CN205336070U - 一种大功率爪极式永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种大功率爪极式永磁同步电机，属于机械技术领域。它解决了现有永磁同步电机起动不良的问题。本大功率爪极式永磁同步电机包括：壳体；转子，竖直插设在壳体中部；线圈，设置为两个且两线圈由上至下叠合套设在转子外周侧面上，每个线圈的内侧面上均固设有呈类等腰三角形设置的若干极爪，两线圈分别与外界电源联通并驱动转子转动。本实用新型具有起动效果好且不易反转的优点。

Description

一种大功率爪极式永磁同步电机

技术领域

本实用新型属于机械技术领域，涉及一种大功率爪极式永磁同步电机。

背景技术

电机包括定子、转子等部件，在定子上装设成对的直流励磁的静止的磁极并在转子上装设电枢绕组，电机工作时由直流供电的励磁磁场与电枢的旋转磁场相互作用而产生转矩。同步电机则是以同步转速旋转的交流电机，即是转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流电机。

永磁同步电机属于同步电机的一种，其采用永久磁钢作为转子来取代转子直流绕组。永磁同步电机具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高等优点，主要用于要求响应快速、调速范围宽、定位准确的高性能伺服传动系统和直流电机的更新替代电机。

定子部分的磁极的形状结构以及尺寸等对电机的正常工作会产生一定的影响，现有的永磁同步电机采用的是矩形状设置的磁极，这样的结构在电机工作时往往会引起电机起动不良、振动大的问题，此外，在电机负载时还可能会导致电机反转，电机工作错误，甚至损坏电机。

综上所述，为解决现有的永磁同步电机结构上的不足，需要设计一种设计合理、起动效果好且不易反转的大功率爪极式永磁同步电机。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种设计合理、起动效果好且不易反转的大功率爪极式永磁同步电机。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种大功率爪极式永磁同步电机，包括：

壳体；

转子，竖直插设在壳体中部；

线圈，设置为两个且两线圈由上至下叠合套设在转子外周侧面上，每个线圈的内侧面上均固设有呈类等腰三角形设置的若干极爪，两线圈分别与外界电源联通并驱动转子转动。

在上述的一种大功率爪极式永磁同步电机中，所述极爪包括竖直向下设置的若干第一极爪以及竖直向上设置的若干第二极爪，且第一极爪、第二极爪间隔设置，各极爪沿着对应线圈的内侧面均匀分布。

在上述的一种大功率爪极式永磁同步电机中，每个极爪均包括头部、尾部且极爪的宽度由头部至尾部逐渐增加。

在上述的一种大功率爪极式永磁同步电机中，相邻的第一极爪、第二极爪呈相向错开设置，且第一极爪的尾部靠近对应线圈的上端面设置，第二极爪的尾部靠近对应线圈的下端面设置。

在上述的一种大功率爪极式永磁同步电机中，相邻的第一极爪、第二极爪之间留有间隙且相邻的间隙等宽设置。

在上述的一种大功率爪极式永磁同步电机中，两个线圈上对应设置的极爪呈同向错开设置，且其中一个线圈上的第一极爪的尾部的一端位于另一个线圈上对应设置的第一极爪的中心线上。

在上述的一种大功率爪极式永磁同步电机中，所述头部呈锐角设置且该锐角的角度为α，23℃≤α≤25℃。

在上述的一种大功率爪极式永磁同步电机中，两线圈紧密相连且每个线圈的外侧面均与壳体内壁紧密贴合。

与现有技术相比，本实用新型结构设计合理、工作效果好；第一极爪、第二极爪间隔设置有利于磁场的生成，便于转子转动；极爪采用类等腰三角形的结构设置能够增大扭矩，便于电机的起动且能保持电机的稳定；此外，有利于降低电机正反转过程中的力矩偏差，提高电机的工作效果。

附图说明

图1是本实用新型一较佳实施例的结构示意图。

图2是图1的部分结构示意图。

图3是本实用新型一较佳实施例中线圈的结构示意图。

图4是本实用新型一较佳实施例的电路示意图。

图中，10、壳体；20、转子；30、线圈；31、第一极爪；32、第二极爪。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1和图2所示，本大功率爪极式永磁同步电机包括：

壳体10；

转子20，竖直插设在壳体10中部；

线圈30，设置为两个且两线圈30由上至下叠合套设在转子20外周侧面上，每个线圈30的内侧面上均固设有呈类等腰三角形设置的多个极爪，两线圈30分别与外界电源联通并驱动转子20转动。

