CN103078463A - 轴向充磁永磁电动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴向充磁永磁电动机，属于电动机设计技术领域。包括相对设置的定子和转子；定子上设有与转子相对的定子齿，该定子齿上缠绕有定子绕组，定子绕组分配为m相，建立起励磁磁场；转子包括磁极按电动机轴向设置的永磁体，转子上设有与定子相对的转子齿；随转子的转动，定子绕组产生旋转的励磁磁场；定子齿数为2mK，转子齿数为定子齿数加减2K，其中，m为大于等于3的整数，K为整数。本发明所提供的轴向充磁永磁电动机，用了全新的磁路系统，变频器的控制方式也非常简单；并且利用旋转磁场的原理使电机旋转，使电机旋转比较平稳，适合电梯要求脉动小的情况。同时励磁采用了永磁体励磁，也有比较好的效果。

Description

轴向充磁永磁电动机

技术领域

本发明涉及一种电动机，具体来说，特别是涉及一种轴向充磁永磁电动机。

背景技术

永磁同步电梯电动机是电梯的动力设备，又称电梯主机。功能是输送与传递动力使电梯运行。

采用永磁同步电动机作为电梯的动力设备具有极大的优势，如：采用多极低速直接驱动的永磁同步电动机，无需庞大的机械传动效率仅为70%左右的蜗轮、蜗杆减速齿轮箱；与感应电动机相比，无需从电网汲取无功电流，因而功率因数高；因没有激磁绕组没有激磁损耗，故发热小，因而无需风扇、无风摩耗，效率高；采用磁场定向矢量变换，具有和直流电动机一样优良的转矩控制特性，起、制动电流明显低于感应电动机，所需电动机功率和变频器容量都得到减小，运行平稳、噪声低；因其无庞大减速齿轮箱、无激磁绕组，还具有节省建筑空间的优点；且该电动机无需电刷和集电环，故使用寿命长，且无齿轮箱的油气，对环境污染少；同时由于该电动机无刷、无减速箱，维护简单，还具有运行维护费用少的特点。

但是，因此永磁同步电动机在结构和驱动方式上都比较复杂。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种轴向充磁永磁电动机，其变频器的控制方式较为简单。

其技术方案如下：一种轴向充磁永磁电动机，包括相对设置的定子和转子；所述定子上设有与转子相对的定子齿，该定子齿上缠绕有定子绕组，该定子绕组分配为m相，建立起励磁磁场；所述转子包括磁极按电动机轴向设置的永磁体，该转子上设有与定子相对的转子齿；随转子的转动，定子绕组产生旋转的励磁磁场；所述定子齿数为2mK，所述转子齿数为定子齿数加减2K，其中，m为大于等于3的整数，K为整数。

该电动机的磁路为新的磁路，电动机的轴向充磁，在定子绕组不通电的时候，由永磁体建立了整个电动机的磁场，从N极出发，经过转子—气隙—定子—定子轭部—定子—气隙—转子—S极，最终回到S极；定子绕组通以直流电后，由于建立的励磁磁场极性不同，一部分定子产生磁场拖动转子，一部分定子产生磁场推动转子，同时通过绕组电流将顺时针下一个齿产生磁场拖动转子向顺时针方向旋转，依次各相定子绕组轮流通电，可以实现电机的顺时针旋转。同理如果电动机要逆时针旋转时只需要通过绕组电流将逆时针下一个齿产生磁场拖动转子向逆时针方向旋转即可。

下面对进一步技术方案进行说明：

在一些实施例中，还包括安装于该电动机轴心处的编码器。该编码器用于识别转子的位置，并将该位置信息传送至控制系统，由控制系统通过控制变流器产生相应的电流，从而使各相电流相互配合，产生相应的旋转磁场，达到脉动小，运行流畅的目的。

在一些实施例中，所述m相中每一相电流均为基波是正弦波的脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）波形。随着正弦波状的电流强度和方向的改变，产生的磁场强度和磁极也改变，当m为奇数时，随转子的转动，处于正对的转子齿和定子齿极性相同；通过改变脉宽即可调节电机的转速，并且具有转速可控性好的优点，脉动小，运行流畅，在电梯中使用可提高电梯性能，非常适合电梯使用。

