[发明专利]一种双定子永磁无刷力矩电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁无刷力矩电机，尤其是一种转矩脉动小、力矩密度高的双定子无齿槽力矩电机，属于电机领域，适用于低功耗、大力矩场合，特别适用于对输出力矩密度要求较高的场合。

背景技术

目前，高精度、高转矩密度直接驱动电机成为永磁电机开发的一个热点，提高电机转矩密度，同时减小永磁电机的转矩脉动变得重要起来。而传统的永磁无刷力矩电机中由于定子齿槽的存在，会使得转子旋转时产生齿槽转矩和齿谐波，从而会使转矩发生脉动并产生一定的损耗，进一步影响到电机输出力矩的精度和电机总功耗。将空心杯定子结构应用于永磁无刷力矩电机的设计中，使空心杯定子固连于定子铁心上，既可以使定子成为无齿槽结构，消除齿槽转矩和齿谐波，又有利于定子线圈中的热量通过定子铁心向外传导。但由于空心杯定子部分的磁导率很小，近似与空气磁导率相同，使得电机的等效气隙大，漏磁大，导致气隙磁密低，相当于在减小齿槽转矩的同时减弱了电机的力矩密度。同时，采用空心杯定子放置线圈时，线圈绕组放置空间受到空心杯定子径向厚度的制约，为满足线圈窗口槽满率的要求，线圈绕组匝数及线圈并绕根数均不能设计的过多，从而又限制了线圈中的电流不能过大。而根据力矩电机输出力矩的计算公式可知，在电机轴向长度一定的基础上，其输出力矩的大小正比于气隙磁密、线圈电流及绕组线圈匝数，而采用空心杯定子后，电机气隙磁密、绕组匝数均受到限制，从而使电机输出的力矩减小，电机力矩系数降低，输出相同力矩时电机的体积和质量较大。由于存在上述缺陷，现有的永磁无刷力矩电机难以同时满足高精度和高转矩密度的要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种既能消除齿槽转矩脉动，又能提高转矩密度的双定子永磁无刷力矩电机。

本发明的技术解决方案是：一种双定子永磁无刷力矩电机由壳体、套筒、外定子铁心、外定子杯、转子外层磁钢、转子内层磁钢、转子铁心、转子挡环、内定子杯、内定子铁心、左端盖、左轴承、右端盖、右轴承、外定子挡环、内定子挡环、转子连接筒、转子轴组成；其中转子铁心的内侧紧连转子内层磁钢，外侧紧连转子外层磁钢，三者与转子挡环、转子连接筒共同组成转子组件，转子铁心的左侧由转子挡环固定，转子铁心的右侧通过转子连接筒连接到转子轴上；转子外层磁钢的径向外侧是外定子杯，外定子杯的外侧与外定子铁心固连，外定子铁心的右侧为外定子挡环；转子内层磁钢的径向内侧是内定子杯，内定子杯的内侧与内定子铁心固连，内定子铁心的右侧为内定子挡环；内定子铁心与外定子铁心均通过套筒连接到壳体上，左端盖与右端盖分别通过螺钉各自与壳体相连；左轴承与左端盖相连，右轴承与套筒相连，左轴承和右轴承用以支撑转子轴。外定子杯中绕有A、B、C三相绕组，内定子杯中绕有A’、B’、C’三相绕组，A与A’绕组、B与B’绕组、C与C’绕组分别串联。

所述转子外层磁钢和转子内层磁钢均采用弧形结构，其中转子外层磁钢采用内表面外凸的弧形结构，转子内层磁钢采用外表面内凹的弧形结构，转子外层磁钢和转子内层磁钢的轴向长度大于20mm时，内、外层磁钢最薄处与最厚处的比值约为1/5～1/4；转子外层磁钢和转子内层磁钢的轴向长度小于等于20mm时，内、外层磁钢最薄处与最厚处的比值约为1/4～1/3。

所述的外定子杯和内定子杯均由杯形骨架和绕组组成，外定子杯中的A、B、C三相绕组和内定子杯中的A’、B’、C’三相绕组除了可对应进行串联外，还可以对应进行并联，当A与A’绕组、B与B’绕组、C与C’绕组分别串联时可提高电机的力矩系数，当A与A’绕组、B与B’绕组、C与C’绕组分别并联时可增大相绕组中允许流过的最大电流。

所述转子外层磁钢和转子内层磁钢均为沿径向充磁，安装时转子外层磁钢和转子内层磁钢的极性沿相同方向放置，转子外层磁钢和转子内层磁钢的材料为钐钴、铁氧体或钕铁硼永磁材料。

所述外定子铁心和内定子铁心的材料为1J50、1J22叠层、铁基非晶或硅钢片中的任意一种；外定子挡环、内定子挡环的材料为铜、超硬铝或钛合金不导磁材料中的任意一种。

所述外定子杯和内定子杯的杯形骨架采用不导磁材料，如聚砜或聚酰亚胺组成。

所述左轴承和右轴承为机械轴承，或永磁偏置混合磁悬浮轴承或纯电磁轴承。