CN106787562A - 交替极混合励磁直驱游标电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交替极混合励磁直驱游标电机,包括定子和外转子两部分,外转子部分包括转子铁心和由永磁体及铁心极构成的交替极。定子槽沿周向均匀分布,并采用开口槽;每个定子齿绕有一套集中式分布的电枢绕组;定子齿端部分裂为三个调磁极,位于中间的调磁极上套有集中式分布的直流励磁绕组,用于调节气隙磁密,对电机进行有效的弱磁调速。在外转子铁心内侧等距离开宽度相等的槽,径向充磁的永磁体嵌入外转子槽内,永磁体与铁心极交替排列在外转子内表面,成为转子交替极。本发明的直流调磁绕组放置于调磁极间,位置靠近定转子间气隙,并且转子采用交替极,充分利用电机内空间,可有效的调节定转子气隙磁密,降低了永磁体用量。

Description

交替极混合励磁直驱游标电机
技术领域
[0001] 本发明涉及交替极混合励磁直驱游标电机,用于具有恒功率运行范围大的运动要 求的场合。
背景技术
[0002] 近年来,可以省去机械齿轮传动的直驱驱动系统成为了业内的研究热点。传统的 直接驱动电机,虽然具有可以减少机械损耗、噪声、提高效率等特点,但是为了获得较大的 转矩,体积一般较大,不适用于一些特殊要求的场合。
[0003] 基于“磁齿轮效应”的永磁游标电机,将调磁极引入永磁电机定子齿充当磁齿轮电 机中的调磁环,对气隙磁场进行调节,将转速低的磁场调制成转速高的磁场,实现自增速。 永磁游标电机具有低速大转矩的特点,适用于轨道交通以及电动汽车等应用场合。然而,传 统永磁游标电机的气隙磁场难以调节,限制了电机的调速范围。通过引入励磁绕组,能够有 效地调节电机气隙磁场,实现弱磁扩速,扩大电机调速范围。中国专利(申请号: 201510268915)公布了一种定子永磁型混合励磁游标电机,每个定子的电枢齿上分别绕有 一套集中式的励磁绕组,与电枢绕组共同放置在定子槽中,并且永磁体安放在定子V型的永 磁体槽内。C.Liu在“A Novel Flux-Controllable Vernier Permanent-Magnet Mchine” 中 提出了一种新型磁场可调型永磁游标电机,其采用外转子结构,励磁绕组与电枢绕组以集 中分布的方式嵌入定子槽中,保证电机低速运行时大转矩输出,同时提升了电机高速运行 时的弱磁能力。然而,上述结构共同缺点在于励磁绕组与电枢绕组共同放置于定子槽中,降 低了电枢绕组对定子槽的利用率,对电机的电磁性能有负面影响。
发明内容
[0004] 发明目的:针对上述现有技术,提出一种交替极混合励磁直驱游标电机,实现宽范 围的电机调速,并提高电枢绕组对定子槽的空间利用率。
[0005] 技术方案:交替极混合励磁直驱游标电机,包括外转子和定子;所述定子包括沿周 向均匀分布的定子槽和定子齿,所述定子槽为开口槽结构,所述定子槽内嵌有集中式分布 的电枢绕组;所述定子齿的端部分裂为三个调磁极,位于中间的调磁极上套有集中式分布 的直流励磁绕组。
[0006] 进一步的,所述外转子包括由导磁材料叠压而成的外转子铁心,在外转子铁心内 侧等距离开宽度相等的槽,形成的外转子齿为铁心极,所述槽内嵌入径向充磁的永磁体,所 述永磁体与铁心极等宽,沿外转子内表面周向均勾阵列布置的所述铁心极与永磁体形成转 子交替极。
[0007] 进一步的,所述定子具有6个定子齿、18个调制极,所述外转子上设有17块永磁体 和17个铁心极。
[0008] 有益效果:由于定子电枢绕组采用集中分布方式,直流励磁绕组嵌套在调制极上, 转子采用了交替极结构,这种混合励磁游标电机具有如下优点:
[0009] 定子不再需要复杂的分布绕组或定、转子斜槽等措施来获得气隙磁密的正弦波分 布;励磁绕组靠近气隙,能够有效调节气隙磁场,并且充分利用电机内空间。
[0010] 励磁绕组嵌套在调制极上,使励磁绕组与电枢绕组分开,提高了电枢绕组对定子 槽的空间利用率,降低了下线的难度,简化了整个电机的结构,不仅利于装配而且降低了加 工工艺上的难度。
[0011] 转子交替极有效降低永磁用量,降低了工业制造成本,同时进一步提升了电机弱 磁能力,扩大了电机调速范围。
[0012] 电机结构简单,可靠性好,利于高速运行,可应用于具有恒功率运行范围大的运动 要求的场合。
附图说明
[0013] 图1为交替极混合励磁直驱游标电机结构示意图;
[0014] 图2位外转子部分示意图;
[0015] 图3为定子部分示意图。
具体实施方式
[0016] 下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
