CN201097440Y

CN201097440Y - 一种无刷永磁电机的转子

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Publication number: CN201097440Y
Application number: CNU2006201084876U2006201084876U
Authority: CN
Inventors: 陶志鹏
Original assignee: HANGZHOU YINGMAIKE ECLECTRONIC CO Ltd
Current assignee: HANGZHOU YINGMAIKE ECLECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2016-10-10

Abstract

本实用新型公开了一种无刷永磁交流伺服电机的转子，包括永磁体、导磁体和转轴，所述导磁体内环形均布有P对方槽，永磁体以N、S极交错的方式嵌在所述的方槽内，其特征在于所述导磁体2的外表面呈正半波正弦曲面、正弦样条分布的曲面或外凸的偏心圆弧面。本实用新型的转子结构，由于每极转子外表呈正弦或准正弦分布，因而可有效提高气隙磁场的正弦性，减小电机齿槽力矩和运行时的力矩波动。

Description

一种无刷永磁电机的转子

技术领域

本实用新型涉及电机领域，具体地说是一种永磁交流伺服电机的转子，包括无刷直流电机和永磁同步电机(也称为永磁交流伺服电机)。

背景技术

现有的无刷型永磁电机大都采用同步电机结构，包括机壳、定子和转子，通常将永磁体设置在转子上。图1、2所示为一种常用的转子结构，导磁体2的外表面呈圆柱面，永磁体采用的是瓦形磁钢1，2P(P为极对数)块瓦形磁钢N、S极交错粘贴在导磁体2的外表面上。图3、4所示为另一种常用的转子结构，采用了环形磁钢1，在环形磁钢1的圆周充磁成P对交错排列的N极和S极，其效果与图1、2的结构相同。导磁体2用软铁制成，也可采用硅钢片迭成。

以上二种结构的转子，由于磁钢均设置在导磁体2的外表面，因而均称为外贴式结构。也有转子结构是将永磁体设置在导磁体2的内部，称为内嵌式结构。常用的内嵌式结构的转子如图5所示，在导磁体2的外表面呈圆柱面，其上环形均布有P对方槽，转子磁钢N、S极交错嵌在所述的方槽内。

从上面分析可知，现有的转子结构，无论是外嵌式还是内嵌式，转子外圆基本上是一个以电机轴线为圆心的一个圆柱面，因而转子与定子之间的气隙在任何位置基本相同，其结果是气隙磁场呈矩形波，由此，电机齿槽力矩和运行时的力矩波动较大。为削弱谐波磁场，往往只能通过定子采用正弦绕组或分布短距绕组，以提高反电势的正弦性来解决这一问题，这样给定子的加工制造带来了麻烦，进而会提高产品的制造成本。

发明内容

本实用新型要解决的是现有技术存在的上述问题，提供一种改进型的永磁电机的转子结构，旨在提高气隙磁场的正弦性，减小电机齿槽力矩和运行时的力矩波动，改善电机性能，降低制造成本。

解决上述问题采用的技术方案是：一种无刷永磁电机的转子，包括永磁体、导磁体和转轴，所述导磁体内环形均布有P对方槽，永磁体以N、S极交错的方式嵌在所述的方槽内，其特征在于气隙长度的不均匀分布，磁场中心处气隙长度最短，向两边逐步加大，使每极导磁体的外表面呈近似正弦曲面。

本实用新型还要提供一种无刷永磁交流伺服电机的转子，包括永磁体、导磁体和转轴，所述导磁体内环形均布有P对方槽，永磁体以N、S极交错的方式嵌在所述的方槽内，其特征在于每极导磁体的外表面为按近似正弦样条分布的曲面，所述的正弦样条是在正弦线的正半波上取一组基准点经曲线拟合后形成。

