本發(fā)明涉及永磁電機領域，具體而言涉及一種高扭矩密度永磁旋轉電機。

背景技術：

近年來，隨著電力電子技術、微電子技術、新型電機控制理論和稀土永磁材料的快速發(fā)展，永磁旋轉電機得以迅速的推廣應用。永磁旋轉電機以永磁體提供勵磁，使電機結構較為簡單，降低了加工和裝配費用，且省去了容易出問題的集電環(huán)和電刷，提高了電機運行的可靠性。又因無需勵磁電流，沒有勵磁損耗，提高了電機的效率和功率密度。永磁旋轉電機由于其結構簡單、效率高、節(jié)電效果明顯、工作可靠等優(yōu)點，在家用電器、電工工具、電動汽車等場合具有廣泛的應用。

圖1、圖2所示為現(xiàn)有永磁旋轉電機的結構示意，以內轉子電機為例，定子與轉子之間的氣隙厚度沿徑向均勻分布，其產生的閉合磁通產生的吸引力大小受氣隙中的磁感應強度(或磁力線密度)及齒極間的相互作用面積影響較大。隨著家用電器、電動汽車領域對電機驅動能力和效率提升的迫切需求，現(xiàn)有永磁旋轉電機由于其扭矩密度問題的限制，影響電機的最大負載能力和扭矩密度，限制了永磁旋轉電機在這些場合的應用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種高扭矩密度永磁旋轉電機，通過電機轉子與定子之間氣隙優(yōu)化設計，提高扭矩密度。

為達成上述目的，本發(fā)明提出一種永磁旋轉電機，包括：

定子組件，其具有定子本體，定子本體限定一內部空腔，所述定子本體內壁上設置有定子凸極；所述定子凸極上配置有定子線圈，定子線圈在外部導入電流時產生磁場；

轉子組件，設置在所述空腔內部，并被設置成圍繞所述定子本體的縱向軸線而旋轉，該轉子組件包括軸以及周向圍繞所述軸進行定位的轉子本體；所述轉子本體上具有多個轉子凸極，轉子凸極上表貼或者內嵌有永磁體；

位于定子組件與轉子組件之間的氣隙；

其中，位于定子凸極和轉子凸極之間的氣隙至少在一個轉子本體或定子本體的軸截面上，至少部分地呈凹凸交錯的齒狀分布。

進一步的實施例中，所述定子凸極和轉子凸極之間至少在一個轉子本體或定子本體的軸截面上部分交叉。

進一步的實施例中，所述轉子凸極的自由端面上設置有多個齒槽，與所述定子凸極的自由端面上設置有多個齒槽相適配。

進一步的實施例中，所述定子組件的定子本體為分割式構造，具有至少兩個大致呈扇環(huán)狀的可組合的分體。

根據(jù)本發(fā)明的改進，還提出一種永磁旋轉電機，包括：

定子組件，其具有定子本體，所述定子本體外壁上設置有定子凸極；所述定子凸極上配置有定子線圈，用于在外部導入電流時產生磁場，定子凸極上表貼或者內嵌有永磁體；

轉子組件，圍繞定子本體，并被設置成可繞定子本體縱向軸線而旋轉，該轉子組件具有轉子本體，所述轉子本體上具有多個轉子凸極；

位于定子組件與轉子組件之間的氣隙；

其中，位于定子凸極和轉子凸極之間的氣隙至少在一個轉子本體或定子本體的軸截面上，至少部分地呈凹凸交錯的齒狀分布。

進一步的實施例中，所述定子凸極和轉子凸極之間至少在一個轉子本體或定子本體的軸截面上部分交叉。

進一步的實施例中，所述轉子組件的轉子本體為分割式構造，具有至少兩個大致呈扇環(huán)狀的可組合的分體。

由以上技術方案可知，本發(fā)明在傳統(tǒng)永磁旋轉電機結構的基礎上，將定子 與轉子的凸極設計為多齒結構，使得定子凸極和轉子凸極之間的氣隙至少在一個轉子或定子的軸截面上，至少部分地呈凹凸交錯的齒狀分布，其具有如下優(yōu)點：

1)有效增加了定子與轉子凸極間的相互作用面積，磁力線通過齒頂、齒根和齒面分別閉合；

2)由于磁力線閉合路徑的分散，有效降低了氣隙的磁通密度，在保證磁通不飽和的情況下，允許通入更大的電流，從而產生較大的吸引力，提高永磁旋轉電機的扭矩密度。

應當理解，前述構思以及在下面更加詳細地描述的額外構思的所有組合只要在這樣的構思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開的發(fā)明主題的一部分。另外，所要求保護的主題的所有組合都被視為本公開的發(fā)明主題的一部分。

