CN1949628A - 聚磁型低波动永磁无刷轮电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种聚磁型低波动永磁无刷轮电机，包括定子和转子，所述的定子有齿、有槽，内圆周定子齿面均布有小槽；所述的转子铁芯沿圆周方向均匀镶有“V”型切向磁化磁钢；转子极靴外表面为非同心弧形曲面，使定、转子间形成不均匀对称径向气隙，极靴内均布小孔，并镶入非磁性良导体。使本电机具有聚磁，改善磁场波形、降低转矩波动、抑制静态和动态电枢反应、提高过载能力、利于高速运行和频繁启动，实现高效、高出力、宽调速、快响应的平稳运行。

Description

聚磁型低波动永磁无刷轮电机

技术领域

本发明涉及一种聚磁型低波动永磁无刷轮电机。

背景技术

目前，国际上自动化、机电一体化产品的关键部件——驱动电机，由“励磁式”向“永磁式”发展，由“有刷”向“无刷”发展是必然趋势，是提高电机综合性能的有效途径。直流无刷电机(BLM)与有刷电机相比，具有无电刷和换向器电气接触、运行温度低、运行可靠、电磁兼容性好、同功率体积小和重量轻等特点。但BLM电枢励磁为“非圆形跳跃式”的旋转磁场，存在较大的转矩波动，较长期以来影响自动化系统精度的提高。如何有效抑制电机转矩波动，提高过载能力和快速响应，实现宽调速平稳运行？国内外均在认真研究，然而，采用目前国内外传统的设计方法和常规的磁路结构，难以奏效，特别是在高档家电和机电一体化产品中，例如：数控机床、电动车、洗衣机、空调和健身器械等伺服系统中不但要满足静态特性，还要满足快速响应、转矩和电流的线性度、过载能力、调速范围和调速精度等动态特性，传统的设计更难以有效。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种聚磁型低波动永磁无刷轮电机，通过优化磁路结构来聚磁，提高电机过载能力和出力，以及减少漏磁、增加有效磁通、提高出力的电机为本发明的第一发明目的；提供一种提高齿槽转矩波动的基波次数，降低齿槽基波和高次谐波转矩幅值，从而在不增加电机总槽数的前提下，有效降低齿槽引起的转矩波动的电机为本发明的第二发明目的；同时又提供一种改善气隙磁场波形，抑制转矩波动和噪音的电机为本发明的第三发明目的；同时再提供一种抑制静态、动态电枢反应，防止磁场畸变，免于磁钢去磁，提高过载能力和快速响应的电机为本发明的第四发明目的。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种聚磁型低波动永磁无刷轮电机，其包括定子和转子，所述的定子有齿、有槽；所述的转子包括主轴和固定其上的转子铁芯，转子铁芯内镶有磁化磁钢，定子与转子间形成径向气隙，其特征在于所述的磁化磁钢呈矩形条状，沿转子铁芯圆周方向呈“V”型切向均匀排列，并与极靴组成永磁转子磁极。

所述的定子内圆周齿面上设有均布的小槽。

所述的极靴外表面为非同心弧形曲面，定子与转子间的径向气隙为不均匀对称气隙。

所述的极靴内设有圆周均布的小孔，小孔内镶入非磁性良导体。

所述的磁极间设有隔磁磁桥。

本发明的优点在于：①出力大：由于磁极由两块切向磁钢组成“V”型磁钢同时通过极靴挤向气隙，有效地增加气隙磁密，因电机出力与气隙磁密成正比，从而显著提高了出力，相应也提高了过载能力和快速响应；同时，因磁极间设置隔磁磁桥，增加有效磁通和出力；②转矩波动小：由于永磁转子磁极极靴为非同心弧形曲面形成不均匀对称气隙，改善了气隙磁场波形，降低了转矩波动和噪音；由于定子内圆周齿面设置均布小槽，提高了齿槽转矩波动的基波次数，减少齿槽基波和高次谐波转矩幅值，降低了齿槽引起的转矩波动，实现宽调速范围平稳运行；③过载能力强、响应快：由于永磁转子磁极的极靴内均布小孔，并镶入非磁性良导体，来抑制静态和动态电枢反应，防止磁场畸变，免于磁钢去磁，提高过载能力和快速响应；④与现有表面贴装式相比，还具有生产工艺简单、易于加工、充磁、固定；转子表面平滑动平衡好、结构稳定，有利于高速运行与频繁起动；转子凸极效应显著、起动特性好、过载能力强、便于弱磁扩速和恒功率调速。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为定子铁芯结构图。

