CN103187843A - Halbach永磁同步伺服电机 - Google Patents
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Abstract
一种Halbach永磁同步伺服电机，它包括定子1和转子2。定子铁心3由定子铁心冲片叠压而成，定子槽4是关于定子槽中心线的非对称结构，定子绕组采用集中绕组；转子2包括转轴5、转子铁心6和halbach结构的永磁体7，它可以提供正弦规律分布的永磁磁密波形。本发明采用halbach结构的永磁体7，可提供正弦规律分布的永磁气隙磁场，无需采取定子斜槽、转子斜极和定子重叠绕组分布；而定子槽的非对称结构有效地降低了电机的齿槽转矩。另外，这种结构的电机功率密度大，使电机的体积减小，降低了电机的制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁同步电机，特别是一种非对称定子槽结构的Halbach永磁同步伺服电机。
背景技术
随着永磁电机向着高效、高速、高功率密度、微型化方向的发展，传统的永磁电机表现出一定的局限性，如高速运行时，转子的涡流损耗大，气隙磁密难以满足正弦分布，效率不能保持较高的水平等。而伺服电机要求具有低定位转矩，低转矩纹波和低转动惯量的特性，Halbach磁路结构能有效地降低速度波动频率，提高了位置的精准度。本发明无需像传统电机那样采用分布式定子绕组、定子斜槽或转子永磁体斜极的办法，因为这样往往是以降低效率和增加成本为代价的。
随着永磁性能的发展，永磁电机得到越来越广泛的应用。但是在永磁电机中，永磁体和有槽铁心相互作用，产生齿槽转矩，进而产生振动和噪声。定子槽口是产生齿槽转矩的根源，而定子槽采用非对称结构可以有效的降低齿槽转矩。
永磁同步伺服电机的理想运行是正弦分布的电流与正弦分布的气隙磁场相互作用。虽然通过改变永磁体磁路也可以得到正弦波，但是存在对电机参数的限制较多、增加工艺的制造难度、减小电机的效率等一系列的问题。相对于普通的永磁体的结构，Halbach磁路结构的谐波含量少，气隙磁场正弦分布程度高，使得定转子不需要采用斜槽或斜极的结构，提高了电机的功率密度。
发明内容
技术问题：
本发明所要解决的技术问题是提供一种气隙磁场是正弦波分布、齿槽转矩很小的永磁同步伺服电机，它不同于一般的永磁同步伺服电机的结构。
技术方案：
一种Halbach永磁同步伺服电机，它主要包括定子与转子。定子的非对称槽型结构有效地降低了齿槽转矩。转子是由Halbach阵列的永磁体和转轴等部件构成。转子的永磁体可制成环状，通过控制测量漏磁磁路与主磁路的形状和尺寸，使得电动机的气隙磁场越来越接近正弦分布。本发明采用Halbach阵列的磁路分布能够提供正弦分布永磁磁密波形，使电机的性能得到很大的改善；与普通的永磁体结构的磁路设计相比，它有着显著的进步，不仅可以充分发挥交流伺服电动机的高效节能作用，还减少了功率损耗，大大降低了振动和噪声，同时提高了伺服电机的位置控制精度和效率。因此，本发明在机器人、医学仪器、航天、电梯等要求高精度的传动系统中，得到越来越广泛的应用。
有益效果：由于本发明采用halbach结构的永磁体可提供正弦规律分布的永磁磁密波形，使电机的性能能得到很大的改善；同时，它免去了工艺上难以做到的斜槽结构和转子永磁体斜极的办法，不仅可以充分发挥交流伺服电机的高效节能作用，而且降低了制造的成本；特殊的定子槽型结构和定子集中绕组的分布，减小了电机齿槽转矩，从而有效地控制了由齿槽转矩引起的振动和噪声，提高了电机的控制精度。
附图说明：
图1是Halbach永磁同步伺服电机的结构示意图。
图2是halbach结构的永磁体分布图。
以上图中有：定子1、转子2、定子铁心3、定子槽4、转轴5、转子铁心6、Halbach结构的永磁体7。
具体实施方式
本发明包括定子1、转子2、定子铁心3、定子槽4、转轴5、转子铁心6和Halbach结构的永磁体7。所述的定子铁心由定子冲片叠压而成，定子冲片采用非对称的槽型结构，定子上设有集中绕组。所述的转子铁心采用实心结构，其中组成转子的永磁体采用特殊的磁路结构，即Halbach阵列结构。本例中每极下有4块各向异性永磁体，永磁体的数量可以根据实际情况来确定，这种磁路的设计要优于传统的磁路设计。
为保证电机具有良好的永磁磁密波形，各向异性永磁构件中，应使每极下的各向异性永磁体的数量保持在一定的范围内，一般情况下选每极3到5块最合适，这既可以保证其性能又可以使其成本最小，为了得到更好的永磁磁密波形，可以合理增加每极下各向异性永磁体的数量，使得磁密波形成为最理想的正弦波。
Claims (3)
1.一种Halbach永磁同步伺服电机，它包括定子1和转子2。其特征在于：定子铁心3由定子铁心冲片叠压而成，定子槽4是关于定子槽中心线的非对称结构，定子绕组采用集中绕组；转子2由转轴5、转子铁心6和Halbach结构的永磁体7组成，halbach结构的永磁体可提供正弦分布的永磁磁密波形；定子槽的非对称结构可以减小齿槽转矩，提高电机的控制精度。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于定子槽4为非对称结构。
3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于转子采用halbach结构的永磁体7，它可提供按正弦分布的永磁磁密波形；每极下永磁体数量为3到5块。
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Cited By (2)
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- 2012-01-01 CN CN2012100049682A patent/CN103187843A/zh active Pending
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