在一些实施例中，所述m为3或4。为目前常用的三相或四相设置，方便与市面上其它设备配合使用。

在一些实施例中，所述转子还包括导磁件和带有转子齿的旋转环；所述导磁件一端紧邻永磁体磁极端，另一端紧邻旋转环。通过导磁件的设置，使得安装永磁体时较为容易，降低安装操作工序的难度。

在一些实施例中，所述导磁件和旋转环均为两个，分别设于永磁体两个磁极端。充分利用磁场，以达到较高的效率。

在一些实施例中，所述电动机轴心线处设有非导磁主轴，所述旋转环和导磁件均通过轴套与非导磁主轴紧配套接，所述永磁体通过导磁件连接非导磁主轴。通过非导磁主轴将电动机产生的旋转力传递出去，应用于各种使用电动机的场合，并且避免了在永磁体上钻孔、冼孔，一方面简化了生产工序，另一方面还避免由于钻孔导致的不良率。

在一些实施例中，该电动机还包括机壳、端盖和封装轴承，所述定子固定于机壳内，所述封装轴承套装于非导磁主轴两端，并通过端盖连接机壳。通过机壳、端盖的保护，防止电动机机芯受环境影响而产生故障。

在一些实施例中，所述定子齿和转子齿上均设有小齿。通过小齿的设置，进一步增加了转子旋转的力矩。

在一些实施例中，还包括带有能量回馈单元的变频器。该变频器用于控制绕组电流。由于该电动机的节能效果比较明显，所以通过配合带能量回馈单元的变频器，可以使节能效果更加突出。

下面对前述技术方案的优点进行说明：

本发明所提供的轴向充磁永磁电动机，应用了全新的磁路系统，变频器的控制方式也不同于现有的矢量控制那么复杂，控制系统非常简单；并且利用旋转磁场的原理使电机旋转，使电机旋转比较平稳，适合电梯要求脉动小的情况。在不通电时，定子、转子相对齐的齿产生锁住力矩，而其余齿所产生的力矩相互抵消，所以该电动机自动刹车效果很好。同时由于转子没有绕组，没有了电枢反应，电机启动和没有了充激电流，启动电流小。还因为转子上没有绕组不用下线，避免了定转子都要下线的问题，具有结构简单、制作简单的优点。并且由于该电动机结构简单、新的磁路系统也简单，使得其体积小，具有功率密度大的特点。

附图说明

图1是本发明实施例1所述轴向充磁永磁电动机结构示意图；

图2是实施例1不通电时永磁体产生的静态磁路示意图；

图3是图2的A-A向视图；

图4是图3通电顺时针旋转时磁路示意图；

图5是实施例1中每相电流的基波示意图；

图6是实施例1中控制器电器拓扑图；

图7是图6中B部分滤波器部分示意图；

图8是图6中C部分PWM整流部分示意图；

图9是图6中D部分控制电机逆变部分示意图；

图10是图6中E部分本实施例所述电动机电路示意图；

图11是实施例2中定子齿和转子齿设置示意图；

图12是图11通电逆时针旋转启动瞬时磁极分布示意图；

图13是实施例3中定子齿和转子齿设置示意图；

图14是图13通电逆时针旋转启动瞬时磁极分布示意图；

图15是实施例4中定子齿和转子齿设置示意图；

图16是图15通电顺时针旋转启动瞬时磁极分布示意图；

图17是实施例5中定子齿和转子齿设置示意图；

图18是图17通电逆时针旋转启动瞬时磁极分布示意图；

图19是实施例4和5中每相电流的基波示意图。

附图标记说明：1.定子；11.定子齿；12.定子绕组；13.定子轭部；2.转子；21.永磁体；22旋转环；221转子齿；23.导磁件；24.非导磁主轴；25.轴套；3.气隙；4.机壳；5.端盖；6.封装轴承。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明：

