CN102244448A - 低转矩脉动永磁开关磁链电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低转矩脉动永磁开关磁链电机，由两个结构完全相同的永磁开关磁链电机组合而成，两部分共用壳体和转轴，左右放置；在定子铁心的两段齿对齐的情况下，转子铁心的两段齿就错开180/P度电角度，在转子铁心两段齿对齐的情况下，定子铁心两段齿就错开180/P度电角度，P为相数。本发明具有效率高、功率密度高、可靠性高、反电势波形正弦性好和易于控制等优点，应用前景广泛。
Description
低转矩脉动永磁开关磁链电机
技术领域
[0001] 本发明涉及一种永磁开关磁链电机，特别是涉及一种低转矩脉动永磁开关磁链电机。
背景技术
[0002] 在定子齿部嵌入永磁体的开关磁链电机（permanent magnet flux-switchingmotor, PMFSM)最早是在1955年由学者Rauch和Johnson提出的，其结构如图1所示，之后很长一段时间内这种电机的研究很少。随着永磁材料的发展，Hoang等学者在1997年重新将研究目光投向PMFSM，随后又有人提出了混合励磁开关磁链电机，如图2 所示。近几年国内学者也开始对永磁开关磁链电机进行了研究，图3所示为浙江大学研制的MV，450W，1500r/min的三相6/5极结构永磁开关磁链电机的截面图，图4所示为东南大学研制的三相12/10极结构永磁开关磁链电机。
[0003] 比较以上几种电机可知，上述永磁开关磁链电机结构相似，电机转子32、42均为齿槽式结构，由硅钢片叠压而成；定子31、41由U型铁心及相邻U型铁心间放置的切向充磁永磁体组成，永磁体33、43的N极、S极交替排列，永磁体33、43和相邻两U型铁心的边构成了定子齿，定子齿上缠有三相集中式电枢绕组，控制方式采用永磁无刷直流电机或者永磁无刷交流电机的控制方式，其中不同之处是图2所示的混合励磁电机在定子轭部放置有励磁绕组，产生的磁势与永磁体产生的磁势相互叠加或者抵消，使磁场可调。
[0004] 由永磁开关磁链电机的结构知，定转子均为凸极结构，电机的结构性能较好，相对于传统的转子型永磁电机来说，永磁体置于定子上，不会产生不可逆退磁；电机转子与开关磁阻电机转子相似，既无永磁体也无绕组，机械强度高，适合高速或者超高速运行，且对环境的要求较低，适合运行于较恶劣的环境；电机的每相永磁磁链为双极性，且磁链和反电势波形都接近正弦分布，电机出力大，转矩密度和功率密度较高。
[0005] 但是永磁开关磁链电机的电磁转矩主要由永磁体产生，磁阻转矩相对较小，电机的定位力矩偏大，导致电机转矩脉动相对较大，进而由此产生的震动和噪声偏大。
[0006] 由上述知，现有技术中的永磁开关磁链电机，由于其存在较大的定位力矩和突出的转矩脉动，限制了其在伺服领域等对转矩脉动要求较高的场合的应用。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种底转矩脉动永磁开关磁链电机。
[0008] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0009] 一种低转矩脉动永磁开关磁链电机，由两个结构完全相同的永磁开关磁链电机组合而成，两部分共用壳体和转轴，左右放置；在定子铁心的两段齿对齐的情况下，转子铁心的两段齿就错开180/P度电角度，在转子铁心两段齿对齐的情况下，定子铁心两段齿就错开180/P度电角度，P为相数。[0010] 所述永磁开关磁链电机的定子由切向充磁的永磁体和U型铁心依次排列构成，永磁体N极、S极交替排列，永磁体和相邻两U型铁心的边构成了电枢齿，电机左右两侧永磁体和电枢齿长度分别相等，电枢齿上绕有相同的三相集中式电枢绕组。
[0011] 所述电枢绕组采用三相集中式电枢绕组。
[0012] 所述转子是由两个独立的、结构完全相同的齿槽式铁心叠片转子构成。
[0013] 所述永磁开关磁链电机的定子和转子铁心均由硅钢片叠压而成，左右两侧定子U 型铁心及相邻U型铁心间放置的切向充磁永磁体长度均相同，并列于同一转轴的两转子铁芯长也相同；两个电机定子齿上分别套有相同匝数的集中电枢绕组，绕组的放置方式相同， 但两段绕组是各自独立的。工作时，两段绕组通入电流的相位差为180/P度电角度，P为相数。
[0014] 两个相同永磁开关磁链电机间用气隙7隔开。
[0015] 本发明所采用的技术方案的优点是：
[0016] (1)本发明在维持现有永磁开关磁链电机磁路不变的情况下，通过两个结构完全相同的永磁开关磁链电机共用壳体和转轴，左右放置，有效的减小了现有永磁开关磁链电机的定位力矩和转矩脉动以及由此引起的震动和噪声。
[0017] (2)通过转子采用铁心叠片转子，转子上没有永磁体和绕组，使得电机转子的结构简单，适合于高速或者超高速运行，且对环境要求较低。
[0018] (3)通过定子采用三相集中式绕组，与传统采用分布式绕组电机相比，节省铜材的同时也降低了电机绕组端部损耗，电机节能。
[0019] (4)通过永磁体采用切向充磁磁体，起到了良好的“聚磁”效果，使电机的磁链和反电势波形均接近正弦分布，进而电机可以采用永磁无刷交流电机的控制方式。
