[发明专利]具有串激特性的高启动转矩永磁电机

说明书

技术领域

本发明涉及永磁电机的技术，特别是涉及一种具有串激特性的高启动转矩永磁电机的技术。

背景技术

永磁直流(伺服)电机作为快速响应驱动元件广泛应用于自动控制系统中，而自动控制系统有很多场合都要求永磁直流(伺服)电机具有较大的启动转矩和快速响应能力。另外为了满足启动、加速的需要，永磁直流(伺服)电机还必须具有较高的过载能力。

永磁直流(伺服)电机中，电机的转矩与电枢直径的平方、电枢长度、线负荷及气隙磁密成正比；在特定条件下，电机的机械时间常数与电机电枢的转动惯量成正比，与气隙磁密的平方成反比；电机的加速度和转矩成正比，与转动惯量成反比。

综上所述，要提高转矩、提高加速度和减小时间常数(即提高启动转矩、过载能力和快速响应能力)，都必须提高气隙磁密。目前的永磁直流(伺服)电机最大的缺点之一是其永磁磁通为一恒定值，仅具有并激(并励)、他激(他励)特性，不能像串激(串励)电机那样利用大电流产生足够大的气隙磁密。因此，为了提高其启动转矩、过载能力和快速响应能力，必须增大电机体积，使其用途大受限制，特别是不能用于要求高启动转矩的场合。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能利用大电流产生足够大的气隙磁密，从而提高其启动转矩、过载能力和快速响应能力的具有串激特性的高启动转矩永磁电机。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种具有串激特性的高启动转矩永磁电机，包括定子、转子、至少一对永磁磁极，所述转子套设于定子内，由同轴套接的电枢铁芯和转轴组成，所述电枢铁芯设有径向向外开口的电枢槽，用于嵌放电枢绕组，各永磁磁极轴对称固定于所述定子的内壁，且与所述转子之间具有气隙，其特征在于：所述永磁磁极由一块高导磁率的附加磁极和一块磁钢接合而成，其整体呈弧形，所述附加磁极的导磁率远大于所述磁钢的导磁率。

本发明提供的具有串激特性的高启动转矩永磁电机，由于永磁磁极由磁钢和附加磁极组成，而且附加磁极的导磁率远大于磁钢的导磁率，利用电枢反应对磁钢去磁作用的同时所产生的增磁效应对附加磁极产生增磁磁势，使得永磁磁极的总磁通随着负载的增加而显著增加，从而使电机获得与串励式电机类似的串激特性，使得电机能利用大电流产生足够大的气隙磁密，从而提高其启动转矩、过载能力和快速响应能力。

附图说明

图1是本发明实施例的永磁电机的剖面结构示意图；

图2是本发明实施例的永磁电机空载、负载去磁和负载增磁的磁钢特性曲线；

图3是本发明实施例的永磁电机电枢反应磁势的分布图；

图4是本发明实施例的永磁电机附加磁极的饱和曲线图；

图5是本发明实施例的永磁电机对应电枢电流的各部分磁通图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种具有串激特性的高启动转矩永磁电机，包括定子1、转子、至少一对永磁磁极，所述转子套设于定子1内，由同轴套接的电枢铁芯7和转轴8组成，所述电枢铁芯7设有径向向外开口的电枢槽5，用于嵌放电枢绕组，各永磁磁极轴对称固定于所述定子1的内壁，且与所述转子之间具有气隙4，其特征在于：所述永磁磁极由一块附加磁极3和一块磁钢2接合而成，其整体呈弧形，所述附加磁极3由高导磁率材料制成，其导磁率远大于所述磁钢2的导磁率。

所述磁钢2和附件磁极3均呈弧形，所述磁钢2和附件磁极3的弧度角(机械角度)，再乘以极对数即为磁钢2和附件磁极3的电角度，所述永磁磁极的电角度为磁钢2和附件磁极3的电角度之和，通过调节磁钢2和附件磁极3的电角度在整个永磁磁极的电角度中所占的比例，即可调节串激特性的强弱，从而调节启动转矩的大小。

本发明实施例的工作原理如下：

如图1所示，设永磁磁极两端中，磁钢一端为A、附加磁极一端为C，磁钢与附加磁极接合处为B；

图2为本发明实施例的永磁电机空载、负载去磁和负载增磁的磁钢特性曲线图，该图中的轴线D和H分别为磁通密度和磁场强度，交点Br和Hc分别为磁钢剩余磁感应(剩磁)和矫顽力，曲线D-H为磁钢去磁曲线，曲线PC、PA和PB分别为空载、负载去磁和负载增磁特性曲线，曲线PC、PA和PB与磁钢去磁曲线D-H的交点分别为图1中的C、A、B，其相应的空载、负载去磁和负载增磁的气隙磁通密度分别为BgO、BgA、BgB；