結合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本發(fā)明教導的前述和其他方面、實施例和特征。本發(fā)明的其他附加方面例如示例性實施方式的特征和/或有益效果將在下面的描述中顯見，或通過根據(jù)本發(fā)明教導的具體實施方式的實踐中得知。

附圖說明

附圖不意在按比例繪制。在附圖中，在各個圖中示出的每個相同或近似相同的組成部分可以用相同的標號表示。為了清晰起見，在每個圖中，并非每個組成部分均被標記。現(xiàn)在，將通過例子并參考附圖來描述本發(fā)明的各個方面的實施例，其中：

圖1是現(xiàn)有技術中永磁旋轉電機的軸截面的結構示意圖。

圖2是現(xiàn)有技術中永磁旋轉電機的結構示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明某些實施例的永磁旋轉電機的結構示意圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明某些實施例的永磁旋轉電機的定子組件的結構示意圖(表貼式永磁體結構)。

圖5是根據(jù)本發(fā)明某些實施例的永磁旋轉電機的某一轉子或定子的軸截面 的截面結構示意圖(表貼式永磁體結構)。

圖6是根據(jù)本發(fā)明某些實施例的永磁旋轉電機的定子組件的結構示意圖(內嵌式永磁體結構)。

圖7是根據(jù)本發(fā)明某些實施例的永磁旋轉電機的某一轉子或定子的軸截面的截面結構示意圖(內嵌式永磁體結構)。

具體實施方式

為了更了解本發(fā)明的技術內容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。

在本公開中參照附圖來描述本發(fā)明的各方面，附圖中示出了許多說明的實施例。本公開的實施例不必定意在包括本發(fā)明的所有方面。應當理解，上面介紹的多種構思和實施例，以及下面更加詳細地描述的那些構思和實施方式可以以很多方式中任意一種來實施，這是因為本發(fā)明所公開的構思和實施例并不限于任何實施方式。另外，本發(fā)明公開的一些方面可以單獨使用，或者與本發(fā)明公開的其他方面的任何適當組合來使用。

結合圖3、4所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例，一種永磁旋轉電機100，包括定子組件110、轉子組件120以及位于定子組件與轉子組件之間的氣隙。

定子組件110，其包圍了轉子組件120，并進一步包圍了電機的旋轉軸。如圖3所示，轉子組件120設置在由周圍的定子組件110所限定的空腔內部。轉子組件120可圍繞其縱向軸線旋轉，從而在旋轉軸上提供旋轉能量輸出。

本發(fā)明實施例的永磁旋轉電機100，可用于各種應用，包括但不局限于車輛的牽引驅動用電機，車輛包括電動汽車、混動汽車、越野車等。

如圖3、圖5，定子組件110具有定子本體111。

定子本體111內壁上設置有定子凸極112。

定子凸極112上配置有定子線圈113，定子線圈113用于在外部導入電流時產生磁場并沿著縱向軸線隨限定空腔的內表面延伸。

定子凸極112在周向上規(guī)則地分布。

轉子組件120，如圖3、圖5，設置在定子組件110所限定空腔內部，并被 設置成圍繞所述縱向軸線而旋轉。該轉子組件120包括軸以及周向圍繞所述軸進行定位的轉子本體121。如圖3、圖5所示的例子中并未表示出軸的具體構造，應當理解，圖3和圖5中的轉子本體121中心縱向方向的圓孔為軸(即電機旋轉軸)的安裝位置。

轉子本體121上具有多個轉子凸極122，如圖5所示。這些轉子凸極122在周向上規(guī)則地分布。

結合圖3、圖6、圖7所示，轉子凸極122上表貼或者內嵌有永磁體122e。其中，在圖3所示的例子中，轉子凸極122上表貼永磁體122e。在圖6、圖7所示的例子中，轉子凸極122上內嵌永磁體122e。

結合圖3、4以及5所示，位于定子凸極112和轉子凸極122之間的氣隙至少在一個轉子本體或定子本體的軸截面上，至少部分地呈凹凸交錯的齒狀分布。

結合圖3、圖5，本實施例的永磁電機內部氣隙設計上，通過定子凸極112和轉子凸極122之間的交叉設置，使得氣隙在平行于軸(即電機旋轉軸)方向的一橫截面上具有延伸，而不是現(xiàn)有技術中的環(huán)形平滑設計結構(如圖2)，從而有效增加了定子凸極與轉子凸極間的相互作用面積，磁力線通過齒頂、齒根和齒面分別閉合；由于磁力線閉合路徑的分散，有效降低了氣隙的磁通密度，在保證磁通不飽和的情況下，允許通入更大的電流，從而產生較大的吸引力，提高永磁旋轉電機的扭矩密度。

