[发明专利]交替极混合励磁直驱游标电机

说明书

技术领域

本发明涉及交替极混合励磁直驱游标电机，用于具有恒功率运行范围大的运动要求的场合。

背景技术

近年来，可以省去机械齿轮传动的直驱驱动系统成为了业内的研究热点。传统的直接驱动电机，虽然具有可以减少机械损耗、噪声、提高效率等特点，但是为了获得较大的转矩，体积一般较大，不适用于一些特殊要求的场合。

基于“磁齿轮效应”的永磁游标电机，将调磁极引入永磁电机定子齿充当磁齿轮电机中的调磁环，对气隙磁场进行调节，将转速低的磁场调制成转速高的磁场，实现自增速。永磁游标电机具有低速大转矩的特点，适用于轨道交通以及电动汽车等应用场合。然而，传统永磁游标电机的气隙磁场难以调节，限制了电机的调速范围。通过引入励磁绕组，能够有效地调节电机气隙磁场，实现弱磁扩速，扩大电机调速范围。中国专利(申请号：201510268915)公布了一种定子永磁型混合励磁游标电机，每个定子的电枢齿上分别绕有一套集中式的励磁绕组，与电枢绕组共同放置在定子槽中，并且永磁体安放在定子V型的永磁体槽内。C.Liu在“A Novel Flux-Controllable Vernier Permanent-Magnet Mchine”中提出了一种新型磁场可调型永磁游标电机，其采用外转子结构，励磁绕组与电枢绕组以集中分布的方式嵌入定子槽中，保证电机低速运行时大转矩输出，同时提升了电机高速运行时的弱磁能力。然而，上述结构共同缺点在于励磁绕组与电枢绕组共同放置于定子槽中，降低了电枢绕组对定子槽的利用率，对电机的电磁性能有负面影响。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种交替极混合励磁直驱游标电机，实现宽范围的电机调速，并提高电枢绕组对定子槽的空间利用率。

技术方案：交替极混合励磁直驱游标电机，包括外转子和定子；所述定子包括沿周向均匀分布的定子槽和定子齿，所述定子槽为开口槽结构，所述定子槽内嵌有集中式分布的电枢绕组；所述定子齿的端部分裂为三个调磁极，位于中间的调磁极上套有集中式分布的直流励磁绕组。

进一步的，所述外转子包括由导磁材料叠压而成的外转子铁心，在外转子铁心内侧等距离开宽度相等的槽，形成的外转子齿为铁心极，所述槽内嵌入径向充磁的永磁体，所述永磁体与铁心极等宽，沿外转子内表面周向均匀阵列布置的所述铁心极与永磁体形成转子交替极。

进一步的，所述定子具有6个定子齿、18个调制极，所述外转子上设有17块永磁体和17个铁心极。

有益效果：由于定子电枢绕组采用集中分布方式，直流励磁绕组嵌套在调制极上，转子采用了交替极结构，这种混合励磁游标电机具有如下优点：

定子不再需要复杂的分布绕组或定、转子斜槽等措施来获得气隙磁密的正弦波分布；励磁绕组靠近气隙，能够有效调节气隙磁场，并且充分利用电机内空间。

励磁绕组嵌套在调制极上，使励磁绕组与电枢绕组分开，提高了电枢绕组对定子槽的空间利用率，降低了下线的难度，简化了整个电机的结构，不仅利于装配而且降低了加工工艺上的难度。

转子交替极有效降低永磁用量，降低了工业制造成本，同时进一步提升了电机弱磁能力，扩大了电机调速范围。

电机结构简单，可靠性好，利于高速运行，可应用于具有恒功率运行范围大的运动要求的场合。

附图说明

图1为交替极混合励磁直驱游标电机结构示意图；

图2位外转子部分示意图；

图3为定子部分示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，交替极混合励磁直驱游标电机，包括外转子I和定子II。如图2所示，外转子包括由导磁材料叠压而成的外转子铁心1，如十号钢或硅钢片。在外转子铁心1内侧等距离开宽度相等的槽，形成的外转子齿为铁心极2，槽内嵌入径向充磁的永磁体3，永磁体3与铁心极2等宽，沿外转子内表面周向均匀阵列布置的所述铁心极2与永磁体3形成转子交替极。本实施例中，外转子上设有17块永磁体3和17个铁心极2，在气隙中形成17对极的磁场，加工装配工艺简单，结构强度较好。采用稳定性好，矫顽力大，剩磁高的永磁体材料，如钕铁硼永磁体材料等。