[發(fā)明專利]一種磁路分解型游標(biāo)永磁電機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910866404.1
• 申請(qǐng)日: 2019-09-12
• 公開（公告）號(hào): CN110611384B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李大偉;謝康福;曲榮海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K1/27
• 分類號(hào): H02K1/27;H02K1/16
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發(fā)明公開了一種磁路分解型游標(biāo)永磁電機(jī)，屬于永磁電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，包括：嵌套設(shè)置的轉(zhuǎn)子和定子；轉(zhuǎn)子包括永磁體和轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁鐵心；永磁體包括沿轉(zhuǎn)子軸向設(shè)置的磁鋼單元；轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁鐵心包括軸向疊片和徑向?qū)Т盆F心，軸向疊片由U形疊片和“一”字形疊片交替布置。定子鐵心為齒槽結(jié)構(gòu)，且齒槽結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌放有電樞繞組，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁鐵心的“一”字形疊片與徑向?qū)Т盆F心通過粘貼或插入的方式連接；磁鋼單元為包括徑向充磁磁鋼和周向充磁磁鋼的海爾貝克陣列。本發(fā)明在不影響永磁磁場(chǎng)的前提下削弱了電樞磁場(chǎng)，能夠在不損失轉(zhuǎn)矩性能的前提下提高電機(jī)的功率因數(shù)，從而減小驅(qū)動(dòng)器容量，降低了應(yīng)用成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于永磁電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種磁路分解型游標(biāo)永磁電機(jī)。

背景技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)和自動(dòng)化產(chǎn)品主要涉及伺服電機(jī)、減速機(jī)、控制器和傳感器等。伺服電機(jī)是工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)，一般安裝在機(jī)器人的“關(guān)節(jié)”處，是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的“心臟”。目前，機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)離不開伺服系統(tǒng)，關(guān)節(jié)越多，機(jī)器人的柔性和精準(zhǔn)度越高，所要使用的伺服電機(jī)的數(shù)量就越多。機(jī)器人對(duì)伺服系統(tǒng)的要求較高，必然滿足快速響應(yīng)、高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、動(dòng)轉(zhuǎn)矩慣量比大、調(diào)速范圍寬。要適應(yīng)機(jī)器人的形體做到體積小、重量輕、加減速運(yùn)行等條件，且需要高可靠性和穩(wěn)定性。

電力推進(jìn)系統(tǒng)以其生命力強(qiáng)、噪聲小、運(yùn)行成本低、布置靈活等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為未來船舶的首選推進(jìn)方式。推進(jìn)電機(jī)的體積重量和它的輸出轉(zhuǎn)矩成正比，而船舶需要低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的推進(jìn)系統(tǒng)，推進(jìn)電機(jī)體積重量往往限制了電力推進(jìn)的應(yīng)用。

近年來，如圖1所示，研究人員研發(fā)出一類定子轉(zhuǎn)子極數(shù)不等的電機(jī)，該類電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)特殊，定子齒槽除起到導(dǎo)磁功能外，還起到氣隙磁場(chǎng)調(diào)制的功能。在定子齒槽作用下，低速多極勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)在定子上形成少極高速的勵(lì)磁磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)現(xiàn)象使得該類電機(jī)在外特性相當(dāng)于“高速永磁電機(jī)+磁齒輪箱”，具有超高轉(zhuǎn)矩密度，學(xué)術(shù)界將這種特殊的電機(jī)電磁場(chǎng)工作原理，統(tǒng)稱為磁場(chǎng)調(diào)制電機(jī)，游標(biāo)永磁電機(jī)就是其中一種典型電機(jī)拓?fù)?，與常規(guī)永磁電機(jī)相比，游標(biāo)永磁電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩密度、反電勢(shì)正弦度好、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小等特點(diǎn)，在供電、材料、尺寸與冷卻條件相同的情況下，游標(biāo)永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度在理論上可達(dá)到常規(guī)永磁電機(jī)的2～4倍，轉(zhuǎn)矩密度優(yōu)勢(shì)非常顯著，工程應(yīng)用前景十分廣闊。然而，過低的功率因數(shù)是當(dāng)前游標(biāo)永磁電機(jī)的技術(shù)難點(diǎn)，嚴(yán)重阻礙了高轉(zhuǎn)矩密度游標(biāo)永磁電機(jī)的工程應(yīng)用。

現(xiàn)有的游標(biāo)永磁電機(jī)的主要缺點(diǎn)是其功率因數(shù)低，導(dǎo)致給定輸出功率的情況下，需增大驅(qū)動(dòng)變流器容量，從而帶來增加成本，降低系統(tǒng)運(yùn)行可靠性等問題。所以，提高游標(biāo)永磁電機(jī)的功率因數(shù)成為該電機(jī)大規(guī)模應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種磁路分解型游標(biāo)永磁電機(jī)，旨在解決現(xiàn)有的游標(biāo)永磁電機(jī)功率因數(shù)低的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種磁路分解型游標(biāo)永磁電機(jī)，包括：嵌套設(shè)置的轉(zhuǎn)子和定子；轉(zhuǎn)子包括永磁體和轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁鐵心；永磁體包括沿轉(zhuǎn)子軸向設(shè)置的磁鋼單元；轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁鐵心包括軸向疊片和徑向?qū)Т盆F心，軸向疊片由U形疊片和“一”字形疊片交替布置；定子鐵心為齒槽結(jié)構(gòu)，且齒槽結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌放有電樞繞組。

優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子的徑向?qū)Т盆F心包括徑向疊片或?qū)嵭慕Y(jié)構(gòu)的鐵心；

優(yōu)選地，磁鋼單元為包括徑向充磁磁鋼和周向充磁磁鋼的海爾貝克陣列；

優(yōu)選地，磁鋼單元包括若干徑向充磁磁鋼；

優(yōu)選地，定子為單齒或分裂齒；

優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁鐵心的“一”字形疊片與徑向疊片通過粘貼或插入的方式連接；

優(yōu)選地，磁路分解型游標(biāo)永磁電機(jī)為旋轉(zhuǎn)電機(jī)或直線電機(jī)；

優(yōu)選地，磁路分解型游標(biāo)永磁電機(jī)的功率因數(shù)為：