混合磁材料永磁容错游标电的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种混合磁材料永磁容错游标电机，包括同轴的外转子和内定子，所述内定子包括定子铁芯和定子绕组，所述外转子包括内磁场的Ha1bach永磁阵列和转子铁芯，所述Ha1bach永磁阵列贴于转子铁芯的内表面，由径向磁化的钕铁硼永磁材料和切向磁化的铁氧体永磁材料相间排列组成。本实用新型的改进降低了相邻N极和S极永磁体之间的漏磁磁通，提高了稀土永磁材料的利用率；并且由于铁氧体永磁材料的使用，减少了稀土永磁材料的用量，降低了电机的制造成本。
【专利说明】混合磁材料永磁容错游标电机
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种永磁同步电机，特指一种混合磁材料永磁容错游标电机。
【背景技术】
[0002] 直接驱动技术将电机与负载直接相联，取消了传统的机械变速机构，从而可以省 去诸如机械疲劳、摩擦损耗以及震动噪音等诸多弊端，其应用领域十分广泛，尤其在新能 源、国防、先进制造业等诸多要求低速高转矩的特殊场合。而衡量驱动系统性能好坏的一个 重要指标是电机转矩密度的大小，电机在直接驱动系统中的功能相当于"设备的心脏"。随 着时代的发展，许多应用场合对电机的要求不只停留在于尺寸和效率的大小方面，而且对 电机的性能有更高的要求。
[0003] 传统永磁电机常用大幅增加槽数、绕组数和永磁体极数的方法，来提高其低速大 转矩的能力，可是电机体积和重量也会随之增加，虽然其输出转矩因此而提高，但系统的转 矩密度却无法达到要求。因此，一种新型高转矩密度永磁电机一永磁游标电机得到诸多学 者的关注并对其开展了相关的研究，它是基于"磁齿轮效应"工作的，通过在定子结构上引 入调制齿，在定子电枢极数和槽数较少的情况下，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，从而实现了低速大转矩的性能。可是，对于表贴式永磁游标电机 而言，相邻N极和S极永磁体之间存在较为严重的漏磁，严重影响了稀土永磁体的利用率。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的为了解决现有表贴式永磁游标电机中相邻永磁体之间严重漏 磁和稀土永磁材料的利用率偏低的问题而提出的一种混合磁材料永磁容错游标电机。该混 合磁材料电机是指在该电机中既使用铁氧体永磁材料，又使用钕铁硼永磁材料。
[0005] 本实用新型采用的技术方案是：
[0006] -种混合磁材料永磁容错游标电机，包括同轴的外转子和内定子，所述内定子包 括定子铁芯和定子绕组，所述外转子包括内磁场的Halbach永磁阵列和转子铁芯，所述 Ha 1 b a c h永磁阵列表贴于转子铁芯的内表面，由径向磁化的钕铁硼永磁材料和切向磁化的 铁氧体永磁材料相间排列组成。上述改进降低了相邻N极和S极永磁体之间的漏磁磁通， 提高了稀土永磁材料的利用率；并且由于铁氧体永磁材料的使用，减少了稀土永磁材料的 用量，降低了电机的制造成本。
[0007] 作为本实用新型的进一步，所述Halbach永磁阵列的钕铁硼永磁材料宽度与调制 齿宽度相等。当钕铁硼永磁材料宽度与调制齿宽度相等时，所述Halbach永磁阵列的钕铁 硼永磁材料的利用率最高，并且此时漏磁磁通很少。
[0008] 作为本实用新型的进一步，所述钕铁硼永磁材料与铁氧体永磁材料的宽度比为 3 : 1。此时，所述Halbach永磁阵列的钕铁硼永磁材料的利用率最优。
[0009] 作为本实用新型的进一步，所述定子绕组为三相单层集中绕组，所述单层集中绕 组交替缠绕在电枢齿上。由于采用了容错齿和单层集中式绕组，使得该电机在结构上具有 自解耦作用，从而具有很高的各相磁隔离、热隔离、物理隔离和电隔离的容错能力。
[0010] 作为本实用新型的进一步，所述定子铁芯和转子铁芯采用DW540_50材料冲片叠 压而成。
[0011] 本实用新型的有益效果是：本实用新型的混合磁材料永磁容错游标电机由于使用 了铁氧体永磁材料作为相邻N极和S极永磁体之间的隔磁磁障，降低了相邻N极和S极永 磁体之间的漏磁磁通，提高了稀土永磁材料的利用率；并且由于铁氧体永磁材料的使用，减 少了稀土永磁材料的用量，降低了电机的制造成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1是本实用新型结构简图；
