專利名稱：一種無鐵芯損耗的內(nèi)外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種無刷直流電機(jī)，特別是涉及一種無鐵芯損耗無刷直流電機(jī)， 可應(yīng)用于高速、低功耗等場合。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的無刷直流電機(jī)本體中多含有定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯，在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯中磁場交替變化，產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，并且這些損耗隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率的增大而驟增。傳統(tǒng)無刷直流電機(jī)應(yīng)用于高速旋轉(zhuǎn)的場合時(shí)，電機(jī)鐵芯損耗較大，效率低。另外，由于定子齒槽的存在，在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩和齒諧波，從而會(huì)使得轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生一定的脈動(dòng)，造成一部分損耗。雖然無齒槽無刷直流電機(jī)可以消除齒槽轉(zhuǎn)矩和齒諧波，使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)趨于平穩(wěn)，但是由于定子鐵芯的存在，定子鐵芯的損耗依然存在。所以， 如何降低無刷直流電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)在定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯上產(chǎn)生的巨大鐵芯損耗是擴(kuò)展其在高速場合應(yīng)用的關(guān)鍵問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種無鐵芯損耗無刷直流電機(jī)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其重量輕、功耗低且結(jié)構(gòu)可靠等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型提供的一種無鐵芯損耗無刷直流電機(jī)，其中內(nèi)外Halbach磁體產(chǎn)生正弦磁場的原理為采用如圖4所示的充磁方式，內(nèi)Halbach磁體與外Halbach 磁體極對數(shù)相同，且每個(gè)磁極由3塊Halbach磁體構(gòu)成。外Halbach磁體的磁化強(qiáng)度為A = A/C。S(p0K+MSin(p0；^，產(chǎn)生內(nèi)磁場；內(nèi)Halbach磁體的磁化強(qiáng)度為 M = MC0S{pe)er-Msm{peyee ,產(chǎn)生外磁場。外Halbach磁體磁化強(qiáng)度徑向分量在氣隙中產(chǎn)生的磁場，與內(nèi)Halbach磁體磁化強(qiáng)度徑向分量在氣隙中產(chǎn)生的磁場互相疊加，外Halbach磁體磁化強(qiáng)度切向分量在氣隙中產(chǎn)生的磁場，與內(nèi)Halbach磁體磁化強(qiáng)度切向分量在氣隙中產(chǎn)生的磁場互相抵消，產(chǎn)生高強(qiáng)度的正弦氣隙磁密。本實(shí)用新型提供的一種無鐵芯損耗無刷直流電機(jī)，包括外Halbach磁體、內(nèi) Halbach磁體、轉(zhuǎn)子軸以及由繞組和骨架構(gòu)成的空心杯定子?？招谋ㄗ拥墓羌転榉菍?dǎo)磁材料。外Halbach磁體與內(nèi)Halbach磁體均連接到轉(zhuǎn)子軸上，使得外Halbach磁體與內(nèi) Halbach磁體同轉(zhuǎn)子軸同步旋轉(zhuǎn)，空心杯定子安裝固定在機(jī)殼上。本實(shí)用新型提供的一種無鐵芯損耗無刷直流電機(jī)，外Halbach磁體與內(nèi)Halbach 磁體與轉(zhuǎn)子軸同步旋轉(zhuǎn)，相對于轉(zhuǎn)子軸沒有相對運(yùn)動(dòng)，從而不會(huì)轉(zhuǎn)子軸中產(chǎn)生損耗?？招谋ㄗ永@組中的霍爾元件檢測Halbach磁體磁極的位置，根據(jù)霍爾元件的輸出信號，在相應(yīng)的繞組中通入相應(yīng)電流，產(chǎn)生電樞磁場，該磁場與Halbach磁體產(chǎn)生的磁場相互作用，產(chǎn)生磁場力，使得外Halbach磁體與內(nèi)Halbach磁體隨轉(zhuǎn)子軸同步旋轉(zhuǎn)。空心杯定子沒有鐵芯， 因此轉(zhuǎn)子在任意轉(zhuǎn)速時(shí)都不會(huì)在定子中產(chǎn)生鐵芯損耗，故本實(shí)用新型提供的一種無鐵芯損耗無刷直流電機(jī)，可以消除鐵芯損耗。有益效果本實(shí)用新型提供的一種無鐵芯損耗無刷直流電機(jī)，與傳統(tǒng)無刷直流電機(jī)相比，沒有齒槽，因此可以消除傳統(tǒng)無刷直流電機(jī)的齒槽效應(yīng)，使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，同時(shí)有利于散熱，由于該種結(jié)構(gòu)無刷直流電機(jī)的電樞反應(yīng)弱，有利于各種控制方法的實(shí)現(xiàn)。與無齒槽無刷直流電機(jī)相比，本實(shí)用新型提供無鐵芯損耗無刷直流電機(jī)取消了定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯，使得空心杯繞組獨(dú)立于電機(jī)鐵芯，從根本上解決了鐵芯損耗問題。永磁體采用外Halbach磁體和內(nèi)Halbach磁體結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)Halbach磁體磁化強(qiáng)度徑向分量在氣隙中產(chǎn)生的磁場互相疊加，磁化強(qiáng)度切向分量在氣隙中產(chǎn)生的磁場互相抵消，產(chǎn)生高強(qiáng)度的正弦氣隙磁密。

