專利名稱：低轉(zhuǎn)矩脈動永磁開關(guān)磁鏈電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁開關(guān)磁鏈電機，特別是涉及一種低轉(zhuǎn)矩脈動永磁開關(guān)磁鏈電機。
背景技術(shù)：
在定子齒部嵌入永磁體的開關(guān)磁鏈電機(permanent magnet flux-switchingmotor, PMFSM)最早是在1955年由學者Rauch和Johnson提出的，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，之后很長一段時間內(nèi)這種電機的研究很少。隨著永磁材料的發(fā)展，Hoang等學者在1997年重新將研究目光投向PMFSM，隨后又有人提出了混合勵磁開關(guān)磁鏈電機，如圖2 所示。近幾年國內(nèi)學者也開始對永磁開關(guān)磁鏈電機進行了研究，圖3所示為浙江大學研制的MV，450W，1500r/min的三相6/5極結(jié)構(gòu)永磁開關(guān)磁鏈電機的截面圖，圖4所示為東南大學研制的三相12/10極結(jié)構(gòu)永磁開關(guān)磁鏈電機。比較以上幾種電機可知，上述永磁開關(guān)磁鏈電機結(jié)構(gòu)相似，電機轉(zhuǎn)子32、42均為齒槽式結(jié)構(gòu)，由硅鋼片疊壓而成；定子31、41由U型鐵心及相鄰U型鐵心間放置的切向充磁永磁體組成，永磁體33、43的N極、S極交替排列，永磁體33、43和相鄰兩U型鐵心的邊構(gòu)成了定子齒，定子齒上纏有三相集中式電樞繞組，控制方式采用永磁無刷直流電機或者永磁無刷交流電機的控制方式，其中不同之處是圖2所示的混合勵磁電機在定子軛部放置有勵磁繞組，產(chǎn)生的磁勢與永磁體產(chǎn)生的磁勢相互疊加或者抵消，使磁場可調(diào)。由永磁開關(guān)磁鏈電機的結(jié)構(gòu)知，定轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)，電機的結(jié)構(gòu)性能較好，相對于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子型永磁電機來說，永磁體置于定子上，不會產(chǎn)生不可逆退磁；電機轉(zhuǎn)子與開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)子相似，既無永磁體也無繞組，機械強度高，適合高速或者超高速運行，且對環(huán)境的要求較低，適合運行于較惡劣的環(huán)境；電機的每相永磁磁鏈為雙極性，且磁鏈和反電勢波形都接近正弦分布，電機出力大，轉(zhuǎn)矩密度和功率密度較高。但是永磁開關(guān)磁鏈電機的電磁轉(zhuǎn)矩主要由永磁體產(chǎn)生，磁阻轉(zhuǎn)矩相對較小，電機的定位力矩偏大，導致電機轉(zhuǎn)矩脈動相對較大，進而由此產(chǎn)生的震動和噪聲偏大。由上述知，現(xiàn)有技術(shù)中的永磁開關(guān)磁鏈電機，由于其存在較大的定位力矩和突出的轉(zhuǎn)矩脈動，限制了其在伺服領(lǐng)域等對轉(zhuǎn)矩脈動要求較高的場合的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種底轉(zhuǎn)矩脈動永磁開關(guān)磁鏈電機。為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種低轉(zhuǎn)矩脈動永磁開關(guān)磁鏈電機，由兩個結(jié)構(gòu)完全相同的永磁開關(guān)磁鏈電機組合而成，兩部分共用殼體和轉(zhuǎn)軸，左右放置；在定子鐵心的兩段齒對齊的情況下，轉(zhuǎn)子鐵心的兩段齒就錯開180/P度電角度，在轉(zhuǎn)子鐵心兩段齒對齊的情況下，定子鐵心兩段齒就錯開180/P度電角度，P為相數(shù)。
所述永磁開關(guān)磁鏈電機的定子由切向充磁的永磁體和U型鐵心依次排列構(gòu)成，永磁體N極、S極交替排列，永磁體和相鄰兩U型鐵心的邊構(gòu)成了電樞齒，電機左右兩側(cè)永磁體和電樞齒長度分別相等，電樞齒上繞有相同的三相集中式電樞繞組。所述電樞繞組采用三相集中式電樞繞組。所述轉(zhuǎn)子是由兩個獨立的、結(jié)構(gòu)完全相同的齒槽式鐵心疊片轉(zhuǎn)子構(gòu)成。所述永磁開關(guān)磁鏈電機的定子和轉(zhuǎn)子鐵心均由硅鋼片疊壓而成，左右兩側(cè)定子U 型鐵心及相鄰U型鐵心間放置的切向充磁永磁體長度均相同，并列于同一轉(zhuǎn)軸的兩轉(zhuǎn)子鐵芯長也相同；兩個電機定子齒上分別套有相同匝數(shù)的集中電樞繞組，繞組的放置方式相同， 但兩段繞組是各自獨立的。工作時，兩段繞組通入電流的相位差為180/P度電角度，P為相數(shù)。兩個相同永磁開關(guān)磁鏈電機間用氣隙7隔開。