專利名稱：磁場減速型低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷直流電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及永磁無刷直流電機，尤其是磁場減速型低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷直 流電機，屬于電機制造技術領域。
技術背景電機是傳動系統(tǒng)中必不可少的重要部分，性能優(yōu)越的電機可以使整個傳動 系統(tǒng)有更廣闊的應用前景。傳統(tǒng)電機都是以較高速度旋轉(zhuǎn)的，很難滿足各種工 業(yè)設備運行的需要，大量機械負載要求運行于低速大轉(zhuǎn)矩，因此電機必須與龐 大的減速機構配套使用。電力驅(qū)動系統(tǒng)一般是由電機拖動機械變速部件，機械 齒輪箱是比較常見的機械變速部件。當電機使用齒輪傳動后，不僅使系統(tǒng)尺寸 增大、重量增加，而且造成噪聲高、轉(zhuǎn)動慣量大及效率低等各種不利因素。同 時由于齒輪精度的限制，齒輪傳動往往影響系統(tǒng)的性能，因而低速大轉(zhuǎn)矩直接 驅(qū)動系統(tǒng)在新能源，電動車輛等領域有著緊迫的需求。低速大轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動系 統(tǒng)既節(jié)約能源，又能減低成本，有著廣闊的應用前景。近年來，隨著電力電子 技術、永磁材料和微機控制技術的發(fā)展，永磁無刷直流電機得到迅速發(fā)展，永 磁無刷直流電機具有高效、高功率密度、高可靠性的特點，隨著高性能永磁材 料的問世，大大提高了永磁無刷直流電機的功率密度和性能。電力直接驅(qū)動的 主要目的就是為了消除由于使用機械齒輪箱而引起的噪聲、震動、磨損等缺點。 磁力傳動就是為了消除機械齒輪箱的缺點而發(fā)展起來的新型傳動方式，與傳統(tǒng) 機械傳動部件相比，磁力傳動有很多潛在的優(yōu)點非接觸傳動、無摩擦損耗、 低振動、低噪聲、不需要潤滑、精確的轉(zhuǎn)矩傳動能力、固有的過載保護能力、 免維護、無油污、高可靠，等等。同時隨著高性能永磁材料的問世，磁力傳動 的轉(zhuǎn)矩密度得到了提高，近來， 一種新型永磁齒輪結構的提出，大大提高了永 磁齒輪所能傳輸?shù)淖畲筠D(zhuǎn)矩和效率。當這種永磁齒輪與永磁直流無刷電機聯(lián)合 驅(qū)動，整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩密度得到了明顯的提升，但是屬于二級傳動，系 統(tǒng)響應較慢，結構也較為復雜。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種磁場減速型低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷直流電機，使電 機直接實現(xiàn)磁場減速以達到低速大轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明的磁場減速型低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷直流電機，包括內(nèi)定子，外定子 和位于內(nèi)外定子之間的轉(zhuǎn)子，內(nèi)定子由沿圓周方向開槽的內(nèi)定子鐵心和置于槽內(nèi)的電樞繞組構成，外定子由環(huán)狀定子鐵心和固定在環(huán)狀定子鐵心內(nèi)表面交替排列的N極、S極永磁體構成，轉(zhuǎn)子由相間排列的導磁體和非導磁體組成。本發(fā)明的永磁無刷直流電機中，所說的內(nèi)定子鐵心的槽可以是閉口槽，開 口槽或半開口槽。所說的電樞繞組可以為集中繞組，分數(shù)槽繞組或分布繞組構 成的三相繞組。所說的導磁體是由硅鋼片疊制而成，非導磁體為塑料，鋁或陶 瓷。本發(fā)明的永磁無刷直流電機的電樞繞組極對數(shù)P、轉(zhuǎn)子上導磁體的個數(shù)w和 永磁體的個數(shù)2^,滿足公式^="-^。工作時，將三相繞組與控制驅(qū)動電路相連，控制驅(qū)動電路接到直流電源。 利用轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置，由此確定三相繞組的導通狀態(tài)，因為直流 電源通過控制驅(qū)動電路給三相繞組加載頻率為/的三相電壓，則在三相繞組中流 過頻率同為/的三相電流，于是內(nèi)定子側(cè)氣隙磁場產(chǎn)生速度",=60//;7 (p為電 樞繞組極對數(shù))的旋轉(zhuǎn)磁場，由于轉(zhuǎn)子的調(diào)制作用，內(nèi)定子側(cè)氣隙旋轉(zhuǎn)磁場被 調(diào)制為極對數(shù)為^=("-p) G為導磁體個數(shù))，速度 =-"j7/^的旋轉(zhuǎn)磁場，因 此通過轉(zhuǎn)子的調(diào)制作用，使內(nèi)定子側(cè)氣隙磁場和永磁體側(cè)氣隙磁場的旋轉(zhuǎn)速度 產(chǎn)生轉(zhuǎn)速比，從而實現(xiàn)磁場的減速，在內(nèi)定子側(cè)和永磁體側(cè)不同速度旋轉(zhuǎn)磁場 的作用下，使轉(zhuǎn)子以速度為 Ww旋轉(zhuǎn)，達到明顯的降速，實現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩的目 的。通過控制加到電樞繞組上的電壓大小和頻率，則可調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，適合 不同場合的需要。 本發(fā)明的有益效果1. 結合了永磁無刷直流電機和永磁齒輪的優(yōu)點，明顯降低了電機的轉(zhuǎn)速，而 提高了輸出轉(zhuǎn)矩。2. 去除了機械齒輪箱，簡化了電力驅(qū)動系統(tǒng)的結構，提高了可靠性。3. 可采用傳統(tǒng)永磁無刷直流電機的控制方法，控制靈活、多樣。


