一種低速大轉(zhuǎn)矩混合磁材料永磁容錯(cuò)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電工、電機(jī)領(lǐng)域，特指一種低速大轉(zhuǎn)矩混合磁材料永磁容錯(cuò)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)迅速發(fā)展，因其無(wú)傳動(dòng)間隙、無(wú)磨損和可靠性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，在高速加工中心和工業(yè)母機(jī)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)中，其關(guān)鍵在于電機(jī)能否達(dá)到低速大轉(zhuǎn)矩的性能要求。
[0003]在保證輸出轉(zhuǎn)矩大小的前提下，降低交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速有兩種方法:增加極數(shù)和降低頻率。極數(shù)過(guò)多將導(dǎo)致異步電機(jī)的體積增大；而頻率過(guò)低又會(huì)使感應(yīng)電勢(shì)下降，為了維持感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值，不得不增加繞組匝數(shù)或者電機(jī)體積，而這將增加電機(jī)成本、降低電機(jī)效率。
[0004]在磁齒輪電機(jī)中，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小角度時(shí)，氣隙空間磁場(chǎng)產(chǎn)生了很大的變化，即形成所謂的“磁齒輪效應(yīng)”。基于這種原理，人們想到在傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)的定子齒上開(kāi)槽來(lái)實(shí)現(xiàn)與磁齒輪電機(jī)中類(lèi)似的調(diào)制作用，以繞組通電磁場(chǎng)代替磁齒輪內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)，即構(gòu)造出了永磁游標(biāo)電機(jī)。它可以在定子電樞極數(shù)和槽數(shù)較少的情況下，通過(guò)在定子結(jié)構(gòu)上引入調(diào)制齒，使得繞組在氣隙內(nèi)產(chǎn)生特定的空間諧波與極數(shù)較大的永磁體相互作用，從而實(shí)現(xiàn)了低速下產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩的目的。另外，通過(guò)在永磁游標(biāo)電機(jī)中采用多相結(jié)構(gòu)、分?jǐn)?shù)槽集中繞組以及加入容錯(cuò)齒，可以使得電機(jī)的可靠性大大提升。然而，對(duì)于一般的表貼式永磁游標(biāo)電機(jī)而言，稀土永磁材料用量較多，且相鄰N極和S極永磁體之間存在較為嚴(yán)重的極間漏磁，嚴(yán)重影響了稀土永磁體的利用率，同時(shí)電機(jī)的定子空間也未能得到充分的利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有表貼式永磁游標(biāo)電機(jī)中稀土永磁材料用量較多、相鄰永磁體極間漏磁嚴(yán)重以及定子空間利用不充分的問(wèn)題而提出的一種低速大轉(zhuǎn)矩混合磁材料永磁容錯(cuò)電機(jī)。該電機(jī)中的混合磁材料是指電機(jī)定子上嵌裝鐵氧體永磁材料，轉(zhuǎn)子上嵌裝釹鐵硼永磁材料。
[0006]本發(fā)明米用的技術(shù)方案是:一種低速大轉(zhuǎn)矩混合磁材料永磁容錯(cuò)電機(jī)，包括:夕卜轉(zhuǎn)子和內(nèi)定子；所述外轉(zhuǎn)子內(nèi)表面嵌有單極性的釹鐵硼永磁材料；所述內(nèi)定子包括寬度不等的電樞齒和容錯(cuò)齒，電樞齒上繞有單層集中繞組，徑向相對(duì)兩齒上的集中繞組串聯(lián)成一相繞組，ABCDE五相繞組在定子10個(gè)電樞齒上呈A、D、B、E、C、A、D、B、E、C分布；電樞齒和容錯(cuò)齒的齒端開(kāi)槽形成等寬的調(diào)制極，每?jī)蓚€(gè)調(diào)制極之間是間隔分布的槽口和小槽，相同電樞齒或者容錯(cuò)齒上兩調(diào)制極間的小槽內(nèi)嵌有徑向充磁的鐵氧體材料，小槽、槽口和調(diào)制極三者的高度相同，寬度互不相等。本發(fā)明充分利用電機(jī)定子上的有限空間，在同一齒上兩調(diào)制極間的小槽內(nèi)填滿鐵氧體材料以增大磁密。
[0007]進(jìn)一步，所述小槽對(duì)應(yīng)到圓心的角度Θ 1、調(diào)制極對(duì)應(yīng)到圓心的角度θ2、槽口對(duì)應(yīng)到圓心的角度θ3，滿足關(guān)系式θ Θ 3;且每個(gè)電樞齒和容錯(cuò)齒上小槽的寬度相等，深度也相同。
