[发明专利]较快响应的表贴式外转子永磁同步电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种外转子永磁同步电机。

背景技术

永磁同步电机广泛应用在工业伺服领域，其具有功率密度大、能量转换效率高、控制特性好等优点。永磁同步电机转子上安装有永磁体，定子上安装绕组，定转子之间设有气隙。转子上的永磁体在气隙中产生N、S极性的磁场。根据交流电机理论，以转子的视角来看，电机中磁场可以分解为直轴和交轴两个分量，一般将N极中心线对应的位置称为直轴，而将N、S极性交界的位置称为交轴。

磁场是电机进行机电能量转换的必要条件。作为无源场，磁场的磁力线总是沿着磁阻最小的路径闭合。在电机中，磁力线需要经过不同的材料（硅钢片、空气、永磁体等）以沿磁阻最小的特定的路径闭合。硅钢片等铁磁材料的磁导率很高，而空气和永磁体磁导率很低。材料磁导率越高，对应的磁阻就越小,所产生绕组电感也就越大。因此，可以通过在磁力线闭合回路中构建不同磁阻的路径来影响电感值。

根据永磁体在转子上的安装位置，永磁同步电机可分为表贴式与内嵌式两大类。传统的表贴式永磁同步电机（如图1所示）中永磁体粘贴在转子表面上，转子内部不开槽，转子直轴与交轴磁路都经过导磁性好的磁性材料，转子直轴与交轴结构对称，交轴电感与直轴电感基本相同，且交轴电感与直轴电感都较大。

内嵌式永磁同步电机（如图2所示）在转子上开槽并将永磁体嵌入到槽中，且内嵌式永磁同步电机直轴磁路包含单个或多个开槽，磁阻较大，开槽可为一字形、V形、W形或圆弧形，开槽走向的设置使得主磁通的磁力线需要通过开槽中的非导磁介质才能闭合，使得直轴磁路磁阻大；而其交轴磁路不包含开槽，因此其交轴磁路的磁阻小，交轴电感大于直轴电感。

永磁同步电机交轴电感越大，同样供电电压下交轴电流的响应就越慢，从而导致电机整体的转矩、速度、位置的伺服响应越慢。以上的内容是公知的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种较快响应的表贴式外转子永磁同步电机，与传统永磁同步电机中交轴电感大于或等于直轴电感不同，本发明通过一种新型的永磁同步电机转子结构，将永磁体粘接在外转子内圆周表面，同时在外转子的铁心中设置与磁力线走向平行的开槽，主磁通的磁力线不经过非导磁介质，可在保证原有的电机性能基础上，进一步减小交轴电感，使得交轴电感小于直轴电感，提升永磁同步电机的伺服响应速度。

实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

较快响应的表贴式外转子永磁同步电机，包括外转子和内定子，所述的外转子套设在内定子外侧且二者之间设有间隙，所述的外转子包括铁心及多个永磁体，所述的多个永磁体均为瓦片形，所述的铁心为圆环形，所述的多个永磁体依次排布且均粘贴在铁心的内圆周面上，多个永磁体均为径向或轴向充磁，每相邻两个永磁体极性相反，铁心上靠近外圆周边缘处设有多个开槽单元，每相邻两个永磁体的两个相邻端对应一个所述的开槽单元。

本发明具有以下有益效果：

本发明的较快响应的表贴式外转子永磁同步电机，其直轴磁路的磁阻小而交轴磁路的磁阻大，交轴电感小于直轴电感。经样机的有限元分析表明，本发明可使交轴电感降低12%以上，同时保证电机额定值与未使用本发明时基本一致。交轴电感的降低可使得交轴电流、转矩响应速度加快。此外，本发明中在铁心上开槽还可以降低电机转子的转动惯量，进一步提升响应速度,本发明的外转子结构可使速度伺服响应速度提升15%，位置伺服响应速度提升12%。

综上，本发明中，外转子通过使用表贴式永磁体，并在外转子内部开槽以及开槽和永磁体的位置配合实现了降低交轴电感的目的，以提高电机的电流、转速和位置伺服响应速度，本发明适合应用于需要快速伺服响应的永磁同步电机上。

附图说明

图1为传统的表贴式永磁同步电机的横断面示意图；

图2为传统的内嵌式永磁同步电机的横断面示意图；

图3为本发明的较快响应的表贴式外转子永磁同步电机的横断面示意图，请使图面清晰，硅钢片具体结构形状未表示；

图4为开槽单元的放大图；

图5为单个开槽单元中的每相邻两个凹槽之间叠放有硅钢片的横断面示意图；

图6为每极对称开槽方式的结构示意图；

图7为每对极对称开槽方式的结构示意图；