本發(fā)明涉及交替極混合勵磁直驅(qū)游標(biāo)電機(jī)，用于具有恒功率運行范圍大的運動要求的場合。

背景技術(shù)：

近年來，可以省去機(jī)械齒輪傳動的直驅(qū)驅(qū)動系統(tǒng)成為了業(yè)內(nèi)的研究熱點。傳統(tǒng)的直接驅(qū)動電機(jī)，雖然具有可以減少機(jī)械損耗、噪聲、提高效率等特點，但是為了獲得較大的轉(zhuǎn)矩，體積一般較大，不適用于一些特殊要求的場合。

基于“磁齒輪效應(yīng)”的永磁游標(biāo)電機(jī)，將調(diào)磁極引入永磁電機(jī)定子齒充當(dāng)磁齒輪電機(jī)中的調(diào)磁環(huán)，對氣隙磁場進(jìn)行調(diào)節(jié)，將轉(zhuǎn)速低的磁場調(diào)制成轉(zhuǎn)速高的磁場，實現(xiàn)自增速。永磁游標(biāo)電機(jī)具有低速大轉(zhuǎn)矩的特點，適用于軌道交通以及電動汽車等應(yīng)用場合。然而，傳統(tǒng)永磁游標(biāo)電機(jī)的氣隙磁場難以調(diào)節(jié)，限制了電機(jī)的調(diào)速范圍。通過引入勵磁繞組，能夠有效地調(diào)節(jié)電機(jī)氣隙磁場，實現(xiàn)弱磁擴(kuò)速，擴(kuò)大電機(jī)調(diào)速范圍。中國專利(申請?zhí)枺?01510268915)公布了一種定子永磁型混合勵磁游標(biāo)電機(jī)，每個定子的電樞齒上分別繞有一套集中式的勵磁繞組，與電樞繞組共同放置在定子槽中，并且永磁體安放在定子V型的永磁體槽內(nèi)。C.Liu在“A Novel Flux-Controllable Vernier Permanent-Magnet Mchine”中提出了一種新型磁場可調(diào)型永磁游標(biāo)電機(jī)，其采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，勵磁繞組與電樞繞組以集中分布的方式嵌入定子槽中，保證電機(jī)低速運行時大轉(zhuǎn)矩輸出，同時提升了電機(jī)高速運行時的弱磁能力。然而，上述結(jié)構(gòu)共同缺點在于勵磁繞組與電樞繞組共同放置于定子槽中，降低了電樞繞組對定子槽的利用率，對電機(jī)的電磁性能有負(fù)面影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種交替極混合勵磁直驅(qū)游標(biāo)電機(jī)，實現(xiàn)寬范圍的電機(jī)調(diào)速，并提高電樞繞組對定子槽的空間利用率。

技術(shù)方案：交替極混合勵磁直驅(qū)游標(biāo)電機(jī)，包括外轉(zhuǎn)子和定子；所述定子包括沿周向均勻分布的定子槽和定子齒，所述定子槽為開口槽結(jié)構(gòu)，所述定子槽內(nèi)嵌有集中式分布的電樞繞組；所述定子齒的端部分裂為三個調(diào)磁極，位于中間的調(diào)磁極上套有集中式分布的直流勵磁繞組。

進(jìn)一步的，所述外轉(zhuǎn)子包括由導(dǎo)磁材料疊壓而成的外轉(zhuǎn)子鐵心，在外轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)側(cè)等距離開寬度相等的槽，形成的外轉(zhuǎn)子齒為鐵心極，所述槽內(nèi)嵌入徑向充磁的永磁體，所述永磁體與鐵心極等寬，沿外轉(zhuǎn)子內(nèi)表面周向均勻陣列布置的所述鐵心極與永磁體形成轉(zhuǎn)子交替極。

進(jìn)一步的，所述定子具有6個定子齒、18個調(diào)制極，所述外轉(zhuǎn)子上設(shè)有17塊永磁體和17個鐵心極。

有益效果：由于定子電樞繞組采用集中分布方式，直流勵磁繞組嵌套在調(diào)制極上，轉(zhuǎn)子采用了交替極結(jié)構(gòu)，這種混合勵磁游標(biāo)電機(jī)具有如下優(yōu)點：

定子不再需要復(fù)雜的分布繞組或定、轉(zhuǎn)子斜槽等措施來獲得氣隙磁密的正弦波分布；勵磁繞組靠近氣隙，能夠有效調(diào)節(jié)氣隙磁場，并且充分利用電機(jī)內(nèi)空間。

勵磁繞組嵌套在調(diào)制極上，使勵磁繞組與電樞繞組分開，提高了電樞繞組對定子槽的空間利用率，降低了下線的難度，簡化了整個電機(jī)的結(jié)構(gòu)，不僅利于裝配而且降低了加工工藝上的難度。

轉(zhuǎn)子交替極有效降低永磁用量，降低了工業(yè)制造成本，同時進(jìn)一步提升了電機(jī)弱磁能力，擴(kuò)大了電機(jī)調(diào)速范圍。

電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，利于高速運行，可應(yīng)用于具有恒功率運行范圍大的運動要求的場合。

附圖說明

圖1為交替極混合勵磁直驅(qū)游標(biāo)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2位外轉(zhuǎn)子部分示意圖；

