准Halbach阵列外转子式永磁同步无齿轮曳引机制造技术

一种准Halbach阵列外转子式永磁同步无齿轮曳引机，涉及无齿轮曳引机技术领域，包括机座、转轴、外转子、内定子、曳引轮和制动器，外转子包括磁体安装架和永磁体，磁体安装架安装在转轴上，永磁体按准Halbach阵列围绕设在内定子外周、内定子与外壳体之间，并与磁体安装架固定连接；准Halbach永磁体阵列由底面为n条边的正多边形棱柱状永磁体固定在外转子的永磁体安装架上形成，其中n为大于3的整数。加工难度低，磁体的一致性高。具有气隙磁场谐波分量下降，磁场分布更接近于理想正弦，磁体截面边长减小，转子的厚度尺寸大幅减少，在保证强度的情况下，转子的转动惯量减少，曳引机整体重量下降，可以提高控制的精度等优点。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
准Halbach阵列外转子式永磁同步无齿轮曳引机
本专利技术涉及无齿轮曳引机
，详细讲是一种结构简单，工艺性好，加工方便，永磁材料利用率高，传动效率高，噪音更小，运行平稳，易于控制，成本低廉的准Halbach阵列永磁同步无齿轮曳引机。
技术介绍
曳弓丨机是电梯的核心执行部件，它的性能直接影响电梯运行的舒适性、安全性和节能效果。曳引机的发展历史总体上来讲，经历了有齿式到无齿式的发展过程。在20世纪初，美国OTIS公司专利技术了摩擦曳引驱动的曳引机，这种曳引机体积小且通用性强，因此，成为了当时被广泛应用的曳引机形式。此后出现了直齿圆柱齿轮传动方式和蜗轮蜗杆传动方式，由于蜗轮蜗杆传动方式的显著优点，使其成为当时有齿轮电梯曳引机的主流形式。到了70年代，开始出现斜齿轮传动的曳引机，具有高效率、高精度的优点。在20世纪90年代，出现了新式的行星传动曳引机。随着科技的进步，电梯对曳引机的性能提出了体积小、效率高、低速大转矩等更高的要求，使得传统蜗轮蜗杆传动的曳引机已经逐渐暴露出劣势。自1996年芬兰KONE电梯公司发布了首款基于永磁同步电机的无机房电梯系统以来，无齿轮永磁同步电梯曳引机备受瞩目，在电梯行业得到广泛应用，知名曳引机制造厂商陆续推出各具特色的永磁同步无齿轮曳引机。与传统曳引机相比，永磁同步无齿轮曳引机具有以下优点:(I)采用小机房(或无机房)设计方案，提高了建筑物的利用率；(2)由于采用永磁同步电机直接驱动，曳引机传动效率可以提高20%_30% ；(3)噪声显著降低，可减小噪声10分贝以上；(4)降低维护费用和难度。目前，无齿轮永磁同步电梯曳引机已经在大部分垂直升降电梯中广泛应用，同时，自动扶梯曳引机也已经开始向无齿轮永磁同步曳引机方向发展。现有的外转子式永磁同步无齿轮曳引机包括机座、转轴、外转子、内定子、曳引轮和制动器。机座的结构是设有截面呈]形外壳体，外壳体中部设有向机座内凸起的转轴安装套，转轴经轴承安装在转轴安装套内，转轴安装套与外壳体围成环形定子安装室，定子安装室内的转轴安装套上设有内定子。外转子包括磁体安装架和永磁体，磁体安装架安装在转轴上，永磁体设在内定子与外壳体之间并与磁体安装架固定连接，由于曳引机需要低转速、大扭矩的特性，其转子上的永磁体一般形成5-15个极对；曳引轮设在磁体安装架一侧上。如国家知识产权局2008年9月10日公开了一件申请号为:200810027443.4、名称为:一种外转子式永磁同步无齿轮曳引机即为上述结构。Halbach阵列的概念是由K.Halbach于1980年提出的，最初主要应用于高能物理领域，由于其独特的性能，逐渐被引入到电机应用中并展示出极大的优势:I)气隙磁场呈理想正弦分布。这可以降低定子铁芯的损耗，适用于高速高效场合，同时可以消除转矩脉动；2)由于自屏蔽的特点，转子铁芯可以省去，降低电机质量；3)可以采用集中非重叠的定子绕组，实现高转矩密度、低铜损和高效率；4)磁体材料利用率高，可以产生很高的磁通密度。国家知识产权局2007年10月10日公开了一件申请号为:200710057327.2、名称为:HALBACH永磁无齿轮电梯曳引机的专利技术专利，其公开了将Halbach永磁体阵列应用于电梯曳引机的结构。现有的应用Halbach永磁体阵列的电动机中均是将不同充磁方向的圆弧形磁体粘贴固定在转子表面形成准Halbach阵列,这种结构的准Halbach阵列需要对圆弧形磁体进行至少四个方向的充磁，需要复杂的充磁设备，制造成本高，充磁操作复杂、费时费力，电能利用率低，浪费能源。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种所需充磁设备简单，制造成本低廉，充磁操作简单，省时省力，节约能源，磁体内磁场分布均匀，强度一致性高，曳引机性能高的准Halbach阵列外转子式永磁同步无齿轮曳引机。本专利技术可以解决上述现有技术的不足，所采用的技术方案是:—种准Halbach阵列外转子式永磁同步无齿轮曳引机,包括机座、转轴、夕卜转子、内定子、曳引轮和制动器，外转子包括磁体安装架和永磁体，磁体安装架安装在转轴上，永磁体按准Halbach阵列围绕设在内定子外周、内定子与外壳体之间，并与磁体安装架固定连接；其特征在于，准Halbach永磁体阵列由底面为η条边的正多边形棱柱状永磁体固定在外转子的永磁体安装架上形成，其中η为大于3的整数。