圖1是本發(fā)明磁場減速型低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷直流電機的結構示意圖。
具體實施方式
參照圖1，磁場減速型低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷直流電機，包括內(nèi)定子，外定子 和位于內(nèi)外定子之間的轉(zhuǎn)子，內(nèi)定子由沿圓周方向開槽的內(nèi)定子鐵心1和置于 槽內(nèi)的電樞繞組2構成，外定子由環(huán)狀定子鐵心5和粘貼在環(huán)狀定子鐵心5內(nèi) 表面交替排列的N極、S極永磁體4構成，轉(zhuǎn)子3由相間排列的導磁體3.1和非導磁體3.2組成。圖示實例中，電樞繞組2為三相四對極集中繞組，永磁體4為22對極，轉(zhuǎn) 子上的導磁體3.1和非導磁體3.2分別有26個，滿足公式a-w-p。三相繞組通過永磁無刷直流電機控制器連接到直流電源。施加一定的電壓 和頻率，在電樞繞組中產(chǎn)生頻率為/的三相電流，則轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度為60/7"。本發(fā)明將永磁齒輪的運行原理集成在永磁無刷直流電機，替代了機械式的 減速齒輪箱， 一方面簡化了電力驅(qū)動系統(tǒng)的結構，提高了可靠性，另一方面可 以直接采用傳統(tǒng)永磁無刷直流電機的控制方法，控制靈活、多樣，并且提高了 控制的響應速度，最重要的是結合了永磁無刷直流電機和永磁齒輪的優(yōu)點，明 顯降低了電機的轉(zhuǎn)速，而提高了輸出轉(zhuǎn)矩。
權利要求
1.磁場減速型低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷直流電機，其特征在于，包括內(nèi)定子，外定子和位于內(nèi)外定子之間的轉(zhuǎn)子，內(nèi)定子由沿圓周方向開槽的內(nèi)定子鐵心(1)和置于槽內(nèi)的電樞繞組(2)構成，外定子由環(huán)狀定子鐵心(5)和固定在環(huán)狀定子鐵心(5)內(nèi)表面交替排列的N極、S極永磁體(4)構成，轉(zhuǎn)子(3)由相間排列的導磁體(3.1)和非導磁體(3.2)組成。
2. 根據(jù)權利要求1所述的磁場減速型低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷直流電機，其特 征在于所說的內(nèi)定子鐵心(1)的槽是閉口槽，開口槽或半開口槽。
3. 根據(jù)權利要求1所述的磁場減速型低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷直流電機，其特 征在于所說的電樞繞組(2)為集中繞組，分數(shù)槽繞組或分布繞組構成的三相繞 組。
4. 根據(jù)權利要求1所述的磁場減速型低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷直流電機，其特 征在于所說的導磁體(3.1)是由硅鋼片疊制而成。
5. 根據(jù)權利要求1所述的磁場減速型低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷直流電機，其特 征在于所說的非導磁體(3.2)為塑料，鋁或陶瓷。
6. 根據(jù)權利要求1所述的磁場減速型低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷直流電機，其特征 在于所說的電樞繞組(2)極對數(shù)p、轉(zhuǎn)子(3)上導磁體(3.1)的個數(shù)n和永磁 體(4)的個數(shù)2a，滿足公式ah。
全文摘要
本發(fā)明公開的磁場減速型低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷直流電機，包括內(nèi)定子，外定子和位于內(nèi)外定子之間的轉(zhuǎn)子，內(nèi)定子由沿圓周方向開槽的內(nèi)定子鐵心和置于槽內(nèi)的電樞繞組構成，外定子由環(huán)狀定子鐵心和固定在環(huán)狀定子鐵心內(nèi)表面交替排列的N極、S極永磁體構成，轉(zhuǎn)子由相間排列的導磁體和非導磁體組成。電樞磁場通過轉(zhuǎn)子的調(diào)制作用，使內(nèi)定子側(cè)氣隙磁場和永磁體側(cè)氣隙磁場的旋轉(zhuǎn)速度產(chǎn)生轉(zhuǎn)速比，從而實現(xiàn)磁場的減速，在內(nèi)定子側(cè)和永磁體側(cè)不同速度旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，達到明顯的降速，實現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩的目的。本發(fā)明簡化了電力驅(qū)動系統(tǒng)的結構，工作可靠，響應快速。
文檔編號H02K3/28GK101404435SQ200810063000
公開日2009年4月8日 申請日期2008年7月11日 優(yōu)先權日2008年7月11日
發(fā)明者沈建新, 王利利 申請人:浙江大學