本实用新型的无刷永磁电机的转子，每极导磁体的曲面可以是一个完整的近似正半波正弦曲面或准正弦曲面，也可以是其中的一部分，优选采用对称曲面。

本实用新型还要提供一种无刷永磁交流伺服电机的转子，包括永磁体、导磁体和转轴，所述导磁体内环形均布有P对方槽，永磁体以N、S极交错的方式嵌在所述的方槽内，其特征在于每极导磁体的外表面为以半径位于其对应的永磁体的中心线上的外凸偏心圆弧面，且满足：

k₁(R₁-Rmin)＝R₁-(e+Re)

式中：k₁＝0.1～0.6，优选k1＝0.3～0.4。R外为定子铁心外圆半径，R₁为定子铁心内圆半径，Rmin为转子外圆最小半径，Re为转子偏心圆半径，e为偏心距。所述的R₁＝(0.5-0.75)R外。

由于R₁-(e+Re)代表最小气隙，通常该尺寸为0.3～1mm，

则e+Re＝R₁-(0.3～1)mm，

Rmin＝R₁-(0.3～1)/k₁，

根据几何关系式，可得：

R_{e}^{2} = R_{\min}^{2} + e^{2} - 2 R_{\min} \cdot e \cdot \cos \frac{π}{2 p}

可以求得e和Re。

Re也可用下列关系式近似得到：

e = k_{2} \frac{{(e + R_{e})}^{2} - R_{\min}^{2}}{(e + R_{e}) - R_{\min} \cos \frac{π}{2 p}}

式中：k₂＝0.4～0.8

所述的永磁体的宽度满足：

B = 2 R_{\min} \sin \frac{π}{2 p} - k_{3}

式中：k₃＝1～8

为进一步控制漏磁大小和保证磁场的正弦性，所述的导磁体的方槽与外表面之间的最小径向厚度A为0.3～1.5mm。

作为本实用新型的进一步改进，相邻两极导磁体的表面可以采用圆弧导角光滑过渡。

本实用新型的转子结构，由于每极转子外表呈正弦或准正弦分布，因而可有效提高气隙磁场的正弦性，减小电机齿槽力矩和运行时的力矩波动。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是现有永磁体采用瓦形磁钢的外嵌式转子结构示意图。

图2是图1的A-A向剖视图。

图3是现有永磁体采用环形磁钢的外嵌式转子结构示意图。

图4是图3的B-B向剖视图。

图5是现有的内嵌式转子的结构示意图。

图6是本实用新型转子其导磁体外表面呈正弦分布的实施方式的结构示意图。

图7是图6实施方式的转子在应用于直槽电机中，其齿槽力矩与采用传统结构转子的直槽电机的对比图，图中电机处在空载状态。

图8是图6实施方式的转子在应用于斜槽电机中，其负载力矩波动与采用传统结构转子的斜槽电机的对比图，图中电机处在额定负载状态。

图9是本实用新型转子其导磁体外表面呈偏心圆弧面的实施方式的结构示意图。

具体实施方式

参照图6，本实用新型的无刷永磁交流伺服电机的转子，包括永磁体1、导磁体2和转轴3，所述导磁体2内环形均布有4对方槽，永磁体1以N、S极交错的方式嵌在所述的方槽内，所述导磁体2的外表面呈正弦分布，相邻两极导磁体的表面采用圆弧导角光滑过渡。

参照图7、8，图中虚线分别表示采用传统的圆柱形转子结构的电机的齿槽力矩和负载力矩波动波形图，实线表示采用本实用新型转子结构的电机的齿槽和负载力矩波形图，可以明显看出本实用新型转子结构电机的齿槽力矩和力矩波动的幅度相比传统转子结构的电机要小得多。

本实用新型的另一种实施方式，每极导磁体2的外表面为按正弦样条分布的曲面，所述的正弦样条是在正弦线的正半波上取一组基准点经曲线拟合后形成。其余结构与图6实施方式相同。

参照图9，本实用新型的又一种实施方式，每极导磁体2的外表面为以半径位于其对应的永磁体1的中心线上的外凸偏心圆弧面，且满足：

k₁(R₁-Rmin)＝R₁-(e+Re)

