CN109286255B - 一种基于t型永磁体的交替极永磁游标电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于T型永磁体的交替极永磁游标电机，包括输出轴、外转子和内定子，所述外转子与输出轴固定连接，所述内定子与输出轴旋转连接；所述外转子由T型永磁体与转子铁芯组成，所述内定子上还设有电枢绕组，所述电枢绕组的外端还设有Halbach阵列永磁体；所述外转子和内定子设置在由前端盖和后端盖形成的空间内，所述内定子与后端盖固定连接，所述前端盖与输出轴旋转连接，所述前端盖与后端盖上设有通风孔。本发明的优点在于：其具有噪声小，永磁体利用率高，制造成本低，运行平稳，效率高的特点；其对交替极永磁电机进行了改进，能广泛应用于各种低速直驱的场合中，解决了目前交替极永磁电机应用范围窄，局限性大的问题。

Description

一种基于T型永磁体的交替极永磁游标电机
技术领域
本发明涉及永磁游标电机技术领域，具体涉及一种基于T型永磁体的交替极永磁游标电机。
背景技术
随着对高性能永磁材料研究的不断深入，永磁电机近些年来发展迅速。交替极永磁电机最常用于磁悬浮领域，用来减小电机转矩与悬浮性能之间的耦合效应，同时其永磁体为同极性排列，以相邻铁芯代替另一极永磁体，减少永磁体用量，节约成本，简化工艺。然而寻常的交替极永磁电机永磁体利用率不高，且应用范围较窄，局限性较大。近年来有学者提出交替极永磁游标电机，来提高交替极永磁电机永磁体利用率。但是这种电机采用了爪极式定子齿作为调制极，其部分磁路会提前闭合，虽一定程度上提高了电机效率，但并不能对永磁体利用率有实质性的提高。
发明内容
本发明的目的就是要针对现有装置的不足，提供一种基于T型永磁体的交替极永磁游标电机，其采用平行定子齿的交替极永磁游标电机，具有噪声小，永磁体利用率高，制造成本低，运行平稳，效率高的特点。
为实现上述目的，本发明所涉及的一种基于T型永磁体的交替极永磁游标电机，包括输出轴、外转子和内定子，所述外转子与输出轴固定连接，所述内定子与输出轴旋转连接；
所述外转子由T型永磁体与转子铁芯组成，所述内定子上还设有电枢绕组，所述电枢绕组的外端还设有Halbach阵列永磁体；
所述外转子和内定子设置在由前端盖和后端盖形成的空间内，所述内定子与后端盖固定连接，所述前端盖与输出轴旋转连接，所述前端盖与后端盖上设有通风孔。
进一步地，所述T型永磁体与转子铁芯设有多块，所述永磁体的充磁方向皆为沿径向指向圆心方向，所述转子铁芯与所述T型永磁体交替排列布置，所述转子铁芯的径向厚度与所述T型永磁体的径向最厚处厚度相等。
更进一步地，所述内定子上设有多个定子槽，所述内定子的定子槽为平行齿梯形槽，所述电枢绕组为多个三相绕组，所述多个电枢绕组分别绕在各个定子槽上，所述Halbach阵列永磁体有多块，所述多块Halbach阵列永磁体设置在各个定子槽中固定，所述Halbach阵列永磁体由三块小永磁体组成，其中两块永磁体充磁方向为沿周向向内，另一块永磁体充磁方向为沿径向向外。
进一步地，所述外转子与输出轴之间通过外转子支撑件固定连接，所述内定子与后端盖之间通过内定子支撑件固定连接，所述内定子支撑件通过连接轴承与输出轴连接。
更进一步地，所述前端盖通过连接轴承套接在输出轴上。
作为优选项，所述转子铁芯的宽度为θc、径向厚度为lc，所述T型永磁体的周向总宽度为θa，凸台宽度为θb，台阶处厚度为lp，凸台处厚度为lc-lp，设参数α为T型永磁体上凸台所占宽度比，则α＝θb/θa，所述α的值为0.25～0.5。
作为优选项，设参数β为所述T型永磁体上凸台所占厚度比，则β＝(lc-lp)/lc，所述β的值为0.25～0.75。
作为优选项，设参数γ为所述T型永磁体的极弧系数，则γ＝θa/(θa+θc)，所述γ的值为0.5～1。
作为优选项，所述Halbach阵列永磁体两侧永磁体所占宽度为θp，中间永磁体所占宽度为θq，设参数δ为两边永磁体分别所占宽度比值，即δ＝θp/(2θp+θq)，所述δ的值为0.15～0.35。
作为优选项，所述NS为内定子的调制齿个数，Pr1为外转子上的T型永磁体个数，Pr2为电枢绕组的极对数，所述NS、Pr1、Pr2满足如下关系式：NS＝Pr1+Pr2。
本发明的优点在于：
1、其具有噪声小，永磁体利用率高，制造成本低，运行平稳，效率高的特点；
2、其采用T型永磁体作为外转子永磁体，在实现聚磁的同时减小电机谐波，增大电机输出性能的同时提高电机稳定性；
