CN101404435B - 磁场减速型低速大转矩永磁无刷直流电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的磁场减速型低速大转矩永磁无刷直流电机，包括内定子，外定子和位于内外定子之间的转子，内定子由沿圆周方向开槽的内定子铁心和置于槽内的电枢绕组构成，外定子由环状定子铁心和固定在环状定子铁心内表面交替排列的N极、S极永磁体构成，转子由相间排列的导磁体和非导磁体组成。电枢磁场通过转子的调制作用，使内定子侧气隙磁场和永磁体侧气隙磁场的旋转速度产生转速比，从而实现磁场的减速，在内定子侧和永磁体侧不同速度旋转磁场的作用下，达到明显的降速，实现低速大转矩的目的。本发明简化了电力驱动系统的结构，工作可靠，响应快速。
Description
技术领域
本发明涉及永磁无刷直流电机，尤其是磁场减速型低速大转矩永磁无刷直流电机，属于电机制造技术领域。
背景技术
电机是传动系统中必不可少的重要部分，性能优越的电机可以使整个传动系统有更广阔的应用前景。传统电机都是以较高速度旋转的，很难满足各种工业设备运行的需要，大量机械负载要求运行于低速大转矩，因此电机必须与庞大的减速机构配套使用。电力驱动系统一般是由电机拖动机械变速部件，机械齿轮箱是比较常见的机械变速部件。当电机使用齿轮传动后，不仅使系统尺寸增大、重量增加，而且造成噪声高、转动惯量大及效率低等各种不利因素。同时由于齿轮精度的限制，齿轮传动往往影响系统的性能，因而低速大转矩直接驱动系统在新能源，电动车辆等领域有着紧迫的需求。低速大转矩直接驱动系统既节约能源，又能减低成本，有着广阔的应用前景。近年来，随着电力电子技术、永磁材料和微机控制技术的发展，永磁无刷直流电机得到迅速发展，永磁无刷直流电机具有高效、高功率密度、高可靠性的特点，随着高性能永磁材料的问世，大大提高了永磁无刷直流电机的功率密度和性能。电力直接驱动的主要目的就是为了消除由于使用机械齿轮箱而引起的噪声、震动、磨损等缺点。磁力传动就是为了消除机械齿轮箱的缺点而发展起来的新型传动方式，与传统机械传动部件相比，磁力传动有很多潜在的优点：非接触传动、无摩擦损耗、低振动、低噪声、不需要润滑、精确的转矩传动能力、固有的过载保护能力、免维护、无油污、高可靠，等等。同时随着高性能永磁材料的问世，磁力传动的转矩密度得到了提高，近来，一种新型永磁齿轮结构的提出，大大提高了永磁齿轮所能传输的最大转矩和效率。当这种永磁齿轮与永磁直流无刷电机联合驱动，整个系统的转矩和转矩密度得到了明显的提升，但是属于二级传动，系统响应较慢，结构也较为复杂。
发明内容
本发明的目的是提出一种磁场减速型低速大转矩永磁无刷直流电机，使电机直接实现磁场减速以达到低速大转矩。
本发明的磁场减速型低速大转矩永磁无刷直流电机，包括内定子，外定子和位于内外定子之间的转子，内定子由沿圆周方向开槽的内定子铁心和置于槽内的电枢绕组构成，外定子由环状定子铁心和固定在环状定子铁心内表面交替排列的N极、S极永磁体构成，转子由相间排列的导磁体和非导磁体组成。
本发明的永磁无刷直流电机中，所说的内定子铁心的槽可以是闭口槽，开口槽或半开口槽。所说的电枢绕组可以为集中绕组，分数槽绕组或分布绕组构成的三相绕组。所说的导磁体是由硅钢片叠制而成，非导磁体为塑料，铝或陶瓷。
本发明的永磁无刷直流电机的电枢绕组极对数p、转子上导磁体的个数n和永磁体的个数2pr，满足公式：pr＝n-p。
