一种复合励磁增强型步进电机

本发明属电机制造，具体涉及一种复合励磁增强型步进电机。

背景技术：

1、在自动化时代的今天，传统电机的功能已不能满足数控机床、机器人等各种运动控制系统的要求。而步进电机因其控制便利、特性好、精度高、具有定位转矩等独特的优势能够满足以上领域的应用要求。然而，在要求转矩密度大的应用场合，现有的步进电机受到一定制约，因此，步进电机转矩密度的提升引起了较大关注。

2、然而，永磁电机仅有永磁体励磁，由于永磁磁链的不可控性，电机不能保持高效率和恒定的输出电压。此外，由于电机气隙磁场不可调节，不能很好地满足电机运行环境多变和电机系统可靠的需求，缩小了电机的应用范围。上述缺陷通过复合励磁的方法能够很好的解决，用直流励磁线圈代替永磁体，便于控制磁链，调节气隙磁场，满足电机运行环境多变和电机系统可靠的需求，扩大电机应用领域。

3、公开号为cn107769510a的发明专利《一种定子嵌有u型永磁体的混合式步进电机》公开了一种在定子铁心轭部设置永磁体的步进电机，其转子铁芯只有一段；公开号为cn104600950a的发明专利《一种径向磁通混合式步进电机》公开了一种在转子内部安装的静止铁心上设置永磁体和磁调制环的步进电机。但以上两种电机均仅有永磁体励磁，而由于永磁磁链的不可控性和气隙磁场不可调，不能很好地满足电机运行环境多变和电机系统可靠的需求。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种复合励磁增强型步进电机。包括定子和转子，其中，定子包括定子铁心、电枢绕组、永磁体、励磁绕组和永磁体导条，采用定子复合励磁和永磁体导条拓扑结构，在实现磁阻最小工作原理的同时，可以在线调节气隙磁场，有效改善电机的转矩密度，实现电机多工况高效运行，具有容错能力强、可靠性高、结构简单等优点。

2、一种复合励磁增强型步进电机，其特征在于：包括定子(1)和转子(2)，二者均为凸极结构，定子(1)位于外层，转子(2)位于内层，二者之间构成一层气隙；

3、所述的定子(1)包括定子铁心(3)、电枢绕组(4)、永磁体(5)、励磁绕组(6)和永磁体导条(7)，其中，定子铁心(3)沿着圆周有若干个凸出的磁极(8)，磁极(8)的极面上有小齿；电枢绕组(4)采用集中绕组结构，设置于定子铁心(3)的槽内；永磁体(5)嵌入定子铁心(3)内，永磁体切向充磁，且相邻两块永磁体充磁方向相反；励磁绕组(6)设置于永磁体(5)上；永磁体导条(7)设置于磁极(8)的小槽内，永磁体导条径向充磁，以永磁体(5)连线的电机直径为分界线，相邻两侧永磁体导条(7)充磁方向相反。

4、所述的转子(2)外侧沿圆周方向分布若干个凸极齿，且齿距与定子铁心磁极(8)上小齿的齿距相等；转子(2)由硅钢片沿轴向叠压而成；转子(2)上既无永磁体也无绕组。

5、进一步地，当电枢绕组(4)的相数m不是5的倍数，每相磁极的个数i为4的倍数时，永磁体(5)的块数n满足：

6、

7、永磁体导条(7)划分区域块数j满足：

8、

9、转子(2)凸极齿的个数zr满足：

10、

11、当电枢绕组(4)的相数m是5的倍数，每相磁极的个数i为偶数时，永磁体(5)的块数n满足：

12、

13、永磁体导条(7)划分区域块数j满足：

14、

15、转子(2)凸极齿的个数zr满足：

16、zr＝im或zr＝5km(6)

17、其中，k为正整数。

18、进一步地，所述的定子(1)设置于转子(2)的内侧，构成外转子复合励磁增强型步进电机。

19、进一步地，所述的转子(2)的凸极齿不采用斜极结构。

20、进一步地，所述的转子(2)凸极齿的齿距与定子铁心磁极(8)上小齿的齿距不相等。

21、进一步地，所述的定子铁心(3)采用包括硅钢片在内的导磁材料。

22、进一步地，所述的永磁体(5)和永磁体导条(7)采用包括钕铁硼、钐钴、铁氧体在内的永磁材料。

23、本发明的有益效果是：

24、(1)由于采用定子复合励磁和永磁体导条拓扑结构，在实现磁阻最小工作原理的同时，可以在线调节气隙磁场，有效增加电机的转矩密度，解决现有步进电机的性能问题；能够驱动负载做旋转运动，具有高转矩密度、便于加工装配等优点；

25、(2)由于转子上既无永磁体也无绕组，具有结构简单、可靠性高的优点；

26、(3)由于永磁体导条的加入，增加了主磁通，从而有效增加了电机转矩密度；

27、(4)通过调节励磁线圈顺向串联构成的励磁绕组的电流幅值，可以调节气隙磁场，既可以通过增磁提高电机的转矩密度、也可以通过弱磁扩大电机的恒功率调速范围，从而适应电机的复杂工况；

28、(5)通过采用定子复合励磁的拓扑结构，即使电机出现永磁体退磁问题，也能够继续工作，具有容错能力强、可靠性高等优点；

29、(6)当只有永磁体与电枢绕组相配合，可以拖动负载做旋转运动；当只有永磁体导条与电枢绕组相配合，也可以拖动负载做旋转运动；当永磁体、永磁体导条与电枢绕组相配合，不仅可以拖动负载做旋转运动，还能提高电机的转矩密度；

30、(7)当永磁体或永磁体导条出现退磁问题，电机仍可以运行，提高了电机的可靠性。

技术特征：

1.一种复合励磁增强型步进电机，其特征在于：包括定子(1)和转子(2)，二者均为凸极结构，定子(1)位于外层，转子(2)位于内层，二者之间构成一层气隙；

2.如权利要求1所述的一种复合励磁增强型步进电机，其特征在于：当电枢绕组(4)的相数m不是5的倍数，每相磁极的个数i为4的倍数时，永磁体(5)的块数n满足：

3.如权利要求1所述的一种复合励磁增强型步进电机，其特征在于：所述的定子(1)设置于转子(2)的内侧，构成外转子复合励磁增强型步进电机。

4.如权利要求1所述的一种复合励磁增强型步进电机，其特征在于：所述的转子(2)的凸极齿不采用斜极结构。

5.如权利要求1所述的一种复合励磁增强型步进电机，其特征在于：所述的转子(2)凸极齿的齿距与定子铁心磁极(8)上小齿的齿距不相等。

6.如权利要求1所述的一种复合励磁增强型步进电机，其特征在于：所述的定子铁心(3)采用包括硅钢片在内的导磁材料。

7.如权利要求1所述的一种复合励磁增强型步进电机，其特征在于：所述的永磁体(5)和永磁体导条(7)采用包括钕铁硼、钐钴、铁氧体在内的永磁材料。

技术总结
本发明提供了一种复合励磁增强型步进电机。包括定子和转子，其中，定子包括定子铁心、电枢绕组、永磁体、励磁绕组和永磁体导条，采用定子复合励磁和永磁体导条拓扑结构，在实现磁阻最小工作原理的同时，可以在线调节气隙磁场，有效改善电机的转矩密度，实现电机多工况高效运行，具有容错能力强、可靠性高、结构简单等优点。

技术研发人员：刘景林,柴小宝,肖明朗,卢芷蔓,尚麦霞
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5