本發(fā)明屬于永磁同步電機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種轉(zhuǎn)子交錯(cuò)型雙向磁場(chǎng)調(diào)制的永磁同步弧形電機(jī)。

背景技術(shù)：

1、在大口徑天文望遠(yuǎn)鏡以及伺服轉(zhuǎn)臺(tái)等低速大轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式通常以旋轉(zhuǎn)電機(jī)加齒輪或者變速箱來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，這不僅存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，效率低且故障率高等問(wèn)題，而且這種非直驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)摩擦磨損，彈性變形等缺陷也尤為明顯，金屬疲勞效應(yīng)加重。而一般的永磁同步電機(jī)也難以在有限的空間下發(fā)揮作用，且其永磁體利用率不高，電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大，難以滿(mǎn)足大口徑天文望遠(yuǎn)鏡以及伺服轉(zhuǎn)臺(tái)等低速大轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)高精度跟蹤的性能要求。為解決上述問(wèn)題，一種轉(zhuǎn)子交錯(cuò)型雙向磁場(chǎng)調(diào)制的永磁同步弧形電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的直驅(qū)方式被提出，并成功應(yīng)用于大口徑天文望遠(yuǎn)鏡的驅(qū)動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提出一種轉(zhuǎn)子交錯(cuò)型雙向磁場(chǎng)調(diào)制的永磁同步弧形電機(jī)，以期能滿(mǎn)足大型天文望遠(yuǎn)鏡等低速大轉(zhuǎn)矩工況下對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能的要求，在相同的體積下，有效的提高永磁同步弧形電機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩，并降低其轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，從而能提升電機(jī)的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)電磁能量的高效利用。

2、本發(fā)明為達(dá)到上述發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明一種轉(zhuǎn)子交錯(cuò)型雙向磁場(chǎng)調(diào)制的永磁同步弧形電機(jī)，包括：結(jié)構(gòu)相同的前側(cè)電機(jī)和后側(cè)電機(jī)；任意一側(cè)電機(jī)是由轉(zhuǎn)子及其外側(cè)包圍的定子組成，其特點(diǎn)在于：

4、所述轉(zhuǎn)子包括：轉(zhuǎn)子齒、轉(zhuǎn)子背軛、轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子永磁體；

5、所述轉(zhuǎn)子永磁體與轉(zhuǎn)子齒交替設(shè)置，并均勻分布在轉(zhuǎn)子背軛上；

6、所述轉(zhuǎn)子的軸向中心設(shè)置有所述轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)軸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)；

7、所述定子是由三個(gè)定子單元組成，且沿轉(zhuǎn)子的圓周120°對(duì)稱(chēng)分布；

8、每個(gè)定子單元包括：定子背軛、定子齒、裂齒、2個(gè)輔助齒、定子永磁體和電樞繞組；

9、其中，每個(gè)定子單元對(duì)應(yīng)圓周角度為72°，即五分之一圓周；

10、所述定子背軛套裝在定子齒的外側(cè)；

11、所述電樞繞組由多個(gè)線圈組成，且多個(gè)線圈以集中繞組的形式均勻繞制在定子齒上；

12、所述定子永磁體以每三塊為一個(gè)永磁體單元序列，每個(gè)定子單元有7個(gè)永磁體單元序列，永磁體單元序列與裂齒嚴(yán)密交替排列在定子齒的內(nèi)側(cè)；

13、所述輔助齒包圍在定子單元的兩端；

14、本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)子交錯(cuò)型雙向磁場(chǎng)調(diào)制的永磁同步弧形電機(jī)的特點(diǎn)在于：對(duì)任意側(cè)電機(jī)而言，轉(zhuǎn)子均勻分布55個(gè)轉(zhuǎn)子齒和55個(gè)轉(zhuǎn)子永磁體，任意側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體的充磁方向均為徑向，但前、后側(cè)電機(jī)在相同位置的轉(zhuǎn)子永磁體的勵(lì)磁方向相反。

15、對(duì)任意側(cè)電機(jī)而言，所述永磁體單元序列中三塊定子永磁體的勵(lì)磁方向分別為：切向-徑向-切向，且前、后側(cè)電機(jī)在相同位置的定子永磁體的勵(lì)磁方向相反；每個(gè)定子單元總共有19塊定子永磁體，定子單元開(kāi)口無(wú)空隙。

16、所述永磁同步弧形電機(jī)是由前側(cè)電機(jī)與后側(cè)電機(jī)在軸向疊加后形成的并聯(lián)互補(bǔ)結(jié)構(gòu)組成；前側(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與后側(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子之間的軸向移位為180°電角度、機(jī)械角度為；定子軸向無(wú)移位。

17、前側(cè)電機(jī)與后側(cè)電機(jī)的定子共用一個(gè)三相繞組：每個(gè)定子單元的各相電樞繞組均以串聯(lián)的形式連接為雙層集中繞組，且每個(gè)定子單元的各相電樞繞組的相序交錯(cuò)設(shè)計(jì)，a相、b相c相電樞繞組分別交叉排列在每個(gè)單元電機(jī)上，其繞組相序依次為a相、b相、c相、b相、c相、a相、c相、a相、b相，即abc-bca-cab，從而構(gòu)成一個(gè)完整的三相繞組。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

