CN104716811A - 开关磁通弧形永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关磁通弧形永磁电机，属于直线电机技术领域。它包括定子和动子。所述动子为由硅钢片叠压而成的180°圆弧形结构；动子上沿圆周均匀分布有若干个形状完全相同的凸极。所述定子为某特定圆心角的圆弧型结构；定子由13块完整的U型硅钢片铁芯和12块永磁体依次紧密相间组成。动子的圆心角大于定子的圆心角，且与定子圆心角的差值为开关磁通弧形永磁同步电机的扫描范围；定子与动子之间为气隙；电枢绕组放置在U型铁心内，绕组为三相或者多相。本发明可以直接驱动需要在有限角度内往复运动的负载，省去了间接驱动中间复杂的机械变换装置，使整个系统结构更简单、定位精度更高、响应更快。

Description

开关磁通弧形永磁电机

技术领域

本发明涉及一种在有限角度内往复运动的开关磁通弧形永磁电机，属于直线永磁电机技术领域。

背景技术

现有的扫描伺服机构多采用由“高速伺服电机+齿轮组+齿圈”等构成的间接驱动方式，这种通过齿轮啮合的传动结构不可避免地存在非线性摩擦力、间隔死区及弹性变形，在完成启动、加速、减速、反转及制动等运动时，容易造成系统振动、运动响应慢、动态刚度差，这些固有的缺陷都使得扫描机构在进一步提高其调速性能和定位能力时难以实现技术性突破。而由弧形力矩电机直接驱动的方式则能够有效地解决上述问题，采用弧形永磁电机作为执行机构的直接驱动式伺服系统是一种前沿、新型的电传动系统，可以直接驱动扫描机构在有限转角内作往复运动，取消从驱动电机到方位扫描机构之间的中间传动环节，安装简单，可靠性高，并且可以有效减小伺服机构的体积和重量；把控制对象同电机做成一体化结构，传动结构紧凑，不存在传动间隙，消除了中间环节的累积误差，使系统具有极高的动态刚度和定位精度，有助于提高伺服跟踪的响应速度、伺服带宽和控制精度。

中国专利文献CN101577448A公开了一种扇形永磁电动机，其可以在有限角度内往复运动，该电动机的定子为沿圆周铁芯的一扇形弧段，分布有若干齿槽；动子由扇形动子铁芯外表或内孔粘接磁钢或在动子铁芯内部埋设磁钢组成，磁钢沿周围按N-S-N交叉排列。由于该扇形电机的定子为有限长的扇形弧段，在电机运行过程中动子上的永磁体只有部分有效，这种可以在有限角度往复运动的扇形电动机存在永磁体利用率较低的问题。此外，该扇形电机的动子处于不同位置时，动子上不能形成有效磁场的永磁体会对外围电子设备造成干扰。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有扫描机构通过齿轮间接驱动带来的运动响应慢、定位精度不高、系统复杂等问题及解决永磁体在动子上引起的永磁体利用率低以及动子上的永磁体对外围电子设备产生电磁干扰的问题，提出一种开关磁通弧形永磁电机。其可以应用在天线扫描系统、机器人关节、卫星扫描镜等负载只需要在有限角度内往复运动的场合。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的一种开关磁通弧形永磁电机，包括定子和动子；动子为由硅钢片叠压而成的半圆弧形结构，圆周上均匀分布有若干个形状相同的凸极，且动子凸极的数量与定子U型槽的数量相匹配。定子为某特定角度的弧形结构，由N块完整的U型铁心和N-1块永磁体依次紧密相间组成，相邻永磁体的充磁方向沿圆周方向相反，定子U型铁心由硅钢片叠压而成，U型槽内安放集中电枢绕组；绕组为三相或者三相以上；动子大出定子的角度为电机的扫描范围，定子的圆心角可以根据电机的扫描范围要求来设计；定子和动子之间留有间隙。

定子左边端和右边端可以分别增加一块永磁体和一块长方形铁芯来改善电机的电磁性能；定子左边端和右边端添加的永磁体充磁方向可以根据电机性能进行调整；定子左、右边端添加的永磁体可以采用2段或3段式类似于Halbach的结构。

有益效果

本发明一种开关磁通弧形永磁电机，集开关磁通电机和弧形电机于一体。开关磁通弧形永磁电机定、动子都为双凸极结构，定子采用集中绕组，永磁体都嵌于定子轭部，动子上既无永磁体又无绕组，具有永磁电机转矩/功率密度大和动子结构简单的优点。本电机可以直接驱动需要在有限角度内往复运动的负载，省去了间接驱动中间复杂的机械变换装置，可以使整个系统结构更简单、定位精度更高、响应更快。