式中：k₁＝0.1～0.6，R_外为定子铁心外圆半径，R₁为定子铁心内圆半径，Rmin为转子外圆最小半径，Re为转子偏心圆半径，e为偏心距。

其余结构与图6实施方式相同。

在图7实施方式的基础上，Re也可用下列关系式近似得到：

e = k_{2} \frac{{(e + R_{e})}^{2} - R_{\min}^{2}}{(e + R_{e}) - R_{\min} \cos \frac{π}{2 p}}

式中：k₂＝0.4～0.8

所述的永磁体的宽度满足：

B = 2 R_{\min} \sin \frac{π}{2 p} - k_{3}

式中：k₃＝1～8

所述的导磁体的方槽与外表面之间的最小径向厚度A为0.3～1.5mm。

应该理解到的是：发明人作了详细的有限元分析，得到了准确度很高的正弦波磁场，为适用于工程应用简化成上述实例。上述实施例只是对本实用新型的说明，而不是对本实用新型的限制，任何不超出本实用新型实质精神范围内的发明创造，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims

1. 一种无刷永磁电机的转子，包括永磁体(1)、导磁体(2)和转轴(3)，所述导磁体(2)内环形均布有P对方槽，永磁体(1)以N、S极交错的方式嵌在所述的方槽内，其特征在于每极导磁体(2)的外表面为正弦曲面。

2. 一种无刷永磁交流伺服电机的转子，包括永磁体(1)、导磁体(2)和转轴(3)，所述导磁体(2)内环形均布有P对方槽，永磁体(1)以N、S极交错的方式嵌在所述的方槽内，其特征在于每极导磁体(2)的外表面为按正弦样条分布的曲面，所述的正弦样条是在正弦线的正半波上取一组基准点经曲线拟合后形成。

3. 一种无刷永磁交流伺服电机的转子，包括永磁体(1)、导磁体(2)和转轴(3)，所述导磁体(2)内环形均布有P对方槽，永磁体(1)以N、S极交错的方式嵌在所述的方槽内，其特征在于每极导磁体(2)的外表面为以半径位于其对应的永磁体(1)的中心线上的外凸偏心圆弧面，且满足：

k1(R1-Rmin)＝R1-(e+Re)

式中：k1＝0.1～0.6，

R_外为定子铁心外圆半径，

R₁为定子铁心内圆半径，

Rmin为转子外圆最小半径，

Re为转子偏心圆半径，

e为偏心距。

4. 如权利要求3所述的无刷永磁交流伺服电机的转子，其特征在于所述的R₁＝(0.5-0.75)R_外。

5. 如权利要求4所述的无刷永磁交流伺服电机的转子，其特征在于所述的k1＝0.3～0.4。

6. 一种无刷永磁交流伺服电机的转子，包括永磁体(1)、导磁体(2)和转轴(3)，所述导磁体(2)内环形均布有P对方槽，永磁体(1)以N、S极交错的方式嵌在所述的方槽内，其特征在于每极导磁体(2)的外表面为以半径位于其对应的永磁体(1)的中心线上的外凸偏心圆弧面，且满足：

e = k_{2} \frac{{(e + R_{e})}^{2} - R_{\min}^{2}}{(e + R_{e}) - R_{\min} \cos \frac{π}{2 p}}

式中：k2＝0.4～0.8，

Rmin为转子外圆最小半径，

Re为转子偏心圆半径，

e为偏心距。

7. 如权利要求6所述的无刷永磁交流伺服电机的转子，其特征在于所述的永磁体(1)的宽度(B)还满足：

B = {2 R}_{\min} \sin \frac{π}{2 p} - k_{3}

式中：k₃＝1～8。

8. 如权利要求7所述的无刷永磁交流伺服电机的转子，其特征在于所述的导磁体(2)的方槽与外表面之间的最小径向厚度(A)为0.3～1.5mm。

9. 如权利要求1～8任何一项所述的无刷永磁交流伺服电机的转子，其特征在于相邻两极导磁体(2)的表面采用圆弧导角光滑过渡。