CN204425156U - 混合转矩电动机以及采用该混合转矩电动机的曳引机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种混合转矩电动机，包括定子和位于定子外周的转子，所述转子包括筒状的转子铁芯，在转子铁芯内壁间隔分布有多个永磁体，相邻的两个永磁体极性相反，在相邻两个永磁体间设有导磁材料。本实用新型同时公开一种带有所述混合转矩电动机的曳引机。本实用新型的曳引机，相比传统的无齿轮永磁同步曳引机节省了磁钢用量，降低了电机成本，曳引机整机成本降低，结构紧凑体积小。本实用新型的曳引机，由于在转子上增加了结构“凸极”，使得可通过弱磁扩速进一步提高曳引机运行最高速度。结构“凸极”的存在，使得通过采用无位置传感器控制算法检测转子磁极位置的难度降低，为永磁曳引机的去编码器化提供了更大的可能性。
Description
技术领域
本实用新型属于电动机技术领域，具体是涉及一种混合转矩电动机、以及采用该混合转矩电动机的该曳引机。
背景技术
目前，电梯曳引机主要是三相异步电机或永磁同步电机。三相异步电机体积大、噪音大、工作效率低，并且配备结构复杂的减速装置，使得整个曳引机结构复杂，整体成本提高。永磁同步曳引机无需减速装置，并且效率高、噪音小，逐步取代三相异步电机，但稀土材料价格昂贵，限制了永磁同步电机的发展。
现有技术中，开发了一种开关磁阻电机，利用磁阻最小原理，即磁通总是沿磁阻最小的路径闭合。其定子铁芯和转子有几个齿极，由硅钢片冲制叠成，定子齿极上绕有线圈，提供电机工作的旋转磁场。该电机不使用永磁体，成本低廉，但是转矩脉动大，运行噪音和振动较大。
现有技术中还公开了另外一种混合转矩电机，可以同时利用永磁转矩与磁阻转矩，如专利申请号为CN201210472407.5的专利文献公开了一种永磁磁阻型轮毂电机，其中所公开的转子结构，安装同极性的磁钢，间隔以弧形凸极和导磁凸体，宣称可以减少磁钢用量，但该种结构只用一种极性磁钢，其反电势畸变较大，转矩脉动较大，并且没有使用位置传感器，无法满足电梯曳引机定位精度要求。
申请号为CN201210056143.5的专利文献公开了一种永磁辅助同步磁阻电机及其安装方法，该文献中所公开的结构，转子为U或V字形，内插磁钢，该方法可以利用永磁及磁阻转矩，但转子结构复杂，加工安装困难，且因转子内挖多槽，结构强度不高。
另外，申请号为CN201210472407.5的专利文献中的永磁磁阻型轮毂电机，其磁钢的充磁方向相同(全N或者全S)，其铁磁凸极与转子是一 体的，铁磁凸极作为转子的磁极，与磁钢磁极相反，其结构的凸极性强，但是转矩波动进一步增大。
实用新型内容
针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种能够有效提高磁阻转矩、减小磁钢用量且能实现高精度定位的混合转矩电动机以及采用该混合转矩电动机的曳引机。
一种混合转矩电动机，包括定子和位于定子外周的转子，所述转子包括筒状的转子铁芯，在转子铁芯内壁间隔分布有多个永磁体，相邻的两个永磁体极性相反，在相邻两个永磁体间设有导磁材料。
本实用新型中，导磁材料的存在，使得电机d轴电感与q轴电感差异加大，电机呈现结构“凸极”。引入结构“凸极”，使得传感器可以被去除，实现曳引机无位置传感器控制的可能性提高。
作为优选，相对于转子铁芯，各导磁材料分体设置。采用该技术方案，方便了各导磁材料的安装。
作为优选，各永磁体以及导磁材料均为条状，各永磁体均匀分布在转子铁芯内壁。
作为进一步优选，所述导磁材料紧靠转子铁芯内壁，相邻两导磁材料相对面之间形成固定面以固定永磁体(如图4所示)。采用该技术方案，直接通过导磁材料实现对永磁体的固定，不需要在永磁体上加工安装孔槽等，保证了永磁体的导磁性能和整体强度。
作为优选，所述永磁体朝向转子轴线的一端的两侧边带有倒角。采用该技术方案，永磁体顶面两侧不直接与导磁材料接触，保证永磁体气隙磁密分布的各次空间谐波最小化，避免导磁材料与导磁材料接触的位置产生漏磁，进一步提高电机性能。
