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CN106602823A - 一种双爪极定子聚磁式游标电机 - Google Patents

一种双爪极定子聚磁式游标电机 Download PDF

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CN106602823A CN201710100273.7A CN201710100273A CN106602823A CN 106602823 A CN106602823 A CN 106602823A CN 201710100273 A CN201710100273 A CN 201710100273A CN 106602823 A CN106602823 A CN 106602823A
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李建贵
戴正文
刘璟轩
刘延波
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Wuhan University of Technology WUT
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Abstract

本发明公开了一种双爪极定子聚磁式游标电机，包括内定子、外定子和转子，所述转子呈圆环形，在转子周向上布置有永磁体，产生励磁磁场，所述外定子筒体内壁周向和内定子筒体外壁周向均开设有多个凹槽，两定子上的凹槽槽数相同，外定子上各凹槽之间凸起部分形成外定子齿，内定子上各凹槽之间凸起部分形成内定子齿，其特征在于：在两定子的凹槽内嵌设有三相四级绕组，所述内定子齿和外定子齿均为爪状齿。本发明通过设定双定子，在内外定子的凹槽上嵌有三相四极绕组，达到了聚磁目的，使转子永磁体的漏磁减少，提高了永磁体的利用率。

Description

一种双爪极定子聚磁式游标电机
技术领域
本发明涉及一种游标电机，尤其涉及一种双爪极定子聚磁式游标电机。
背景技术
永磁电机因为其结构紧凑、功率密度高和效率高等优点，在近几十年来得到了迅速发展。在低转速大转矩的应用场合，采用永磁电机直接驱动就能够省去齿轮箱，消除由于齿轮啮合传动引起的噪声和故障，从而提高系统的效率和可靠性。
然而采用传统永磁同步电机来达到低转速大转矩驱动的目的，其体积较为庞大，转矩密度等指标难以令人满意。为实现低转速大转矩，目前研究人员提出多种基于永磁电机与新型磁齿轮相结合的复合电机，该类电机结合了外转子永磁电机和新型磁齿轮的优点，极大地提高了输出转矩。然而这种复合电机三层气隙的结构给加工制造带来了很大困难，且其运行稳定性较差，限制了其实际工程应用。
目前，永磁游标电机由于其低速大转矩的特性引起了广泛的关注，永磁游标电机在直驱系统中具有诸多优点，如在低速运行时有较高的转矩、高稳定性以及简单的结构。同时，该类电机的拓扑结构具有功率密度高、机械结构简单的优点，有望大规模的应用于工程中。然而，传统的永磁游标电机结构存在一些问题，如齿槽转矩大、功率因数低、运行噪声大、稳定性不高等。
在专利CN201210539414中，公开了一种聚磁式定子永磁型游标电机。该专利为外转子结构，定子靠近气隙的一端是定子齿槽，每个定子齿端又有三个虚齿和两个虚槽。一块径向充磁的永磁体和两块周向充磁永磁体构成一个永磁体单元嵌入虚槽内。通过设置虚槽结构，降低了电机定子齿部漏磁通，减少了永磁游标电机永磁体的用量，从而提高电机的输出转矩和功率密度。但是该发明提出的永磁游标电机结构，并没有解决永磁游标电机功一直存在的率因数较低、齿槽转矩大的问题。
发明专利CN103795159中公开了定转子双永磁型游标电机的结构，该结构结合了定子型永磁游标电机和转子型永磁游标电机的结构特点，在定子爪极槽内、转子近气隙内表面上布置永磁体。定子槽内的永磁体因为靠近槽口，所以永磁体对气隙磁场作用较大，并在爪极槽内部布置绕组以增加电机的转矩密度。该发明提出的永磁电机减小了漏磁，提高了永磁体的利用率，充分利用了定子绕组的基波和谐波，提高了电机的整体转矩密度。该发明较传统永磁游标电机改善了电机转矩密度低、结构笨重臃肿等问题，但依旧没有解决永磁游标电机齿槽转矩大、功率因数低的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能较少漏磁、提高永磁体利用率的双爪极定子聚磁式游标电机。
本发明所采用的技术方案为：一种双爪极定子聚磁式游标电机，包括内定子、外定子和转子，所述内、外定子均呈圆筒形且同轴内外套接布置，所述转子同轴套装在两定子之间，且转子与内、外定子之间设有气隙，所述转子呈圆环形，在转子周向上布置有永磁体，产生励磁磁场，所述外定子筒体内壁周向和内定子筒体外壁周向均开设有多个凹槽，两定子上的凹槽槽数相同，外定子上各凹槽之间凸起部分形成外定子齿，内定子上各凹槽之间凸起部分形成内定子齿，其特征在于：在两定子的凹槽内嵌设有三相四级绕组，所述内定子齿和外定子齿均为爪状齿。
所述内定子齿和外定子齿在周向上错开一定角度布设。
按上述技术方案，所述内定子齿和外定子齿在周向上错开3.5°～7°的角度。
按上述技术方案，所述内定子齿和外定子齿的结构相同，均包括齿本体，在齿本体的上端设有第一齿和第二齿，第一齿和第二齿之间形成齿槽，所述第一齿和第二齿相对齿槽对称布置。
按上述技术方案，所述内定子齿和外定子齿在周向上相距半个槽距角3.5°～7°。
按上述技术方案，在转子周向上均匀开设有多个凹槽，所述永磁体放置在该凹槽内。
按上述技术方案，所述转子与内外定子之间的气息间隙为0.4mm～0.8mm。
按上述技术方案，所述第一齿和第二齿的径向长度相等，第一齿和齿槽的宽度一致。
本发明所取得的有益效果为：
(1)本发明通过设定双定子，在内外定子的凹槽上嵌有三相四极绕组，达到了聚磁目的，使转子永磁体的漏磁减少，提高了永磁体的利用率；
(2)通过将内定子的定子齿与外定子的定子齿在周向上布置位置错开半个齿槽角，使功率因数从0.4提高到0.92，拓宽了其应用范围；转矩处理能力提高了240％；转矩脉动从12.7％减少到1.31％；
(3)双定子绕组都得到了利用，转矩密度得以提高。
附图说明
图1为本发明的结构简图。
图2为本发明的立体结构示意图。
图3为本发明在稳态运转时磁力线分布意图。
图4为本发明在运行时的齿槽转矩图。
图5为本发明在运行时的输出转矩图。
图6为本发明的外定子的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-2所示，本实施例提供了一种双爪极定子聚磁式游标电机，包括内定子5、外定子4和一个具有22极对数的转子2组成。所述内、外定子均呈圆筒形且同轴内外套接布置，内定子通过静止轴或机座壁固定，外定子固定在机壳上，两端通过法兰盘7固定，所述转子2通过转子同轴套6同轴套装在两定子之间，且转子2与内、外定子之间设有气隙，所述转子2呈圆环形，在转子周向上均匀开设有44个径向凹槽，在凹槽内在转子周向上布置有永磁体3，产生励磁磁场，构成44极转子。所述外定子筒体内壁周向和内定子筒体外壁周向均开设有12个凹槽，外定子上各凹槽之间凸起部分形成外定子齿8，内定子上各凹槽之间凸起部分形成内定子齿9，在两定子的凹槽内嵌设有三相四级绕组1，所述内定子齿9和外定子齿8均为爪状齿，每一个内、外定子齿端部都被冲压成两个起调节磁通作用的爪极结构，以达到减小磁漏的作用。所述内定子齿9和外定子齿8的结构相同，均包括齿本体10，在齿本体的上端设有第一齿11和第二齿12，第一齿和第二齿之间形成齿槽13，所述第一齿11和第二齿12相对齿槽13对称布置。
本发明中，为了提高电机的功率因数，所述内定子齿9和外定子齿8在周向上错开一定角度布设，优选3.5°～7°，所述内定子齿和外定子齿在周向上相距半个槽距角。
所述转子与内外定子之间的气隙距离为0.4～0.8mm。所述第一齿和第二齿的宽度相等，第一齿和齿槽的宽度相等，此结构将会有利于减少漏磁和优化定子轭极过磁密过饱和的情况。
所述的电机结构，如图3所示，其磁路是由周向永磁体经转子铁芯到外定子齿，再经外定子轭极到外定子齿槽，由于是三相电机，磁力线在外定子将跨三个定子齿槽以形成一个回路；然后经过转子永磁体到内定子轭极；最后经内定子轭极回到起点。由于内外定子错开了一个齿槽角，以至于转子永磁体不会在内外定子齿直接形成回路，而不经过内外定子轭极。这种直接形成回路的磁路漏磁较大，对电机性能像如电机功率因素、气隙磁密、磁链和定子齿过饱和等的影响较大。
本发明通过设定双定子，在内外定子的凹槽上嵌有三相四极绕组，达到了聚磁目的，使转子永磁体的漏磁减少，提高了永磁体的利用率；通过将内定子的定子齿与外定子的定子齿在周向上布置位置错开半个齿槽角，使功率因数从0.4提高到0.92，拓宽了其应用范围；转矩处理能力提高了240％；转矩脉动从12.7％减少到1.31％(如图4、5所示)。
此外，所述的游标电机结构，满足永磁游标效应。即转子永磁的极对数Nr，内外定子齿槽数Ns，绕组极对数P，满足P＝Ns±Nr。

