CN1385943A - 双极性低速永磁同步电动机 - Google Patents
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Abstract
本发明包括凸极式定子铁芯,凸极或齿轮状转子铁芯,转子无绕组,定子凸极有小齿,小齿总数Z1、转子齿数Z2及气隙磁导次数Pv满足Z2=Z1±Pv,定子铁芯嵌有永久磁钢,其在定、转子铁芯中形成双极性磁场,每个凸极上套有集中线圈,电机每相绕组是将空间相差360°或180°电角度的Pv个线圈顺极性串联形成一个线圈组,再将空间相差180°电角度的两个线圈组反向并联或者正向并联构成。该电机结构简单,制造使用方便,运行安全可靠、效率高。
Description
本发明涉及一种低速永磁同步电动机。
为了得到低速大转矩，以往最常用的是采用齿轮减速装置，这样不仅使整个系统的结构、制造工艺复杂化，增加体积和重量，而且由于齿轮加工精度、磨损等因数的影响，降低系统可靠性，噪声大。传统的电磁减速式电动机采用交流分布绕组，工艺复杂，力能指标低。用于调速功率驱动的永磁式开关磁阻电动机定、转子均为凸极结构，转子无绕组，虽结构简单坚固，但主要适用于中高速调速驱动，且须配置一套电子控制装置来控制电机定子绕组换流。半导体换流低速磁阻电动机，结构简单，但效率低，需采用二极管辅助绕组换流。
鉴于上述，本发明的目的是提出一种结构简单，制造、使用方便，运行安全可靠、效率高的双极性低速永磁同步电动机。
本发明的双极性低速永磁同步电动机包括凸极式定子铁芯，凸极或齿轮状转子铁芯，转子无绕组，定子每凸极上有若干小齿，设定子凸极小齿总数为Z1＝12K，K为正整数，转子齿总数为Z2，则定、转子齿数满足Z2＝Z1±Pv，Pv为气隙磁导最大值出现次数，在定子铁芯嵌有若干块永久磁钢，永久磁钢的极性排列在定、转子铁芯中形成双极性磁场，在定子铁芯的每个凸极上分别套置集中线圈，该电机每相绕组的构成有两种方案，方案1：将空间相差360°电角度的Pv个线圈顺极性串联形成一个线圈组，每相绕组是由空间相差180°电角度的两个线圈组反向并联构成。方案2：将空间相差180°电角度的Pv个线圈顺极性串联形成一个线圈组，每相绕组是由空间相差180°电角度的两个线圈组正向并联构成。
以下结合附图对本发明作进一步描述。
图1是本发明双极性低速永磁同步电动机的一种具体实例；
图2是图1电动机的转子转过某一位置时的示意图；
图3是内转子结构的一种定、转子铁芯示意图；
图4是电机绕组一种构成示意图；
图5是电机绕组另一种构成示意图；
图6是单相运行时绕组接线图；
图7是外转子结构的定、转子铁芯示意图。
参照图1所示实例，本发明的双极性低速永磁同步电动机包括凸极式定子铁芯I，齿轮状转子铁芯II，此例定子铁芯具有12个凸极，为简单起见，设每个凸极上小齿数为1，气隙磁导最大值出现次数Pv＝2，则转子齿数为Z2＝Z1+Pv＝14，在定子铁芯嵌有二块永久磁钢IV，该永久磁钢在定、转子铁芯中形成双极性磁场，通常，为增强双极性磁场强度，也可以在定子铁芯中嵌入多块永久磁钢，如图3所示，由嵌在定子铁芯中的8块永久磁钢形成双极性磁场。在每个定子凸极上套有集中线圈III，电机相绕组构成可以如图4所示，将空间相差360°电角度的两个线圈顺极性串联组成一个线圈组，则该电机有#1与#7，#4与#10，#3与#9，#6与#12，#8与#2，#11与#5线圈分别顺极性串联组成六个线圈组，再将空间相差180°电角度的两个线圈组反向并联构成一相绕组，例如#1与#7线圈组和#4与#10线圈组反向并联成为一相绕组。电机相绕组的构成或者也可以如图5所示，将空间相差180°电角度的2个线圈顺极性串联组成一个线圈组，则该电机有#1与#4，#7与#10，#3与#6，#9与#12，#8与#11，#2与#5线圈分别顺极性串联组成六个线圈组，再将空间相差180°电角度的两个线圈组正向并联构成一相绕组，例如将#1与#4线圈组和#7与#10线圈组正向并联成为一相绕组。