專利名稱：具有串激特性的高啟動轉(zhuǎn)矩永磁電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及永磁電機的技術(shù)，特別是涉及一種具有串激特性的高啟動轉(zhuǎn)矩 永磁電機的技術(shù)。
背景技術(shù)：
永磁直流(伺服)電機作為快速響應(yīng)驅(qū)動元件廣泛應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)中，而 自動控制系統(tǒng)有很多場合都要求永磁直流(伺服)電機具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩和快速 響應(yīng)能力。另外為了滿足啟動、加速的需要，永磁直流(伺服)電機還必須具有較 高的過載能力。
永磁直流(伺服)電機中，電機的轉(zhuǎn)矩與電樞直徑的平方、電樞長度、線負(fù)荷 及氣隙磁密成正比；在特定條件下，電機的機械時間常數(shù)與電機電樞的轉(zhuǎn)動慣量成 正比，與氣隙磁密的平方成反比；電機的加速度和轉(zhuǎn)矩成正比，與轉(zhuǎn)動慣量成反比。
綜上所述，要提高轉(zhuǎn)矩、提高加速度和減小時間常數(shù)(即提高啟動轉(zhuǎn)矩、過載 能力和快速響應(yīng)能力)，都必須提高氣隙磁密。目前的永磁直流(伺服)電機最大的 缺點之一是其永磁磁通為一恒定值，僅具有并激(并勵)、他激(他勵)特性，不能 像串激(串勵)電機那樣利用大電流產(chǎn)生足夠大的氣隙磁密。因此，為了提高其啟 動轉(zhuǎn)矩、過載能力和快速響應(yīng)能力，必須增大電機體積，使其用途大受限制，特別 是不能用于要求高啟動轉(zhuǎn)矩的場合。

實用新型內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種 能利用大電流產(chǎn)生足夠大的氣隙磁密，從而提高其啟動轉(zhuǎn)矩、過載能力和快速響應(yīng)能力的具有串激特性的高啟動轉(zhuǎn)矩永磁電機。
為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型所提供的一種具有串激特性的高啟動轉(zhuǎn)矩 永磁電機，包括定子、轉(zhuǎn)子、至少一對永磁磁極，所述轉(zhuǎn)子套設(shè)于定子內(nèi)，由同軸 套接的電樞鐵芯和轉(zhuǎn)軸組成，所述電樞鐵芯設(shè)有徑向向外開口的電樞槽，用于嵌放 電樞繞組，各永磁磁極軸對稱固定于所述定子的內(nèi)壁，且與所述轉(zhuǎn)子之間具有氣隙， 其特征在于所述永磁磁極由一塊高導(dǎo)磁率的附加磁極和一塊磁鋼接合而成，其整 體呈弧形，所述附加磁極的導(dǎo)磁率遠(yuǎn)大于所述磁鋼的導(dǎo)磁率。
本實用新型提供的具有串激特性的高啟動轉(zhuǎn)矩永磁電機，由于永磁磁極由磁鋼 和附加磁極組成，而且附加磁極的導(dǎo)磁率遠(yuǎn)大于磁鋼的導(dǎo)磁率，利用電樞反應(yīng)對磁 鋼去磁作用的同時所產(chǎn)生的增磁效應(yīng)對附加磁極產(chǎn)生增磁磁勢，使得永磁磁極的總 磁通隨著負(fù)載的增加而顯著增加，從而使電機獲得與串勵式電機類似的串激特性， 使得電機能利用大電流產(chǎn)生足夠大的氣隙磁密，從而提高其啟動轉(zhuǎn)矩、過載能力和 快速響應(yīng)能力。


圖1是本實用新型實施例的永磁電機的剖面結(jié)構(gòu)示意圖2是本實用新型實施例的永磁電機空載、負(fù)載去磁和負(fù)載增磁的磁鋼特性曲
線；
圖3是本實用新型實施例的永磁電機電樞反應(yīng)磁勢的分布圖； 圖4是本實用新型實施例的永磁電機附加磁極的飽和曲線圖； 圖5是本實用新型實施例的永磁電機對應(yīng)電樞電流的各部分磁通圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖說明對本實用新型的實施例作進一步詳細(xì)描述，但本實施例并不 用于限制本實用新型，凡是采用本實用新型的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本實用新型的保護范圍。
