内转子结构、电机的制作方法

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种内转子结构以及具有该内转子结构的电机。

背景技术：

齿槽转矩是传统永磁电机特有的一种现象。由于永磁电机定子齿槽的存在，当永磁转子磁极与定子齿槽相对在不同位置时，主磁路的磁导发生了变化，即使电动机绕组不通电，由于齿槽转矩的作用，电机转子有停在圆周上若干个稳定位置上的趋势。因此，永磁电机定子铁芯的齿槽与转子的磁极相互作用会产生磁阻转矩。

当电机旋转时，齿槽转矩表现为一种附加的脉动转矩。虽然它不会使电动机平均有效转矩增加或减少，但是它会使电机的效率降低并引起速度波动，产生电机震动和噪音。另外，在电机启动时，由于齿槽转矩的存在需要增大最初的启动转矩，导致电机的启动电流大。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的在于，提供一种内转子结构以及电机，该内转子结构的磁极表面磁力可移动变化，使具有该内转子结构的电机具有消除永磁电机齿槽转矩，减少启动电流的优点。

一种内转子结构包括：

转轴；

内铁芯，与转轴同轴固定连接；

若干对的永久磁铁，设置在内铁芯的外侧面上；

若干对的外铁芯，其数量与永久磁铁数量相同，其对应设置在永久磁铁远离内铁芯的侧面上，其不与内铁芯直接接触，相邻的外铁芯之间设置有绝缘体。

相对于现有技术，本发明所述的内转子结构，其永久磁铁的磁力是通过外铁芯形成转子的磁极，即当该内转子结构应用于永磁电机时，永久磁铁的磁力是通过外铁芯导向永磁电机的定子。虽然永久磁铁的磁力是恒定的，但是由于永久磁铁的磁力是通过铁芯之后再面向永磁电机的定子，因此该内转子的表面磁力分布是随内转子与定子的相对位置变化而变化的，即当转子磁极在转过定子齿槽空隙的时候，永久磁铁的磁力经过外铁芯，在外铁芯的导磁作用下，永久磁铁的磁力只会导向定子极掌，不会导向齿槽空隙，主磁路不会发生变化。因为定子齿槽与转子磁极不存在相互作用，所以不产生磁阻转矩。另外，由于该内转子结构面向电机定子的是具有导磁性能的外铁芯，外铁芯是一种高导磁材料，当该内转子结构在静止时，只要定子磁通发生变化，转子表面的磁力也会变化，所以在电动机启动的瞬间，定子铁芯的磁通量是可变的，定子绕组不会处于磁饱和状态，没有磁饱和的定子绕组就会阻碍电流流过线圈，进而有助于保证电动机的启动电流不会大于额定电流。

进一步地，所述绝缘体为不导磁的绝缘材料。

进一步地，所述永久磁铁与内铁芯之间设置有绝缘层。隔离永久磁铁与内铁芯，有助于减弱内铁芯发热对永久磁铁的影响。

进一步地，所述绝缘层为不导电材料。使永久磁铁与内铁芯之间不导电，防止永久磁铁将硅钢片短路，进而有助于避免内铁芯因短路而发热。

进一步地，还包括上端盖、下端盖，所述上端盖、下端盖分别设置在内铁芯的两端且相抵于永久磁铁、外铁芯的端面。

进一步地，所述上端盖、下端盖均为不导磁的绝缘材料。

一种电机，包括壳体和安装于所述壳体中的定子，还包括权利要求1至6任意一项所述的内转子结构。

相对于现有技术，本发明所述的电机，其永久磁铁的磁力是通过外铁芯形成转子的磁极，即当该内转子结构应用于永磁电机时，永久磁铁的磁力是通过外铁芯导向永磁电机的定子。虽然永久磁铁的磁力是恒定的，但是由于永久磁铁的磁力是通过铁芯之后再导向永磁电机的定子，因此该内转子的表面磁力分布是随内转子与定子的相对位置变化而变化的，即当转子磁极在转过定子齿槽空隙的时候，永久磁铁的磁力经过外铁芯，在外铁芯的导磁作用下，转子表面的磁力只会导向定子极掌，不会导向齿槽空隙，主磁路不会发生变化。因为定子齿槽与转子磁极不存在相互作用，所以不产生磁阻转矩。另外，由于该内转子结构面向电机定子的是具有导磁性能的外铁芯，外铁芯是一种高导磁材料，当该内转子结构在静止时，只要定子磁通发生变化，转子表面的磁力也会变化，所以在电动机启动的瞬间，定子铁芯的磁通量是可变的，定子绕组不会处于磁饱和状态，没有磁饱和的定子绕组就会阻碍电流流过线圈，进而有助于保证电动机的启动电流不会大于额定电流。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为实施例一所述的内转子结构的结构示意图；

图2为实施例一所述的内转子结构的安装示意图；

图3为实施例二所述的电机的静止时磁力线指向示意图；

图4为实施例二所述的电机的正转时磁力线指向示意图；

图5为实施例二所述的电机的反转时磁力线指向示意图；

附图标记：

10、转轴；20、内铁芯；21、卡槽；30、永久磁铁；31、绝缘层；40、外铁芯；41、绝缘体；42、定位孔；50、上端盖；60、下端盖；70、定子；71、极掌。

