CN105529843A - 一种模块化开关磁通力矩电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种模块化开关磁通力矩电机，所述模块化开关磁通力矩电机包括转子部件和定子部件，定子部件包括多个定子模块，各定子模块环绕转子部件设置，且任意相邻的两个定子模块之间设置有连接块；定子模块包括：铁芯组，铁芯组包括多个第一铁芯和设置在相邻的两个第一铁芯之间的第二铁芯，第一铁芯上设有一个定子槽，第二铁芯上设有两个定子槽；永磁体，永磁体设置在第一铁芯与第二铁芯之间；绕组，设置定子槽中。本发明模块化开关磁通力矩电机通过在定子组件中设置集中绕组，在设置有不同数量的定子槽的第一铁芯和第二铁芯之间设置永磁体，可减少永磁体的设置数量，从而可减小电机整体的体积和重量。

Description

一种模块化开关磁通力矩电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种模块化开关磁通力矩电机。
背景技术
永磁类力矩电机应用在航空航天、机械臂、仪器仪表等领域时，对力矩电机的体积、重量、转矩密度等有较高的要求。采用分布式的绕组放置方式会导致电机的端部较大，进而会增加电机的体积和重量。分布式绕组端部导线部分较长，引起绕组的电阻较大，使电机铜耗增加。
此外，如图6所示，现有开关磁通电机所设置多个“U”型槽1-6和与所述“U”型槽数量一致的永磁体1-3，永磁体材料用量多，生产成本高，同时电机总质量增加，单位质量的输出转矩低。
发明内容
本发明的目的是提供一种模块化开关磁通力矩电机，可降低电机的体积和重量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种模块化开关磁通力矩电机，所述模块化开关磁通力矩电机包括：转子部件，所述转子部件包括转子铁芯和凸极齿，所述转子铁芯上分布有多个凸极齿；定子部件，所述定子部件包括多个定子模块，各所述定子模块环绕所述转子部件设置，且相邻的两个所述定子模块之间设置有连接块；其中，所述定子模块包括：铁芯组，所述铁芯组包括多个第一铁芯和设置在任意相邻的两个第一铁芯之间的第二铁芯，所述第一铁芯上设有一个定子槽，所述第二铁芯上设有两个定子槽；永磁体，所述永磁体设置在所述第一铁芯与第二铁芯之间；绕组，设置在所述定子槽中，同一个定子模块中的绕组为同一相绕组。
可选的，任意相邻的两个所述永磁体的充磁方向沿圆周方向相反。
可选的，各所述定子槽的开口朝向所述转子铁芯的轴心处。
可选的，所述相邻定子模块之间的距离τr和同一定子模块中相邻永磁体之间的距离τd分别为：
其中，τp为一个凸极齿的宽度，m为绕组相数，i、j、k为参考系数，i和j为非负整数，k取值为0或1。
可选的，所述连接块由非导磁材料制成。
可选的，所述凸极齿的数量为10个，各所述凸极齿沿圆周方向均匀分布在所述转子铁芯上。
可选的，所述第一铁芯的数量为两个。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明模块化开关磁通力矩电机通过在定子组件中集中设置绕组，可减小电机整体的体积和重量，同时降低绕组的电阻和电机铜耗；此外，在设置有不同数量的定子槽的第一铁芯和第二铁芯之间设置永磁体，可减少永磁体的设置数量，进一步减小电机整体的体积和重量，降低生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明模块化开关磁通力矩电机的结构示意图；
图2为本发明模块化开关磁通力矩电机输出的反电动势的波形图；
图3为本发明模块化开关磁通力矩电机的另一结构示意图；
图4为本发明模块化开关磁通力矩电机的齿槽转矩各次谐波含量示意图；
图5为本发明模块化开关磁通力矩电机与现有开关磁通电机负载转矩波形的对比图；
图6为现有开关磁通电机的结构示意图。
附图标记：
定子组件1第一铁芯1-1
第二铁芯1-2永磁体1-3
绕组1-4连接块1-5
转子组件2转子铁芯2-1
凸极齿2-2。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种模块化开关磁通力矩电机，所述模块化开关磁通力矩电机包括：转子部件，所述转子部件包括转子铁芯和凸极齿，所述转子铁芯上分布有多个凸极齿；定子部件，所述定子部件包括多个定子模块，各所述定子模块环绕所述转子部件设置，且相邻的两个所述定子模块之间设置有连接块；其中，所述定子模块包括：铁芯组，所述铁芯组包括多个第一铁芯和设置在任意相邻的两个第一铁芯之间的第二铁芯，所述第一铁芯上设有一个定子槽，所述第二铁芯上设有两个定子槽；永磁体，所述永磁体设置在所述第一铁芯与第二铁芯之间；绕组，设置在所述定子槽中，同一个定子模块中的绕组为同一相绕组。
