[實用新型]一種外轉子直驅式永磁同步力矩伺服電機

無效

• 申請號: 200820241091.8
• 申請日: 2008-12-26
• 公開（公告）號: CN201341077Y
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: 楊凱;馮垚徑;黃文濤
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02K21/22
• 分類號: H02K21/22;H02K21/02;H02K1/27;H02K1/20;H02K5/20
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本實用新型涉及永磁電機技術領域，具體涉及一種外轉子直驅式永磁同步力矩伺服電機，適用于電動車和低速場合機械設備的直接驅動。

背景技術

交流電動機同步轉速較高，在低速生產機械領域無法直接使用。采用增加減速機構的辦法，又引入了結構復雜、效率降低、噪音增加、維護頻繁等問題。為此，研究者們提出了一種能夠直接驅動負載的機電一體化產品一直驅式力矩伺服電機。直驅式力矩伺服電機具備輸出轉矩大、轉速低、結構緊湊、運行可靠、高效節能等優點，因而可部分代替“電機+減速機”的搭配應用，減小了體積，提高了效率，在電動車輛、數控機床與自動化裝備等眾多領域能夠得到廣泛應用。

永磁同步電機是直驅式力矩伺服電機的一種主要結構型式，大多采用編碼器或旋轉變壓器為位置傳感器，并實施正弦波驅動與控制，具有動態響應快、控制精度高、伺服性能好等優點。

為提高電機的功率密度和轉矩密度，人們不斷探索新的磁路結構，提出了外轉子結構的電機設計方案。采用外轉子結構的永磁同步電動機比常規永磁同步電動機具有更大的轉動慣量，且電樞鐵心直徑可以做得較大，從而提高了在不穩定負載下電動機的效率和輸出功率。為解決位置傳感器控制易受干擾、占用電機內部空間的問題，無傳感器的位置信號檢測技術逐漸引起研究者們的關注。目前的無位置傳感器技術，其機理多依賴對電機基波方程的分析，適合于高轉速的應用，在低速運行時仍存在很多問題；此外對電機參數敏感，魯棒性較差；或者技術較復雜，難以實用。近年來，洛侖茲(Lorenz)等學者提出了凸極跟蹤法：在電機的出線端注入三相平衡高頻電壓信號，通過對電機內部寄生或人為的不對稱性(凸極性)的檢測來獲取轉子位置信息。這種凸極跟蹤方法能夠解決低速甚至零速下轉子位置的估計。從機理分析和仿真研究表明，該技術具有良好的應用前景。

中國實用新型專利01113256.6公開了一種“直接驅動釹鐵硼永磁外轉子同步曳引機”，采用多極外轉子結構和特殊的二層環形定子結構，外轉子同時作為制動輪，曳引輪固定在外轉子上，結構緊湊，可取消齒輪實現直接驅動。電機小軸上安裝光電編碼器，采用兩套制動部件實現制停。中國實用新型專利200420020906.1公開了一種“永磁無刷輪轂電機”，該裝置由電機定子、電機轉子、軸和軸承等部件組成，電機為輪轂型外轉子及三相繞組結構。其特征是，轉子極與定子槽配合，磁極為瓦形，面向氣隙布置，電機定子鐵心由兩段槽口不同的沖片疊成，寬槽口部放置霍爾位置傳感器元件。

以上兩種外子直驅式永磁力矩伺服電機，在定子結構上分別采用了不同的特殊設計：前者用二層環形定子結構提高了運行的平穩性，后者特殊的槽口設計便于安裝位置傳感器。二者外轉子設計均沿用傳統的表面貼裝式磁路結構，均采用位置傳感器伺服控制，對位置傳感器元件的安裝有一定的空間需求，提高了電機成本。由于體積小，電機沒有專門的通風冷卻結構，在長時間持續運行情況下難以避免電機溫升或局部溫升過高。

實用新型內容

本實用新型提出的一種直驅式永磁同步力矩伺服電機，具有凸極結構特性，能夠實現基于高頻信號注入凸極的無傳感器矢量控制，同時設置了散熱機構，避免電機溫度過高。

一種外轉子直驅式永磁同步力矩伺服電機，包括定子和轉子，定子包括電機軸1、定子鐵心9和定子繞組8，電機軸1上套有定子鐵心9，定子鐵心9上安放有定子繞組8；轉子包括轉子鐵心6、永磁體7、前端蓋2和后端蓋5，轉子鐵心6位于定子鐵心9上方，轉子鐵心6靠近定子鐵心9的表面處安放有永磁體7，前端蓋2和后端蓋5分別與電機軸1通過軸承相接，轉子鐵心6位于兩端蓋之間，并與兩端蓋固定連接；

所述轉子鐵心6的內表面均勻分布有凸出的轉子齒17，相鄰轉子齒17之間固定有永磁體7；所述定子鐵心9內部開有軸向通孔16，軸向通孔16內放有空心銅管。

所述轉子齒(17)截面呈楔形；

所述前端蓋和后端蓋上開有徑向或具有傾斜角度的條形通風口。

本實用新型的技術效果體現在：

(1)瓦片形永磁體位于轉子鐵心的內表面，嵌于鐵心內壁凸出的轉子齒之間，形成具有凸極性能的表面插入式外轉子結構；轉子齒截面采用楔形結構設計，相鄰兩楔形齒能夠對嵌于其間的永磁體起到固定的作用。永磁體的這種安放方式使得外轉子具有凸極結構特性，可實現無傳感器矢量控制

(2)定子鐵心內部繞有空心銅管，可通入空氣或者水，對定子鐵心進行冷卻。