通過前述實施例的定子組件、轉子組件與氣隙的設計，增大氣隙的長度，提高了定子組件和轉子組件之間的耦合面積，有利于增加推力，提高電機的推力密度。

結合圖3、圖5所示，定子凸極112和轉子凸極122之間至少在一個轉子本體或定子本體的軸截面上部分交叉。

轉子凸極112的自由端面上設置有多個齒112a，在齒與齒之間形成槽，并且在定子凸極122的自由端面上設置有與所述齒、槽相適配的齒槽結構，如圖3所示，定子凸極122上設置了齒122a，并且在齒122a之間形成槽，如此以使所 述定子凸極112和轉子凸極122之間至少在一個轉子本體或定子本體的軸截面上至少部分地交叉，從而有效增加了定子凸極與轉子凸極間的相互作用面積，有利于提高電機的扭矩密度，提升負載能力。

優(yōu)選地，定子凸極112上設置的齒和/槽在定子凸極的自由端面上規(guī)則地分布。

轉子凸極122上設置的齒和/槽在轉子凸極的自由端面上規(guī)則地分布。

結合圖3、圖5所示，為了方便地完成整個永磁電機的構造，在優(yōu)選的例子中，定子組件110的定子本體111為分割式構造，具有至少兩個大致呈扇環(huán)狀的可組合的分體。

定子組件110至少是兩個以上分體的組件構成的分割式定子組件。

如此，在組裝前述實施例的永磁電機時，可將帶齒122a的轉子組件120(安裝旋轉軸)先組裝到一部分轉子本體的分體中，使得轉子組件120的轉子凸極122與定子凸極112之間相互交叉地裝配好，然后再將剩下的轉子本體的分體組裝到定子組件110上并與定子凸極112相互交叉地裝配好，最后再將轉子本體的各個分體固定安裝好，完成整個定子組件與轉子組件的組裝。

如圖3、4、5、6所示的電機為內轉子永磁旋轉電機的示例，在以上公開內容中加以說明。根據(jù)本發(fā)明的改進，還提出一種外轉子永磁旋轉電機。由于外轉子永磁旋轉電機與內轉子永磁旋轉電機相比，其轉子組件包圍在定子組件的外部，定子組件的定子繞組在外部導入電流時產生磁場驅動轉子組件圍繞定子組件旋轉。

應當理解，本領域的技術人員根據(jù)前述內轉子旋轉永磁電機的構造和原理應當可以結合下述結構說明得知采用本發(fā)明實質性構思的外轉子永磁旋轉電機的意想不到的效果與優(yōu)點，故在本實施例中不再結合附圖描述外轉子永磁旋轉電機的具體構造與實現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，外轉子的永磁旋轉電機同樣包括定子組件、轉子組件以及位于定子組件與轉子組件之間的氣隙。

定子組件具有定子本體，所述定子本體外壁上設置有定子凸極；所述定子凸極上配置有定子線圈，用于在外部導入電流時產生磁場。

其中，定子凸極上表貼或者內嵌有永磁體。

轉子組件，圍繞定子本體，并被設置成可繞其縱向軸線而旋轉，該轉子組件具有轉子本體，所述轉子本體上具有多個轉子凸極。

位于定子凸極和轉子凸極之間的氣隙至少在一個轉子或定子的軸截面上，至少部分地呈凹凸交錯的齒狀分布。

本例中，定子凸極和轉子凸極之間至少在一個轉子本體或定子本體的軸截面上部分交叉。

本例中，所述轉子組件的轉子本體為分割式構造，具有至少兩個大致呈扇環(huán)狀的可組合的分體。

同樣地，在外轉子永磁旋轉電機的示例中，將定子與轉子設計為多齒結構，使得定子凸極和轉子凸極之間的氣隙至少在一個轉子本體或定子本體的軸截面上，至少部分地呈凹凸交錯的齒狀分布，以有效增加定子凸極與轉子凸極間的相互作用面積，磁力線通過齒頂、齒根和齒面分別閉合；由于磁力線閉合路徑的分散，有效降低氣隙的磁飽和程度，在保證磁通不飽和的情況下，允許通入更大的電流，從而產生較大的吸引力，提高永磁旋轉電機的扭矩密度。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。