3、其外转子永磁体为交替极永磁体，即永磁体同极性排列，省掉另一极永磁体，节省了永磁体用量，降低制造成本；
4、其内定子上安装Halbach阵列永磁体来增加气隙一侧磁密，大幅提高电机气隙磁密，增大电机输出性能；
5、其满足游标效应，以平行定子齿作为调制极进行调磁，实现了低速大转矩的功能；
6、其对交替极永磁电机进行了改进，能广泛应用于各种低速直驱的场合中，解决了目前交替极永磁电机应用范围窄，局限性大的问题。
附图说明
图1为本发明的内部结构示意图；
图2为内定子与外转子的结构示意图；
图3为T型永磁体的安装示意图；
图4为Halbach阵列永磁体的安装示意图；
图5为实施例的磁力线仿真示意图；
图6为实施例的空载反电动势仿真图；
图7为实施例的空载反电动势傅里叶分解图。
图中：T型永磁体1、转子铁芯2、Halbach阵列永磁体3、内定子4(其中：定子槽4.1)、电枢绕组5、外转子6、后端盖7、内定子支撑件8、前端盖9、外转子支撑件10、连接轴承11、输出轴12、连接轴承13、通风孔14。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
如图1～4，一种基于T型永磁体的交替极永磁游标电机，包括输出轴12、外转子6和内定子4，所述外转子6与输出轴12固定连接，所述内定子4与输出轴12旋转连接；所述外转子6由T型永磁体1与转子铁芯2组成，所述内定子4上还设有电枢绕组5，所述电枢绕组5的外端还设有Halbach阵列永磁体3；所述外转子6和内定子4设置在由前端盖9和后端盖7形成的空间内，所述内定子4与后端盖7固定连接，所述前端盖9与输出轴12旋转连接，所述前端盖9与后端盖7上设有通风孔14。
所述T型永磁体1与转子铁芯2设有多块，所述永磁体1的充磁方向皆为沿径向指向圆心方向，所述转子铁芯2与所述T型永磁体1交替排列布置，所述转子铁芯2的径向厚度与所述T型永磁体1的径向最厚处厚度相等。所述内定子4上设有多个定子槽4.1，所述内定子4的定子槽4.1为平行齿梯形槽，所述电枢绕组5为多个三相绕组，所述多个电枢绕组5分别绕在各个定子槽4.1上，所述Halbach阵列永磁体3有多块，所述多块Halbach阵列永磁体3设置在各个定子槽4.1中固定，所述Halbach阵列永磁体3由三块小永磁体组成，其中两块永磁体充磁方向为沿周向向内，另一块永磁体充磁方向为沿径向向外。所述外转子6与输出轴12之间通过外转子支撑件10固定连接，所述内定子4与后端盖7之间通过内定子支撑件8固定连接，所述内定子支撑件8通过连接轴承13与输出轴12连接。所述前端盖9通过连接轴承11套接在输出轴12上。
本实施例中，所述T型永磁体1与转子铁芯2均设有5块，所述内定子4上设有9个定子槽4.1，所述电枢绕组5为9个三相绕组，所述Halbach阵列永磁体3有9块；
所述转子铁芯2的宽度为θc、径向厚度为lc，所述T型永磁体1的周向总宽度为θa，凸台宽度为θb，台阶处厚度为lp，凸台处厚度为lc-lp，设参数α为T型永磁体1上凸台所占宽度比，则α＝θb/θa，所述α的值为
Figure BDA0001875123390000051
设参数β为所述T型永磁体1上凸台所占厚度比，则β＝(lc-lp)/lc，所述β的值为0.5。设参数γ为所述T型永磁体1的极弧系数，则γ＝θa/(θa+θc)，所述γ的值为0.75。所述Halbach阵列永磁体3两侧永磁体所占宽度为θp，中间永磁体所占宽度为θq，设参数δ为两边永磁体分别所占宽度比值，即δ＝θp/(2θp+θq)，所述δ的值为0.25。所述NS为内定子4的调制齿个数，Pr1为外转子6上的T型永磁体1个数，Pr2为电枢绕组5的极对数，所述NS、Pr1、Pr2满足如下关系式：NS＝Pr1+Pr2。
如图5～7，分别为本实施例的磁力线仿真示意图、空载反电动势仿真图、空载反电动势傅里叶分解图，本发明在实际使用时：
外转子6与内定子4间隔有气隙，改变气隙长度电机性能会发生变化，气息长度范围在0.5mm-2mm之间，本实施例中气隙为1mm。前端盖9与后端盖7通过螺栓固连，将电机进行封装。
转子铁芯2的宽度为θc、径向厚度为lc，T型永磁体1的周向总宽度为θa，凸台宽度为θb，台阶处厚度为lp，凸台处厚度为lc-lp，设参数α为T型永磁体1上凸台所占宽度比，则α＝θb/θa，α的值为
Figure BDA0001875123390000052
