[发明专利]一种盘式低速大转矩永磁游标电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种Halbach盘式低速大转矩永磁游标电机，属于特种电机技术领域。

背景技术

传统的磁齿轮包括内外两层气隙、内外同心的转子和中间用来调节磁场的调磁环。盘式外转子永磁游标电机是最近提出的一种电机，通过定子上磁通调制极的引入，省去了传统磁齿轮复合电机中的内转子以及独立的调磁环结构，使得装置结构更为简单，解决了机械齿轮传动系统噪声高、效率低、传输精度低、响应慢、机械磨损等问题。

    盘式电机具有其独特的优点，同时磁齿轮的概念逐步得到推广，其应用范围也将不断扩大，此处将盘式电机与磁齿轮相结合，并进行改进，形成一种盘式永磁游标电机，其具有如下优点：

（1）盘式电机具有运行可靠、结构简单、维护方便、效率高和无级调速等特点，尤其体积小和重量轻，特别适用于对体积和重量有苛刻要求的场合以及低速电机中。

（2）镜像对称的电机结构，较大程度抵消了定子与两侧转子间的单边磁拉力，同时还可提高电机的容量。

（3）将磁齿轮引入到盘式电机中组成复合电机，这种结构通过磁齿轮实现一定的速度变比，无需配备减速机构。同时，由于磁齿轮噪声低、免维修、可靠性高、转矩传输能力大、过载自动保护等优点。

电机的高密度设计使得电机单位体积的损耗和发热量增大，导致电机各部份温度升高、转子永磁体的内禀矫顽力下降和加速永磁磁钢累积退磁效应的进程。圆柱形电机的结构特点限制了其散热的能力，但是盘式电机中盘形的转子结构提供了一个较大的散热面，有利于电机散热，从而为电机功率密度的增加提供了空间，同时将磁齿轮融合到盘式电机中，可有效地提高可靠性，降低噪声，并支持过载自动保护。

另外，本装置外转子永磁体采用特殊的Halbach阵列，通过调整永磁体宽度以及Halbach永磁阵列的充磁方向，可以获得提供更大的有效磁场谐波成份和输出转矩，降低转子磁轭的磁通密度及铁芯损耗。因此，有必要提出一种Halbach盘式低速大转矩永磁游标电机装置。

发明内容

技术问题：本发明通过提出一种盘式低速大转矩永磁游标电机，解决了一般盘式电机漏磁及轭部磁密大等问题，该装置在外转子永磁体上采用特殊的Halbach永磁阵列，从而可以提供更大的有效磁场谐波成份和输出转矩，减少转子磁轭的磁通密度，降低铁芯损耗。同时，盘式电机结构的应用解决了圆柱形径向电机冷却困难和铁心利用率低等问题，并具有较高的功率密度。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种盘式低速大转矩永磁游标电机，该电机包括支承轴、轴承、外转子、夹设在外转子中的定子、设置在定子外周且凸出于定子外周的定子齿、磁通调制极、开设在定子上的定子槽、机壳；

外转子与机壳合为一体，外转子通过轴承与支撑轴转动连接；外转子包括转子轭铁心和永磁体，转子轭铁心固定在机壳上，永磁体沿圆周方向等距离嵌放在转子轭铁心上；

定子采用盘式开槽嵌入式结构，定子齿上设有磁通调制极，磁通调制极之间是非导磁的空气隙，绕组嵌放在定子槽中；定子及外转子在轴向上呈镜像对称结构。

优选的，外转子与定子之间有气隙。

优选的， 外转子永磁体极对数n_r与电枢绕组极对数n_p之和为磁通调制极的个数n_s。

优选的，永磁体材料为钕铁硼，每块永磁体分成三份，每份充磁方向不同。

优选的，转子轭铁心和定子材料均为硅钢，支承轴和轴承材料为不导磁材料。

有益效果：

（1）    省去了机械变速齿轮箱，但却可以获得较大的机械转矩，不存在齿轮箱的机械磨损、维护和噪音问题，提高了装置可靠性，同时减小电机的体积，降低了重量和驱动系统制造成本；

（2）    该盘式电机加工工艺简单，稳定性及可靠性得到提高；

（3）    电机中有更多的磁力线通过气隙，因此气隙磁通密度的有效谐波成份值比普通磁场调制式永磁电机高，输出转矩增大；

（4）    电机转子磁轭磁通密度可以大量减少，这将减少转子磁轭铁芯损耗，缩小转子轭部大小，节省材料；

（5）    外转子永磁体之间通过铁心隔离，阻断了各永磁体中涡流电流的相互流动，降低了转子永磁体中的涡流损耗；

（6）    转子采用高磁能积钕铁硼励磁，没有滑环和电刷，无需外加电源励磁，具有结构简单、体积小重量轻、功率密度高、效率高以及可靠性好等优点。