圖3為定子部分示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。

如圖1所示，交替極混合勵磁直驅(qū)游標(biāo)電機(jī)，包括外轉(zhuǎn)子I和定子II。如圖2所示，外轉(zhuǎn)子包括由導(dǎo)磁材料疊壓而成的外轉(zhuǎn)子鐵心1，如十號鋼或硅鋼片。在外轉(zhuǎn)子鐵心1內(nèi)側(cè)等距離開寬度相等的槽，形成的外轉(zhuǎn)子齒為鐵心極2，槽內(nèi)嵌入徑向充磁的永磁體3，永磁體3與鐵心極2等寬，沿外轉(zhuǎn)子內(nèi)表面周向均勻陣列布置的所述鐵心極2與永磁體3形成轉(zhuǎn)子交替極。本實施例中，外轉(zhuǎn)子上設(shè)有17塊永磁體3和17個鐵心極2，在氣隙中形成17對極的磁場，加工裝配工藝簡單，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較好。采用穩(wěn)定性好，矯頑力大，剩磁高的永磁體材料，如釹鐵硼永磁體材料等。

如圖3所示，定子包括定子鐵軛8，沿定子鐵軛8周向均勻分布的定子槽和定子齒6。定子槽為開口槽結(jié)構(gòu)，本實施例中，圓周上等距分布六個定齒槽，相鄰定子齒6的夾角為60°。定子槽內(nèi)嵌有集中式分布的電樞繞組7，即每個定子齒6繞有一套電樞繞組。定子齒6的端部分裂為三個調(diào)磁極4，位于中間的調(diào)磁極上套有直流勵磁繞組5。電樞繞組6與勵磁繞組5均由銅導(dǎo)線組成。定子鐵軛8、定子齒6及調(diào)制極4材質(zhì)為高導(dǎo)磁材料，如十號鋼或硅鋼片。

上述的交替極混合勵磁直驅(qū)游標(biāo)電機(jī)，在定子齒6上纏繞的電樞繞組7構(gòu)成三相電樞繞組，在三相電樞繞組中通有三相對稱的工頻交流電流，形成空間旋轉(zhuǎn)的1對極磁場，通過調(diào)制極4的調(diào)制，在氣隙中產(chǎn)生17對極旋轉(zhuǎn)磁場，與外轉(zhuǎn)子I旋轉(zhuǎn)時交替極產(chǎn)生的17對極旋轉(zhuǎn)磁場進(jìn)行耦合作用，進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，進(jìn)行電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)外轉(zhuǎn)子低速轉(zhuǎn)動情況下，電機(jī)的較大轉(zhuǎn)矩輸出。直流勵磁繞組5嵌套在每個齒位于中間位置的調(diào)磁極4上，用于調(diào)節(jié)氣隙磁密，對電機(jī)進(jìn)行有效的弱磁調(diào)速。當(dāng)電機(jī)處于低速運行時，勵磁線圈不通電；當(dāng)電機(jī)工作在高速運行情況下，在勵磁繞組5中通直流電流，在所嵌套的調(diào)磁極上產(chǎn)生與電機(jī)主磁通反向的磁通，減弱主磁通，在保持電機(jī)輸入功率不變情況下，轉(zhuǎn)矩輸出下降，進(jìn)而提升電機(jī)轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對電機(jī)的弱磁擴(kuò)速。直驅(qū)游標(biāo)電機(jī)采用混合勵磁的勵磁方式，通過在勵磁繞組5中施加直流調(diào)磁電流來改變電機(jī)的氣隙磁場，實現(xiàn)寬范圍的電機(jī)調(diào)速，提高電機(jī)的調(diào)速性能。

上述的交替極混合勵磁直驅(qū)游標(biāo)電機(jī)，勵磁繞組5嵌入調(diào)制極4間空隙，位置靠近定轉(zhuǎn)子間氣隙，提高了空間利用率；同時，不占用定子槽空間，提高了三相電樞繞組對定子槽空間利用率，進(jìn)而提高了電機(jī)的電磁性能。

上述的交替極混合勵磁直驅(qū)游標(biāo)電機(jī)，相對于傳統(tǒng)表貼式永磁游標(biāo)電機(jī)，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)采用交替極，永磁體用量減少了一半，并且有利于調(diào)節(jié)定轉(zhuǎn)子氣隙磁密，能夠有效的實現(xiàn)弱磁擴(kuò)速。

上述的交替極混合勵磁直驅(qū)游標(biāo)電機(jī)，充分利用電機(jī)內(nèi)空間，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可靠性好，利于高速運行，不僅大大降低了電機(jī)的制造成本且轉(zhuǎn)矩的輸出不受影響，應(yīng)用于具有恒功率運行范圍大的運動要求的場合。定子II上所繞的電樞繞組7及直流勵磁繞組5均采用集中分布方式，結(jié)構(gòu)簡單，繞線方便，定子槽利用率高。

上述的交替極混合勵磁直驅(qū)游標(biāo)電機(jī)，單個定子齒6端部的調(diào)制極4數(shù)量Z可以為由1到5的任意整數(shù)，且外轉(zhuǎn)子磁極對數(shù)p_r按照公式進(jìn)行相應(yīng)變化，

Z＝p_r+p_s (1)

p_s為電樞繞組通電時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)。對于所述的交替極混合勵磁直驅(qū)游標(biāo)電機(jī)，直流勵磁線圈可以嵌套在每個齒中間位置的調(diào)制極4上，同時也可以一個勵磁繞組繞在一個定子齒6的兩個或三個調(diào)制極4上。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。