圖1 一種無鐵芯損耗無刷直流電機(jī)示意圖；圖2 —種無鐵芯損耗無刷直流電機(jī)的空心杯定子結(jié)構(gòu)示意圖；圖3 (a)為內(nèi)Halbach磁體的充磁方式，(b)為Halbach磁體的充磁方式；圖4內(nèi)Halbach磁體與外Halbach磁體的展開。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明本實(shí)用新型提供的一種無鐵芯損耗無刷直流電機(jī)(如圖1所示)，包括外Halbach 磁體(101)、由繞組和骨架組成的空心杯定子(102)、內(nèi)Halbach磁體(103)、轉(zhuǎn)子軸(104) 以及隔磁套筒(105)。外Halbach磁體(101)與內(nèi)Halbach磁體(103)均通過隔磁套筒 (105)連接到轉(zhuǎn)子軸(104)上，使得外Halbach磁體(101)與內(nèi)轉(zhuǎn)Halbach磁體(103)同轉(zhuǎn)子軸(104)同步旋轉(zhuǎn)，空心杯(102)定子安裝固定在機(jī)殼(106)上。外Halbach磁體(101) 的內(nèi)徑大于和內(nèi)Halbach磁體(103)的外徑，兩者安裝在隔磁套筒(105)的內(nèi)表面。磁通經(jīng)過內(nèi)外Halbach磁體以及它們之間的氣隙構(gòu)成閉合的磁路。本實(shí)用新型提供的一種無鐵芯損耗無刷直流電機(jī)，其空心杯(102)的結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。所述空心杯定子由繞組O01)和骨架(20 組成，骨架Q02)為非導(dǎo)磁材料， 上開有槽，放置霍爾傳感器(203)之用。共需要三個(gè)霍爾元件003)，分別放置在電角度為 120°的槽內(nèi)，用于檢測轉(zhuǎn)子位置。繞組(201)繞制成鏈?zhǔn)嚼p繞在骨架(20 上，并用環(huán)氧樹脂(204)灌封。本實(shí)用新型提供的一種無鐵芯損耗無刷直流電機(jī)，所用的轉(zhuǎn)子軸(104)采用非導(dǎo)磁材料的鋁、鈦合金等制成?？招谋系睦@組O01)用導(dǎo)電良好的電磁線繞制后浸漆烘干而成。本實(shí)用新型提供的一種無鐵芯損耗無刷直流電機(jī)，其中內(nèi)外Halbach磁體產(chǎn)生正弦磁場的原理為采用如圖4所示的充磁方式，內(nèi)外Halbach磁體磁極數(shù)相同，且每個(gè)磁極由3塊Halbach磁體構(gòu)成。外Halbach磁體磁化強(qiáng)度徑向分量(Mcos(>60t )在氣隙中產(chǎn)生的磁場，與內(nèi)Halbach磁體磁化強(qiáng)度徑向分量(McosQ^) ,)在氣隙中產(chǎn)生的磁場互相疊加，外Halbach磁體磁化強(qiáng)度切向分量()在氣隙中產(chǎn)生的磁場，與內(nèi) Halbach磁體磁化強(qiáng)度切向分量(-)在氣隙中產(chǎn)生的磁場互相抵消，產(chǎn)生高強(qiáng)度的正弦氣隙磁密。
權(quán)利要求1.一種無鐵芯損耗的內(nèi)外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)，由外Halbach磁體(101)、由繞組和骨架組成的空心杯定子(102)、內(nèi)Halbach磁體(103)、轉(zhuǎn)子軸(104)和隔磁套筒(105)組成，其特征在于所述的外Halbach磁體(101)與內(nèi)Halbach磁體(103)分別通過隔磁套筒(105) 與轉(zhuǎn)子軸(104)相連，使得外Halbach磁體(101)與內(nèi)Halbach磁體(103)同轉(zhuǎn)子軸(104) 同步旋轉(zhuǎn)，空心杯(102)定子安裝固定在機(jī)殼(106)上；所述的外Halbach磁體(101)的內(nèi)徑大于和內(nèi)Halkich磁體(103)的外徑，兩者安裝在隔磁套筒(105)的內(nèi)表面，外Halbach 磁體(101)和內(nèi)Halbach磁體(103)極對數(shù)相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述一種無鐵芯損耗的內(nèi)外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)，其特征在于該電機(jī)的內(nèi)外磁極的極數(shù)相同，且每個(gè)磁極均由相同塊數(shù)磁體組成。
專利摘要本實(shí)用新型提供的一種無鐵芯損耗的內(nèi)外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)，包括外Halbach磁體、內(nèi)Halbach磁體、轉(zhuǎn)子軸及由繞組和骨架構(gòu)成的空心杯定子。外Halbach磁體與內(nèi)Halbach磁體均通過隔磁套筒連接到轉(zhuǎn)子軸上，使外Halbach磁體和內(nèi)Halbach磁體同轉(zhuǎn)子軸同步旋轉(zhuǎn)，空心杯定子安裝固定在機(jī)殼上。外Halbach磁體、空心杯定子、內(nèi)Halbach磁體及它們之間的氣隙構(gòu)成閉合的磁路，在兩個(gè)Halbach磁體之間形成高密度的正弦磁場.本實(shí)用新型提供的無鐵芯損耗無刷直流電機(jī)取消了定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯，使轉(zhuǎn)子在任意的工作轉(zhuǎn)速時(shí)均不產(chǎn)生鐵芯損耗，從根本上解決了鐵芯損耗問題，電機(jī)同時(shí)具有重量輕、功耗低及結(jié)構(gòu)可靠等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02K29/08GK202034879SQ20102068615
公開日2011年11月9日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者蔣濤 申請人:北京奇峰聚能科技有限公司