图3为转子铁芯结构图。

其中图1～3中：1.定子；2.齿；3.小槽；4.槽；5.转子铁芯；6.极靴；7.小孔(内镶非磁性良导体)；8.磁钢；9.主轴；10.隔磁磁桥；11.气隙。

图4为负载电流与电枢反应磁通与时间的关系曲线图。

其中I——负载电流；Ф——电枢反应磁通；t——时间。

具体实施方式

以下再结合附图实施例对本发明进行详细描述。

如图1～所示，聚磁型低波动永磁无刷轮电机，包括定子1和转子。所述的定子有齿2、有槽4，其内圆周齿面设有均布的小槽3，设置小槽相当于增加电机的槽数，降低转矩波动的措施之一就是增加定子槽数，但这样生产工艺复杂，效率也降低，定子齿面设置小槽，在不增加电机槽数的条件下，可提高齿槽转矩波动的基波次数，减小齿槽基波和高次谐波转矩幅值，降低齿槽引起的转矩波动，实现调速平稳运行。所述的转子包括主轴9和固定在主轴上的转子铁芯5，转子铁芯内镶有磁化磁钢8，所述的磁化磁钢呈矩形条状，沿转子铁芯圆周方向呈“V”型切向均匀排列，两块切向磁钢磁通(参见图1磁力线箭头)，同时通过极靴6挤向气隙，有效地增加气隙磁密，而电机出力与气隙磁密成正比，从而显著提高了出力、过载能力和快速响应。该磁化磁钢与极靴组成永磁转子磁极，所述极靴6外表面为非同心弧形曲面，使定子与转子间形成不均匀的径向对称气隙11，极靴中央气隙小，向两边气隙逐渐变大。同时在极靴内设有圆周均布的小孔7，本案采用的小孔为小圆孔，孔内镶有非磁性良导体，如铜或铝，抑制电机负载时静态或动态电枢反应，当电机在暂态运行(起动、停止、突然反转或加减速)时，将在非磁性良导体中产生涡流，从而产生阻尼电枢反应的磁场，有效抑制暂态电枢反应磁场的上升，防止磁场畸变，免于磁钢去磁，提高过载能力，提高电机转矩和负载电流的线性度，提高快速响应。

本发明转子铁芯5镶有“V”型切向磁化磁钢8，它与表面贴装式相比，具有动平衡好的优点，更适合于高速、暂态、宽调速运行，但“V”型切向磁化磁钢组成内置式结构，其磁桥处容易产生漏磁，导致气隙磁密降低，输出转矩——特别是起动转矩与气隙磁通成正比，要提高起动转矩就要提高气隙磁密，减少漏磁增加有效磁通，因此本发明优化设计了隔磁磁桥10，通过使隔磁磁桥10处磁路高度饱和，导磁系数减小，来限制磁钢8的漏磁通，减少磁桥处分流磁通。

图4中Ф1与Ф2分别为极靴内小孔镶入或不镶入非磁性良导体的电枢反应磁通，随着负载电流I的增加，在同样时间t1内，带良导体的电枢反应磁通Ф2上升幅度远慢于不带良导体的电枢反应磁通Ф1，这样就有效抑制动态电枢反应，防止磁钢去磁、提高电机过载能力、线性度和快速响应。

Claims (5)

1、一种聚磁型低波动永磁无刷轮电机，其包括定子(1)和转子，所述的定子有齿(2)、有槽(4)；所述的转子包括主轴(9)和固定其上的转子铁芯(5)，转子铁芯内镶有磁化磁钢(8)，定子与转子间形成径向气隙，其特征在于所述的磁化磁钢(8)呈矩形条状，沿转子铁芯圆周方向呈“V”型切向均匀排列，并与极靴(6)组成永磁转子磁极。

2、根据权利要求1所述的聚磁型低波动永磁无刷轮电机，其特征在于所述的定子(1)内圆周齿面上设有均布的小槽(3)。

3、根据权利要求1所述的聚磁型低波动永磁无刷轮电机，其特征在于所述的极靴(6)外表面为非同心弧形曲面，定子与转子间的径向气隙为不均匀对称气隙(11)。

4、根据权利要求1所述的聚磁型低波动永磁无刷轮电机，其特征在于所述的极靴(6)内设有圆周均布的小孔(7)，小孔内镶入非磁性良导体。

5、根据权利要求1～4任一项所述的聚磁型低波动永磁无刷轮电机，其特征在于所述的磁极间设有隔磁磁桥(10)。

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