[0017] 如图1所示,交替极混合励磁直驱游标电机,包括外转子I和定子II。如图2所示,夕卜 转子包括由导磁材料叠压而成的外转子铁心1,如十号钢或硅钢片。在外转子铁心1内侧等 距离开宽度相等的槽,形成的外转子齿为铁心极2,槽内嵌入径向充磁的永磁体3,永磁体3 与铁心极2等宽,沿外转子内表面周向均匀阵列布置的所述铁心极2与永磁体3形成转子交 替极。本实施例中,外转子上设有17块永磁体3和17个铁心极2,在气隙中形成17对极的磁 场,加工装配工艺简单,结构强度较好。采用稳定性好,矫顽力大,剩磁高的永磁体材料,如 钕铁硼永磁体材料等。
[0018] 如图3所示,定子包括定子铁轭8,沿定子铁轭8周向均匀分布的定子槽和定子齿6。 定子槽为开口槽结构,本实施例中,圆周上等距分布六个定齿槽,相邻定子齿6的夹角为 6〇°。定子槽内嵌有集中式分布的电枢绕组7,即每个定子齿6绕有一套电枢绕组。定子齿6的 端部分裂为三个调磁极4,位于中间的调磁极上套有直流励磁绕组5。电枢绕组6与励磁绕组 5均由铜导线组成。定子铁轭8、定子齿6及调制极4材质为高导磁材料,如十号钢或硅钢片。 [0019] 上述的交替极混合励磁直驱游标电机,在定子齿6上缠绕的电枢绕组7构成三相电 枢绕组,在三相电枢绕组中通有三相对称的工频交流电流,形成空间旋转的1对极磁场,通 过调制极4的调制,在气隙中产生17对极旋转磁场,与外转子I旋转时交替极产生的17对极 旋转磁场进行耦合作用,进而产生电磁转矩,进行电能到机械能的转换,实现外转子低速转 动情况下,电机的较大转矩输出。直流励磁绕组5嵌套在每个齿位于中间位置的调磁极4上, 用于调节气隙磁密,对电机进行有效的弱磁调速。当电机处于低速运行时,励磁线圈不通 电;当电机工作在高速运行情况下,在励磁绕组5中通直流电流,在所嵌套的调磁极上产生 与电机主磁通反向的磁通,减弱主磁通,在保持电机输入功率不变情况下,转矩输出下降, 进而提升电机转速,实现对电机的弱磁扩速。直驱游标电机采用混合励磁的励磁方式,通过 在励磁绕组5中施加直流调磁电流来改变电机的气隙磁场,实现宽范围的电机调速,提高电 机的调速性能。 > ^ _
[0020] 上述的交替极混合励磁直驱游标电机,励磁绕组5嵌入调制间空隙,位置靠近 定转子间气隙,提高了空间利用率;同时,不占用定子槽空间,提高了三相电枢绕组对定子 槽空间利用率,进而提高了电机的电磁性能。 _
[0021] 上述的交替极混合励磁直驱游标电机,相对于传统表贴式永磁游标电机,转子结 构采用交替极,永磁体用量减少了一半,并且有利于调节定转子气隙磁密,能够有效的实现 弱磁扩速。
[0022] 上述的交替极混合励磁直驱游标电机,充分利用电机内空间,结构简单紧凑,可靠 性好,利于高速运行,不仅大大降低了电机的制造成本且转矩的输出不受影响,应用于具有 恒功率运行范围大的运动要求的场合。定子II上所绕的电枢绕组7及直流励磁绕组5均采用 集中分布方式,结构简单,绕线方便,定子槽利用率高。
[0023]上述的交替极混合励磁直驱游标电机,单个定子齿6端部的调制极4数量Z可以为 由1到5的任意整数,且外转子磁极对数Pr按照公式进行相应变化,
[0024] Z = pr+ps (1)
[0025] ps为电枢绕组通电时产生旋转磁场的极对数。对于所述的交替极混合励磁直驱游 标电机,直流励磁线圈可以嵌套在每个齿中间位置的调制极4上,同时也可以一个励磁绕组 绕在一个定子齿6的两个或三个调制极4上。
[0026]以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人 员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.交替极混合励磁直驱游标电机,其特征在于:包括外转子和定子;所述定子包括沿周 向均匀分布的定子槽和定子齿¢),所述定子槽为开口槽结构,所述定子槽内嵌有集中式分 布的电枢绕组(7);所述定子齿⑹的端部分裂为三个调磁极⑷,位于中间的调磁极上套有 集中式分布的直流励磁绕组^)。
2. 根据权利要求1所述的交替极混合励磁直驱游标电机,其特征在于:所述外转子包括 由导磁材料叠压而成的外转子铁心(1),在外转子铁心(1)内侧等距离开宽度相等的槽,形 成的外转子齿为铁心极(2),所述外转子铁心槽内嵌入径向充磁的永磁体(3),所述永磁体 ⑶与铁心极⑵等宽,沿外转子内表面周向均匀阵列布置的所述铁心极⑵与永磁体⑶形 成转子交替极。
3. 根据权利要求2所述的交替极混合励磁直驱游标电机,其特征在于:所述定子具有6 个定子齿⑹、18个调制极⑷,所述外转子上设有17块永磁体⑶和17个铁心极(2)。
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