一种低速大转矩混合磁材料永磁容错电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电工、电机领域，特指一种低速大转矩混合磁材料永磁容错电机。
【背景技术】
[0002]近年来，直接驱动技术迅速发展，因其无传动间隙、无磨损和可靠性高等诸多优点，在高速加工中心和工业母机等领域的应用越来越广泛。在直接驱动技术中，其关键在于电机能否达到低速大转矩的性能要求。
[0003]在保证输出转矩大小的前提下，降低交流电机的转速有两种方法:增加极数和降低频率。极数过多将导致异步电机的体积增大；而频率过低又会使感应电势下降，为了维持感应电动势的数值，不得不增加绕组匝数或者电机体积，而这将增加电机成本、降低电机效率。
[0004]在磁齿轮电机中，当转子转动一个小角度时，气隙空间磁场产生了很大的变化，即形成所谓的“磁齿轮效应”。基于这种原理，人们想到在传统永磁同步电机的定子齿上开槽来实现与磁齿轮电机中类似的调制作用，以绕组通电磁场代替磁齿轮内转子永磁磁场，即构造出了永磁游标电机。它可以在定子电枢极数和槽数较少的情况下，通过在定子结构上引入调制齿，使得绕组在气隙内产生特定的空间谐波与极数较大的永磁体相互作用，从而实现了低速下产生大转矩的目的。另外，通过在永磁游标电机中采用多相结构、分数槽集中绕组以及加入容错齿，可以使得电机的可靠性大大提升。然而，对于一般的表贴式永磁游标电机而言，稀土永磁材料用量较多，且相邻N极和S极永磁体之间存在较为严重的极间漏磁，严重影响了稀土永磁体的利用率，同时电机的定子空间也未能得到充分的利用。
【发明内容】
[0005]本发明是为了解决现有表贴式永磁游标电机中稀土永磁材料用量较多、相邻永磁体极间漏磁严重以及定子空间利用不充分的问题而提出的一种低速大转矩混合磁材料永磁容错电机。该电机中的混合磁材料是指电机定子上嵌装铁氧体永磁材料，转子上嵌装钕铁硼永磁材料。
[0006]本发明米用的技术方案是:一种低速大转矩混合磁材料永磁容错电机，包括:夕卜转子和内定子；所述外转子内表面嵌有单极性的钕铁硼永磁材料；所述内定子包括宽度不等的电枢齿和容错齿，电枢齿上绕有单层集中绕组，径向相对两齿上的集中绕组串联成一相绕组，ABCDE五相绕组在定子10个电枢齿上呈A、D、B、E、C、A、D、B、E、C分布；电枢齿和容错齿的齿端开槽形成等宽的调制极，每两个调制极之间是间隔分布的槽口和小槽，相同电枢齿或者容错齿上两调制极间的小槽内嵌有径向充磁的铁氧体材料，小槽、槽口和调制极三者的高度相同，宽度互不相等。本发明充分利用电机定子上的有限空间，在同一齿上两调制极间的小槽内填满铁氧体材料以增大磁密。
[0007]进一步，所述小槽对应到圆心的角度Θ 1、调制极对应到圆心的角度θ2、槽口对应到圆心的角度θ3，满足关系式θ Θ 3;且每个电枢齿和容错齿上小槽的宽度相等，深度也相同。
[0008]进一步，所述θ2、Θ 3满足关系式:θ ι+2Θ2+Θ3=18。；θ 3取值 4.5°，θ:取值范围为5.3°?5.9°。
[0009]进一步，所述小槽深度的范围为1.8mm?2.2mm。通过增大调制极宽度减小了电机的齿槽转矩，且优化至某一特定值时电机的输出转矩最大。
[0010]进一步，所述调制极在内定子圆周上形成等宽非均匀分布。
[0011]进一步，所述钕铁硼永磁材料的极弧系数为0.5。
[0012]进一步，所述调制极间的铁氧体材料采用与外转子上钕铁硼材料同方向的径向充磁。
[0013]本发明具有以下有益效果:
[0014]1、本发明中外转子内表面采用单极性的钕铁硼永磁材料，使得外转子上钕铁硼的用量减少了一半，很大程度上减少了相邻永磁体极间的漏磁磁通，提高了稀土永磁材料的利用率，降低了电机的制造成本。
[0015]2、本发明中所有定子齿上开有小槽，形成等宽的调制极，定子圆周采用非均匀分布以增大调制极宽度，通过对小槽宽度结合其深度的共同优化，当小槽宽度优化至一定范围时，可以有效减小电机齿槽转矩，并提升输出转矩，使得同样的低转速下能得到更大的功率密度。
[0016]3、本发明中各个定子齿顶的小槽内填有径向励磁的铁氧体，结合外转子上采用的同方向励磁的单极性表嵌式钕铁硼材料，可以充分利用电机自身的有限空间，不增加电机体积及节约成本的前提下，有效增大磁密，提高其输出转矩，因而本发明能更好地满足直接驱动系统中低速大转矩的要求。
【附图说明】
[0017]图1是本发明结构简图；
[0018]图2是原有永磁游标电机结构简图；
[0019]图3是电机定子局部放大图；
[0020]图4是本发明输出转矩随Θ1变化曲线；
[0021]图5是原有游标电机空载磁场分布图；
[0022]图6是本发明空载磁场分布图；
[0023]图7是本发明与原有游标电机空载反电势对比图；
[0024]图8是本发明与原有游标电机输出转矩对比图；
[0025]图1-8中:1_外转子；2_内定子；3_电枢齿；4_容错齿；5_集中绕组；6_调制极；7-槽口 ；8_小槽；9_铁氧体材料；10_钕铁硼永磁材料。
【具体实施方式】
[0026]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0027]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明“多个”的含义是两个或两个以上。
[0028]参照图1，本发明包含同轴的外转子I和内定子2 ;所述内定子2包括宽度不等的电枢齿3和容错齿4，电枢齿3上绕有单层集中绕组5，径向相对两齿上的集中绕组串联成一相绕组，ABCDE五相绕组在定子10个电枢齿3上呈A、D、B、E、C、A、D、B、E、C分布；齿端开槽形成等宽的调制极6，每两个调制极6之间是间隔分布的槽口 7和小槽8，径向充磁的铁氧体材料9嵌于同一齿上两调制极6间的小槽8内，小槽8、槽口 7和调制极6三者的高度相同，宽度互不相等；单极性极弧系数为0.5的钕铁硼永磁材料10嵌于外转子内表面。
[0029]本发明的混合磁