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案的優(yōu)點是(1)本發(fā)明在維持現(xiàn)有永磁開關(guān)磁鏈電機磁路不變的情況下，通過兩個結(jié)構(gòu)完全相同的永磁開關(guān)磁鏈電機共用殼體和轉(zhuǎn)軸，左右放置，有效的減小了現(xiàn)有永磁開關(guān)磁鏈電機的定位力矩和轉(zhuǎn)矩脈動以及由此引起的震動和噪聲。(2)通過轉(zhuǎn)子采用鐵心疊片轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上沒有永磁體和繞組，使得電機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)簡單，適合于高速或者超高速運行，且對環(huán)境要求較低。(3)通過定子采用三相集中式繞組，與傳統(tǒng)采用分布式繞組電機相比，節(jié)省銅材的同時也降低了電機繞組端部損耗，電機節(jié)能。(4)通過永磁體采用切向充磁磁體，起到了良好的“聚磁”效果，使電機的磁鏈和反電勢波形均接近正弦分布，進而電機可以采用永磁無刷交流電機的控制方式。(5)通過采用齒槽式鐵心疊片轉(zhuǎn)子和齒部嵌入永磁體的定子組合，極大的體現(xiàn)了電機結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，使得電機弱磁性能可以設(shè)計的較好，適合于弱磁擴速運行。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施和優(yōu)點作進一步解釋。


附圖1是現(xiàn)有的一種永磁開關(guān)磁鏈電機的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是現(xiàn)有的一種混合勵磁開關(guān)磁鏈電機的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是現(xiàn)有的另一種永磁開關(guān)磁鏈電機的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4是現(xiàn)有的又一種永磁開關(guān)磁鏈電機的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5(a)是本發(fā)明的一種低轉(zhuǎn)矩脈動永磁開關(guān)磁鏈電機的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5(b)是圖5(a)的剖面示意圖。
具體實施例方式參見附圖5(a)。依據(jù)本發(fā)明的一種低轉(zhuǎn)矩脈動永磁開關(guān)磁鏈電機10，由兩個結(jié)構(gòu)完全相同的永磁開關(guān)磁鏈電機8、9組合而成，兩部分共用殼體(圖未示)和轉(zhuǎn)軸4，左右放置；在定子鐵心6的兩段齒對齊的情況下，轉(zhuǎn)子鐵心3的兩段齒就錯開180/P度電角度，在轉(zhuǎn)子鐵心3兩段齒對齊的情況下，定子鐵心6兩段齒就錯開180/P度電角度，P為相數(shù)。繼續(xù)參見附圖5(a)。所述永磁開關(guān)磁鏈電機8、9的結(jié)構(gòu)完全相同，定子由切向充磁的永磁體1和U型定子鐵心6依次排列構(gòu)成，永磁體1的N極、S極交替排列，永磁體1和相鄰兩U型鐵心6的邊構(gòu)成了電樞齒，電機左右兩側(cè)永磁體1和電樞齒長度分別相等，電樞齒上繞有相同的三相集中式電樞繞組5。轉(zhuǎn)子是由兩個獨立的、結(jié)構(gòu)完全相同的齒槽式鐵心疊片轉(zhuǎn)子3構(gòu)成。定子和轉(zhuǎn)子間具有氣隙2。兩個相同永磁開關(guān)磁鏈電機8、9間用氣隙7 隔開。所述永磁開關(guān)磁鏈電機的定子鐵心6和轉(zhuǎn)子鐵心3均由硅鋼片疊壓而成，左右兩側(cè)定子U型鐵心6及相鄰U型鐵心間放置的切向充磁永磁體1的長度均相同，并列于同一轉(zhuǎn)軸的兩轉(zhuǎn)子鐵心3的長度也相同；兩個電機定子齒上分別套有相同匝數(shù)的集中電樞繞組 5，繞組的放置方式相同，但兩段繞組是各自獨立的。工作時，兩段繞組通入電流的相位差為 180/P度電角度，P為相數(shù)。附圖5 (b)顯示的是三相6/4結(jié)構(gòu)低轉(zhuǎn)矩脈動永磁開關(guān)磁鏈電機的兩個沿A-A和 B-B方向的剖面示意圖，它反映了定轉(zhuǎn)子的裝配情況。永磁開關(guān)磁鏈電機的定子齒數(shù)Ns和
Nr 2m 土 η
轉(zhuǎn)子齒數(shù)N,滿足^1 = ^^結(jié)構(gòu)，m為電機的相數(shù)，η為自然數(shù)(一般比較小)，定子極 Ns 2m
