[发明专利]低转矩脉动永磁开关磁链电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁开关磁链电机，特别是涉及一种低转矩脉动永磁开关磁链电机。

背景技术

在定子齿部嵌入永磁体的开关磁链电机(permanent magnet flux-switchingmotor，PMFSM)最早是在1955年由学者Rauch和Johnson提出的，其结构如图1所示，之后很长一段时间内这种电机的研究很少。随着永磁材料的发展，Hoang等学者在1997年重新将研究目光投向PMFSM，随后又有人提出了混合励磁开关磁链电机，如图2所示。近几年国内学者也开始对永磁开关磁链电机进行了研究，图3所示为浙江大学研制的24V，450W，1500r/min的三相6/5极结构永磁开关磁链电机的截面图，图4所示为东南大学研制的三相12/10极结构永磁开关磁链电机。

比较以上几种电机可知，上述永磁开关磁链电机结构相似，电机转子32、42均为齿槽式结构，由硅钢片叠压而成；定子31、41由U型铁心及相邻U型铁心间放置的切向充磁永磁体组成，永磁体33、43的N极、S极交替排列，永磁体33、43和相邻两U型铁心的边构成了定子齿，定子齿上缠有三相集中式电枢绕组，控制方式采用永磁无刷直流电机或者永磁无刷交流电机的控制方式，其中不同之处是图2所示的混合励磁电机在定子轭部放置有励磁绕组，产生的磁势与永磁体产生的磁势相互叠加或者抵消，使磁场可调。

由永磁开关磁链电机的结构知，定转子均为凸极结构，电机的结构性能较好，相对于传统的转子型永磁电机来说，永磁体置于定子上，不会产生不可逆退磁；电机转子与开关磁阻电机转子相似，既无永磁体也无绕组，机械强度高，适合高速或者超高速运行，且对环境的要求较低，适合运行于较恶劣的环境；电机的每相永磁磁链为双极性，且磁链和反电势波形都接近正弦分布，电机出力大，转矩密度和功率密度较高。

但是永磁开关磁链电机的电磁转矩主要由永磁体产生，磁阻转矩相对较小，电机的定位力矩偏大，导致电机转矩脉动相对较大，进而由此产生的震动和噪声偏大。

由上述知，现有技术中的永磁开关磁链电机，由于其存在较大的定位力矩和突出的转矩脉动，限制了其在伺服领域等对转矩脉动要求较高的场合的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种底转矩脉动永磁开关磁链电机。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低转矩脉动永磁开关磁链电机，由两个结构完全相同的永磁开关磁链电机组合而成，两部分共用壳体和转轴，左右放置；在定子铁心的两段齿对齐的情况下，转子铁心的两段齿就错开180/P度电角度，在转子铁心两段齿对齐的情况下，定子铁心两段齿就错开180/P度电角度，P为相数。

所述永磁开关磁链电机的定子由切向充磁的永磁体和U型铁心依次排列构成，永磁体N极、S极交替排列，永磁体和相邻两U型铁心的边构成了电枢齿，电机左右两侧永磁体和电枢齿长度分别相等，电枢齿上绕有相同的三相集中式电枢绕组。

所述电枢绕组采用三相集中式电枢绕组。

所述转子是由两个独立的、结构完全相同的齿槽式铁心叠片转子构成。

所述永磁开关磁链电机的定子和转子铁心均由硅钢片叠压而成，左右两侧定子U型铁心及相邻U型铁心间放置的切向充磁永磁体长度均相同，并列于同一转轴的两转子铁芯长也相同；两个电机定子齿上分别套有相同匝数的集中电枢绕组，绕组的放置方式相同，但两段绕组是各自独立的。工作时，两段绕组通入电流的相位差为180/P度电角度，P为相数。

两个相同永磁开关磁链电机间用气隙7隔开。

本发明所采用的技术方案的优点是：

(1)本发明在维持现有永磁开关磁链电机磁路不变的情况下，通过两个结构完全相同的永磁开关磁链电机共用壳体和转轴，左右放置，有效的减小了现有永磁开关磁链电机的定位力矩和转矩脉动以及由此引起的震动和噪声。

(2)通过转子采用铁心叠片转子，转子上没有永磁体和绕组，使得电机转子的结构简单，适合于高速或者超高速运行，且对环境要求较低。

(3)通过定子采用三相集中式绕组，与传统采用分布式绕组电机相比，节省铜材的同时也降低了电机绕组端部损耗，电机节能。

(4)通过永磁体采用切向充磁磁体，起到了良好的“聚磁”效果，使电机的磁链和反电势波形均接近正弦分布，进而电机可以采用永磁无刷交流电机的控制方式。

(5)通过采用齿槽式铁心叠片转子和齿部嵌入永磁体的定子组合，极大的体现了电机结构的优势，使得电机弱磁性能可以设计的较好，适合于弱磁扩速运行。