[发明专利]磁通切换型横向磁通永磁低速大转矩直接驱动电机

说明书

磁通切换型横向磁通永磁低速大转矩直接驱动电机由定、转子铁心，定、转子基体，相绕组等组成。定、转子铁心由硅钢冲片经弧面叠压和氩弧焊接制成。定子铁心10由本体11和L型极靴12装配而成；转子铁心20包含部件21与22，永磁体安装于21与22之间的窗孔中；定、转子基体沿轴向分为m相段，每段极对数为p；定子基体每段槽道上直接绕制相绕组，跨越相绕组，每段窗孔中安装2p个铁心10，绕电机轴线呈圆周阵列分布，相邻铁心10绕圆周阵列半径转180°；转子基体每段窗孔中安装2p个铁心20，绕电机轴线呈圆周阵列分布，相邻铁心20中永磁体形状相同，充磁方向相反；各相转子铁心20径向对齐，各相定子铁心10径向相互错开1/m极距角。

技术领域

本发明属于电机制造领域，具体涉及一种磁通切换型横向磁通永磁低速大转矩直接驱动电机。

背景技术

低速大转矩直接驱动电机淘汰了笨重的减速机构，避免了结构复杂，转动惯量大，效率低，润滑油泄漏，磨损，维护频繁等各种不利影响。低速大转矩直接驱动电机在金属拉丝机、电梯曳引装置、起重机械、塔式抽油机、矿用防爆电机、空冷岛风机、皮带运输、风力发电机等领域具有广泛用途。

要实现电机低于100r/min的低速度、高转矩密度、直接驱动，必须实现极对数≥30的设计。基于电机根本性电磁结构不同，现有径向磁通电机与横向磁通电机在实现电机的多极对数设计上存在两种截然不同的方案。

在现有的径向磁通低速大转矩直接驱动电机中，要实现多极对数设计，必须增加每极每相下的绕组数。绕组数通常与定子铁心的槽数相对应，这就意味着要相应增加槽数。为了减少定子铁心总的槽数，每极每相槽数q＝Q/2mp通常设计为小于1的分数。其中，q为每极每相槽数，Q为电机定子铁心槽数，m为相数，p为极对数。q小于1，虽使得每极下槽数减少，但实质是以较少数目的大槽代替较多数目的小槽。

现有径向磁通电机结构中，磁通经过的齿部和电枢绕组所在的槽占用同一圆环形截面，磁力线所在平面平行于电机的旋转方向，槽的截面积与齿部的截面积互相制约。如果需要流过较大的电流，就需要较大的绕组截面积，齿部的截面积就受到影响(饱和作用会使磁通减小)；反之亦然。如果齿部的截面积和槽的截面积同时增大，则会增大电机的半径，使电机的转矩密度降低。因此，输出转矩难以得到根本提高。上述将每极每相槽数q＝Q/2mp设计为小于1的分数，只是以较少数目的大槽代替较多数目的小槽，并不能减少绕组数量和绕组所占槽的总的截面积。在现有的径向磁通电机的电磁结构中，要实现多极对数的电机设计，不可避免地要增大电机的半径，使电机的转矩密度降低。

在横向磁通电机中，因为磁路与电路分离，且在空间相互垂直，磁路铁心与电路绕组的尺寸可以独立调整，设计自由度大，能有效提高电机功率和转矩密度，容易实现多相、多极对数的结构设计，在低速时保持高效率和大转矩。横向磁通电机获得的力密度是现有径向磁通电机的3-5倍。

现有的横向磁通永磁电机，相邻两组转子铁心只对应一组定子铁心，磁通的空间利用率低。在中国专利CN201010100924的设计方案中，用磁通切换的方式实现了转子铁心与定子铁心一对一，提高了磁通的空间利用率。但是，“转子铁心(4)两边分别嵌入一块永磁体(2)(3)”，就是说，用一个包含2块永磁体的一个转子铁心对应一个定子铁心，而且这2块永磁体是轮流工作，永磁体的利用率还是偏低。

横向磁通电机多极对数的设计方法，可以表述为：在相同的额定功率下，可以不增大电机直径尺寸，不改变相绕组的尺寸和参数，主要通过减小定、转子铁心叠厚，增加定、转子铁心数量来实现。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高功率密度和高转矩密度，适于实现多极对数设计的磁通切换型横向磁通永磁低速大转矩直接驱动电机。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：