CN202364011U - Halbach结构的伺服电动机 - Google Patents

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Abstract

一种halbach结构的伺服电动机，包括内转子电机或外转子电机；其中内转子电机包括电动机机体、固定在框架上的定子、固定在转轴上并通过第一轴承和第二轴承支撑的转子；定子的内侧设有与定子面对的多个扇形磁铁的转子，其特征是磁铁不仅采用两段式halbach结构，并且其外圆弧采用了削弧处理方式。所述磁铁包括径向充磁磁铁和切向充磁磁铁，两磁铁相互交替贴在转子外周圆表面上。采用本实用新型的伺服电动机不仅具有很高的转矩密度，而且能大大降低齿槽转矩和转矩脉动。

Description

Halbach结构的伺服电动机
技术领域
本实用新型涉及一种伺服电动机，具体是一种halbach结构的伺服电动机。 
背景技术
目前，永磁伺服电动机其转子大多数采用传统磁铁结构。目前，已有文献介绍halbach磁铁结构，其halbach磁铁外圆弧采用与定子内圆同心的方式，该halbach结构具有较高的转矩密度，但是在制造加工上存在磁铁充磁复杂的问题，而且其齿槽转矩与转矩脉动有时较难削弱。为了解决齿槽转矩和转矩脉动较大的问题通常采用斜槽或者斜极的方式，这都将增大制造装配难度。因此，有必要作进一步改进。 
实用新型内容
本实用新型的目的旨在提供一种既能保持很高的转矩密度，又能减小齿槽转矩和转矩脉动的halbach结构的伺服电动机，以克服现有技术中的不足之处。 
按此目的设计的一种halbach结构的伺服电动机，包括内转子电机或外转子电机；其中内转子电机包括电动机机体、固定在框架上的定子、固定在转轴上并通过第一轴承和第二轴承支撑的转子；定子的内侧设有与定子面对的多个扇形磁铁的转子，其结构特征是磁铁不仅采用两段式halbach结构，并且其外圆弧采用了削弧处理方式。 
所述磁铁包括径向充磁磁铁和切向充磁磁铁，两磁铁相互交替贴在转子外周圆表面上。 
所述径向充磁磁铁的外周圆弧和切向充磁磁铁的外周圆弧分别采用与定子内圆偏心的方式进行削弧处理，其偏心距分别为h1和h2，其中h1＜h2。 
所述切向充磁磁铁与径向充磁磁铁接触的两侧面相互平行。 
所述径向充磁磁铁与切向充磁磁铁的磁场方向为径向充磁磁铁指向转子外、其两侧切向充磁磁铁指向该径向充磁磁铁；或径向充磁磁铁指向转子内、其两侧切向充磁磁铁指向该径向充磁磁铁的反方向。 
所述切向充磁磁铁既可以采用与径向充磁磁铁相同的铷铁硼材料，也可以采用与径向充磁磁铁不同的材料，例如铁氧体材料等。 
所述伺服电动机采用的定子槽数和转子极数的组合为：3槽2极、6槽4极、9槽6极以及12槽8极。 
所述定子由层叠的硅钢片构成的铁芯和分别卷绕在槽中的线圈组成。 
采用本实用新型的伺服电动机不仅具有很高的转矩密度，而且能大大降低齿槽转矩和转矩脉动。 
附图说明
图1为本实用新型一实施例的伺服电动机的侧剖视图。 
图2为图1的伺服电动机的主剖面图。 
图3为图1的磁铁中磁场方向图。 
图4为图1的磁铁的主视图。 
图5为图1的磁铁的批量充磁示意图。 
图6为不采用削弧处理的halbach结构的6极9槽电机空载磁场分布图。 
图7为本实用新型halbach结构的6极9槽电机空载磁场分布图。 
图8为不采用削弧处理的halbach结构与采用本实用新型halbach结构的反电动势比较图。 
图9为不采用削弧处理的halbach结构与采用本实用新型halbach结构的齿槽转矩比较图。 
图10为不采用削弧处理的halbach结构与采用本实用新型halbach结构的转矩波形比较图。 
图中：1为电动机机体，2为定子，3为框架，4为线圈，5为转轴，6为第一轴承，7为径向充磁磁铁，8为切向充磁磁铁，9为转子，10为第二轴承，11为径向充磁磁铁的外周圆弧，12为切向充磁磁铁的外周圆弧，13为铁芯。图4中箭头所示方向为充磁方向。 
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。 
参见图1-图5，一种halbach结构的伺服电动机，包括内转子电机或外转子电机；其中内转子电机包括电动机机体1、固定在框架3上的定子2、固定在转轴5上并通过第一轴承6和第二轴承10支撑的转子9；定子2的内侧设有与定子2面对的多个扇形磁铁的转子9，磁铁不仅采用两段式halbach结构，并且其外圆弧采用了削弧处理方式。磁铁包括径向充磁磁铁7和切向充磁磁铁8，两磁铁相互交替贴在转子9外周圆表面上。径向充磁磁铁的外周圆弧11和切向充磁磁铁的外周圆弧12分别采用与定子2内圆偏心的方式进行削弧处理，其偏心距分别为h1和h2，其中h1＜h2。切向充磁磁铁8与径向充磁磁铁7接触的两侧面相互平行。该两侧面设计为平行面，可以非常方便的对批量切向充磁磁铁8进行充磁，大大提高充磁的稳定性和效率。径向充磁磁铁7与切向充磁磁铁8的磁场方向为径向充磁磁铁7指向转子9外、其两侧切向充磁磁铁8指向该径向充磁磁铁7；或径向充磁磁铁7指向转子9内、其两侧切向充磁磁铁8指向该径向充磁磁铁7的反方向。切向充磁磁铁8既可以采用与径向充磁磁铁7相同的铷铁硼材料，也可以采用与径向充磁磁铁7不同的材料，例如铁氧体材料等。伺服电动机采用的定子槽数和转子极数的组合为：3槽2极、6槽4极、9槽6极以及12槽8极。定子2由层叠的硅钢片构成的铁芯13和分别卷绕在槽中的线圈4组成。 
参见图6-图7，可看出采用本实用新型实施例的磁场分布曲线比不采用削弧处理的halbach结构的磁场分布曲线平稳。 
参见图8，非常明显，本实用新型实施例的反电动势波形正弦度比不采用削弧处理的halbach结构更高。 
参见图9，采用本实用新型实施例的齿槽转矩只有不采用削弧处理的halbach结构的4.4％，大大降低了齿槽转矩。 
参见图10，采用本实用新型实施例的转矩脉动只有不采用削弧处理的halbach结构的2.0％，转矩脉动得到大幅降低。 
以上实施例以内转子电机为例进行说明，同样的方法可应用于外转子电机。 