本专利技术中所述的η为偶数。本专利技术中η优选6、8或10。本专利技术中所述的正多边形棱柱状永磁体经连接架固定在永磁体安装架上，所述的连接架为对应圆心角角度为m的弧形，m能整除360,相邻两个棱柱状永磁体的充磁方向成360/n度角、并且沿连接架弧形的周向依次排列在连接架，外转子的永磁体安装架上绕内定子一周共安装360/m个连接架,360/m个连接架上的棱柱状永磁体整体形成准Halbach阵列。所述的连接架由至少两块形状相同、沿轴向平行设置的弧形连接板组成，连接板上沿连接板弧形的周向均布有正η边形安装孔，棱柱状永磁体的两端分别固定安装在安装孔内。一个连接架上的棱柱状永磁体形成准Halbach永磁体阵列的一个极。本专利技术中所述的机座的结构是:设有截面呈]形的外壳体，外壳体中部设有向机座内凸起的转轴安装套，转轴经轴承安装在转轴安装套内，转轴安装套与外壳体围成一侧敞口的环形定子安装室，转轴安装套与截面呈]形外壳体的周向侧面间的侧壁中部设有向机座内凸起的环形定子座，内定子安装在环形定子座上，永磁体按Halbach阵列围绕设在内定子外周、内定子与外壳体的环形侧壁之间以及内定子内周、内定子与转轴安装套之间，并与磁体安装架固定连接。永磁体在内定子的内外两侧形成双层的准Halbach永磁体阵列，与同等材料制成的其他类型曳引机相比漏磁少，扭矩大，永磁体材料利用率高。同等材料是指采重量相同的同种材料。对比图6和7可以看出，在同等材料情况下，本专利技术所采用的双层Halbach结构的磁力线在气隙内部闭合，形成屏蔽的环形气隙空间，降低了气隙空间内、外的漏磁，同时气隙磁密也较单层结构有较大幅度的提高。本专利技术中所述外转子的磁体安装架上设有伸入截面呈]形外壳体敞口空间内部的、内定子外周、内定子与外壳体之间的环形外层支撑架，以及内定子内周、内定子与转轴安装套之间的环形内层支撑架，永磁体按Halbach阵列设在环形外层支撑架的内周上以及环形内层支撑架外周上本专利技术中永磁体采用钕铁硼材料，磁体安装架采用铝合金材料。本专利技术由于采用磁体块截面是底面为η条边(η为偶数)的正多边形棱柱状永磁体，沿某一对平行对边中点连线方向充磁即可，因此只需制造一种磁体就可实现准Halbach阵列所需的多种方向，降低加工难度和成本，磁体的一致性可以保证。在降低了加工难度和成本的情况下，这样的设计可以更好的逼近理想Halbach阵列；在转子半径不变的情况下，永磁体截面正多边形的边数增加时，组成一个转子磁极所需的永磁体个数也增加，这使得气隙磁场谐波分量下降，磁场分布更接近于理想正弦，同时，磁体截面边长会减小，这样就会使得转子的厚度尺寸大幅减少，在保证强度的情况下，转子的转动惯量减少，曳引机整体重量下降，可以提高控制的精度。【附图说明】图1是本专利技术的结构示意图。图2是图1的左视图。图3是本专利技术中永磁体底面为正八边形时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种准Halbach阵列外转子式永磁同步无齿轮曳引机，包括机座、转轴、外转子、内定子、曳引轮和制动器，外转子包括磁体安装架和永磁体，磁体安装架安装在转轴上，永磁体按准Halbach阵列围绕设在内定子外周、内定子与外壳体之间，并与磁体安装架固定连接；其特征在于，准Halbach永磁体阵列由底面为n条边的正多边形棱柱状永磁体固定在外转子的永磁体安装架上形成，其中n为大于3的整数。

【技术特征摘要】
1.一种准Halbach阵列外转子式永磁同步无齿轮曳引机,包括机座、转轴、夕卜转子、内定子、曳引轮和制动器，外转子包括磁体安装架和永磁体，磁体安装架安装在转轴上，永磁体按准Halbach阵列围绕设在内定子外周、内定子与外壳体之间，并与磁体安装架固定连接；其特征在于，准Halbach永磁体阵列由底面为η条边的正多边形棱柱状永磁体固定在外转子的永磁体安装架上形成，其中η为大于3的整数。2.根据权利要求1所述的准Halbach阵列外转子式永磁同步无齿轮曳引机，其特征在于所述的η为偶数。3.根据权利要求2所述的准Halbach阵列外转子式永磁同步无齿轮曳引机，其特征在于所述的η为6、8或10。4.根据权利要求1或3所述的准Halbach阵列外转子式永磁同步无齿轮曳引机，其特征在于所述的正多边形棱柱状永磁体经连接架固定在永磁体安装架上，所述的连接架为对应圆心角角度为m的弧形，m能整除360,相邻两个棱柱状永磁体的充磁方向成360/n度角、并且沿连接架弧形的周向依次排列在连接架，外转子的永磁体安装架上绕内定子一周共安装360/m个连接架,360/m个连接架上的棱柱状永磁体整体形成准Halbach阵列。5.根据权利要求4所述的准Halbach阵列外转子式永磁同步无齿轮曳引机，其特征在于所述的连接架由至少两块形...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大方，杨博文，周传炜，齐骥，廖江敏，
申请(专利权)人：王大方，
类型：新型
国别省市：山东;37