CN111262358A - 一种低转矩脉动磁通反向电机 - Google Patents

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王凯
孙海阳
陈世波
张旭
范子涵
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Abstract

本发明公开了一种低转矩脉动磁通反向电机，包括定子和内凸极转子；内凸极转子为沿自身轴向平均分为两段，且两段转子齿之间错位二分之一齿距；定子齿内侧表面沿自身周向均匀放置有永磁体，永磁体沿自身轴向平均分为两段，分别对应两段转子齿，同一段上相邻永磁体的充磁方向相反，不同段上轴向相对永磁体的充磁方向相反；定子齿内侧表面的永磁体与内凸极转子之间形成气隙；定子上设有电枢绕组。本发明解决了传统磁通反向电机存在反电势不对称的问题且不影响电机的转矩密度，并有效降低了电机的电磁转矩脉动。

Description

一种低转矩脉动磁通反向电机
技术领域
本发明属于电机领域，特别涉及了一种磁通反向电机。
背景技术
由于高磁能永磁体的使用使得永磁电机具备了高转矩密度，高功率密度，良好的弱磁性能，高效率的优点，适合全速范围内运行。定子永磁型磁通反向电机由于高转矩密度、转子机械强度大、永磁体贴在定齿子内表面上易于散热等优点受到了广泛的研究，在伺服驱动领域具有广泛的应用前景。然而传统磁通反向电机存在反电势不对称的问题，不对称的反电势与基波电流相互作用导致了较大的电磁转矩脉动，恶化了电机的输出电磁转矩性能，限制了电机在驱动***中的应用。
发明内容
为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种低转矩脉动磁通反向电机，解决传统磁通反向电机存在反电势不对称的问题且不影响电机的转矩密度，并有效降低电机的电磁转矩脉动。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种低转矩脉动磁通反向电机，包括定子和内凸极转子；所述内凸极转子为沿自身轴向平均分为两段，且两段转子齿之间错位二分之一齿距；定子齿内侧表面沿自身周向均匀放置有永磁体，所述永磁体沿自身轴向平均分为两段，分别对应两段转子齿，同一段上相邻永磁体的充磁方向相反，不同段上轴向相对永磁体的充磁方向相反；定子齿内侧表面的永磁体与内凸极转子之间形成气隙；所述定子上设有电枢绕组。
基于上述技术方案的优选方案，所述定子采用硅钢片叠压或者SMC复合软磁材料制成。
基于上述技术方案的优选方案，所述内凸极转子采用硅钢片叠压或者SMC复合软磁材料制成。
基于上述技术方案的优选方案，所述永磁体采用钕铁硼永磁体或者铁氧永磁体。
基于上述技术方案的优选方案，所述定子采用12槽定子，所述电枢绕组为三相电枢绕组。
基于上述技术方案的优选方案，所述三相电枢绕组的每一个线圈跨4个定子槽，每一个定子槽中放置两相电枢绕组的线圈边。
基于上述技术方案的优选方案，所述三相电枢绕组沿定子周向逆时针放置线圈的顺序依次为A相正极线圈、B相负极线圈、C相正极线圈、A相负极线圈、B相正极线圈、C相负极线圈、A相正极线圈、B相负极线圈、C相正极线圈、A相负极线圈、B相正极线圈和C相负极线圈。
采用上述技术方案带来的有益效果：
(1)本发明采用分段的转子结构和永磁体，且两段齿之间错位二分之一齿距，不仅可以消除反电势偶次谐波、解决反电势不对称问题，而且可以降低电磁转矩脉动，保证了电机在控制过程中的位置采样的精准度，提高了电机运行可靠性；
(2)本发明采用永磁体轴向平均分为两段的结构，不仅可以降低永磁体的涡流损耗，提高电机效率，而且可以简化永磁体的加工装配，避免在装配过程中永磁体破碎，简化电机装配过程，提高生产效率。
附图说明
图1是本发明的电机截面示意图；
图2是本发明分段永磁体示意图；
图3是本发明分段转子示意图；
图4是本发明电机空载反电势波形图；
图5是本发明电机空载反电势傅里叶分解图；
图6是本发明电机与传统电机的电磁转矩对比图；
