[发明专利]一种具有正弦型气隙磁密的永磁无刷电动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有正弦型气隙磁密的永磁无刷电动机，属于旋转电机技术领域，涉及永磁电机，更具体地说，涉及一种永磁无刷电动机正弦气隙磁密的实现方法。

背景技术

旋转电机作为一种能量转换装置将输入的电能转换为机械能。

无刷电动机由电机本体、位置传感器、驱动电路三部分组成。按其完成的功能不同分为速率伺服系统和位置伺服系统两大类。在永磁电动机系统中，由于永磁体和有槽电枢铁心的相互作用，不可避免地产生齿槽转矩，导致转矩波动，引起振动和噪声，影响系统的控制精度。齿槽转矩是永磁电动机特有的问题，是高性能永磁电动机设计和制造中必须考虑和解决的关键问题。

在电动机本体结构上可以采用近似方波的气隙磁场或者正弦波气隙磁场。一般而言，对转速较高的电动机，由于电动机转子自身转动惯量所产生的飞轮稳速效应可以忽略结构上造成的转矩波动，故对其气隙磁场的要求不高。但是对于运行速度较低的电动机，转矩波动成为衡量其性能的关键因素。转矩波动越小，则电动机的精度越高。

当电动机本体气隙磁场的形状为方波时，可以采用方波形式的电流换向函数，这样可以使电动机的转矩波动为零。但这一结论是在理想情况下得到的。实际上由于电流的换向过渡过程以及永磁材料的生产工艺，难以获得足够宽的方波磁场。另一方面，采用方波磁场不利于减小齿槽转矩，高速运行时电动机的功率损耗会增大，同时也增大了电动机的振动和噪声。目前应用中的电动机一般采用梯形波磁场甚至近似正弦波的磁场，在这种情况下，电动机的转矩波动一般在7％左右，并且启动电压要达到2V～5V。

对于低速电动机，为了降低转矩波动提高精度，电动机在本体结构上可以采用“正弦波”原理，即使永磁转子产生的气隙磁场按正弦波分布，同时采用正弦形式的换向函数。理论上，采用这种方法也能够使转矩波动为零，但实际电动机系统由于多方面的影响，转矩波动是不可避免的，但相比上述7％的转矩波动大大降低。转矩波动的降低不仅使电动机的精度得到提高，同时也降低了启动电压。

传统电动机由于结构原因存在很大的转矩波动，虽然可以采用斜齿或斜极的方法来削弱转矩波动，但工艺性相对复杂。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种具有正弦型气隙磁密的永磁无刷电动机，在转矩波动方面得到极大改善，可应用于低速精密控制系统中。

技术方案

一种具有正弦型气隙磁密的永磁无刷电动机，包括定子硅铁心1、永磁体2、转子铁心3和转轴4；其特征在于：定子铁心与永磁体之间满足如下关系式：

T=R1+8R(M-m)B2]]>

H＝R-T-m

其中：R为定子铁心内表面半径，T为永磁体外圆弧半径，H为定子铁心内表面与永磁体外圆弧之间的偏心距，B为永磁体宽度，M为最大气隙长度，m为最小气隙长度。

所述的永磁体为表贴式弓型结构，弧面对应气隙，平面对应转子铁心。

所述的永磁体采用平行充磁方式。

有益效果

本发明提出的一种具有正弦型气隙磁密的永磁无刷电动机，采用表贴式偏心距的磁极设计方法，使永磁体的外表面圆弧同定子铁心内圆有不同的圆心，其中永磁体采用平行充磁。经过合理的设计偏心距，可以在气隙中产生正弦型的磁密波形。本发明的永磁无刷电动机与现有技术相比最大的优势在于其低速性能良好。在低速运行时，转速转矩波动量小。

附图说明

图1：本发明具有正弦型气隙磁密的永磁无刷电动机结构原理图

图2：本发明具有正弦型气隙磁密的永磁无刷电动机内部结构原理图

图3：气隙结构原理图

图4：磁极形式

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本实施例采用表贴式偏心距的磁极设计方法，使永磁体的外表面圆弧同定子铁心内圆有不同的圆心，其中永磁体采用平行充磁。经过合理的设计偏心距，可以在气隙中产生正弦型的磁密波形。