同步电机中定子部分的磁极的形状结构以及尺寸等对电机的正常工作会产生一定的影响，现有的永磁同步电机采用的是矩形状设置的磁极，矩形状磁极扭矩相对较小，电机起动不良，且在电机正反转时产生的力矩偏差大，电机工作行程不一致，影响电机工作正常进行。

除此之外，这样的结构在电机工作时往往会引起振动大的问题，在电机负载时还可能会导致电机反转，致使电机工作错误，甚至损坏电机。

为此，本实用新型设计了一种大功率爪极式永磁同步电机，将磁极改良成类等腰三角形设置的极爪，通过改变磁极的形状结构，增大扭矩，便于电机的起动，减少振动，同时也避免在电机负载时发生反转的现象。

由于一个线圈30容易发生不定向转动，轻易导致电机反转，因此，本实用新型中设置了两个线圈30，这样的设置有利于增大起动力矩，保证转子20在转动过程中无外力作用下保持定向转动。

如图2和图3所示，优选地，极爪包括竖直向下设置的多个第一极爪31以及竖直向上设置的多个第二极爪32，且第一极爪31、第二极爪32间隔设置，各极爪沿着对应线圈30的内侧面均匀分布。

将极爪分成第一极爪31、第二极爪32，便于磁场的生成，第一极爪31、第二极爪32呈反向间隔设置，且各极爪沿着对应线圈30的内侧面均匀分布，确保磁场分布均匀，有利于转子20转动。

优选地，每个极爪均包括头部、尾部且极爪的宽度由头部至尾部逐渐增加。由于极爪呈类等腰三角形设置，因此，极爪的头部对应等腰三角形顶角所在的部分，极爪的尾部对应等腰三角形底边所在的部分。

进一步优选地，相邻的第一极爪31、第二极爪32呈相向错开设置，且第一极爪31的尾部靠近对应线圈30的上端面设置，第二极爪32的尾部靠近对应线圈30的下端面设置。

值得一提的是，在线圈30的上端面、下端面分别固设有金属片，每个金属片上均设置有均匀分布的多个凸起，其中，各凸起朝着线圈30内侧面弯折并紧密贴合在线圈30的内侧面上形成上述对应的各个极爪，这样一来每个极爪的尾部均与对应的金属片相连。

本实施例中，位于线圈30上端面的金属片为第一金属片，各第一极爪31与第一金属片连为一体；位于线圈30下端面的金属片为第二金属片，各第二极爪32与第二金属片连为一体。因此，第一极爪31的尾部靠近对应线圈30的上端面设置，第二极爪32的尾部靠近对应线圈30的下端面设置，且相邻的第一极爪31、第二极爪32呈相向错开设置，有利于磁场的分布。

在接通外界电源后，线圈30周围产生磁场，第一金属片、第二金属片分别对应磁场中的N极(或S极)、S极(或N极)。

与之相对应的，第一极爪31、第二极爪32在线圈30接通外界电源后，显示出与对应金属片一致的极性。此时在线圈30的内侧面上，N极与S极间隔设置并均匀分布，这样设置有利于磁场的的均匀分布，转子20在磁场中转动平稳。

优选地，相邻的第一极爪31、第二极爪32之间留有间隙且相邻的间隙等宽设置。这样的结构设置具体体现为，各极爪等间距分布在对应线圈30的内侧面上，进一步限定了极爪的位置分布，这样一来，线圈30所产生的磁场分布更加均匀，更加利于转子20的转动。

进一步优选地，两个线圈30上对应设置的极爪呈同向错开设置，且其中一个线圈30上的第一极爪31的尾部的一端位于另一个线圈30上对应设置的第一极爪31的中心线上。

两个线圈30上的极爪分布情况一致，通电后，线圈30两端的极性分布同样一致，但两个线圈30上对应设置的极爪的位置呈同向错开设置，即两线圈30上对应设置的两个第一极爪31(或第二极爪32)的中心线不重合。

具体地，本实施例中，其中一个线圈30上的第一极爪31的尾部的一端位于另一个线圈30上对应设置的第一极爪31的中心线上，同理，其中一个线圈30上的第二极爪32的尾部的一端位于另一个线圈30上对应设置的第二极爪32的中心线上。

即本实用新型中优选两线圈30上对应设置的两个第一极爪31(或第二极爪32)的中心线之间相差半个极爪底边长度的距离。这样的结构设计，使得两个线圈30产生的磁场具有一定的相位差。一方面能够确保电机起动良好，另一方面保证电机进行周期性的正反转，且力矩转速一致，保证电机的同步性。