标号说明：1、定子；2、永磁体；3、气隙；4、内凸极转子；5-16、定子槽号；17、18：轴向相对的永磁体；19、分段转子上的转子齿；20、分段转子；21、第一电机转子；22、第二电机转子；23、转子齿距；24、二分之一转子齿距。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1-3所示，本发明设计了一种低转矩脉动磁通反向电机，包括定子1和内凸极转子4。所述内凸极转子4为沿自身轴向平均分为两段，且两段转子齿19之间错位二分之一齿距，如图3中的23、24所示。定子齿内侧表面沿自身周向均匀放置有永磁体2。所述2永磁体沿自身轴向平均分为两段17和18，分别对应两段转子齿，同一段上相邻永磁体的充磁方向相反，不同段上轴向相对永磁体的充磁方向相反。定子齿内侧表面的永磁体与内凸极转子之间形成气隙3。所述定子1上设有电枢绕组。该电机轴向上可看作两个独立的电机(第一电机和第二电机)，但是这两个电机具有相同的绕组分布。
本发明设计的磁通反向电机结构与传统磁通反向电机最大的区别在于：永磁体采用轴向分段且轴向相对的两块充磁方向相反，且转子采用轴向分段且两段周向错位二分之一齿距。通过该结构可以消除电机的反电势偶次谐波，降低电机的电磁转矩脉动。
在本实施例中，定子和转子均可以采用硅钢片叠压或SMC复合软磁材料制成。在本实施例中，定在采用12槽结构(参见图1中的5-16)，转子采用16齿结构。在本实施例中，定子齿表面均匀分布有36块永磁体，形成18对极定子永磁磁场。
下面结合图1说明该电机的绕组连接方式：该实施例以三相电枢绕组为例，每个线圈跨4个槽且每个槽中放置两相电枢绕组的线圈边。以逆时针方向对线圈的连接方式进行说明，线圈A+和A-的定义如图1所示(B相和C相与A相相似)，为了绕制出2对电机的主三相电枢磁场，三相绕组在圆周方向的放置方式如图1所示，线圈按照A+、B-、C+、A-、B+、C-、A+、B-、C+、A-、B+和C-在定子圆周分布。
本发明消除反电势偶次谐波、避免反电势波形不对称以及降低转矩脉动：
第一电机、第二电机和整个电机的反电势波形如图4所示，反电势波形图的傅里叶分解如图5所示，从图中可以看出，第一电机与第二电机的反电势波形不对称，然而两个电机合成和反电势波形是对称的。传统电机与该发明专利中的电机输出转矩如图6所示，从图中可以看出，该电机可以有效降低电机的3次转矩脉动。此外，虽然电机定子上的永磁体轴向平均分两段且极性相反，但是极间不会产生漏磁，所以电机的基波反电势不会受到削弱，即本发明不会影响到电机的转矩密度。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，例如本发明的消除反电势的电机结构可以应用在磁通反向电机的其他的极槽配合；本发明专利以三相单元电机为例进行了说明，本发明专利可以拓展到M相极槽配合的磁通反向电机，此外该思想也可扩展到轴向磁通和直线等多种电机中，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低转矩脉动磁通反向电机，其特征在于：包括定子和内凸极转子；所述内凸极转子为沿自身轴向平均分为两段，且两段转子齿之间错位二分之一齿距；定子齿内侧表面沿自身周向均匀放置有永磁体，所述永磁体沿自身轴向平均分为两段，分别对应两段转子齿，同一段上相邻永磁体的充磁方向相反，不同段上轴向相对永磁体的充磁方向相反；定子齿内侧表面的永磁体与内凸极转子之间形成气隙；所述定子上设有电枢绕组。
2.根据权利要求1所述低转矩脉动磁通反向电机，其特征在于：所述定子采用硅钢片叠压或者SMC复合软磁材料制成。
3.根据权利要求1所述低转矩脉动磁通反向电机，其特征在于：所述内凸极转子采用硅钢片叠压或者SMC复合软磁材料制成。
4.根据权利要求1所述低转矩脉动磁通反向电机，其特征在于：所述永磁体采用钕铁硼永磁体或者铁氧永磁体。
5.根据权利要求1所述低转矩脉动磁通反向电机，其特征在于：所述定子采用12槽定子，所述电枢绕组为三相电枢绕组。
6.根据权利要求5所述低转矩脉动磁通反向电机，其特征在于：所述三相电枢绕组的每一个线圈跨4个定子槽，每一个定子槽中放置两相电枢绕组的线圈边。
7.根据权利要求6所述低转矩脉动磁通反向电机，其特征在于：所述三相电枢绕组沿定子周向逆时针放置线圈的顺序依次为A相正极线圈、B相负极线圈、C相正极线圈、A相负极线圈、B相正极线圈、C相负极线圈、A相正极线圈、B相负极线圈、C相正极线圈、A相负极线圈、B相正极线圈和C相负极线圈。
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