CN106787562A - 交替极混合励磁直驱游标电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交替极混合励磁直驱游标电机，包括定子和外转子两部分，外转子部分包括转子铁心和由永磁体及铁心极构成的交替极。定子槽沿周向均匀分布，并采用开口槽；每个定子齿绕有一套集中式分布的电枢绕组；定子齿端部分裂为三个调磁极，位于中间的调磁极上套有集中式分布的直流励磁绕组，用于调节气隙磁密，对电机进行有效的弱磁调速。在外转子铁心内侧等距离开宽度相等的槽，径向充磁的永磁体嵌入外转子槽内，永磁体与铁心极交替排列在外转子内表面，成为转子交替极。本发明的直流调磁绕组放置于调磁极间，位置靠近定转子间气隙，并且转子采用交替极，充分利用电机内空间，可有效的调节定转子气隙磁密，降低了永磁体用量。

Description

交替极混合励磁直驱游标电机

技术领域

本发明涉及交替极混合励磁直驱游标电机，用于具有恒功率运行范围大的运动要求的场合。

背景技术

近年来，可以省去机械齿轮传动的直驱驱动系统成为了业内的研究热点。传统的直接驱动电机，虽然具有可以减少机械损耗、噪声、提高效率等特点，但是为了获得较大的转矩，体积一般较大，不适用于一些特殊要求的场合。

基于“磁齿轮效应”的永磁游标电机，将调磁极引入永磁电机定子齿充当磁齿轮电机中的调磁环，对气隙磁场进行调节，将转速低的磁场调制成转速高的磁场，实现自增速。永磁游标电机具有低速大转矩的特点，适用于轨道交通以及电动汽车等应用场合。然而，传统永磁游标电机的气隙磁场难以调节，限制了电机的调速范围。通过引入励磁绕组，能够有效地调节电机气隙磁场，实现弱磁扩速，扩大电机调速范围。中国专利(申请号：201510268915)公布了一种定子永磁型混合励磁游标电机，每个定子的电枢齿上分别绕有一套集中式的励磁绕组，与电枢绕组共同放置在定子槽中，并且永磁体安放在定子V型的永磁体槽内。C.Liu在“A Novel Flux-Controllable Vernier Permanent-Magnet Mchine”中提出了一种新型磁场可调型永磁游标电机，其采用外转子结构，励磁绕组与电枢绕组以集中分布的方式嵌入定子槽中，保证电机低速运行时大转矩输出，同时提升了电机高速运行时的弱磁能力。然而，上述结构共同缺点在于励磁绕组与电枢绕组共同放置于定子槽中，降低了电枢绕组对定子槽的利用率，对电机的电磁性能有负面影响。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种交替极混合励磁直驱游标电机，实现宽范围的电机调速，并提高电枢绕组对定子槽的空间利用率。

技术方案：交替极混合励磁直驱游标电机，包括外转子和定子；所述定子包括沿周向均匀分布的定子槽和定子齿，所述定子槽为开口槽结构，所述定子槽内嵌有集中式分布的电枢绕组；所述定子齿的端部分裂为三个调磁极，位于中间的调磁极上套有集中式分布的直流励磁绕组。

进一步的，所述外转子包括由导磁材料叠压而成的外转子铁心，在外转子铁心内侧等距离开宽度相等的槽，形成的外转子齿为铁心极，所述槽内嵌入径向充磁的永磁体，所述永磁体与铁心极等宽，沿外转子内表面周向均匀阵列布置的所述铁心极与永磁体形成转子交替极。

进一步的，所述定子具有6个定子齿、18个调制极，所述外转子上设有17块永磁体和17个铁心极。

有益效果：由于定子电枢绕组采用集中分布方式，直流励磁绕组嵌套在调制极上，转子采用了交替极结构，这种混合励磁游标电机具有如下优点：

定子不再需要复杂的分布绕组或定、转子斜槽等措施来获得气隙磁密的正弦波分布；励磁绕组靠近气隙，能够有效调节气隙磁场，并且充分利用电机内空间。

励磁绕组嵌套在调制极上，使励磁绕组与电枢绕组分开，提高了电枢绕组对定子槽的空间利用率，降低了下线的难度，简化了整个电机的结构，不仅利于装配而且降低了加工工艺上的难度。

转子交替极有效降低永磁用量，降低了工业制造成本，同时进一步提升了电机弱磁能力，扩大了电机调速范围。

电机结构简单，可靠性好，利于高速运行，可应用于具有恒功率运行范围大的运动要求的场合。

附图说明

图1为交替极混合励磁直驱游标电机结构示意图；

图2位外转子部分示意图；

图3为定子部分示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，交替极混合励磁直驱游标电机，包括外转子I和定子II。如图2所示，外转子包括由导磁材料叠压而成的外转子铁心1，如十号钢或硅钢片。在外转子铁心1内侧等距离开宽度相等的槽，形成的外转子齿为铁心极2，槽内嵌入径向充磁的永磁体3，永磁体3与铁心极2等宽，沿外转子内表面周向均匀阵列布置的所述铁心极2与永磁体3形成转子交替极。本实施例中，外转子上设有17块永磁体3和17个铁心极2，在气隙中形成17对极的磁场，加工装配工艺简单，结构强度较好。采用稳定性好，矫顽力大，剩磁高的永磁体材料，如钕铁硼永磁体材料等。