19、1、本發(fā)明采用了前后側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向移位180°電角度的并聯(lián)互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，其可以消除永磁同步弧形電機(jī)三相反電勢(shì)中的偶次諧波，有效的衰減了齒槽轉(zhuǎn)矩，并利用前后側(cè)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩互補(bǔ)的作用，從而在不影響平均轉(zhuǎn)矩的前提之下，降低了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

20、2、本發(fā)明引入磁場(chǎng)調(diào)制效應(yīng)，并采用了雙邊勵(lì)磁，雙向磁場(chǎng)調(diào)制效應(yīng)的引入有效的提升了氣隙磁密諧波的成分與幅值；轉(zhuǎn)子永磁體為交替極排列，定子永磁體特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，顯著的提升了永磁體利用率，減小了漏磁。在同體積下，電機(jī)擁有更高的平均轉(zhuǎn)矩。

21、3、本發(fā)明對(duì)電機(jī)的繞組進(jìn)行了相序交錯(cuò)設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)abc相序不同，其繞組相序分別為abc-bca-cab。相序交錯(cuò)的繞組設(shè)計(jì)配合定子模塊的120°對(duì)稱(chēng)分布，可使每個(gè)單元電機(jī)同相繞組具有相同的電角度，從而有效的減小了因三相繞組不對(duì)稱(chēng)效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

技術(shù)特征：

1.一種轉(zhuǎn)子交錯(cuò)型雙向磁場(chǎng)調(diào)制的永磁同步弧形電機(jī)，包括：結(jié)構(gòu)相同的前側(cè)電機(jī)和后側(cè)電機(jī)；任意一側(cè)電機(jī)是由轉(zhuǎn)子(ⅰ)及其外側(cè)包圍的定子(ⅱ)組成，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子交錯(cuò)型雙向磁場(chǎng)調(diào)制的永磁同步弧形電機(jī)，其特征在于：對(duì)任意側(cè)電機(jī)而言，轉(zhuǎn)子(ⅰ)均勻分布55個(gè)轉(zhuǎn)子齒(1)和55個(gè)轉(zhuǎn)子永磁體(4)，任意側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體(4)的充磁方向均為徑向，但前、后側(cè)電機(jī)在相同位置的轉(zhuǎn)子永磁體的勵(lì)磁方向相反。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子交錯(cuò)型雙向磁場(chǎng)調(diào)制的永磁同步弧形電機(jī)，其特征在于：對(duì)任意側(cè)電機(jī)而言，所述永磁體單元序列中三塊定子永磁體(9)的勵(lì)磁方向分別為：切向-徑向-切向，且前、后側(cè)電機(jī)在相同位置的定子永磁體(9)的勵(lì)磁方向相反；每個(gè)定子單元總共有19塊定子永磁體(9)，定子單元開(kāi)口無(wú)空隙。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子交錯(cuò)型雙向磁場(chǎng)調(diào)制的永磁同步弧形電機(jī)，其特征在于，所述永磁同步弧形電機(jī)是由前側(cè)電機(jī)與后側(cè)電機(jī)在軸向疊加后形成的并聯(lián)互補(bǔ)結(jié)構(gòu)組成；前側(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與后側(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子之間的軸向移位為180°電角度、機(jī)械角度為；定子(ⅱ)軸向無(wú)移位。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子交錯(cuò)型雙向磁場(chǎng)調(diào)制的永磁同步弧形電機(jī)，其特征在于，前側(cè)電機(jī)與后側(cè)電機(jī)的定子共用一個(gè)三相繞組：每個(gè)定子單元的各相電樞繞組均以串聯(lián)的形式連接為雙層集中繞組，且每個(gè)定子單元的各相電樞繞組的相序交錯(cuò)設(shè)計(jì)，a相、b相c相電樞繞組分別交叉排列在每個(gè)單元電機(jī)上，其繞組相序依次為a相、b相、c相、b相、c相、a相、c相、a相、b相，即abc-bca-cab，從而構(gòu)成一個(gè)完整的三相繞組。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種轉(zhuǎn)子交錯(cuò)型雙向磁場(chǎng)調(diào)制的永磁同步弧形電機(jī)，包括：前側(cè)電機(jī)和后側(cè)電機(jī)，任意側(cè)電機(jī)均由轉(zhuǎn)子和定子組成；轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子背軛、轉(zhuǎn)子齒、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子永磁體組成；定子分為三個(gè)定子單元，每個(gè)定子單元均由定子背軛、定子齒、裂齒、輔助齒、電樞繞組和定子永磁體組成；轉(zhuǎn)子永磁體與轉(zhuǎn)子齒交替均勻分布在轉(zhuǎn)子背軛上；定子背軛套裝在定子齒外側(cè)，電樞繞組由多個(gè)線圈組成，均勻繞制在定子齒上；每三塊定子永磁體為一個(gè)單元，與裂齒交替排列在定子齒的內(nèi)側(cè)。輔助齒包圍在定子單元的兩端；前后側(cè)電機(jī)軸向移位并聯(lián)互補(bǔ)成一個(gè)完整的電機(jī)。本發(fā)明引入磁場(chǎng)調(diào)制效應(yīng)，采用并聯(lián)互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠有效提升弧形電機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩，同時(shí)降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

技術(shù)研發(fā)人員：盤(pán)真保,蔡錦豪,趙吉文,魏凱威
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/4