如圖1所示，本實用新型實施例所提供的一種具有串激特性的高啟動轉(zhuǎn)矩永磁 電機，包括定子1、轉(zhuǎn)子、至少一對永磁磁極，所述轉(zhuǎn)子套設(shè)于定子1內(nèi)，由同軸 套接的電樞鐵芯7和轉(zhuǎn)軸8組成，所述電樞鐵芯7設(shè)有徑向向外開口的電樞槽5，
用于嵌放電樞繞組，各永磁磁極軸對稱固定于所述定子1的內(nèi)壁，且與所述轉(zhuǎn)子之
間具有氣隙4，其特征在于所述永磁磁極由一塊附加磁極3和一塊磁鋼2接合而 成，其整體呈弧形，所述附加磁極3由高導(dǎo)磁率材料制成，其導(dǎo)磁率遠(yuǎn)大于所述磁 鋼2的導(dǎo)磁率。
所述磁鋼2和附件磁極3均呈弧形，所述磁鋼2和附件磁極3的弧度角(機械角度)， 再乘以極對數(shù)即為磁鋼2和附件磁極3的電角度，所述永磁磁極的電角度為磁鋼2和附件 磁極3的電角度之和，通過調(diào)節(jié)磁鋼2和附件磁極3的電角度在整個永磁磁極的電角度中 所占的比例，即可調(diào)節(jié)串激特性的強弱，從而調(diào)節(jié)啟動轉(zhuǎn)矩的大小。
本實用新型實施例的工作原理如下
如圖1所示，設(shè)永磁磁極兩端中，磁鋼一端為A、附加磁極一端為C，磁鋼與附 加磁極接合處為B;
圖2為本實用新型實施例的永磁電機空載、負(fù)載去磁和負(fù)載增磁的磁鋼特性曲 線圖，該圖中的軸線D和H分別為磁通密度和磁場強度，交點Br和Hc分別為磁鋼 剩余磁感應(yīng)(剩磁)和矯頑力，曲線D-H為磁鋼去磁曲線，曲線PC、 PA和PB分別 為空載、負(fù)載去磁和負(fù)載增磁特性曲線，曲線PC、 PA和PB與磁鋼去磁曲線D-H的 交點分別為圖1中的C、 A、 B，其相應(yīng)的空載、負(fù)載去磁和負(fù)載增磁的氣隙磁通密 度分別為Bg0、 BgA、 BgB;
圖3為本實用新型實施例的永磁電機電樞反應(yīng)磁勢的分布圖，該圖中的2、 3、 A、 B、 C分別與圖1中標(biāo)示相對應(yīng)，X為電樞反應(yīng)磁勢、Y為負(fù)載去磁磁勢、Z為負(fù) 載增磁磁勢，箭頭方向為磁通方向，6m、 ea分別為磁鋼2與附加磁極3所占的電角度；
圖4為本實用新型實施例的永磁電機附加磁板的飽和曲線圖，該圖中的軸線Bg 和F分別為氣隙磁密和磁勢；BgB和BgC分別為附加磁極B和C兩端與電樞鐵芯間 的氣隙磁密；BgV為附加磁極下的氣隙平均磁密；FB、 FC分別為附加磁極B、 C兩端 的電樞反應(yīng)增磁磁勢，其它標(biāo)示與圖3中標(biāo)示相對應(yīng)；
圖5為本實用新型實施例的永磁電機對應(yīng)電樞電流的各部分磁通圖，該圖中的 $t、 la分別為磁通和電樞繞組電流；Ll、 L2、 L3分別為磁鋼磁通^m、附加磁極磁 通0a和永磁磁極磁通4n隨電樞繞組電流la的變化曲線，其中虛線和實線分別為忽 略磁路飽和和考慮磁路飽和兩種情況；
1) 電機空載時磁鋼的磁通；
電機空載時的磁通回路有兩條(參見圖l)，其中一條從磁鋼2起經(jīng)氣隙4、電樞鐵 芯7、定子l、回至磁鋼2，另一條從磁鋼2起經(jīng)氣隙4 (磁鋼2處)、電樞鐵芯7、氣隙4 (附加磁極3處)、附加磁極3、定子1回至磁鋼2;
2) 電機負(fù)載時磁鋼的磁通；
如圖2、圖3所示，A、 B兩端的電樞反應(yīng)磁勢FA、 FB分別為<formula>formula see original document page 6</formula>式中Z為總導(dǎo)體數(shù)，Ia為電樞繞組電流，a為電樞繞組并聯(lián)支路對數(shù)，P為永磁磁 極對數(shù)，6m、 ea分別為磁鋼2與附加磁極3所占電角度。
如圖3所示，電樞反應(yīng)對單位長度磁鋼的去磁(A點)磁勢HA與增磁(B點)磁勢HB
分別為<formula>formula see original document page 6</formula>式中hm為磁鋼厚度；設(shè)A、 B兩點氣隙磁密為BgA與BgB，磁鋼截面為Am，則負(fù)載時磁鋼的磁通^m為 4>m=[ (BgA+BgB) /2] xAm;
3) 電機負(fù)載時附加磁極的磁通；
