采用导磁材料制成，为45号钢板或Q235钢板或Q195钢板。由于每个马蹄铁型定子铁芯均是独立的单元，马蹄铁型定子铁芯固定在铁芯框架上，铁芯框架是导磁材料，有聚磁作用，而每个铁芯框架N-S之间不能短路磁路，需要被隔断，因此相邻两个铁芯框架之间留有间隙。

对本发明技术方案的优选，磁铁采用磁钢胶水粘贴在转子轭部内表面上。

对本发明技术方案的优选，连接端盖和装配套筒为一体结构。

对本发明技术方案的优选，在转子轭部的桶底上开设散热通风缺口。

对本发明技术方案的优选，转子轭部与连接端盖之间设置防尘结构，防尘结构为设置在连接端盖端面上的迷宫槽，转子轭部的桶口***到迷宫槽内，形成迷宫防尘。

本发明与现有技术相比的有益效果：

本永磁电机通过对定子上绕组的安装结构进行设计，提出了一种复合磁路结构，从而提高永磁电机转矩密度和功率密度实现轻量化，并将定子总成采用真空灌封方案，提高散热效果，具有较高的转矩密度优。

1、采用集中绕组方式，节省铜材，同时大幅降低铜耗。

2、采用马蹄铁型铁芯，铁芯采用硅钢片叠压或粘结成型，节约硅钢片材料耗费。

3、采用马蹄铁型铁芯，一端N极，另一端必定是S极，马蹄铁型铁芯两端均绕制线圈，具有加倍聚磁作用，利用率高。

4、采用马蹄铁型铁芯，定子损耗低，磁路大幅缩短，损耗降低。

5、马蹄铁型铁芯，既利用轴向磁路，又利用了径向磁路，属于混合型磁路永磁电机。

6、采用马蹄铁型铁芯，可以做成多极，适合低速大扭矩场合应用，整机重量会大幅减轻。

附图说明

图1是马蹄铁型定子铁芯的结构示意图。

图2是模拟电机形成轴向磁通分路的示意图。

图3是模拟电机形成径向磁通分路的示意图。

图4是相邻两个马蹄铁型定子铁芯绕组通电形成N-S/N-S定子磁极的示意图。

图5是将图4的两对N-S/N-S磁极对应转子上相邻磁钢N-S/N-S的示意图。

图6是铁芯框架组成一个环形的示意图。

图7是外转子马蹄铁型绕组永磁电机的整体示意图。

图8是图7的剖视图。

图9是定子单元和转子单元的装配示意图。

图10是图9的立体示意图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1-图10和具体实施方式做进一步的描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

根据图1、图2和图3所示，外转子马蹄铁型绕组永磁电机的马蹄铁型定子绕组利用U型绕组一端磁场为N，则另一端磁场必定是S极原理，并充分利用此原理，将N-S极的两端同时放置于气隙磁场内。这样电机即形成轴向磁通分路又形成了径向磁通分路，极大的利用了磁场作用，没有常规电机定子轭部，增大永磁电机的转矩密度和功率密度。

根据图4和5所示，定子相邻两各绕组某一时候通电，形成了N-S/N-S定子磁极，并将这两对N-S/N-S磁极对应转子上相邻磁钢N-S/N-S。

将n个马蹄铁型定子铁芯固定在铁芯框架上，由于每个马蹄铁型定子铁芯均是独立的单元，固定在铁芯框架上，框架是导磁材料，有聚磁作用，而每个框架N-S之间不能短路磁路，需要被隔断，如图2、图3和图6所示。

需要说明的是，若采用的是18个马蹄铁型定子铁芯，转子采用16极磁钢拼接而成，组成18U/16P型永磁电机模型；此发明并不限定18U/16P；可以任意的常规三相永磁电机槽极配合数，如：9U/8P；12U/10P；36U/24P；36U/32P等等，不再累述；同时此发明不限定三相，同样适用于五相、六相、九相等永磁电机。此处只是为了便于说明，采用18U/16P型结构说明具体发明内容。

