[实用新型]超高效率永磁电机

说明书

技术领域

本实用新型总体涉及永磁电机，更具体而言，涉及高效永磁电机。

背景技术

电机包括发电机和电动机，前者将例如机械能转化成电能，后者将电能转化成例如机械能。

现有技术已经提出了使用永磁体（PM）的通用电机，其填补了高效率电动机和发电机市场的空白。使用永磁体的高效电机设计有助于致力于节省能量、从全球角度而言减少碳印迹的“绿色能量”工程。

如本领域技术人员公知的，现有技术的高效永磁电机主要包括绕转轴安装的转子部分和绕转子部分布置的定子部分。一种常用的转子部分包括转子铁芯和相互间隔开地成对地固定在转子铁芯的外周缘表面上的多个永磁体。一种常用的定子部分包括定子铁芯和定子线圈，定子铁芯在其内表面上具有以均匀的角间距布置的多个指状物，每两个相邻的指状物之间限定一个槽。定子线圈可以多种方式绕指状物布置、位于槽内。定子线圈通常由铜线制成。

在永磁电机设计中，粗的铜线有助于降低铜损，粗的指状物有助于避免磁饱和，从而允许电流降低。不过，在给定其它方面的情况下，使用粗的铜线与使用粗的指状物在某种意义上是相冲突的，因为粗的铜线通常需要大的槽面积，这会要求指状物较细；反之，如果指状物较粗，会导致用于铜线的槽面积减小，从而对所用铜线造成限制。另外，指状物变粗后，磁感应强度下降，从而降低铁损。

因此，常规地，在设计永磁电机时，针对铜线尺寸和指状物尺寸进行折衷，避免同时使用相对粗的铜线和相对粗的指状物，以兼顾电机的效率和尺寸/重量。现有技术的永磁电机最高只能达到92％－95％的效率。

并且，一直以来，通常认为更高的永磁电机效率须以更大的尺寸/重量为代价。

实用新型内容

本申请的发明人出乎意料地发现，通过一种新颖的设计，可以允许同时使用总横截面积相对大的导线和相对粗的指状物，由此实现更高的效率而不增加永磁电机的尺寸/重量。

发明人的技术方案如下：

一种永磁电机，包括绕转轴安装的转子部分和绕转子部分布置的定子部分，转子部分包括转子铁芯和固定至转子铁芯的成对地布置的多个永磁体，定子部分包括定子铁芯和定子线圈，定子铁芯在其内表面上具有以均匀的角间距布置的多个指状物，每两个相邻的指状物之间限定一个槽，定子线圈绕指状物布置，其中，定子线圈由李兹线或多股漆包线制成，每两个相邻的槽的径向中心线上沿径向距定子铁芯的中心相同给定距离的点之间的距离的60％－80％由其间的指状物占据。

对于本实用新型的永磁电机，通过用李兹线或多股漆包线制成定子线圈，可以使线圈导线的总横截面积相对大，同时允许定子铁芯中的槽的开口非常小——刚好允许所述李兹线或多股漆包线通过，并允许使用相对粗的指状物。因为，与给定横截面积的实粗线相比，具有相同总横截面积的李兹线或多股漆包线由于是由多股细漆包芯线绞成的，可以通过更小的槽口，并有助于提高槽满率；其中，构成李兹线或多股漆包线的多股导线的横截面积之和即为李兹线或多股漆包线的总横截面积，也是线圈导线的总横截面积，槽满率是指线圈导线在槽中所占的面积与槽的总面积之比。另外，槽的开口小有助于改善磁场分布，提高电机效率。

本实用新型的永磁电机具有超高的效率，例如97％以上的效率。

公知的是，电机的效率越高，浪费的能量就越少、其热管理系统就越简单。因此，本实用新型的永磁电机由于其超高的效率，产生少得多的热，因此不需要使用任何主动冷却手段（如风扇、液体冷却或喷雾冷却等）。对于本实用新型的永磁电机，就散热而言，被动冷却机构诸如散热片或电机外壳就足够。换句话说，利用本实用新型的永磁电机，散热装置可以简单得多，因而归因于散热装置的尺寸/重量得以减小——而电机的散热装置的尺寸/重量是电机整体尺寸/重量的一部分。

本实用新型通过使用李兹线或多股漆包线，可实现使用总横截面积相对大的导线制成线圈并同时允许定子铁芯中的槽的开口非常小和使用相对粗的指状物，以实现超高的效率，而不增加永磁电机的尺寸/重量。

附图说明

通过下文结合附图的详细说明，将更好地理解本实用新型。在附图中：

图1a和1b是示出本实用新型的示例性永磁电机的主要部件的示意图；

图2示出了本实用新型的永磁电机的一个示例性定子部分的结构示意图；

图3a－3c是示出本实用新型的永磁电机的几种示例性转子部分的立体图；

图4a－4c是分别示出图3a－3c中的转子部分的一个示例性永磁体的立体图。