[0008]進(jìn)一步，所述θ2、Θ 3滿足關(guān)系式:θ ι+2Θ2+Θ3=18。；θ 3取值 4.5°，θ:取值范圍為5.3°?5.9°。
[0009]進(jìn)一步，所述小槽深度的范圍為1.8mm?2.2mm。通過(guò)增大調(diào)制極寬度減小了電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩，且優(yōu)化至某一特定值時(shí)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩最大。
[0010]進(jìn)一步，所述調(diào)制極在內(nèi)定子圓周上形成等寬非均勻分布。
[0011]進(jìn)一步，所述釹鐵硼永磁材料的極弧系數(shù)為0.5。
[0012]進(jìn)一步，所述調(diào)制極間的鐵氧體材料采用與外轉(zhuǎn)子上釹鐵硼材料同方向的徑向充磁。
[0013]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0014]1、本發(fā)明中外轉(zhuǎn)子內(nèi)表面采用單極性的釹鐵硼永磁材料，使得外轉(zhuǎn)子上釹鐵硼的用量減少了一半，很大程度上減少了相鄰永磁體極間的漏磁磁通，提高了稀土永磁材料的利用率，降低了電機(jī)的制造成本。
[0015]2、本發(fā)明中所有定子齒上開(kāi)有小槽，形成等寬的調(diào)制極，定子圓周采用非均勻分布以增大調(diào)制極寬度，通過(guò)對(duì)小槽寬度結(jié)合其深度的共同優(yōu)化，當(dāng)小槽寬度優(yōu)化至一定范圍時(shí)，可以有效減小電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩，并提升輸出轉(zhuǎn)矩，使得同樣的低轉(zhuǎn)速下能得到更大的功率密度。
[0016]3、本發(fā)明中各個(gè)定子齒頂?shù)男〔蹆?nèi)填有徑向勵(lì)磁的鐵氧體，結(jié)合外轉(zhuǎn)子上采用的同方向勵(lì)磁的單極性表嵌式釹鐵硼材料，可以充分利用電機(jī)自身的有限空間，不增加電機(jī)體積及節(jié)約成本的前提下，有效增大磁密，提高其輸出轉(zhuǎn)矩，因而本發(fā)明能更好地滿足直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中低速大轉(zhuǎn)矩的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；
[0018]圖2是原有永磁游標(biāo)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；
[0019]圖3是電機(jī)定子局部放大圖；
[0020]圖4是本發(fā)明輸出轉(zhuǎn)矩隨Θ1變化曲線；
[0021]圖5是原有游標(biāo)電機(jī)空載磁場(chǎng)分布圖；
[0022]圖6是本發(fā)明空載磁場(chǎng)分布圖；
[0023]圖7是本發(fā)明與原有游標(biāo)電機(jī)空載反電勢(shì)對(duì)比圖；
[0024]圖8是本發(fā)明與原有游標(biāo)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩對(duì)比圖；
[0025]圖1-8中:1_外轉(zhuǎn)子；2_內(nèi)定子；3_電樞齒；4_容錯(cuò)齒；5_集中繞組；6_調(diào)制極；7-槽口 ；8_小槽；9_鐵氧體材料；10_釹鐵硼永磁材料。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0027]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說(shuō)明“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0028]參照?qǐng)D1，本發(fā)明包含同軸的外轉(zhuǎn)子I和內(nèi)定子2 ;所述內(nèi)定子2包括寬度不等的電樞齒3和容錯(cuò)齒4，電樞齒3上繞有單層集中繞組5，徑向相對(duì)兩齒上的集中繞組串聯(lián)成一相繞組，ABCDE五相繞組在定子10個(gè)電樞齒3上呈A、D、B、E、C、A、D、B、E、C分布；齒端開(kāi)槽形成等寬的調(diào)制極6，每?jī)蓚€(gè)調(diào)制極6之間是間隔分布的槽口 7和小槽8，徑向充磁的鐵氧體材料9嵌于同一齒上兩調(diào)制極6間的小槽8內(nèi)，小槽8、槽口 7和調(diào)制極6三者的高度相同，寬度互不相等；單極性極弧系數(shù)為0.5的釹鐵硼永磁材料10嵌于外轉(zhuǎn)子內(nèi)表面。
[0029]本發(fā)明的混合磁