如图3所示，定子包括定子铁轭8，沿定子铁轭8周向均匀分布的定子槽和定子齿6。定子槽为开口槽结构，本实施例中，圆周上等距分布六个定齿槽，相邻定子齿6的夹角为60°。定子槽内嵌有集中式分布的电枢绕组7，即每个定子齿6绕有一套电枢绕组。定子齿6的端部分裂为三个调磁极4，位于中间的调磁极上套有直流励磁绕组5。电枢绕组6与励磁绕组5均由铜导线组成。定子铁轭8、定子齿6及调制极4材质为高导磁材料，如十号钢或硅钢片。

上述的交替极混合励磁直驱游标电机，在定子齿6上缠绕的电枢绕组7构成三相电枢绕组，在三相电枢绕组中通有三相对称的工频交流电流，形成空间旋转的1对极磁场，通过调制极4的调制，在气隙中产生17对极旋转磁场，与外转子I旋转时交替极产生的17对极旋转磁场进行耦合作用，进而产生电磁转矩，进行电能到机械能的转换，实现外转子低速转动情况下，电机的较大转矩输出。直流励磁绕组5嵌套在每个齿位于中间位置的调磁极4上，用于调节气隙磁密，对电机进行有效的弱磁调速。当电机处于低速运行时，励磁线圈不通电；当电机工作在高速运行情况下，在励磁绕组5中通直流电流，在所嵌套的调磁极上产生与电机主磁通反向的磁通，减弱主磁通，在保持电机输入功率不变情况下，转矩输出下降，进而提升电机转速，实现对电机的弱磁扩速。直驱游标电机采用混合励磁的励磁方式，通过在励磁绕组5中施加直流调磁电流来改变电机的气隙磁场，实现宽范围的电机调速，提高电机的调速性能。

上述的交替极混合励磁直驱游标电机，励磁绕组5嵌入调制极4间空隙，位置靠近定转子间气隙，提高了空间利用率；同时，不占用定子槽空间，提高了三相电枢绕组对定子槽空间利用率，进而提高了电机的电磁性能。

上述的交替极混合励磁直驱游标电机，相对于传统表贴式永磁游标电机，转子结构采用交替极，永磁体用量减少了一半，并且有利于调节定转子气隙磁密，能够有效的实现弱磁扩速。

上述的交替极混合励磁直驱游标电机，充分利用电机内空间，结构简单紧凑，可靠性好，利于高速运行，不仅大大降低了电机的制造成本且转矩的输出不受影响，应用于具有恒功率运行范围大的运动要求的场合。定子II上所绕的电枢绕组7及直流励磁绕组5均采用集中分布方式，结构简单，绕线方便，定子槽利用率高。

上述的交替极混合励磁直驱游标电机，单个定子齿6端部的调制极4数量Z可以为由1到5的任意整数，且外转子磁极对数p_r按照公式进行相应变化，

Z＝p_r+p_s (1)

p_s为电枢绕组通电时产生旋转磁场的极对数。对于所述的交替极混合励磁直驱游标电机，直流励磁线圈可以嵌套在每个齿中间位置的调制极4上，同时也可以一个励磁绕组绕在一个定子齿6的两个或三个调制极4上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.交替极混合励磁直驱游标电机，其特征在于：包括外转子和定子；所述定子包括沿周向均匀分布的定子槽和定子齿(6)，所述定子槽为开口槽结构，所述定子槽内嵌有集中式分布的电枢绕组(7)；所述定子齿(6)的端部分裂为三个调磁极(4)，位于中间的调磁极上套有集中式分布的直流励磁绕组(5)。

2.根据权利要求1所述的交替极混合励磁直驱游标电机，其特征在于：所述外转子包括由导磁材料叠压而成的外转子铁心(1)，在外转子铁心(1)内侧等距离开宽度相等的槽，形成的外转子齿为铁心极(2)，所述外转子铁心槽内嵌入径向充磁的永磁体(3)，所述永磁体(3)与铁心极(2)等宽，沿外转子内表面周向均匀阵列布置的所述铁心极(2)与永磁体(3)形成转子交替极。

3.根据权利要求2所述的交替极混合励磁直驱游标电机，其特征在于：所述定子具有6个定子齿(6)、18个调制极(4)，所述外转子上设有17块永磁体(3)和17个铁心极(2)。