[0020] (5)通过采用齿槽式铁心叠片转子和齿部嵌入永磁体的定子组合，极大的体现了电机结构的优势，使得电机弱磁性能可以设计的较好，适合于弱磁扩速运行。
[0021] 下面结合附图对本发明的实施和优点作进一步解释。
附图说明
[0022] 附图1是现有的一种永磁开关磁链电机的结构示意图；
[0023] 附图2是现有的一种混合励磁开关磁链电机的结构示意图；
[0024] 附图3是现有的另一种永磁开关磁链电机的结构示意图；
[0025] 附图4是现有的又一种永磁开关磁链电机的结构示意图；
[0026] 附图5(a)是本发明的一种低转矩脉动永磁开关磁链电机的结构示意图；
[0027] 附图5(b)是图5(a)的剖面示意图。
具体实施方式
[0028] 参见附图5(a)。依据本发明的一种低转矩脉动永磁开关磁链电机10，由两个结构完全相同的永磁开关磁链电机8、9组合而成，两部分共用壳体（图未示）和转轴4，左右放置；在定子铁心6的两段齿对齐的情况下，转子铁心3的两段齿就错开180/P度电角度，在转子铁心3两段齿对齐的情况下，定子铁心6两段齿就错开180/P度电角度，P为相数。
[0029] 继续参见附图5(a)。所述永磁开关磁链电机8、9的结构完全相同，定子由切向充磁的永磁体1和U型定子铁心6依次排列构成，永磁体1的N极、S极交替排列，永磁体1和相邻两U型铁心6的边构成了电枢齿，电机左右两侧永磁体1和电枢齿长度分别相等，电枢齿上绕有相同的三相集中式电枢绕组5。转子是由两个独立的、结构完全相同的齿槽式铁心叠片转子3构成。定子和转子间具有气隙2。两个相同永磁开关磁链电机8、9间用气隙7 隔开。
[0030] 所述永磁开关磁链电机的定子铁心6和转子铁心3均由硅钢片叠压而成，左右两侧定子U型铁心6及相邻U型铁心间放置的切向充磁永磁体1的长度均相同，并列于同一转轴的两转子铁心3的长度也相同；两个电机定子齿上分别套有相同匝数的集中电枢绕组 5，绕组的放置方式相同，但两段绕组是各自独立的。工作时，两段绕组通入电流的相位差为 180/P度电角度，P为相数。
[0031] 附图5 (b)显示的是三相6/4结构低转矩脉动永磁开关磁链电机的两个沿A-A和 B-B方向的剖面示意图，它反映了定转子的装配情况。永磁开关磁链电机的定子齿数Ns和
Nr 2m 土 η
转子齿数N,满足：^1 = ^^结构，m为电机的相数，η为自然数（一般比较小），定子极 Ns 2m
数为偶数。即定子齿数为6时，转子齿数可以为4、5、7等多种结构，其中转子齿数为4时， 即得到常见的6/4极结构永磁开关磁链电机，当定子齿数为12时可以得到三相的12/10、 12/8等多种结构的永磁开关磁链电机。对于三相6/4结构电机，左右定子铁心的两段齿对齐，转子铁心的两段错开60度电角度（也可以转子铁芯两段齿对齐，定子铁芯两段错开60
n 60
度电角度）。左侧转子的任一齿轴线与右侧转子的任一齿轴线相差~ = i机械角，凡为转
丄、r
子齿数，如图5(b)所示。
[0032] 电机左、右两侧电枢绕组缠绕方式相同，相序相同，左、右两侧三相电流的相位相差60度电角度。
[0033] 在本发明中，永磁开关磁链电机8、9并不限于是何种结构的永磁开关磁链电机。
[0034] 本发明的低转矩脉动永磁开关磁链电机保存了传统永磁开关磁链电机的结构简单、坚固可靠、具有较高的容错性能等优点。在永磁开关磁链电机基础上实现了效率高、功率密度高、可靠性高、反电势波形正弦性好和易于控制等优点，应用前景广泛。
[0035] 当然，以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (6)
1. 一种低转矩脉动永磁开关磁链电机，由两个结构完全相同的永磁开关磁链电机组合而成，两部分共用壳体和转轴，左右放置；在定子铁心的两段齿对齐的情况下，转子铁心的两段齿就错开180/P度电角度，在转子铁心两段齿对齐的情况下，定子铁心两段齿就错开 180/P度电角度，P为相数。
2.根据权利要求1所述的低转矩脉动永磁开关磁链电机，其特征在于，所述永磁开关磁链电机的定子由切向充磁的永磁体和U型铁心依次排列构成，永磁体N极、S极交替排列，永磁体和相邻两U型铁心的边构成了电枢齿，电机左右两侧永磁体和电枢齿长度分别相等，电枢齿上绕有相同的三相集中式电枢绕组。
3.根据权利要求2所述的低转矩脉动永磁开关磁链电机，其特征在于，所述电枢绕组采用三相集中式电枢绕组。
4.根据权利要求1所述的低转矩脉动永磁开关磁链电机，其特征在于，所述转子是由两个独立的、结构完全相同的齿槽式铁心叠片转子构成。
5.根据权利要求1所述的低转矩脉动永磁开关磁链电机，其特征在于，所述永磁开关磁链电机的定子和转子铁心均由硅钢片叠压而成，左右两侧定子U型铁心及相邻U型铁心间放置的切向充磁永磁体长度均相同，并列于同一转轴的两转子铁芯长也相同；两个电机定子齿上分别套有相同匝数的集中电枢绕组，绕组的放置方式相同，但两段绕组是各自独立的；工作时，两段绕组通入电流的相位差为180/P度电角度，P为相数。
6.根据权利要求1所述的低转矩脉动永磁开关磁链电机，其特征在于，两个相同永磁开关磁链电机间用气隙隔开。
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