实施例1

如图1所示，一种轴向充磁永磁电动机，包括相对设置的定子1和转子2；所述定子1上设有与转子2相对的定子齿11，该定子齿11上缠绕有定子绕组12，该定子绕组12分配为三相（U、V、W三相），建立起励磁磁场；所述转子2包括磁极按电动机轴向设置的永磁体21，该转子2上设有与定子1相对的转子齿221；随转子2的转动，处于正对的转子齿221和定子齿11极性始终相同；所述转子齿221数为八个，所述定子齿11数为六个，即m为3，K为1。定子绕组12也可选取4相或其他相，仅需相应调整定子齿11和转子齿221的数量即可，同样，定子齿11数既可以多于转子齿221数，也可以少于转子齿221数，均不影响磁路系统。

该电动机的磁路为新的磁路，电动机的轴向充磁，在定子绕组12不通电的时候，由永磁体21建立了整个电动机的磁场，从N极出发，经过转子2—气隙3—定子1—定子轭部13—定子1—气隙3—转子2—S极，最终回到S极，如图2所示；且在不通电时，定子1、转子2相对齐的齿产生锁住力矩，而其余齿所产生的力矩相互抵消，如图3所示，所以该电动机自动刹车效果很好。定子绕组12通以直流电后，由于建立的励磁磁场极性不同，一部分定子1产生磁场拖动转子2，一部分定子1产生磁场推动转子2，同时通过绕组电流将顺时针下一个齿产生磁场拖动转子2向顺时针方向旋转，依次各相定子绕组12轮流通电，可以实现电机的顺时针旋转。同理如果电动机要逆时针旋转时只需要通过绕组电流将逆时针下一个齿产生磁场拖动转子2向逆时针方向旋转即可。

具体来说，如要使该电动机按顺时针旋转，如图4所示，将与转子齿221相对齐的定子齿11上缠绕的定子绕组12，即U相通电，产生与该转子齿221极性相同的磁极，同时，使与该定子齿11顺时针方向相邻的另一定子齿11上缠绕的定子绕组12，即V相产生与U相极性相反的磁极，按此顺序使定子齿11上缠绕的U、V、W三相定子绕组12建立极性相间的励磁磁场；其中，U相产生的励磁磁场对转子2产生的力矩最大，又由于V相产生的励磁磁场对转子2产生顺时针方向拖动的力矩，W相产生的励磁磁场对转子2产生顺时针方向推动的力矩，使得转子2顺时针方向旋转。

还包括安装于该电动机轴心处的编码器。该编码器用于识别转子2的位置，并将该位置信息传送至控制系统，由控制系统通过控制变流器产生如图5中所示的电流，其中，当电流为正半波的时候产生的磁场为S极。当电流为负半周的时候在转子池221处产生的磁场为N极，并且电流越大产生的磁场强度就越强，图中横坐标的数字表示与定子齿11正对的转子齿221所转过的角度。从而使各相电流与磁场相互配合，产生旋转磁场，最终达到脉动小，运行流畅的目的。

所述三相中每一相电流均为基波是正弦波的脉冲宽度调制（Pulse WidthModulation，PWM）波形，如图5所示。通过改变脉宽即可调节电机的转速，并且具有转速可控性好的优点，脉动小，运行流畅，在电梯中使用可提高电梯性能，非常适合电梯使用。

所述转子2还包括导磁件23和带有转子齿221的旋转环22；所述导磁件23一端紧邻永磁体21磁极端，另一端紧邻旋转环22。通过导磁件23的设置，使得安装永磁体21时较为容易，降低安装操作工序的难度。

所述导磁件23和旋转环22均为两个，分别设于永磁体21两个磁极端。充分利用磁场，以达到较高的效率。

所述电动机轴心线处设有非导磁主轴24，所述旋转环22和导磁件23均通过轴套25与非导磁主轴24紧配套接，所述永磁体21通过导磁件23连接非导磁主轴24。通过非导磁主轴24将电动机产生的旋转力传递出去，应用于各种使用电动机的场合，并且避免了在永磁体21上钻孔、冼孔，一方面简化了生产工序，另一方面还避免由于钻孔导致的不良率。