工作时，定子三相绕组接三相对称交流电源，该电机靠永久磁钢磁场与励磁绕组电流产生的磁场相互作用，产生磁场反应转矩驱动电机运转。在三相绕组没接电源时，在任何转子位置，永久磁钢产生的磁场处于平衡状态，转子不会旋转。若三相绕组通以三相对称交流电源，在图1状态时，#1、#7线圈及#6、#12线圈产生的磁场φ′与永久磁钢产生的磁场φ相反，#4、#10线圈及#3、#9线圈产生的磁场φ′与永久磁钢产生的磁场φ相同，从而改变了原有的磁场平衡状态，产生电磁转矩使转子逆时针转动；当转子转到图2位置时，#1、#7线圈及#2、#8线圈产生的磁场φ′与永久磁钢产生的磁场φ相反，#4、#10线圈及#5、#11线圈产生的磁场φ′与永久磁钢产生的磁场φ相同，使磁场不平衡产生电磁转矩，转子继续逆时针方向旋转。由此可见，依据一定规律给各相绕组通电，利用线圈电流产生的磁场在某些凸极下增强永久磁钢磁场，同时在某些凸极下削弱永久磁钢磁场，产生连续的电磁转矩，从而实现电机的连续运转。如果改变三相绕组通电的相序，则电机改变旋转方向。如果三相绕组与变频电源相连，改变电源频率即可实现电机调速运行。三相绕组可以接成Y或Δ接法，也可以如图6所示，将两相绕组并联后接电源，另一相绕组经电容分相后接电源成为单相电机。该电机通过增加定、转子齿数可以方便地取得每分钟几转的很低的电机转速。
本发明的双极性低速永磁同步电动机可以是转子为内转子或外转子的旋转电机，也可以展开成直线运动的直线电机。
综上所述，本发明所提供的双极性低速永磁同步电动机，定子采用集中绕组，定子铁芯嵌入永久磁钢，转子无绕组，不仅效率高且结构简单，运行安全可靠，体积小，重量轻，成本低，制造、使用都很方便。可以直接接交流电源定速运行，也可以配置电子控制装置调速运行。起动电流小，起动转矩大，响应时间短，可以频繁起动、制动和正反转运行，可制造成大功率电机。没有高速转动和容易磨损的部件，运行平稳，噪声低，不存在传统齿轮减速电机齿轮箱润滑油泄露问题，是一种环保型电机。可广泛用于要求低速大转矩的各种场合，如食品加工、家用电器、化工建材等。
Claims (6)
1.双极性低速永磁同步电动机，其特征在于它包括凸极式定子铁芯[I]，凸极或齿轮状转子铁芯[II]，转子无绕组，定子每凸极上有若干小齿，设定子凸极小齿总数为Z1＝12K，K为正整数，转子齿总数为Z2，则定、转子齿数满足Z2＝Z1±Pv，Pv为气隙磁导最大值出现次数，在定子铁芯嵌有若干块永久磁钢[IV]，永久磁钢的极性排列在定、转子铁芯中形成双极性磁场，在定子铁芯的每个凸极上分别套置集中线圈[III]，将空间相差360°电角度的Pv个线圈顺极性串联形成一个线圈组，该电动机的每相绕组是由空间相差180°电角度的两个线圈组反向并联构成。
2.按权利要求1所述的双极性低速永磁同步电动机，其特征在于所说的电机是转子为内转子或外转子的旋转电机，或者展开成为直线运动的直线电机。
3.按权利要求1所述的双极性低速永磁同步电动机，其特征是该电机为接三相交流电源的三相电机或为接单相交流电源的单相电机。
4.双极性低速永磁同步电动机，其特征在于它包括凸极式定子铁芯[I]，凸极或齿轮状转子铁芯[II]，转子无绕组，定子每凸极上有若干小齿，设定子凸极小齿总数为Z1＝12K，K为正整数，转子齿总数为Z2，则定、转子齿数满足Z2＝Z1±Pv，Pv为气隙磁导最大值出现次数，在定子铁芯嵌有若干块永久磁钢[[IV]，永久磁钢的极性排列在定、转子铁芯中形成双极性磁场，在定子铁芯的每个凸极上分别套置集中线圈[III]，将空间相差180°电角度的Pv个线圈顺极性串联形成一个线圈组，该电动机的每相绕组是由空间相差180°电角度的两个线圈组正向并联构成。
5.按权利要求4所述的双极性低速永磁同步电动机，其特征在于所说的电机是转子为内转子或外转子的旋转电机，或者展开成为直线运动的直线电机。
6.按权利要求4所述的双极性低速永磁同步电动机，其特征是该电机为接三相交流电源的三相电机或为接单相交流电源的单相电机。
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