工作时，将三相绕组与控制驱动电路相连，控制驱动电路接到直流电源。利用转子位置传感器检测转子位置，由此确定三相绕组的导通状态，因为直流电源通过控制驱动电路给三相绕组加载频率为f的三相电压，则在三相绕组中流过频率同为f的三相电流，于是内定子侧气隙磁场产生速度ns＝60f/p(p为电枢绕组极对数)的旋转磁场，由于转子的调制作用，内定子侧气隙旋转磁场被调制为极对数为pr＝(n-p)(n为导磁体个数)，速度nr＝-nsp/pr的旋转磁场，因此通过转子的调制作用，使内定子侧气隙磁场和永磁体侧气隙磁场的旋转速度产生转速比，从而实现磁场的减速，在内定子侧和永磁体侧不同速度旋转磁场的作用下，使转子以速度为nsp/n旋转，达到明显的降速，实现低速大转矩的目的。
通过控制加到电枢绕组上的电压大小和频率，则可调节电机的转速，适合不同场合的需要。
本发明的有益效果：
1.结合了永磁无刷直流电机和永磁齿轮的优点，明显降低了电机的转速，而提高了输出转矩。
2.去除了机械齿轮箱，简化了电力驱动系统的结构，提高了可靠性。
3.可采用传统永磁无刷直流电机的控制方法，控制灵活、多样。
附图说明
图1是本发明磁场减速型低速大转矩永磁无刷直流电机的结构示意图。
具体实施方式
参照图1，磁场减速型低速大转矩永磁无刷直流电机，包括内定子，外定子和位于内外定子之间的转子，内定子由沿圆周方向开槽的内定子铁心1和置于槽内的电枢绕组2构成，外定子由环状定子铁心5和粘贴在环状定子铁心5内表面交替排列的N极、S极永磁体4构成，转子3由相间排列的导磁体3.1和非导磁体3.2组成。
图示实例中，电枢绕组2为三相四对极集中绕组，永磁体4为22对极，转子上的导磁体3.1和非导磁体3.2分别有26个，满足公式：pr＝n-p。
三相绕组通过永磁无刷直流电机控制器连接到直流电源。施加一定的电压和频率，在电枢绕组中产生频率为f的三相电流，则转子的旋转速度为60f/n。
本发明将永磁齿轮的运行原理集成在永磁无刷直流电机，替代了机械式的减速齿轮箱，一方面简化了电力驱动系统的结构，提高了可靠性，另一方面可以直接采用传统永磁无刷直流电机的控制方法，控制灵活、多样，并且提高了控制的响应速度，最重要的是结合了永磁无刷直流电机和永磁齿轮的优点，明显降低了电机的转速，而提高了输出转矩。
Claims (5)
1.磁场减速型低速大转矩永磁无刷直流电机，其特征在于，包括内定子，外定子和位于内外定子之间的转子，内定子由沿圆周方向开槽的内定子铁心(1)和置于槽内的电枢绕组(2)构成，外定子由环状定子铁心(5)和固定在环状定子铁心(5)内表面交替排列的N极、S极永磁体(4)构成，转子(3)由相间排列的导磁体(3.1)和非导磁体(3.2)组成，所说的电枢绕组(2)极对数p、转子(3)上导磁体(3.1)的个数n和永磁体(4)的个数2pr，满足公式：pr＝n-p。
2.根据权利要求1所述的磁场减速型低速大转矩永磁无刷直流电机，其特征在于所说的内定子铁心(1)的槽是闭口槽，开口槽或半开口槽。
3.根据权利要求1所述的磁场减速型低速大转矩永磁无刷直流电机，其特征在于所说的电枢绕组(2)为集中绕组，分数槽绕组或分布绕组构成的三相绕组。
4.根据权利要求1所述的磁场减速型低速大转矩永磁无刷直流电机，其特征在于所说的导磁体(3.1)是由硅钢片叠制而成。
5.根据权利要求1所述的磁场减速型低速大转矩永磁无刷直流电机，其特征在于所说的非导磁体(3.2)为塑料，铝或陶瓷。
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