[發明專利]Halbach永磁同步伺服電機

無效

• 申請號: 201210004968.2
• 申請日: 2012-01-01
• 公開（公告）號: CN103187843A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 呂春松;雷勤;李社偉;段偉;劉細平
• 申請（專利權）人: 東菱技術股份有限公司
• 主分類號: H02K21/14
• 分類號: H02K21/14;H02K1/16;H02K1/27
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種永磁同步電機，特別是一種非對稱定子槽結構的Halbach永磁同步伺服電機。

背景技術

隨著永磁電機向著高效、高速、高功率密度、微型化方向的發展，傳統的永磁電機表現出一定的局限性，如高速運行時，轉子的渦流損耗大，氣隙磁密難以滿足正弦分布，效率不能保持較高的水平等。而伺服電機要求具有低定位轉矩，低轉矩紋波和低轉動慣量的特性，Halbach磁路結構能有效地降低速度波動頻率，提高了位置的精準度。本發明無需像傳統電機那樣采用分布式定子繞組、定子斜槽或轉子永磁體斜極的辦法，因為這樣往往是以降低效率和增加成本為代價的。

隨著永磁性能的發展，永磁電機得到越來越廣泛的應用。但是在永磁電機中，永磁體和有槽鐵心相互作用，產生齒槽轉矩，進而產生振動和噪聲。定子槽口是產生齒槽轉矩的根源，而定子槽采用非對稱結構可以有效的降低齒槽轉矩。

永磁同步伺服電機的理想運行是正弦分布的電流與正弦分布的氣隙磁場相互作用。雖然通過改變永磁體磁路也可以得到正弦波，但是存在對電機參數的限制較多、增加工藝的制造難度、減小電機的效率等一系列的問題。相對于普通的永磁體的結構，Halbach磁路結構的諧波含量少，氣隙磁場正弦分布程度高，使得定轉子不需要采用斜槽或斜極的結構，提高了電機的功率密度。

發明內容

技術問題：

本發明所要解決的技術問題是提供一種氣隙磁場是正弦波分布、齒槽轉矩很小的永磁同步伺服電機，它不同于一般的永磁同步伺服電機的結構。

技術方案：

一種Halbach永磁同步伺服電機，它主要包括定子與轉子。定子的非對稱槽型結構有效地降低了齒槽轉矩。轉子是由Halbach陣列的永磁體和轉軸等部件構成。轉子的永磁體可制成環狀，通過控制測量漏磁磁路與主磁路的形狀和尺寸，使得電動機的氣隙磁場越來越接近正弦分布。本發明采用Halbach陣列的磁路分布能夠提供正弦分布永磁磁密波形，使電機的性能得到很大的改善；與普通的永磁體結構的磁路設計相比，它有著顯著的進步，不僅可以充分發揮交流伺服電動機的高效節能作用，還減少了功率損耗，大大降低了振動和噪聲，同時提高了伺服電機的位置控制精度和效率。因此，本發明在機器人、醫學儀器、航天、電梯等要求高精度的傳動系統中，得到越來越廣泛的應用。

有益效果：由于本發明采用halbach結構的永磁體可提供正弦規律分布的永磁磁密波形，使電機的性能能得到很大的改善；同時，它免去了工藝上難以做到的斜槽結構和轉子永磁體斜極的辦法，不僅可以充分發揮交流伺服電機的高效節能作用，而且降低了制造的成本；特殊的定子槽型結構和定子集中繞組的分布，減小了電機齒槽轉矩，從而有效地控制了由齒槽轉矩引起的振動和噪聲，提高了電機的控制精度。

附圖說明：

圖1是Halbach永磁同步伺服電機的結構示意圖。

圖2是halbach結構的永磁體分布圖。

以上圖中有：定子1、轉子2、定子鐵心3、定子槽4、轉軸5、轉子鐵心6、Halbach結構的永磁體7。

具體實施方式

本發明包括定子1、轉子2、定子鐵心3、定子槽4、轉軸5、轉子鐵心6和Halbach結構的永磁體7。所述的定子鐵心由定子沖片疊壓而成，定子沖片采用非對稱的槽型結構，定子上設有集中繞組。所述的轉子鐵心采用實心結構，其中組成轉子的永磁體采用特殊的磁路結構，即Halbach陣列結構。本例中每極下有4塊各向異性永磁體，永磁體的數量可以根據實際情況來確定，這種磁路的設計要優于傳統的磁路設計。

為保證電機具有良好的永磁磁密波形，各向異性永磁構件中，應使每極下的各向異性永磁體的數量保持在一定的范圍內，一般情況下選每極3到5塊最合適，這既可以保證其性能又可以使其成本最小，為了得到更好的永磁磁密波形，可以合理增加每極下各向異性永磁體的數量，使得磁密波形成為最理想的正弦波。