一种基于T型永磁体的交替极永磁游标电机的制作方法

本发明涉及永磁游标电机技术领域，具体涉及一种基于t型永磁体的交替极永磁游标电机。

背景技术：

随着对高性能永磁材料研究的不断深入，永磁电机近些年来发展迅速。交替极永磁电机最常用于磁悬浮领域，用来减小电机转矩与悬浮性能之间的耦合效应，同时其永磁体为同极性排列，以相邻铁芯代替另一极永磁体，减少永磁体用量，节约成本，简化工艺。然而寻常的交替极永磁电机永磁体利用率不高，且应用范围较窄，局限性较大。近年来有学者提出交替极永磁游标电机，来提高交替极永磁电机永磁体利用率。但是这种电机采用了爪极式定子齿作为调制极，其部分磁路会提前闭合，虽一定程度上提高了电机效率，但并不能对永磁体利用率有实质性的提高。

技术实现要素：

本发明的目的就是要针对现有装置的不足，提供一种基于t型永磁体的交替极永磁游标电机，其采用平行定子齿的交替极永磁游标电机，具有噪声小，永磁体利用率高，制造成本低，运行平稳，效率高的特点。

为实现上述目的，本发明所涉及的一种基于t型永磁体的交替极永磁游标电机，包括输出轴、外转子和内定子，所述外转子与输出轴固定连接，所述内定子与输出轴旋转连接；

所述外转子由t型永磁体与转子铁芯组成，所述内定子上还设有电枢绕组，所述电枢绕组的外端还设有halbach阵列永磁体；

所述外转子和内定子设置在由前端盖和后端盖形成的空间内，所述内定子与后端盖固定连接，所述前端盖与输出轴旋转连接，所述前端盖与后端盖上设有通风孔。

进一步地，所述t型永磁体与转子铁芯设有多块，所述永磁体的充磁方向皆为沿径向指向圆心方向，所述转子铁芯与所述t型永磁体交替排列布置，所述转子铁芯的径向厚度与所述t型永磁体的径向最厚处厚度相等。

更进一步地，所述内定子上设有多个定子槽，所述内定子的定子槽为平行齿梯形槽，所述电枢绕组为多个三相绕组，所述多个电枢绕组分别绕在各个定子槽上，所述halbach阵列永磁体有多块，所述多块halbach阵列永磁体设置在各个定子槽中固定，所述halbach阵列永磁体由三块小永磁体组成，其中两块永磁体充磁方向为沿周向向内，另一块永磁体充磁方向为沿径向向外。

进一步地，所述外转子与输出轴之间通过外转子支撑件固定连接，所述内定子与后端盖之间通过内定子支撑件固定连接，所述内定子支撑件通过连接轴承与输出轴连接。

更进一步地，所述前端盖通过连接轴承套接在输出轴上。

作为优选项，所述转子铁芯的宽度为θc、径向厚度为lc，所述t型永磁体的周向总宽度为θa，凸台宽度为θb，台阶处厚度为lp，凸台处厚度为lc-lp，设参数α为t型永磁体上凸台所占宽度比，则α＝θb/θa，所述α的值为0.25～0.5。

作为优选项，设参数β为所述t型永磁体上凸台所占厚度比，则β＝(lc-lp)/lc，所述β的值为0.25～0.75。

作为优选项，设参数γ为所述t型永磁体的极弧系数，则γ＝θa/(θa+θc)，所述γ的值为0.5～1。

作为优选项，所述halbach阵列永磁体两侧永磁体所占宽度为θp，中间永磁体所占宽度为θq，设参数δ为两边永磁体分别所占宽度比值，即δ＝θp/(2θp+θq)，所述δ的值为0.15～0.35。

作为优选项，所述ns为内定子的调制齿个数，pr1为外转子上的t型永磁体个数，pr2为电枢绕组的极对数，所述ns、pr1、pr2满足如下关系式：ns＝pr1+pr2。