數(shù)為偶數(shù)。即定子齒數(shù)為6時，轉(zhuǎn)子齒數(shù)可以為4、5、7等多種結(jié)構(gòu)，其中轉(zhuǎn)子齒數(shù)為4時， 即得到常見的6/4極結(jié)構(gòu)永磁開關(guān)磁鏈電機，當定子齒數(shù)為12時可以得到三相的12/10、 12/8等多種結(jié)構(gòu)的永磁開關(guān)磁鏈電機。對于三相6/4結(jié)構(gòu)電機，左右定子鐵心的兩段齒對齊，轉(zhuǎn)子鐵心的兩段錯開60度電角度(也可以轉(zhuǎn)子鐵芯兩段齒對齊，定子鐵芯兩段錯開60
n 60
度電角度)。左側(cè)轉(zhuǎn)子的任一齒軸線與右側(cè)轉(zhuǎn)子的任一齒軸線相差~ = i機械角，凡為轉(zhuǎn)
丄、r
子齒數(shù)，如圖5(b)所示。電機左、右兩側(cè)電樞繞組纏繞方式相同，相序相同，左、右兩側(cè)三相電流的相位相差60度電角度。在本發(fā)明中，永磁開關(guān)磁鏈電機8、9并不限于是何種結(jié)構(gòu)的永磁開關(guān)磁鏈電機。本發(fā)明的低轉(zhuǎn)矩脈動永磁開關(guān)磁鏈電機保存了傳統(tǒng)永磁開關(guān)磁鏈電機的結(jié)構(gòu)簡單、堅固可靠、具有較高的容錯性能等優(yōu)點。在永磁開關(guān)磁鏈電機基礎(chǔ)上實現(xiàn)了效率高、功率密度高、可靠性高、反電勢波形正弦性好和易于控制等優(yōu)點，應(yīng)用前景廣泛。當然，以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對本發(fā)明的保護范圍不構(gòu)成任何限制。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其它實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低轉(zhuǎn)矩脈動永磁開關(guān)磁鏈電機，由兩個結(jié)構(gòu)完全相同的永磁開關(guān)磁鏈電機組合而成，兩部分共用殼體和轉(zhuǎn)軸，左右放置；在定子鐵心的兩段齒對齊的情況下，轉(zhuǎn)子鐵心的兩段齒就錯開180/P度電角度，在轉(zhuǎn)子鐵心兩段齒對齊的情況下，定子鐵心兩段齒就錯開 180/P度電角度，P為相數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低轉(zhuǎn)矩脈動永磁開關(guān)磁鏈電機，其特征在于，所述永磁開關(guān)磁鏈電機的定子由切向充磁的永磁體和U型鐵心依次排列構(gòu)成，永磁體N極、S極交替排列，永磁體和相鄰兩U型鐵心的邊構(gòu)成了電樞齒，電機左右兩側(cè)永磁體和電樞齒長度分別相等，電樞齒上繞有相同的三相集中式電樞繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低轉(zhuǎn)矩脈動永磁開關(guān)磁鏈電機，其特征在于，所述電樞繞組采用三相集中式電樞繞組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低轉(zhuǎn)矩脈動永磁開關(guān)磁鏈電機，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子是由兩個獨立的、結(jié)構(gòu)完全相同的齒槽式鐵心疊片轉(zhuǎn)子構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低轉(zhuǎn)矩脈動永磁開關(guān)磁鏈電機，其特征在于，所述永磁開關(guān)磁鏈電機的定子和轉(zhuǎn)子鐵心均由硅鋼片疊壓而成，左右兩側(cè)定子U型鐵心及相鄰U型鐵心間放置的切向充磁永磁體長度均相同，并列于同一轉(zhuǎn)軸的兩轉(zhuǎn)子鐵芯長也相同；兩個電機定子齒上分別套有相同匝數(shù)的集中電樞繞組，繞組的放置方式相同，但兩段繞組是各自獨立的；工作時，兩段繞組通入電流的相位差為180/P度電角度，P為相數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低轉(zhuǎn)矩脈動永磁開關(guān)磁鏈電機，其特征在于，兩個相同永磁開關(guān)磁鏈電機間用氣隙隔開。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低轉(zhuǎn)矩脈動永磁開關(guān)磁鏈電機，由兩個結(jié)構(gòu)完全相同的永磁開關(guān)磁鏈電機組合而成，兩部分共用殼體和轉(zhuǎn)軸，左右放置；在定子鐵心的兩段齒對齊的情況下，轉(zhuǎn)子鐵心的兩段齒就錯開180/P度電角度，在轉(zhuǎn)子鐵心兩段齒對齊的情況下，定子鐵心兩段齒就錯開180/P度電角度，P為相數(shù)。本發(fā)明具有效率高、功率密度高、可靠性高、反電勢波形正弦性好和易于控制等優(yōu)點，應(yīng)用前景廣泛。
文檔編號H02K29/00GK102244448SQ20101017072
公開日2011年11月16日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者李鍵, 袁龍生, 趙朝會, 陳壘, 項峰 申請人:上海電機學院