若极爪采用其他的位置分布，则会影响磁场的分布，进一步影响转子20的转动，出现正反转不一致的情况，从而导致电机工作失误。

进一步优选地，头部呈锐角设置且该锐角的角度为α，23℃≤α≤25℃。极爪头部的角度范围处于23℃-25℃之间，本实施例中优选α＝23.9℃。若角度过大，扭矩会随之进一步增大，过大的扭矩会致使电机振动更为厉害；若角度过小，则会如同矩形磁极一般，扭矩过小，导致电机起动不良。

优选地，两线圈30紧密相连且每个线圈30的外侧面均与壳体10内壁紧密贴合。两线圈30紧密相连能够确保线圈30的整体性，在通电之后，两个线圈30对应的一端显示的极性一致，那么，两线圈30接触的一端的极性相反，异性相吸，两线圈30会进一步紧密相连，整体性更好，在一定程度上也降低了电机的振动。

每个线圈30的外侧面均与壳体10内壁紧密贴合的设置也在一定程度上降低了电机的振动，确保整体的稳定性。

如图4所示，本实用新型中，两个线圈30一端同时接220V交流电，另一端分别接地，且两线圈30通过电容相连，在其中一个不通过电容的线圈30上接入一个脉冲信号，另一个通过电容的线圈30上便对应产生一个相位稍微超前或滞后的脉冲信号，使电机的转子20恒定的向一个方向运转，正转(CW)或反转(CCW)。

其中电容是用作在运行过程中移动电压相位的，帮助电机启动，电机启动后，使电机迅速进入平稳有力的运行状态。

电机的工作过程如下：

当OV1接通220V交流电时，两线圈30中的线圈二产生相位超前的脉冲信号，使磁场正向(CW)旋转，带动转子20正转；当OV2接通220V交流电时，两线圈30中的线圈一产生相位滞后的脉冲信号，使磁场反向(CCW)旋转，带动转子20反转。

常规电机中，线圈30在接通电源后产生矩形波状的磁场，电机振动较大，而本实用新型中的极爪能够使所生成的磁场接近正弦波状，能够促使电机工作稳定。

此外，两个线圈30上对应设置的极爪的位置呈同向错开设置，使得两个线圈30产生的磁场具有一定的相位差，保证电机能够更顺利地进入正反转。

本大功率爪极式永磁同步电机在初始状态下，结构设计合理、操作方便；极爪的设置以及极爪的具体分布情况使得电机起动良好，定向准确、不易反转；同时降低了振动，电机工作稳定；此外，正反转力矩偏差小，工作效果好。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种大功率爪极式永磁同步电机，其特征在于，包括：

壳体；

转子，竖直插设在壳体中部；

线圈，设置为两个且两线圈由上至下叠合套设在转子外周侧面上，每个线圈的内侧面上均固设有呈类等腰三角形设置的若干极爪，两线圈分别与外界电源联通并驱动转子转动。

2.根据权利要求1所述的一种大功率爪极式永磁同步电机，其特征在于，所述极爪包括竖直向下设置的若干第一极爪以及竖直向上设置的若干第二极爪，且第一极爪、第二极爪间隔设置，各极爪沿着对应线圈的内侧面均匀分布。

3.根据权利要求2所述的一种大功率爪极式永磁同步电机，其特征在于，每个极爪均包括头部、尾部且极爪的宽度由头部至尾部逐渐增加。

4.根据权利要求3所述的一种大功率爪极式永磁同步电机，其特征在于，相邻的第一极爪、第二极爪呈相向错开设置，且第一极爪的尾部靠近对应线圈的上端面设置，第二极爪的尾部靠近对应线圈的下端面设置。

5.根据权利要求4所述的一种大功率爪极式永磁同步电机，其特征在于，相邻的第一极爪、第二极爪之间留有间隙且相邻的间隙等宽设置。

6.根据权利要求5所述的一种大功率爪极式永磁同步电机，其特征在于，两个线圈上对应设置的极爪呈同向错开设置，且其中一个线圈上的第一极爪的尾部的一端位于另一个线圈上对应设置的第一极爪的中心线上。

7.根据权利要求3所述的一种大功率爪极式永磁同步电机，其特征在于，所述头部呈锐角设置且该锐角的角度为α，23℃≤α≤25℃。

8.根据权利要求1所述的一种大功率爪极式永磁同步电机，其特征在于，两线圈紧密相连且每个线圈的外侧面均与壳体内壁紧密贴合。