本发明的优点在于：

1、其具有噪声小，永磁体利用率高，制造成本低，运行平稳，效率高的特点；

2、其采用t型永磁体作为外转子永磁体，在实现聚磁的同时减小电机谐波，增大电机输出性能的同时提高电机稳定性；

3、其外转子永磁体为交替极永磁体，即永磁体同极性排列，省掉另一极永磁体，节省了永磁体用量，降低制造成本；

4、其内定子上安装halbach阵列永磁体来增加气隙一侧磁密，大幅提高电机气隙磁密，增大电机输出性能；

5、其满足游标效应，以平行定子齿作为调制极进行调磁，实现了低速大转矩的功能；

6、其对交替极永磁电机进行了改进，能广泛应用于各种低速直驱的场合中，解决了目前交替极永磁电机应用范围窄，局限性大的问题。

附图说明

图1为本发明的内部结构示意图；

图2为内定子与外转子的结构示意图；

图3为t型永磁体的安装示意图；

图4为halbach阵列永磁体的安装示意图；

图5为实施例的磁力线仿真示意图；

图6为实施例的空载反电动势仿真图；

图7为实施例的空载反电动势傅里叶分解图。

图中：t型永磁体1、转子铁芯2、halbach阵列永磁体3、内定子4(其中：定子槽4.1)、电枢绕组5、外转子6、后端盖7、内定子支撑件8、前端盖9、外转子支撑件10、连接轴承11、输出轴12、连接轴承13、通风孔14。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1～4，一种基于t型永磁体的交替极永磁游标电机，包括输出轴12、外转子6和内定子4，所述外转子6与输出轴12固定连接，所述内定子4与输出轴12旋转连接；所述外转子6由t型永磁体1与转子铁芯2组成，所述内定子4上还设有电枢绕组5，所述电枢绕组5的外端还设有halbach阵列永磁体3；所述外转子6和内定子4设置在由前端盖9和后端盖7形成的空间内，所述内定子4与后端盖7固定连接，所述前端盖9与输出轴12旋转连接，所述前端盖9与后端盖7上设有通风孔14。

所述t型永磁体1与转子铁芯2设有多块，所述永磁体1的充磁方向皆为沿径向指向圆心方向，所述转子铁芯2与所述t型永磁体1交替排列布置，所述转子铁芯2的径向厚度与所述t型永磁体1的径向最厚处厚度相等。所述内定子4上设有多个定子槽4.1，所述内定子4的定子槽4.1为平行齿梯形槽，所述电枢绕组5为多个三相绕组，所述多个电枢绕组5分别绕在各个定子槽4.1上，所述halbach阵列永磁体3有多块，所述多块halbach阵列永磁体3设置在各个定子槽4.1中固定，所述halbach阵列永磁体3由三块小永磁体组成，其中两块永磁体充磁方向为沿周向向内，另一块永磁体充磁方向为沿径向向外。所述外转子6与输出轴12之间通过外转子支撑件10固定连接，所述内定子4与后端盖7之间通过内定子支撑件8固定连接，所述内定子支撑件8通过连接轴承13与输出轴12连接。所述前端盖9通过连接轴承11套接在输出轴12上。

本实施例中，所述t型永磁体1与转子铁芯2均设有5块，所述内定子4上设有9个定子槽4.1，所述电枢绕组5为9个三相绕组，所述halbach阵列永磁体3有9块；

所述转子铁芯2的宽度为θc、径向厚度为lc，所述t型永磁体1的周向总宽度为θa，凸台宽度为θb，台阶处厚度为lp，凸台处厚度为lc-lp，设参数α为t型永磁体1上凸台所占宽度比，则α＝θb/θa，所述α的值为设参数β为所述t型永磁体1上凸台所占厚度比，则β＝(lc-lp)/lc，所述β的值为0.5。设参数γ为所述t型永磁体1的极弧系数，则γ＝θa/(θa+θc)，所述γ的值为0.75。所述halbach阵列永磁体3两侧永磁体所占宽度为θp，中间永磁体所占宽度为θq，设参数δ为两边永磁体分别所占宽度比值，即δ＝θp/(2θp+θq)，所述δ的值为0.25。所述ns为内定子4的调制齿个数，pr1为外转子6上的t型永磁体1个数，pr2为电枢绕组5的极对数，所述ns、pr1、pr2满足如下关系式：ns＝pr1+pr2。

如图5～7，分别为本实施例的磁力线仿真示意图、空载反电动势仿真图、空载反电动势傅里叶分解图，本发明在实际使用时：

外转子6与内定子4间隔有气隙，改变气隙长度电机性能会发生变化，气息长度范围在0.5mm-2mm之间，本实施例中气隙为1mm。前端盖9与后端盖7通过螺栓固连，将电机进行封装。

转子铁芯2的宽度为θc、径向厚度为lc，t型永磁体1的周向总宽度为θa，凸台宽度为θb，台阶处厚度为lp，凸台处厚度为lc-lp，设参数α为t型永磁体1上凸台所占宽度比，则α＝θb/θa，α的值为设参数β为t型永磁体1上凸台所占厚度比，则β＝(lc-lp)/lc，β的值为0.5。设参数γ为t型永磁体1的极弧系数，则γ＝θa/(θa+θc)，γ的值为0.75。halbach阵列永磁体3两侧永磁体所占宽度为θp，中间永磁体所占宽度为θq，设参数δ为两边永磁体分别所占宽度比值，即δ＝θp/(2θp+θq)，δ的值为0.25。ns为内定子4的调制齿个数，pr1为外转子6上的t型永磁体1个数，pr2为电枢绕组5的极对数，ns、pr1、pr2满足如下关系式：ns＝pr1+pr2。

参数α、β反应电机永磁体形状变化，参数γ影响电机输出性能，改变参数α、β和γ，电机性能会有很大变化，本实施例中α、β和γ分别为1/3、0.5、0.75。改变参数δ可改变halbach阵列永磁体3所增加的气隙磁密值。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。