作为优选，所述导磁材料朝向转子轴线的一侧为弧面。导磁材料采用多段式的弧形导磁材料，可提高气隙基波磁密幅值、减小漏磁及基波磁密波形畸变率，同时可进一步提高电机转矩，提高电机凸极比，导磁材料的实际形状优化需根据电机性能要求进行。
作为优选，永磁体以及导磁材料为直极或斜极结构。永磁体和导磁材 料的结构可根据实际需要确定。永磁体以及导磁材料为直极或斜极结构，进一步减小电机的磁阻转矩，进而降低电机脉动。
作为优选，永磁体的极弧系数为0.4～0.8。永磁体可具有不同的极弧系数，极弧系数可根据性能及成本综合进行。作为进一步优选，所述永磁体的极弧系数为0.6。
作为优选，永磁体以及导磁材料沿径向的厚度相同。永磁体和导磁材料的形状及厚度可根据性能及成本综合选择，通过调整永磁体和导磁材料的形状，可进一步优化电机性能。
一种混合转矩电梯曳引机，包括机座，安装在机座上的电动机，与电动机转子相对固定的曳引轮，以及设置在机座上与曳引轮相配合的制动器，所述电动机为上述任一项技术方案所述的混合转矩电动机。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：
本实用新型的曳引机综合利用了永磁转矩与磁阻转矩，比开关磁阻电机转矩脉动小，噪音低效率高。
本实用新型的曳引机，相比传统的无齿轮永磁同步曳引机节省了磁钢用量，降低了电机成本，曳引机整机成本降低，结构紧凑体积小。
本实用新型的曳引机，由于在转子上增加了结构“凸极”，使得可通过弱磁扩速进一步提高曳引机运行最高速度。结构“凸极”的存在，使得通过采用无位置传感器控制算法检测转子磁极位置的难度降低，为永磁曳引机的去编码器化提供了更大的可能性。
本实用新型的曳引机，通过调整永磁体之间间隔的导磁材料的形状为弧形，提高气隙基波磁密幅值、减小漏磁及基波磁密波形畸变率，同时可进一步提高电机转矩，提高电机凸极比，实际形状优化需根据电机性能要求进行。
本实用新型的曳引机，相比于传统的无齿轮永磁同步曳引机改动不大，实现难度低。
附图说明
图1为本实用新型的带有混合转矩电动机的曳引机的剖视结构示意图；
图2为本实用新型的带有混合转矩电动机的曳引机的主视结构示意 图；
图3为图1所示的曳引机内转子的结构示意图；
图4为图3所示的转子的局部放大图；
图5为本实用新型的带有混合转矩电动机工作时极弧系数与电机齿槽转矩关系示意图；
图6为分别采用弧形导磁材料和非弧形导磁材料时电动机气隙磁密各次谐波的对比图；
图7为不采用导磁材料、采用弧形材料和采用非弧形材料时电动机转矩和时间关系图；
图8为分别采用弧形导磁材料和非弧形导磁材料时电动机d轴、q轴电感与电流关系图。
上述附图中：
1、曳引轮；2、转子；3、定子；4、机座；5、传感器；6、制动器；7、永磁体；8、导磁材料；9、转子铁芯。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图进一步详细描述本实用新型内容和具体实施方式。
如图1和图2所示，该混合转矩电梯曳引机包括可相对转动的转子2和定子3，定子铁芯上有多个齿极，由硅钢片叠压而成，齿极上绕有三相绕组；转子2位于定子3的外围，定子3与转子2可以相对转动，曳引轮1与转子2相连，转子2与定子3安装在机座4上，机座4与曳引机整体底座为一体式结构，整体结构简单方便。传感器5安装于机座4内，控制器根据传感器5检测转子2位置，对定子3各相绕组按一定规则通断电，产生电磁转矩带动转子2转动，制动器6安装于机座两侧。机座4两侧有两对制动器6，通过制动器6与转子2的配合控制转子2。
如图3和图4所示，转子2包括筒状的转子铁芯9，在转子铁芯9内壁间隔分布有多个永磁体7，相邻的两个永磁体7相反，在相邻两个永磁体7间有导磁材料8。永磁体7可采用磁钢。相对于转子铁芯，各导磁材料8分体设置。各永磁体7以及导磁材料8均为条状，各永磁体7均匀分 布在转子铁芯9内壁。根据需要，可在永磁体7紧靠转子铁芯9端部两侧加工沿转子铁芯9内壁延伸的安装脚，安装脚固定在导磁材料8与转子铁芯9之间。永磁体7朝向转子2轴线的端部的两侧边带有倒角。导磁材料8朝向转子2轴线的一侧为弧面。