[0013] 图2是原有游标电机结构简图；
[0014] 图3是永磁体与调制齿宽度示意图；
[0015] 图4是原有游标电机开路磁场分布图；
[0016] 图5是本实用新型开路磁场分布图；
[0017] 图6是本实用新型与原有游标电机定位转矩对比图；
[0018] 图7是本实用新型与原有游标电机反电势对比图；
[0019] 图8是本实用新型与原有游标电机反电势谐波分析对比图。
[0020] 图1-8中：1_定子铁芯；2-转子铁芯；3-电枢齿；4-容错齿；5-集中绕组；6-调制 齿；7-钕铁硼永磁材料；8-铁氧体永磁材料。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0022] 如图1所示，一种混合磁材料永磁容错游标电机，包括同轴的外转子和内定子，所 述内定子包括定子铁芯1和定子绕组，所述外转子包括内磁场的Halbach永磁阵列和转子 铁芯2,所述Halbach永磁阵列表贴于转子铁芯2的内表面，由径向磁化的钕铁硼永磁材料 7和切向磁化的铁氧体永磁材料8相间排列组成。所述定子铁芯1外周顶部分布着交替排 列的电枢齿3和容错齿4,电枢齿3和容错齿4的齿宽大小不一致；调制齿6均匀地分布在 电枢齿3和容错齿4的齿顶部,并且每个电枢齿和每个容错齿上调制齿数相等。
[0023] 进一步，所述Halbach永磁阵列的钕铁硼永磁材料7宽度与调制齿6宽度相等。
[0024] 进一步，所述钕铁硼永磁材料7与铁氧体永磁材料8的宽度比为3 : 1。
[0025] 进一步，所述定子绕组为三相单层集中绕组5,所述单层集中绕组5交替缠绕在电 枢齿3上。
[0026] 进一步，所述定子铁芯1和转子铁芯2采用DW540_50材料冲片叠压而成。
[0027] 如图3所示，给出了钕铁硼永磁材料7和铁氧体永磁材料8及调制齿宽度的关系， 为了体现该混合磁材料容错永磁游标电机的优势，本实用新型给出了其与原有永磁游标电 机（附图中也称原有电机，如图2)的性能对比。如表1所示，表1给出了在不同的钕铁硼 永磁材料7的宽度Q与调制齿6的宽度L 2比值下，混合磁材料电机反电势幅值和基波幅 值，从表1可以看出U与L2比值小于1时，随着其比值的增大，即增加稀土材料的用量，混 合磁材料电机的电磁性能在增大；可是其比值大于1时，即使再增加稀土材料的用量，混合 磁材料电机电磁性能亦基本不变；因此，综合考虑稀土永磁材料的用量和反电势基波幅值， 与L2比值为1时，混合磁材料电机能得到很好的电磁性能；此外，表1也给出了在不同的 U与L2比值下，混合磁材料电机总磁力线和有效磁力线及漏磁磁力线条数，从表中可以看 出随着U与L 2比值的增大，总磁力线和漏磁磁力线条数亦随之增大，但是有效磁力线条数 在U与L2比值为1时，达到最大，此时，钕铁硼永磁材料7的利用率最高，相应的漏磁磁通 亦很小，并且钕铁硼永磁材料7宽度Q与铁氧体永磁材料8宽度L 3的比为3 : 1。
[0028] 表 1
[0029]
【权利要求】
1. 一种混合磁材料永磁容错游标电机，其特征在于：包括同轴的外转子和内定子，所 述内定子包括定子铁芯（1)和定子绕组，所述外转子包括内磁场的Halbach永磁阵列和转 子铁芯⑵，所述Halbach永磁阵列表贴于转子铁芯⑵的内表面，由径向磁化的钕铁硼永 磁材料（7)和切向磁化的铁氧体永磁材料（8)相间排列组成。
2. 根据权利要求1所述的一种混合磁材料永磁容错游标电机，其特征在于：所述 Halbach永磁阵列的钕铁硼永磁材料（7)宽度与调制齿（6)宽度相等。
3. 根据权利要求1所述的一种混合磁材料永磁容错游标电机，其特征在于：所述钕铁 硼永磁材料（7)与铁氧体永磁材料（8)的宽度比为3 : 1。
4. 根据权利要求1所述的一种混合磁材料永磁容错游标电机，其特征在于：所述定子 绕组为三相单层集中绕组（5)，所述单层集中绕组（5)交替缠绕在电枢齿（3)上。
5. 根据权利要求1所述的一种混合磁材料永磁容错游标电机，其特征在于：所述定子 铁芯⑴和转子铁芯⑵采用DW540_50材料冲片叠压而成。
【文档编号】H02K21/22GK204046382SQ201420394969
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】刘国海, 邵明明, 陈前, 赵文祥 申请人:江苏大学