Claims (8)

1.一种双爪极定子聚磁式游标电机，包括内定子、外定子和转子，所述内、外定子均呈圆筒形且同轴内外套接布置，所述转子同轴套装在两定子之间，且转子与内、外定子之间设有气隙，所述转子呈圆环形，在转子周向上布置有永磁体，产生励磁磁场，所述外定子筒体内壁周向和内定子筒体外壁周向均开设有多个凹槽，两定子上的凹槽槽数相同，外定子上各凹槽之间凸起部分形成外定子齿，内定子上各凹槽之间凸起部分形成内定子齿，其特征在于：在两定子的凹槽内嵌设有三相四级绕组，所述内定子齿和外定子齿均为爪状齿。
2.根据权利要求1所述的双爪极定子聚磁式游标电机，其特征在于：所述内定子齿和外定子齿在周向上错开一定角度布设。
3.根据权利要求2所述的双爪极定子聚磁式游标电机，其特征在于：所述内定子齿和外定子齿在周向上错开3.5°～7°的角度。
4.根据权利要求1所述的双爪极定子聚磁式游标电机，其特征在于：所述内定子齿和外定子齿的结构相同，均包括齿本体，在齿本体的上端设有第一齿和第二齿，第一齿和第二齿之间形成齿槽，所述第一齿和第二齿相对齿槽对称布置。
5.根据权利要求1或2所述的双爪极定子聚磁式游标电机，其特征在于：所述内定子齿和外定子齿在周向上相距半个槽距角。
6.根据权利要求1或2所述的双爪极定子聚磁式游标电机，其特征在于：在转子周向上均匀开设有多个径向凹槽，所述永磁体放置在该凹槽内。
7.根据权利要求1或2所述的双爪极定子聚磁式游标电机，其特征在于：所述转子与内外定子之间的距离为0.4mm～0.8mm。
8.根据权利要求1或2所述的双爪极定子聚磁式游标电机，其特征在于：所述第一齿和第二齿的宽度相等，第一齿和齿槽的宽度一致。
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