Claims (8)

1.一种halbach结构的伺服电动机，包括内转子电机或外转子电机；其中内转子电机包括电动机机体(1)、固定在框架(3)上的定子(2)、固定在转轴(5)上并通过第一轴承(6)和第二轴承(10)支撑的转子(9)；定子(2)的内侧设有与定子(2)面对的多个扇形磁铁的转子(9)，其特征是磁铁不仅采用两段式halbach结构，并且其外圆弧采用了削弧处理方式。
2.根据权利要求1所述halbach结构的伺服电动机，其特征是所述磁铁包括径向充磁磁铁(7)和切向充磁磁铁(8)，两磁铁相互交替贴在转子(9)外周圆表面上。
3.根据权利要求2所述halbach结构的伺服电动机，其特征是所述径向充磁磁铁的外周圆弧(11)和切向充磁磁铁的外周圆弧(12)分别采用与定子(2)内圆偏心的方式进行削弧处理，其偏心距分别为h1和h2，其中h1＜h2。
4.根据权利要求2或3所述halbach结构的伺服电动机，其特征是所述切向充磁磁铁(8)与径向充磁磁铁(7)接触的两侧面相互平行。
5.根据权利要求4所述halbach结构的伺服电动机，其特征是所述径向充磁磁铁(7)与切向充磁磁铁(8)的磁场方向为径向充磁磁铁(7)指向转子(9)外、其两侧切向充磁磁铁(8)指向该径向充磁磁铁(7)；或径向充磁磁铁(7)指向转子(9)内、其两侧切向充磁磁铁(8)指向该径向充磁磁铁(7)的反方向。
6.根据权利要求5所述halbach结构的伺服电动机，其特征是所述切向充磁磁铁(8)既可以采用与径向充磁磁铁(7)相同的铷铁硼材料，也可以采用与径向充磁磁铁(7)不同的铁氧体材料。
7.根据权利要求1所述halbach结构的伺服电动机，其特征是所述伺服电动机采用的定子槽数和转子极数的组合为：3槽2极、6槽4极、9槽6极以及12槽8极。
8.根据权利要求1所述halbach结构的伺服电动机，其特征是所述定子(2)由层叠的硅钢片构成的铁芯(13)和分别卷绕在槽中的线圈(4)组成。
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