具体实施方式

实施例一

一种内转子结构，参见图1与图2，包括转轴10、内铁芯20、若干对的永久磁铁30、若干对的外铁芯40、上端盖50、下端盖60。其中，内铁芯20与转轴10通过键连接，且内铁芯20的轴线与转轴10的轴线共线。绕内铁芯20的轴线，永久磁铁30等间距地圆周阵列在内铁芯20的外侧面上。外铁芯40的数量与永久磁铁30数量相同，外铁芯40对应设置在永久磁铁30远离内铁芯20的侧面上，外铁芯40不与内铁芯20直接接触，相邻的外铁芯40之间设置有绝缘体41。上端盖50、下端盖60分别设置在内铁芯20的两端，上端盖50、下端盖60分别相抵于永久磁铁30的两端面，上端盖50、下端盖60还分别相抵于外铁芯40的两端面。

参见图1与图2，在内铁芯20的外侧面设置有若干个的卡槽21，卡槽21的数量与永久磁铁30的数量相同。具体地，绕内铁芯20的轴线，该卡槽21等间距地圆周阵列在内铁芯20的外侧面上。并且，卡槽21从内铁芯20的一端面延伸至内铁芯20的另一端面，卡槽21的长度方向平行于内铁芯20的轴线。另外，卡槽21的端面为圆弧状。

参见图1与图2，在本实施例中，永久磁铁30的数量为8个，永久磁铁30的端面为圆弧状。具体地，永久磁铁30嵌入安装在卡槽21内，永久磁铁30靠近内铁芯20的圆弧面与卡槽21靠近内铁芯20的弧形面相重合。并且，永久磁铁30的厚度大于卡槽21的深度。相邻的永久磁铁30的同一端的磁极相反。另外，为了防止内铁芯20发热，在永久磁铁30与内铁芯20之间设置有绝缘层31，该绝缘层31设置在卡槽21的内壁。具体地，该绝缘层31为不导电材料，其可以为云母片、绝缘纸等，在本实施例中，该绝缘层31为绝缘纸。

参见图1与图2，在本实施例中，外铁芯40的数量为8个，外铁芯40的端面为圆弧状。具体地，外铁芯40靠近内铁芯20的圆弧面与永久磁铁30远离内铁芯20的圆弧面相重合。更具体地，相邻的外铁芯40之间设置有绝缘体41，所述绝缘体41为不导磁的绝缘材料，其可以为塑料、尼龙、树脂等。另外，外铁芯40与永久磁铁30的厚度比的范围为1:1至5:1，在本实施例中，外铁芯40与永久磁铁30的厚度比为2:1。

具体地，上端盖50、下端盖60通过定位销（图未示）、定位孔42与外铁芯40进行连接。上端盖50、下端盖60分别通过螺栓固定连接在内铁芯20的两端面。上端盖50、下端盖60均为不导磁的绝缘材料，其可以为塑料、尼龙、树脂等。

实施例二

一种电机，参见图3、图4与图5，该电机结构与现有的永磁电机相似，均包括有壳体（图未示）、安装于所述壳体中的定子70、安装于所述壳体中的转子，其与现有的永磁电机的区别在于：该电机的转子采用了实施例一所述的内转子结构。

参见图3，电机未启动时，内转子处于静止状态，此时，内转子的磁力线指向为：永久磁铁30的n极经过外铁芯40、定子70、相邻外铁芯40后到相邻永久磁铁30的s极。此时，内转子的磁极表面磁力是均匀分布的。

参见图4与图5，电机通电时，定子70铁芯产生磁力，此时，内转子的磁力线指向为：永久磁铁30的n极经过外铁芯40导向至定子70的s极极掌71，再由定子70的n极极掌71经过外铁芯40导向至相邻永久磁铁30的s极。此时，永久磁铁30的n极的磁力向面向定子70s极极掌71的磁极表面聚集，定子70n极的磁力通过面向n极部分的外铁芯40发散到相邻永久磁铁30的s极。由于永久磁铁30的磁力经过外铁芯40之后只会指向异极性的定子70极掌71，不会指向同极性的定子70极掌71，所以转子与定子70之间不会产生磁阻，进而提高电机效率。

相对于现有技术，本发明所述内转子结构以及具有该内转子结构的电机均具有如下优点：

1、由于转子的磁场是由永磁体产生的，从而避免通过励磁电流来产生磁场而导致的励磁损耗，即铜耗；转子运行无电流，显著降低电动机温升，在相同负载情况下温升低20k以上；

2、应用该内转子结构的电动机功率因数高，且与电动机级数无关，电动机满负载时功率因数接近1，电动机配套的电源（变压器）容量理论上是可以降低，同时可以降低配套的开关设备和电缆等规格；

3、异步电动机随着电动机级数的增加，功率因数越来越低，而相比于异步电动机，应用该内转子结构的电动机的定子铜耗更小，效率也更高，且与电动机级数无关；

4、相比异步电动机，应用该内转子结构的电动机在轻载时效率值要高很多，其高效运行范围宽，在10%～120%范围内效率大于95%，电动机额定效率可远超过现行国标的1级能效要求，达到节能环保的目的；

5、应用该内转子结构的电动机还具有高启动转矩、启动时间较短、高过载能力的优点，可以根据实际轴功率降低设备驱动电动机的装机容量，节约能源同时减少固定资产的投资；

6、应用该内转子结构的电动机控制方便，转速恒定，不随负载的波动、电压的波动而变化，只决定于频率，运行平稳可靠；

7、该内转子结构用于发电机时，可减少启动转矩50%至90%，该内转子结构用于电动机可减少启动电流50%至70%，可将发电机，电动机的效率提高5至10个百分比。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。