实施例1

如图7、8、9和10所示，实施例1以18个马蹄铁型定子铁芯、转子采用16极磁钢拼接而成，组成18U/16P型永磁电机模型，详细说明。

如图7和8所示，一种外转子马蹄铁型绕组永磁电机，包括定子单元、转子单元和机壳端盖4，定子单元与机壳端盖4连接，定子单元装入转子单元内，电机轴8连接转子单元且电机轴8转动连接机壳端盖4。

如图9和10所示，定子单元由多个马蹄铁型定子1围成的环形定子，所有马蹄铁型定子1的开口朝外，马蹄铁型定子1由硅钢片叠成，在马蹄铁型定子1的两条腿上缠绕定子绕组2形成马蹄铁型定子铁芯，定义马蹄铁型定子铁芯的U型绕组一端磁场为N极，另一端磁场为S极；马蹄铁型定子铁芯的每条腿端部固定铁芯框架3，每个马蹄铁型定子铁芯上的两个铁芯框架3之间留有间隙；构成环形定子的每相邻两个马蹄铁型定子铁芯上的相邻两个铁芯框架3之间留有间隙，且构成环形定子的每相邻两个马蹄铁型定子铁芯的N极和S极交替布置。

如图8所示，机壳端盖4包括连接端盖和装配套筒，装配套筒垂直设于连接端盖的板面上；装配套筒***到环形定子内，将定子单元和机壳端盖4采用环氧树脂真空浇注，并固化成型，使得定子铁芯、绕组和机壳端盖4成为一个整体定子总成。机壳端盖4的连接端盖和装配套筒为一体结构。

如图8所示，电机轴8***装配套筒并通过两个轴承7转动连接装配套筒，电机轴8一端凸出装配套筒。

实施例1中铁芯框架3为方板，在方板上开设供马蹄铁型定子铁芯的腿***的孔。铁芯框架3采用导磁材料制成，为45号钢板或Q235钢板或Q195钢板。由于每个马蹄铁型定子铁芯均是独立的单元，马蹄铁型定子铁芯固定在铁芯框架上，铁芯框架是导磁材料，有聚磁作用，而每个铁芯框架N-S之间不能短路磁路，需要被隔断，因此相邻两个铁芯框架之间留有间隙。

实施例1中18个马蹄铁型定子铁芯和聚磁板框架独立，18个马蹄铁型定子铁芯和聚磁板框架围绕着机壳端盖4装配套筒，组合成一个圆周形定子总成，将定子单元和机壳端盖4采用高导热系数高绝缘性能的环氧树脂真空浇注，并固化成型，使得定子铁芯、绕组和机壳端盖4成为一个整体定子总成；

高导热系数高绝缘性能的环氧树脂为外购件，本实施例中优先采用德国艾伦塔斯生产并销售的Elantas 5262的双组分环氧脚注混合物，将马蹄铁型定子铁芯、绕组、机壳端盖4成为一个整体，形成定子总成。

如图8、9和10所示，转子单元包括转子轭部5和多个粘贴在转子轭部5内表面上的磁铁6，磁铁6对应环形定子设置两个环形，且位于同一圆周上的磁铁6为N极和S极交替设置；位于同一圆周上的相邻磁铁6之间留有间隙，磁铁6的数量与U型绕组的数量根据任意的常规永磁电机槽极配合数设置；转子轭部5呈桶状，转子轭部5内桶底的中心位置处设置联结法兰，转子轭部5套在定子单元外部，联结法兰与电机轴8端部连接。

磁铁6采用磁钢胶水粘贴在转子轭部5内表面上。磁钢胶水为外购件，优先采用乐泰326。

如图7所示，在转子轭部5的桶底上开设散热通风缺口。

实施例1中，外转子马蹄铁型绕组永磁电机，如果工况环境很好，没灰尘粉，电机可以开式的，无需增加防尘结构，开式的散热好。如果工况要求防水防尘，需要做成全闭式的。

而通常在无人机用的，外转子电机，要求短时功率很大，又不长时间用，做成开式结构。而在工业应用，一般都是闭式结构。

实施例1中，转子轭部5与连接端盖之间设置防尘结构，防尘结构为设置在连接端盖端面上的迷宫槽，转子轭部5的桶口***到迷宫槽内，形成迷宫防尘。

本发明未涉及部分均与现有技术相通或采用现有技术加以实现。

凡本发明说明书中未作特别说明的均为现有技术或者通过现有的技术能够实现，应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。