本发明模块化开关磁通力矩电机通过在定子组件中设置集中绕组，可减小电机整体的体积和重量，同时降低绕组的电阻和电机铜耗；此外，在设置有不同数量的定子槽的第一铁芯和第二铁芯之间设置永磁体，可减少永磁体的设置数量，进一步减小电机整体的体积和重量，降低生产成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，定子部件1包括3个定子模块和连接块1-5，各所述定子模块环绕所述转子部件2设置，相邻的两个所述定子模块之间设置有所述连接块1-5。进一步地，所述定子模块包括铁芯组、永磁体1-3及绕组1-4，所述铁芯组包括两个第一铁芯1-1和设置在两个第一铁芯1-1之间的第二铁芯1-2，所述第一铁芯1-1上设有一个定子槽，所述第一铁芯为“U”型结构，所述第二铁芯1-2上设有两个定子槽，所述第二铁芯1-2呈“E”型结构。永磁体1-3设置在所述第一铁芯1-1与第二铁芯1-2之间，任意相邻的两个所述永磁体1-3的充磁方向沿圆周方向相反。每个定子槽中均设置有绕组1-4，同一个定子模块中的绕组为同一相绕组，即三相绕组集中放置在定子组件的定子槽中。所述定子模块的数量与绕组相数m相对应，可根据需要设置为多相电机，如图3所示，定子模块的数量为5个，但并不以此为限。如图1所示，所述定子槽的开口朝向所述转子铁芯2-1的轴心处。
进一步地，所述相邻定子模块之间的距离τr和同一定子模块中相邻永磁体1-3之间的距离τd分别为：其中，τp为相邻两个凸极齿2-2之间的距离，m为绕组相数，i、j、k为参考系数，i和j为非负整数，k取值为0或1。可通过改变τp、τr及τd的数值大小，实现最大反电动势的输出(如图2所示)。
本发明模块化开关磁通力矩电机在运行过程中，齿槽转矩中有不同次的谐波干扰(如图4所示)，可通过调整各定子模块的宽度、定子模块之间的连接块1-5的宽度以实现定子模块位置的变化，可抑制齿槽转矩的地刺谐波(1次谐波、2次谐波以及2的倍数次的谐波等)。
本发明模块化开关磁通力矩电机的转子部件2由硅钢片叠压而成，在本实施例中，所述凸极齿2-2的数量为10个，沿圆周方向均匀分布在所述转子铁芯2-1的表面。
本发明模块化开关磁通力矩电机中的连接块1-5采用非导磁材料制成，使得各定子模块独立分离，从而降低各相绕组之间的影响，便于容错。
本发明模块化开关磁通力矩电机通过在具有不同数量的定子槽的第一铁芯和第二铁芯之间设置永磁铁，可减少永磁铁的使用，提高永磁铁的利用率，同时可输出较大的转矩(如图5所示)。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种模块化开关磁通力矩电机，其特征在于，所述模块化开关磁通力矩电机包括：
转子部件，所述转子部件包括转子铁芯和凸极齿，所述转子铁芯上分布有多个凸极齿；
定子部件，所述定子部件包括多个定子模块，各所述定子模块环绕所述转子部件设置，且相邻的两个所述定子模块之间设置有连接块；其中，所述定子模块包括：
铁芯组，所述铁芯组包括多个第一铁芯和设置在任意相邻的两个第一铁芯之间的第二铁芯，所述第一铁芯上设有一个定子槽，所述第二铁芯上设有两个定子槽；
永磁体，所述永磁体设置在所述第一铁芯与第二铁芯之间；
绕组，设置在所述定子槽中，同一个定子模块中的绕组为同一相绕组。
2.根据权利要求1所述的模块化开关磁通力矩电机，其特征在于，任意相邻的两个所述永磁体的充磁方向沿圆周方向相反。
3.根据权利要求1所述的模块化开关磁通力矩电机，其特征在于，各所述定子槽的开口朝向所述转子铁芯的轴心处。
4.根据权利要求1所述的模块化开关磁通力矩电机，其特征在于，所述相邻定子模块之间的距离τr和同一定子模块中相邻永磁体之间的距离τd分别为：
其中，τp为一个凸极齿的宽度，m为绕组相数，i、j、k为参考系数，i和j为非负整数，k取值为0或1。
5.根据权利要求1所述的模块化开关磁通力矩电机，其特征在于，所述连接块由非导磁材料制成。
6.根据权利要求1所述的模块化开关磁通力矩电机，其特征在于，所述凸极齿的数量为10个，各所述凸极齿沿圆周方向均匀分布在所述转子铁芯上。
7.根据权利要求1所述的模块化开关磁通力矩电机，其特征在于，所述第一铁芯的数量为两个。
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