工作时，相邻两个永磁体7极性相反，成为一对磁极，相邻两个永磁体之间的导磁材料8并未单独作为磁极，而只是与永磁体配合实现电机结构凸极。
工作时，永磁体7提供永磁转矩，导磁材料8提供磁阻转矩，本实施例中永磁体极弧系数为0.6时混合转矩电动机性能与常规的极弧系数为0.8时的永磁同步电机相当，可以节省1/4磁钢。极弧系数与电机齿槽转矩关系如图5所示，当电机极弧系数为0.6时，齿槽转矩最小。电机极弧系数为0.6，即保证了电机运行的稳定性，又提高了电机输出转矩。
另外，如图4所示，永磁体7可为斜极结构，导磁材料8也可与永磁体7同为斜极结构，以进一步降低减小电机的磁阻转矩，进而降低电机脉动。
另外，如图4所示，导磁材料8朝向转子2轴线的一侧为弧面可采用弧形，以提高气隙磁密基波幅值(如图6所示)、减小漏磁及基波磁密波形畸变率(如图6所示)，由图6可以看出本实用新型的基波磁密弧形导磁材料对应的气隙磁极基波幅值高于采用非弧形导磁材料对应的气隙磁密基波幅值，其余谐波的幅值基本都是弧形导磁材料对应的谐波幅值小于非弧形导磁材料对应的谐波幅值。基波幅值越高，高次谐波幅值越小，则基波磁密波形畸变率越小。同时本实用新型可进一步提高电机转矩(如图7所示，与无导磁材料和非弧形导磁材料相比，采用弧形导磁材料时转矩T较大)，提高电动机凸极比(如图8所示，相比于无导磁材料的电动机，采用弧形导磁材料时，电动机的d、q轴电感为较大)，实际形状优化需根据电机性能要求进行。
Claims (9)
1.一种混合转矩电动机，包括定子(3)和位于定子(3)外周的转子(2)，所述转子(2)包括筒状的转子铁芯(9)，在转子铁芯(9)内壁间隔分布有多个永磁体(7)，相邻的两个永磁体(7)极性相反，在相邻两个永磁体(7)间设有导磁材料(8)。
2.根据权利要求1所述的混合转矩电动机，其特征在于，相对于转子铁芯(9)，各导磁材料(8)分体设置。
3.根据权利要求1所述的混合转矩电动机，其特征在于，各永磁体(7)以及导磁材料(8)均为条状，各永磁体(7)均匀分布在转子铁芯(9)内壁。
4.根据权利要求1所述的混合转矩电动机，其特征在于，所述导磁材料(8)紧靠转子铁芯(9)内壁，相邻两导磁材料(8)相对面形成固定面以固定永磁体(7)。
5.根据权利要求1所述的混合转矩电动机，其特征在于，所述永磁体(7)朝向转子(2)轴线的一端的两侧边带有倒角。
6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的混合转矩电动机，其特征在于，所述导磁材料(8)朝向转子(1)轴线的一侧为弧面。
7.根据权利要求1-5任一权利要求所述的混合转矩电动机，其特征在于，所述永磁体(7)以及导磁材料(8)为直极或斜极结构。
8.根据权利要求1-5任一权利要求所述的混合转矩电动机，其特征在于，所述永磁体(7)的极弧系数为0.4～0.8。
9.一种混合转矩电梯曳引机，包括机座(4)，安装在机座(4)上的电动机，与电动机转子相对固定的曳引轮(1)，以及设置在机座(4)上与曳引轮(1)相配合的制动器(6)，其特征在于，所述电动机为权利要求1-8任一权利要求所述的混合转矩电动机。
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| CN104578654A (zh) * | 2014-12-05 | 2015-04-29 | 浙江西子富沃德电机有限公司 | 混合转矩电动机以及采用该混合转矩电动机的曳引机 |
| CN110462999A (zh) * | 2017-03-27 | 2019-11-15 | 株式会社户田赛车 | 轮毂电机 |
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