如圖2、圖3所示，B、 C兩端的電樞反應(yīng)磁勢FB、 FC分別為 FB=[ (Zxla) / (4xaxP) ] x (0m-[ (em+6a) /2]}/180°; FO-FA=[ (Zxla) / (8xaxP) ]x[ (6m+0a)/180°];
以上式求得的電樞反應(yīng)磁勢為增磁磁勢，該增勢磁勢與圖4中的附加磁極飽和曲線 的交點，即為B、 C兩點與電樞鐵芯間的氣隙磁密BgB、 BgC，從而得到附加磁極下的氣 隙平均磁密BgV與附加磁極的磁通》a為
BgV= (BgB+BgC) /2;
$a=BgVxAga;
式中Aga為附加磁極下的氣隙截面。
4) 磁鋼的總磁通；
如圖5所示，附加磁極與磁鋼組合成永磁磁極的總磁通。t，為磁鋼磁通。m與附加 磁極磁通^a的疊加，即^t-0m+^a，空載時^m為最大值，由于電樞反應(yīng)的去磁作用， 隨著電樞繞組電流Ia的增加，cDm將減少(參見圖5的曲線L1);相反，由于電樞反應(yīng)的 增磁作用，^a將增加(參見圖5的曲線L2);永磁磁極的總磁通^t為磁鋼磁通4)m與附 加磁極磁通。a的疊加(參見圖5的曲線L3)，永磁磁極的總磁通②t隨著電樞繞組電流 Ia的增加而顯著增加。圖5中虛線和實線分別表示忽略磁路飽和和考慮磁路飽和兩種情 況?？梢娙绻怕凡伙柡?，》t隨Ia的增加更為顯著。
綜上所述，可得出以下結(jié)論
1)電機在空載、輕載和穩(wěn)態(tài)時，電樞繞組在電流的作用下產(chǎn)生的電樞反應(yīng)影響較 小，其磁路不飽和，因此定子磁阻和電樞鐵芯磁阻很小，附加磁極與電樞鐵芯間的氣 隙的磁阻遠(yuǎn)大于定子與電樞鐵芯的合成磁阻，流進附加磁極磁通很小，大部分磁通由磁鋼產(chǎn)生，因而不會影響電機效率。
2)電機在有負(fù)載時，電樞繞組在電流的作用下產(chǎn)生電樞反應(yīng)，此時永磁磁極中 心的電樞磁勢為零，由于電樞反應(yīng)對磁鋼去磁作用的同時也伴隨有增磁效應(yīng)，使得 電樞反應(yīng)對磁鋼產(chǎn)生去磁磁勢的同時對附加磁極產(chǎn)生增磁磁勢；由于附加磁極由磁 阻小的高導(dǎo)磁率材料制成，因此能提供較大的磁通，附加磁極的磁通與磁鋼的磁通 疊加使總磁通隨著負(fù)載的增加而顯著增加，從而使電機獲得與串勵式電機類似的串 激特性，使得電機能在大電流下輸出大轉(zhuǎn)矩，采用此結(jié)構(gòu)可使磁鋼用量減少三分之
本實用新型可替代交直流兩用電機或串激直流電機，應(yīng)用于要求高啟動轉(zhuǎn)矩的 場合，例如電動工具等。
權(quán)利要求1、一種具有串激特性的高啟動轉(zhuǎn)矩永磁電機，包括定子、轉(zhuǎn)子、至少一對永磁磁極，所述轉(zhuǎn)子套設(shè)于定子內(nèi)，由同軸套接的電樞鐵芯和轉(zhuǎn)軸組成，所述電樞鐵芯設(shè)有徑向向外開口的電樞槽，用于嵌放電樞繞組，各永磁磁極軸對稱固定于所述定子的內(nèi)壁，且與所述轉(zhuǎn)子之間具有氣隙，其特征在于所述永磁磁極由一塊附加磁極和一塊磁鋼接合而成，其整體呈弧形，所述附加磁極的導(dǎo)磁率大于所述磁鋼的導(dǎo)磁率。
專利摘要一種具有串激特性的高啟動轉(zhuǎn)矩永磁電機，涉及永磁電機技術(shù)領(lǐng)域，所解決的是現(xiàn)有技術(shù)不具有串激特性的技術(shù)問題。該永磁電機包括定子、轉(zhuǎn)子、至少一對永磁磁極，所述轉(zhuǎn)子套設(shè)于定子內(nèi)，由同軸套接的電樞鐵芯和轉(zhuǎn)軸組成，所述電樞鐵芯設(shè)有徑向向外開口的電樞槽，用于嵌放電樞繞組，各永磁磁極軸對稱固定于所述定子的內(nèi)壁，且與所述轉(zhuǎn)子之間具有氣隙，其特征在于所述永磁磁極由一塊附加磁極和一塊磁鋼接合而成，其整體呈弧形，所述附加磁極的導(dǎo)磁率遠(yuǎn)大于所述磁鋼的導(dǎo)磁率。本實用新型提供的永磁電機，具有串激特性。
文檔編號H02K1/17GK201430477SQ20092006864
公開日2010年3月24日 申請日期2009年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月10日
發(fā)明者林德芳 申請人:上海特波電機有限公司