该电动机还包括机壳4、端盖5和封装轴承6，所述定子1固定于机壳4内，所述封装轴承6套装于非导磁主轴24两端，并通过端盖5连接机壳4。通过机壳4、端盖5的保护，防止电动机机芯受环境影响而产生故障。

所述定子齿11和转子齿221上均设有小齿。通过小齿的设置，进一步增加了转子2旋转的力矩。

还包括带有能量回馈单元的变频器。该变频器用于控制绕组电流。该电动机的控制器电器拓扑如图6-10所示。由于该电动机的节能效果比较明显，所以通过配合带能量回馈单元的变频器，可以使节能效果更加突出。

实施例2

如图11所示，本实施例与实施例1的不同点在于，所述定子齿数为十二个，所述转子齿数为八个，即m为3，K为2。欲使该电动机逆时针旋转，则给U、V、W三相分别通电，产生如图12所示磁极分布。

实施例3

如图13所示，本实施例与实施例1的不同点在于，所述定子齿数为六个，所述转子齿数为四个，即m为3，K为1。欲使该电动机逆时针旋转，则给U、V、W三相分别通电，产生如图14所示磁极分布。

实施例4

如图15所示，本实施例与实施例1的不同点在于，所述定子齿数为八个，所述转子齿数为六个，即m为4，K为1。并且本实施例电动机为a、b、c、d四相，欲使该电动机顺时针旋转，则给a、b、c、d四相分别给予如图19所示基波为正弦波的电流，产生如图16所示磁极分布。

实施例5

如图17所示，本实施例与实施例1的不同点在于，所述定子齿数为八个，所述转子齿数为六个，即m为4，K为1。并且本实施例电动机为a、b、c、d四相，欲使该电动机逆时针旋转，则给a、b、c、d四相分别给予如图19所示基波为正弦波的电流，产生如图18所示磁极分布。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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。

Claims (10)

1.一种轴向充磁永磁电动机，包括相对设置的定子和转子；

其特征在于，所述定子上设有与转子相对的定子齿，该定子齿上缠绕有定子绕组，该定子绕组分配为m相，建立起励磁磁场；所述转子包括磁极按电动机轴向设置的永磁体，该转子上设有与定子相对的转子齿；随转子的转动，定子绕组产生旋转的励磁磁场；所述定子齿数为2mK，所述转子齿数为定子齿数加减2K，其中，m为大于等于3的整数，K为整数。

2.根据权利要求1所述的轴向充磁永磁电动机，其特征在于，还包括安装于该电动机轴心处的编码器。

3.根据权利要求1所述的轴向充磁永磁电动机，其特征在于，所述m相中每一相电流均为基波是正弦波的脉冲宽度调制波形。

4.根据权利要求1所述的轴向充磁永磁电动机，其特征在于，所述m为3或4。

5.根据权利要求1所述的轴向充磁永磁电动机，其特征在于，所述转子还包括导磁件和带有转子齿的旋转环；所述导磁件一端紧邻永磁体磁极端，另一端紧邻旋转环。

6.根据权利要求5所述的轴向充磁永磁电动机，其特征在于，所述导磁件和旋转环均为两个，分别设于永磁体两个磁极端。

7.根据权利要求5所述的轴向充磁永磁电动机，其特征在于，所述电动机轴心线处设有非导磁主轴，所述旋转环和导磁件均通过轴套与非导磁主轴紧配套接，所述永磁体通过导磁件连接非导磁主轴。

8.根据权利要求7所述的轴向充磁永磁电动机，其特征在于，还包括机壳、端盖和封装轴承，所述定子固定于机壳内，所述封装轴承套装于非导磁主轴两端，并通过端盖连接机壳。

9.根据权利要求1所述的轴向充磁永磁电动机，其特征在于，所述定子齿和转子齿上均设有小齿。

10.根据权利要求1所述的轴向充磁永磁电动机，其特征在于，还包括带有能量回馈单元的变频器。

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