[发明专利]一种无铁心损耗的内外转子无刷直流电机

说明书

技术领域：

本发明涉及一种无刷直流电机，特别是涉及一种无铁心损耗无刷直流电机，可应用于高速、低功耗等场合。

背景技术：

传统的无刷直流电机本体中多含有定子铁心和转子铁心，在电机运转时，定子铁心和转子铁心中磁场交替变化，产生磁滞损耗和涡流损耗，并且这些损耗随着转子旋转频率的增大而骤增。传统无刷直流电机应用于高速旋转的场合时，电机铁心损耗较大，效率低。另外，由于定子齿槽的存在，在转子高速旋转时，会产生齿槽转矩和齿谐波，从而会使得转矩产生一定的脉动，造成一部分损耗。虽然无齿槽无刷直流电机可以消除齿槽转矩和齿谐波，使得转子转动趋于平稳，但是由于定子铁心的存在，定子铁心的损耗依然存在。所以，如何降低无刷直流电机高速旋转时在定子铁心和转子铁心上产生的巨大铁心损耗是扩展其在高速场合应用的关键问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种无铁心损耗无刷直流电机，与现有技术相比，其重量轻、功耗低且结构可靠等优点。

本发明为实现上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明提供的一种无铁心损耗无刷直流电机，其中内外Halbach磁体产生正弦磁场的原理为：采用如图4所示的充磁方式，内Halbach磁体与外Halbach磁体极对数相同，且每个磁极由3块Halbach磁体构成。外Halbach磁体的磁化强度为：产生内磁场；内Halbach磁体的磁化强度为：产生外磁场。外Halbach磁体磁化强度径向分量在气隙中产生的磁场，与内Halbach磁体磁化强度径向分量在气隙中产生的磁场互相叠加，外Halbach磁体磁化强度切向分量在气隙中产生的磁场，与内Halbach磁体磁化强度切向分量在气隙中产生的磁场互相抵消，产生高强度的正弦气隙磁密。

本发明提供的一种无铁心损耗无刷直流电机，包括外Halbach磁体、内Halbach磁体、转子轴以及由绕组和骨架构成的空心杯定子。空心杯定子的骨架为非导磁材料。外Halbach磁体与内Halbach磁体均连接到转子轴上，使得外Halbach磁体与内Halbach磁体同转子轴同步旋转，空心杯定子安装固定在机壳上。

本发明提供的一种无铁心损耗无刷直流电机，外Halbach磁体与内Halbach磁体与转子轴同步旋转，相对于转子轴没有相对运动，从而不会转子轴中产生损耗。空心杯定子绕组中的霍尔元件检测Halbach磁体磁极的位置，根据霍尔元件的输出信号，在相应的绕组中通入相应电流，产生电枢磁场，该磁场与Halbach磁体产生的磁场相互作用，产生磁场力，使得外Halbach磁体与内Halbach磁体随转子轴同步旋转。空心杯定子没有铁心，因此转子在任意转速时都不会在定子中产生铁心损耗，故本发明提供的一种无铁心损耗无刷直流电机，可以消除铁心损耗。

有益效果：

本发明提供的一种无铁心损耗无刷直流电机，与传统无刷直流电机相比，没有齿槽，因此可以消除传统无刷直流电机的齿槽效应，使得转子转矩平稳，同时有利于散热，由于该种结构无刷直流电机的电枢反应弱，有利于各种控制方法的实现。与无齿槽无刷直流电机相比，本发明提供无铁心损耗无刷直流电机取消了定子铁心和转子铁心，使得空心杯绕组独立于电机铁心，从根本上解决了铁心损耗问题。永磁体采用外Halbach磁体和内Halbach磁体结构，这两个Halbach磁体磁化强度径向分量在气隙中产生的磁场互相叠加，磁化强度切向分量在气隙中产生的磁场互相抵消，产生高强度的正弦气隙磁密。

附图说明：

图1一种无铁心损耗无刷直流电机示意图；

图2一种无铁心损耗无刷直流电机的空心杯定子结构示意图；

图3(a)为内Halbach磁体的充磁方式，(b)为Halbach磁体的充磁方式；

图4内Halbach磁体与外Halbach磁体的展开。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：