[发明专利]一种磁路分解型游标永磁电机

说明书

本发明公开了一种磁路分解型游标永磁电机，属于永磁电机技术领域，包括：嵌套设置的转子和定子；转子包括永磁体和转子导磁铁心；永磁体包括沿转子轴向设置的磁钢单元；转子导磁铁心包括轴向叠片和径向导磁铁心，轴向叠片由U形叠片和“一”字形叠片交替布置。定子铁心为齿槽结构，且齿槽结构内嵌放有电枢绕组，转子导磁铁心的“一”字形叠片与径向导磁铁心通过粘贴或插入的方式连接；磁钢单元为包括径向充磁磁钢和周向充磁磁钢的海尔贝克阵列。本发明在不影响永磁磁场的前提下削弱了电枢磁场，能够在不损失转矩性能的前提下提高电机的功率因数，从而减小驱动器容量，降低了应用成本。

技术领域

本发明属于永磁电机技术领域，更具体地，涉及一种磁路分解型游标永磁电机。

背景技术

工业机器人的控制系统和自动化产品主要涉及伺服电机、减速机、控制器和传感器等。伺服电机是工业机器人的动力系统，一般安装在机器人的“关节”处，是机器人运动的“心脏”。目前，机器人的关节驱动离不开伺服系统，关节越多，机器人的柔性和精准度越高，所要使用的伺服电机的数量就越多。机器人对伺服系统的要求较高，必然满足快速响应、高起动转矩、动转矩惯量比大、调速范围宽。要适应机器人的形体做到体积小、重量轻、加减速运行等条件，且需要高可靠性和稳定性。

电力推进系统以其生命力强、噪声小、运行成本低、布置灵活等优点逐渐成为未来船舶的首选推进方式。推进电机的体积重量和它的输出转矩成正比，而船舶需要低转速、大转矩的推进系统，推进电机体积重量往往限制了电力推进的应用。

近年来，如图1所示，研究人员研发出一类定子转子极数不等的电机，该类电机磁路结构特殊，定子齿槽除起到导磁功能外，还起到气隙磁场调制的功能。在定子齿槽作用下，低速多极励磁磁动势在定子上形成少极高速的励磁磁场，该磁场现象使得该类电机在外特性相当于“高速永磁电机+磁齿轮箱”，具有超高转矩密度，学术界将这种特殊的电机电磁场工作原理，统称为磁场调制电机，游标永磁电机就是其中一种典型电机拓扑，与常规永磁电机相比，游标永磁电机具有高转矩密度、反电势正弦度好、转矩脉动小等特点，在供电、材料、尺寸与冷却条件相同的情况下，游标永磁电机的转矩密度在理论上可达到常规永磁电机的2～4倍，转矩密度优势非常显著，工程应用前景十分广阔。然而，过低的功率因数是当前游标永磁电机的技术难点，严重阻碍了高转矩密度游标永磁电机的工程应用。

现有的游标永磁电机的主要缺点是其功率因数低，导致给定输出功率的情况下，需增大驱动变流器容量，从而带来增加成本，降低系统运行可靠性等问题。所以，提高游标永磁电机的功率因数成为该电机大规模应用的一个关键问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种磁路分解型游标永磁电机，旨在解决现有的游标永磁电机功率因数低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种磁路分解型游标永磁电机，包括：嵌套设置的转子和定子；转子包括永磁体和转子导磁铁心；永磁体包括沿转子轴向设置的磁钢单元；转子导磁铁心包括轴向叠片和径向导磁铁心，轴向叠片由U形叠片和“一”字形叠片交替布置；定子铁心为齿槽结构，且齿槽结构内嵌放有电枢绕组。

优选地，转子的径向导磁铁心包括径向叠片或实心结构的铁心；

优选地，磁钢单元为包括径向充磁磁钢和周向充磁磁钢的海尔贝克阵列；

优选地，磁钢单元包括若干径向充磁磁钢；

优选地，定子为单齿或分裂齿；

优选地，转子导磁铁心的“一”字形叠片与径向叠片通过粘贴或插入的方式连接；

优选地，磁路分解型游标永磁电机为旋转电机或直线电机；

优选地，磁路分解型游标永磁电机的功率因数为：