一种转子交错型双向磁场调制的永磁同步弧形电机

本发明属于永磁同步电机领域，具体涉及一种转子交错型双向磁场调制的永磁同步弧形电机。

背景技术：

1、在大口径天文望远镜以及伺服转台等低速大转矩的驱动领域，传统的驱动方式通常以旋转电机加齿轮或者变速箱来实现传动，这不仅存在着结构复杂，体积大，效率低且故障率高等问题，而且这种非直驱传动系统摩擦磨损，弹性变形等缺陷也尤为明显，金属疲劳效应加重。而一般的永磁同步电机也难以在有限的空间下发挥作用，且其永磁体利用率不高，电机转矩波动大，难以满足大口径天文望远镜以及伺服转台等低速大转矩驱动领域对系统高精度跟踪的性能要求。为解决上述问题，一种转子交错型双向磁场调制的永磁同步弧形电机作为驱动电机的直驱方式被提出，并成功应用于大口径天文望远镜的驱动。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种转子交错型双向磁场调制的永磁同步弧形电机，以期能满足大型天文望远镜等低速大转矩工况下对驱动电机性能的要求，在相同的体积下，有效的提高永磁同步弧形电机的平均转矩，并降低其转矩脉动，从而能提升电机的运行效率，实现电磁能量的高效利用。

2、本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

3、本发明一种转子交错型双向磁场调制的永磁同步弧形电机，包括：结构相同的前侧电机和后侧电机；任意一侧电机是由转子及其外侧包围的定子组成，其特点在于：

4、所述转子包括：转子齿、转子背轭、转轴和转子永磁体；

5、所述转子永磁体与转子齿交替设置，并均匀分布在转子背轭上；

6、所述转子的轴向中心设置有所述转轴，转子以转轴为中心转动；

7、所述定子是由三个定子单元组成，且沿转子的圆周120°对称分布；

8、每个定子单元包括：定子背轭、定子齿、裂齿、2个辅助齿、定子永磁体和电枢绕组；

9、其中，每个定子单元对应圆周角度为72°，即五分之一圆周；

10、所述定子背轭套装在定子齿的外侧；

11、所述电枢绕组由多个线圈组成，且多个线圈以集中绕组的形式均匀绕制在定子齿上；

12、所述定子永磁体以每三块为一个永磁体单元序列，每个定子单元有7个永磁体单元序列，永磁体单元序列与裂齿严密交替排列在定子齿的内侧；

13、所述辅助齿包围在定子单元的两端；

14、本发明所述的转子交错型双向磁场调制的永磁同步弧形电机的特点在于：对任意侧电机而言，转子均匀分布55个转子齿和55个转子永磁体，任意侧电机转子永磁体的充磁方向均为径向，但前、后侧电机在相同位置的转子永磁体的励磁方向相反。

15、对任意侧电机而言，所述永磁体单元序列中三块定子永磁体的励磁方向分别为：切向-径向-切向，且前、后侧电机在相同位置的定子永磁体的励磁方向相反；每个定子单元总共有19块定子永磁体，定子单元开口无空隙。

16、所述永磁同步弧形电机是由前侧电机与后侧电机在轴向叠加后形成的并联互补结构组成；前侧电机的转子与后侧电机的转子之间的轴向移位为180°电角度、机械角度为；定子轴向无移位。

17、前侧电机与后侧电机的定子共用一个三相绕组：每个定子单元的各相电枢绕组均以串联的形式连接为双层集中绕组，且每个定子单元的各相电枢绕组的相序交错设计，a相、b相c相电枢绕组分别交叉排列在每个单元电机上，其绕组相序依次为a相、b相、c相、b相、c相、a相、c相、a相、b相，即abc-bca-cab，从而构成一个完整的三相绕组。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

19、1、本发明采用了前后侧电机转子轴向移位180°电角度的并联互补结构，其可以消除永磁同步弧形电机三相反电势中的偶次谐波，有效的衰减了齿槽转矩，并利用前后侧电机的输出转矩互补的作用，从而在不影响平均转矩的前提之下，降低了电机的转矩脉动。

20、2、本发明引入磁场调制效应，并采用了双边励磁，双向磁场调制效应的引入有效的提升了气隙磁密谐波的成分与幅值；转子永磁体为交替极排列，定子永磁体特殊的结构设计，显著的提升了永磁体利用率，减小了漏磁。在同体积下，电机拥有更高的平均转矩。

21、3、本发明对电机的绕组进行了相序交错设计，与传统abc相序不同，其绕组相序分别为abc-bca-cab。相序交错的绕组设计配合定子模块的120°对称分布，可使每个单元电机同相绕组具有相同的电角度，从而有效的减小了因三相绕组不对称效应引起的转矩脉动。

技术特征：

1.一种转子交错型双向磁场调制的永磁同步弧形电机，包括：结构相同的前侧电机和后侧电机；任意一侧电机是由转子(ⅰ)及其外侧包围的定子(ⅱ)组成，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的转子交错型双向磁场调制的永磁同步弧形电机，其特征在于：对任意侧电机而言，转子(ⅰ)均匀分布55个转子齿(1)和55个转子永磁体(4)，任意侧电机转子永磁体(4)的充磁方向均为径向，但前、后侧电机在相同位置的转子永磁体的励磁方向相反。

3.根据权利要求1所述的转子交错型双向磁场调制的永磁同步弧形电机，其特征在于：对任意侧电机而言，所述永磁体单元序列中三块定子永磁体(9)的励磁方向分别为：切向-径向-切向，且前、后侧电机在相同位置的定子永磁体(9)的励磁方向相反；每个定子单元总共有19块定子永磁体(9)，定子单元开口无空隙。

4.根据权利要求1所述的转子交错型双向磁场调制的永磁同步弧形电机，其特征在于，所述永磁同步弧形电机是由前侧电机与后侧电机在轴向叠加后形成的并联互补结构组成；前侧电机的转子与后侧电机的转子之间的轴向移位为180°电角度、机械角度为；定子(ⅱ)轴向无移位。

5.根据权利要求1所述的转子交错型双向磁场调制的永磁同步弧形电机，其特征在于，前侧电机与后侧电机的定子共用一个三相绕组：每个定子单元的各相电枢绕组均以串联的形式连接为双层集中绕组，且每个定子单元的各相电枢绕组的相序交错设计，a相、b相c相电枢绕组分别交叉排列在每个单元电机上，其绕组相序依次为a相、b相、c相、b相、c相、a相、c相、a相、b相，即abc-bca-cab，从而构成一个完整的三相绕组。

技术总结本发明公开了一种转子交错型双向磁场调制的永磁同步弧形电机，包括：前侧电机和后侧电机，任意侧电机均由转子和定子组成；转子由转子背轭、转子齿、转轴、转子永磁体组成；定子分为三个定子单元，每个定子单元均由定子背轭、定子齿、裂齿、辅助齿、电枢绕组和定子永磁体组成；转子永磁体与转子齿交替均匀分布在转子背轭上；定子背轭套装在定子齿外侧，电枢绕组由多个线圈组成，均匀绕制在定子齿上；每三块定子永磁体为一个单元，与裂齿交替排列在定子齿的内侧。辅助齿包围在定子单元的两端；前后侧电机轴向移位并联互补成一个完整的电机。本发明引入磁场调制效应，采用并联互补的结构设计，能够有效提升弧形电机的平均转矩，同时降低转矩脉动。技术研发人员：盘真保,蔡锦豪,赵吉文,魏凯威受保护的技术使用者：合肥工业大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4