本發(fā)明涉及交替極混合勵磁直驅游標電機，用于具有恒功率運行范圍大的運動要求的場合。

背景技術：

近年來，可以省去機械齒輪傳動的直驅驅動系統(tǒng)成為了業(yè)內的研究熱點。傳統(tǒng)的直接驅動電機，雖然具有可以減少機械損耗、噪聲、提高效率等特點，但是為了獲得較大的轉矩，體積一般較大，不適用于一些特殊要求的場合。

基于“磁齒輪效應”的永磁游標電機，將調磁極引入永磁電機定子齒充當磁齒輪電機中的調磁環(huán)，對氣隙磁場進行調節(jié)，將轉速低的磁場調制成轉速高的磁場，實現(xiàn)自增速。永磁游標電機具有低速大轉矩的特點，適用于軌道交通以及電動汽車等應用場合。然而，傳統(tǒng)永磁游標電機的氣隙磁場難以調節(jié)，限制了電機的調速范圍。通過引入勵磁繞組，能夠有效地調節(jié)電機氣隙磁場，實現(xiàn)弱磁擴速，擴大電機調速范圍。中國專利(申請?zhí)枺?01510268915)公布了一種定子永磁型混合勵磁游標電機，每個定子的電樞齒上分別繞有一套集中式的勵磁繞組，與電樞繞組共同放置在定子槽中，并且永磁體安放在定子V型的永磁體槽內。C.Liu在“A Novel Flux-Controllable Vernier Permanent-Magnet Mchine”中提出了一種新型磁場可調型永磁游標電機，其采用外轉子結構，勵磁繞組與電樞繞組以集中分布的方式嵌入定子槽中，保證電機低速運行時大轉矩輸出，同時提升了電機高速運行時的弱磁能力。然而，上述結構共同缺點在于勵磁繞組與電樞繞組共同放置于定子槽中，降低了電樞繞組對定子槽的利用率，對電機的電磁性能有負面影響。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術，提出一種交替極混合勵磁直驅游標電機，實現(xiàn)寬范圍的電機調速，并提高電樞繞組對定子槽的空間利用率。

技術方案：交替極混合勵磁直驅游標電機，包括外轉子和定子；所述定子包括沿周向均勻分布的定子槽和定子齒，所述定子槽為開口槽結構，所述定子槽內嵌有集中式分布的電樞繞組；所述定子齒的端部分裂為三個調磁極，位于中間的調磁極上套有集中式分布的直流勵磁繞組。

進一步的，所述外轉子包括由導磁材料疊壓而成的外轉子鐵心，在外轉子鐵心內側等距離開寬度相等的槽，形成的外轉子齒為鐵心極，所述槽內嵌入徑向充磁的永磁體，所述永磁體與鐵心極等寬，沿外轉子內表面周向均勻陣列布置的所述鐵心極與永磁體形成轉子交替極。

進一步的，所述定子具有6個定子齒、18個調制極，所述外轉子上設有17塊永磁體和17個鐵心極。

有益效果：由于定子電樞繞組采用集中分布方式，直流勵磁繞組嵌套在調制極上，轉子采用了交替極結構，這種混合勵磁游標電機具有如下優(yōu)點：

定子不再需要復雜的分布繞組或定、轉子斜槽等措施來獲得氣隙磁密的正弦波分布；勵磁繞組靠近氣隙，能夠有效調節(jié)氣隙磁場，并且充分利用電機內空間。

勵磁繞組嵌套在調制極上，使勵磁繞組與電樞繞組分開，提高了電樞繞組對定子槽的空間利用率，降低了下線的難度，簡化了整個電機的結構，不僅利于裝配而且降低了加工工藝上的難度。