设参数β为T型永磁体1上凸台所占厚度比，则β＝(lc-lp)/lc，β的值为0.5。设参数γ为T型永磁体1的极弧系数，则γ＝θa/(θa+θc)，γ的值为0.75。Halbach阵列永磁体3两侧永磁体所占宽度为θp，中间永磁体所占宽度为θq，设参数δ为两边永磁体分别所占宽度比值，即δ＝θp/(2θp+θq)，δ的值为0.25。NS为内定子4的调制齿个数，Pr1为外转子6上的T型永磁体1个数，Pr2为电枢绕组5的极对数，NS、Pr1、Pr2满足如下关系式：NS＝Pr1+Pr2。
参数α、β反应电机永磁体形状变化，参数γ影响电机输出性能，改变参数α、β和γ，电机性能会有很大变化，本实施例中α、β和γ分别为1/3、0.5、0.75。改变参数δ可改变Halbach阵列永磁体3所增加的气隙磁密值。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于T型永磁体的交替极永磁游标电机，其特征在于：包括输出轴(12)、外转子(6)和内定子(4)，所述外转子(6)与输出轴(12)固定连接，所述内定子(4)与输出轴(12)旋转连接；
所述外转子(6)由T型永磁体(1)与转子铁芯(2)组成，所述内定子(4)上还设有电枢绕组(5)，所述电枢绕组(5)的外端还设有Halbach阵列永磁体(3)；
所述外转子(6)和内定子(4)设置在由前端盖(9)和后端盖(7)形成的空间内，所述内定子(4)与后端盖(7)固定连接，所述前端盖(9)与输出轴(12)旋转连接，所述前端盖(9)与后端盖(7)上设有通风孔(14)，所述T型永磁体(1)与转子铁芯(2)设有多块，所述永磁体(1)的充磁方向皆为沿径向指向圆心方向，所述转子铁芯(2)与所述T型永磁体(1)交替排列布置，所述转子铁芯(2)的径向厚度与所述T型永磁体(1)的径向最厚处厚度相等，所述内定子(4)上设有多个定子槽(4.1)，所述内定子(4)的定子槽(4.1)为平行齿梯形槽，所述电枢绕组(5)为三相绕组，所述电枢绕组(5)分别绕在各个定子槽(4.1)中，所述Halbach阵列永磁体(3)有多块，多块Halbach阵列永磁体(3)设置在各个定子槽(4.1)中固定，所述Halbach阵列永磁体(3)由三块小永磁体组成，其中两块永磁体充磁方向为沿周向向内，另一块永磁体充磁方向为沿径向向外。
2.根据权利要求1所述的一种基于T型永磁体的交替极永磁游标电机，其特征在于：所述外转子(6)与输出轴(12)之间通过外转子支撑件(10)固定连接，所述内定子(4)与后端盖(7)之间通过内定子支撑件(8)固定连接，所述内定子支撑件(8)通过连接轴承(13)与输出轴(12)连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于T型永磁体的交替极永磁游标电机，其特征在于：所述前端盖(9)通过连接轴承(11)套接在输出轴(12)上。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的一种基于T型永磁体的交替极永磁游标电机，其特征在于：所述转子铁芯(2)的宽度为θc、径向厚度为lc，所述T型永磁体(1)的周向总宽度为θa，凸台宽度为θb，台阶处厚度为lp，凸台处厚度为lc-lp，设参数α为T型永磁体(1)上凸台所占宽度比，则α＝θb/θa，所述α的值为0.25～0.5。
5.根据权利要求4所述的一种基于T型永磁体的交替极永磁游标电机，其特征在于：设参数β为所述T型永磁体(1)上凸台所占厚度比，则β＝(lc-lp)/lc，所述β的值为0.25～0.75。
6.根据权利要求5所述的一种基于T型永磁体的交替极永磁游标电机，其特征在于：设参数γ为所述T型永磁体(1)的极弧系数，则γ＝θa/(θa+θc)，所述γ的值为0.5～1。
7.根据权利要求6所述的一种基于T型永磁体的交替极永磁游标电机，其特征在于：所述Halbach阵列永磁体(3)两侧永磁体所占宽度为θp，中间永磁体所占宽度为θq，设参数δ为两边永磁体分别所占宽度比值，即δ＝θp/(2θp+θq)，所述δ的值为0.15～0.35。
8.根据权利要求1所述的一种基于T型永磁体的交替极永磁游标电机，其特征在于：NS为内定子(4)的调制齿个数，Pr1为外转子(6)上的T型永磁体(1)个数，Pr2为电枢绕组(5)的极对数，所述NS、Pr1、Pr2满足如下关系式：NS＝Pr1+Pr2。
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