[實用新型]采用不等厚磁鋼的永磁電機

有效

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• 申請日: 2009-01-19
• 公開（公告）號: CN201286054Y
• 公開（公告）日: 2009-08-05
• 發(fā)明（設計）人: 申林
• 申請（專利權）人: 太倉東元微電機有限公司
• 主分類號: H02K21/02
• 分類號: H02K21/02;H02K1/22
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所
• 代理人: 吳秉中

技術領域

本實用新型涉及永磁電機技術領域，具體地說，涉及一種采用不等厚磁鋼的永磁電機。

背景技術

在高性能的伺服驅(qū)動和機器人應用中，由于永磁無刷直流電機具有巨大的優(yōu)點，因而它正在越來越多地替代傳統(tǒng)的有刷直流電機。然而，在要求平滑運行的場合，特別是在低速情況下，轉(zhuǎn)矩波動是一個十分令人頭痛的問題。一般來說，在永磁電動機中，轉(zhuǎn)矩波動常常成為引起振動、噪聲和提高控制精度困難的基本原因。轉(zhuǎn)矩波動的存在同樣影響了電機在速度控制系統(tǒng)中的低速性能和在位置控制系統(tǒng)中的高精度定位。因而在無刷直流電機的研究和應用過程中，轉(zhuǎn)矩波動的抑制這一課題正在引起眾多研究和使用人員的廣泛關注。導致轉(zhuǎn)矩波動的因素較多，主要有電機的齒槽轉(zhuǎn)矩影響和電機反電動勢波形和定子電流波形非正弦化，導致其相互作用時產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩波動。

齒槽轉(zhuǎn)矩是永磁式電機的固有現(xiàn)象，永磁同步電動機三相繞組不通電，且繞組開路的情況下，用手輕輕轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子時，會感覺到轉(zhuǎn)子上有一定的作用轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩在一圈范圍內(nèi)大小不均勻，且可發(fā)現(xiàn)若干定位點，在自然狀態(tài)下轉(zhuǎn)子即定位在這些點，只有在一定的外界轉(zhuǎn)矩作用下，才能改變轉(zhuǎn)子定位的位置，正因為這樣，常常把永磁電動機不通電且繞組開路情況下轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩稱為定位(detent)轉(zhuǎn)矩。即永磁電機的轉(zhuǎn)子有一種沿著某一特定方向與定子對齊的趨勢，由此趨勢會產(chǎn)生一種振蕩轉(zhuǎn)矩，也稱作齒槽定位轉(zhuǎn)矩。

齒槽定位轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生來自于轉(zhuǎn)子永磁體與定子齒之間的切向力，是轉(zhuǎn)子永磁體與定子齒槽相互作用的結果。其產(chǎn)生主要源于定子齒槽的存在，永磁轉(zhuǎn)子的磁極與定子齒槽的相對位置不同時，主磁路的磁導不一樣，永磁轉(zhuǎn)子趨向定位于磁導最大的位置，即穩(wěn)定平衡點，電磁轉(zhuǎn)矩為零，偏離時都有回復到該位置的作用轉(zhuǎn)矩，或趨于另一相鄰的穩(wěn)定平衡點。

而電機反電動勢波形和定子電流波形非正弦化，導致其相互作用時產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩波動的原因是：在永磁電機運行時，其電磁功率為反電勢與電流的乘積，由于反電勢與電流的波形不可能是絕對理想狀態(tài)——即反電動勢波形和定子電流波形非正弦化，因而電磁功率不可能是恒定值，電磁功率的波動實際上就體現(xiàn)在電磁轉(zhuǎn)矩的波動。

那么針對上述因素，抑制永磁電機轉(zhuǎn)矩波動的方法為：使電機齒槽轉(zhuǎn)矩最小化；正弦波驅(qū)動時的電磁轉(zhuǎn)矩波動，可通過電機的特殊設計力求保證反電勢波形為正弦波，在運行時控制電流使其盡可能逼近正弦，并通過矢量控制，使電磁轉(zhuǎn)矩波動降至最低。

目前常用的方法多是從單方面出發(fā)，或是追究永磁電機定位轉(zhuǎn)矩的最小化，或是從控制方面追究定子電流的正弦化控制。都取得了一定的成效，但其相應的都有一定的局限或缺點。如下面的永磁電機定位轉(zhuǎn)矩最小化技術：

1、磁性槽楔法

即在電機的定子槽口上涂壓一層磁性槽泥，固化后形成具有一定導磁性能的槽楔。磁性槽楔減小了定子槽開口的影響，使定子和轉(zhuǎn)子間的氣隙磁導分布更加均勻，從而可減小由于齒槽引起的轉(zhuǎn)矩脈動。然而由于磁性槽楔材料的導磁性能不是很好，因而對于轉(zhuǎn)矩脈動的削弱程度有限。

2、閉口槽法

采用閉口槽即定子槽不開口，槽口材料與齒部材料相同。因槽口的導磁性能較好，所以閉口槽比磁性槽楔能更有效地消除轉(zhuǎn)矩閉口槽雖然可消除轉(zhuǎn)矩脈動，然而卻給繞組嵌線帶來極大的不便。同時，采用閉口槽后大大增加了槽漏電抗，增大了電路的時間常數(shù)，將影響電機控制系統(tǒng)的動態(tài)特性。

3、斜槽法

定子斜槽法是最為傳統(tǒng)的降低齒槽轉(zhuǎn)矩的方法。將定子槽沿軸向扭斜一個定子槽距，可有效地消除有齒槽引起的力矩波動。斜槽法的局限性：定子斜槽一般會影響導體的占槽面積，從而使銅耗增加。且定子斜槽有時會給電機的制造帶來不可接受的困難。對于槽數(shù)較少、短軸或非重疊繞組的永磁無刷直流電機不適用。另外，斜槽的代價是使電機的結構趨于復雜，并且在一定程度上降低了電機的輸出轉(zhuǎn)矩。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種采用不等厚磁鋼的永磁電機，在優(yōu)化永磁電機反電動勢波形的同時，降低永磁電機的齒槽定位轉(zhuǎn)矩，進而減少永磁電機電磁轉(zhuǎn)矩波動。

本實用新型所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現(xiàn)：

一種采用不等厚磁鋼的永磁電機，所述永磁電機轉(zhuǎn)子采用表貼式磁鋼，表貼式磁鋼為對稱的瓦片式結構，其特征在于：磁鋼的內(nèi)外表面均為圓弧，內(nèi)表面的曲率半徑大于外表面的曲率半徑。

本實用新型中，所述磁鋼邊緣的厚度為中心厚度的24％—70％，為了達到最優(yōu)效果，磁鋼邊緣的厚度為中心厚度的50％。