轉子交替極有效降低永磁用量，降低了工業(yè)制造成本，同時進一步提升了電機弱磁能力，擴大了電機調速范圍。

電機結構簡單，可靠性好，利于高速運行，可應用于具有恒功率運行范圍大的運動要求的場合。

附圖說明

圖1為交替極混合勵磁直驅游標電機結構示意圖；

圖2位外轉子部分示意圖；

圖3為定子部分示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做更進一步的解釋。

如圖1所示，交替極混合勵磁直驅游標電機，包括外轉子I和定子II。如圖2所示，外轉子包括由導磁材料疊壓而成的外轉子鐵心1，如十號鋼或硅鋼片。在外轉子鐵心1內側等距離開寬度相等的槽，形成的外轉子齒為鐵心極2，槽內嵌入徑向充磁的永磁體3，永磁體3與鐵心極2等寬，沿外轉子內表面周向均勻陣列布置的所述鐵心極2與永磁體3形成轉子交替極。本實施例中，外轉子上設有17塊永磁體3和17個鐵心極2，在氣隙中形成17對極的磁場，加工裝配工藝簡單，結構強度較好。采用穩(wěn)定性好，矯頑力大，剩磁高的永磁體材料，如釹鐵硼永磁體材料等。

如圖3所示，定子包括定子鐵軛8，沿定子鐵軛8周向均勻分布的定子槽和定子齒6。定子槽為開口槽結構，本實施例中，圓周上等距分布六個定齒槽，相鄰定子齒6的夾角為60°。定子槽內嵌有集中式分布的電樞繞組7，即每個定子齒6繞有一套電樞繞組。定子齒6的端部分裂為三個調磁極4，位于中間的調磁極上套有直流勵磁繞組5。電樞繞組6與勵磁繞組5均由銅導線組成。定子鐵軛8、定子齒6及調制極4材質為高導磁材料，如十號鋼或硅鋼片。

上述的交替極混合勵磁直驅游標電機，在定子齒6上纏繞的電樞繞組7構成三相電樞繞組，在三相電樞繞組中通有三相對稱的工頻交流電流，形成空間旋轉的1對極磁場，通過調制極4的調制，在氣隙中產(chǎn)生17對極旋轉磁場，與外轉子I旋轉時交替極產(chǎn)生的17對極旋轉磁場進行耦合作用，進而產(chǎn)生電磁轉矩，進行電能到機械能的轉換，實現(xiàn)外轉子低速轉動情況下，電機的較大轉矩輸出。直流勵磁繞組5嵌套在每個齒位于中間位置的調磁極4上，用于調節(jié)氣隙磁密，對電機進行有效的弱磁調速。當電機處于低速運行時，勵磁線圈不通電；當電機工作在高速運行情況下，在勵磁繞組5中通直流電流，在所嵌套的調磁極上產(chǎn)生與電機主磁通反向的磁通，減弱主磁通，在保持電機輸入功率不變情況下，轉矩輸出下降，進而提升電機轉速，實現(xiàn)對電機的弱磁擴速。直驅游標電機采用混合勵磁的勵磁方式，通過在勵磁繞組5中施加直流調磁電流來改變電機的氣隙磁場，實現(xiàn)寬范圍的電機調速，提高電機的調速性能。

上述的交替極混合勵磁直驅游標電機，勵磁繞組5嵌入調制極4間空隙，位置靠近定轉子間氣隙，提高了空間利用率；同時，不占用定子槽空間，提高了三相電樞繞組對定子槽空間利用率，進而提高了電機的電磁性能。

上述的交替極混合勵磁直驅游標電機，相對于傳統(tǒng)表貼式永磁游標電機，轉子結構采用交替極，永磁體用量減少了一半，并且有利于調節(jié)定轉子氣隙磁密，能夠有效的實現(xiàn)弱磁擴速。

上述的交替極混合勵磁直驅游標電機，充分利用電機內空間，結構簡單緊湊，可靠性好，利于高速運行，不僅大大降低了電機的制造成本且轉矩的輸出不受影響，應用于具有恒功率運行范圍大的運動要求的場合。定子II上所繞的電樞繞組7及直流勵磁繞組5均采用集中分布方式，結構簡單，繞線方便，定子槽利用率高。

上述的交替極混合勵磁直驅游標電機，單個定子齒6端部的調制極4數(shù)量Z可以為由1到5的任意整數(shù)，且外轉子磁極對數(shù)p_r按照公式進行相應變化，

Z＝p_r+p_s (1)

p_s為電樞繞組通電時產(chǎn)生旋轉磁場的極對數(shù)。對于所述的交替極混合勵磁直驅游標電機，直流勵磁線圈可以嵌套在每個齒中間位置的調制極4上，同時也可以一個勵磁繞組繞在一個定子齒6的兩個或三個調制極4上。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。