本发明开关磁通弧形永磁电机的永磁体都在定子侧，电机适合高速运行，且永磁体容易通过定子散热而避免了永磁体高温退磁的问题。此外，电机运行过程中，在定子侧的所有永磁体都能产生有效的磁场，永磁体的利用率较高，并且可以把永磁体对外围电子设备的电磁影响降到最小。

本发明的电机定子左、右边端添加的铁芯宽度和左、右边端添加的永磁体磁化方向可以根据电机性能要求进行调整。

附图说明

图1、本发明的开关磁通弧形永磁电机结构示意图；

图2、定子左、右边端添加铁芯和永磁体结构示意图；

图3、添加的左边端和右边端永磁体充磁方向示意图；

图4、左、右边端永磁采用两段式结构示意图；

图5、左、右边端永磁体采用三段Halbach充磁结构示意图

图中，1-1为动子、1-2为动子凸极、2-1为永磁体、2-2为U型铁芯、2-3为绕组、2-4为定子左边端、2-5为定子右边端、2-6为定子左边端铁芯、2-7为定子左边端永磁体、2-8为定子右边端铁芯、2-9为定子右边端永磁体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明

实施例1

结合图1说明本实施方式，本实施方式包括定子和动子(1-1)。动子(1-1)为由硅钢片叠压而成的半圆弧形结构，沿圆周均匀分布有若干个形状相同的凸极(1-2)；定子为某特定角度的弧形结构，由N块完整的U型铁心(2-2)和N-1块永磁体(2-1)依次紧密相间组成，相邻永磁体的充磁方向沿圆周方向相反，永磁体可采用高性能稀土永磁材料；定子U型铁心(2-2)由硅钢片叠压而成，U型槽(2-2)内安放集中电枢绕组(2-3)；动子凸极(1-2)数量与定子U型槽(2-2)的数量根据电磁作用机理相匹配；定子和动子(1-1)之间留有间隙。

实施例2

结合图1说明本实施方式，与实施例一的不同之处在于U型槽(2-2)内安放的绕组为三相或者三相以上。

实施例3

结合图1说明本实施方式，与实施例一的不同之处在于动子(1-1)大出定子的角度为电机的扫描范围，定子的圆心角可以根据电机的扫描范围要求来设计。

实施例4

结合图1和图2说明本实施方式，与实施例一的不同之处在于定子左边端(2-4)和右边端(2-5)可以分别增加一块左边端永磁体(2-7)、左边端铁芯(2-6)和右边端永磁体(2-9)、右边端铁芯(2-8)，来改善电机的电磁性能。

实施例5

结合图2和图3说明本实施方式，与实施例一和实施例四的不同之处在于定子左边端永磁体(2-7)和右边端永磁体(2-9)的充磁方向可以根据电机性能进行调整。

实施例6

结合图2和图4说明本实施方式，与实施例一、四和五的不同之处在于定子左边端永磁体(2-7)和右边端永磁体(2-9)可采用两段式结构，两段永磁体的充磁方向可根据设计要求进行调整。

实施例7

结合图2和图5说明本实施方式，与实施例一、四、五和六的不同之处在于定子左边端永磁体(2-7)和右边端永磁体(2-9)可以采用3段式Halbach充磁结构。

Claims (6)

1.开关磁通弧形永磁电机，其特征在于：该电机包括定子和动子(1-1)；动子(1-1)为由硅钢片叠压而成的半圆弧形结构，沿圆周均匀分布有若干个形状相同的凸极(1-2)；定子为某特定角度的弧形结构，由N块完整的U型铁心(2-2)和N-1块永磁体(2-1)依次紧密相间组成，相邻永磁体的充磁方向沿圆周方向相反，定子U型铁心(2-2)由硅钢片叠压而成，U型槽(2-2)内安放集中电枢绕组(2-3)；动子凸极(1-2)数量与定子U型槽(2-2)的数量相匹配；定子和动子(1-1)之间留有间隙。

2.根据权利要求1所述的开关磁通弧形永磁电机，其特征在于：U型槽(2-2)内安放的绕组为三相或者三相以上。

3.根据权利要求1和2所述的开关磁通弧形永磁电机，其特征在于：动子(1-1)大出定子的角度为电机的扫描范围，定子的圆心角是根据电机的扫描范围要求来设计。

4.根据权利要求1所述的开关磁通弧形永磁电机，其特征在于：定子左边端(2-4)和右边端(2-5)可以分别增加一块永磁体和一块长方形铁芯来改善电机的电磁性能。

5.根据权利要求1和4所述的开关磁通弧形永磁电机，其特征在于：定子左边端(2-4)和右边端(2-5)添加的永磁体充磁方向可以根据电机性能进行调整。

6.根据权利要求1和4所述的开关磁通弧形永磁电机，其特征在于：定子左边端(2-4)和右边端(2-5)添加的永磁体可以采用2段或3段式类似于Halbach的结构。