一种高磁阻转矩低速大转矩电机制造技术

一种高磁阻转矩低速大转矩电机，包括机壳、定子、转子、前端盖、后端盖、轴肩和轴承，所述定子与所述机壳固连，所述前端盖和所述后端盖分别置于所述机壳两侧且固定在机壳上，所述转子内置于定子的内圆空腔内，转子固定在所述轴肩上，前端盖与轴肩间放置轴承，后端盖与轴肩间放置轴承，所述定子包括定子铁心和绕组，所述定子铁心包含定子磁轭和定子磁极，所述定子磁极包括一级阶梯齿和二级阶梯齿，所述绕组置于定子磁极间的定子槽中。本发明专利技术能够在不降低电机输出转矩的前提下，有效削弱定子磁极饱和程度，降低定子铁耗，大幅度削弱换相尖峰电流，有效降低了电机驱动系统的容量，并提高了驱动系统的效率，提高了电机的运行可靠性。提高了电机的运行可靠性。提高了电机的运行可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种高磁阻转矩低速大转矩电机


[0001]本专利技术涉及低速大转矩电机
，特别是涉及一种低速大转矩开关磁阻电机。

技术介绍

[0002]在直接驱动场合(如游梁式抽油机)，低速大转矩永磁电机因为消耗大量稀土永磁材料，成本较高，限制了其应用；而开关磁阻电机结构简单坚固、不消耗稀土材料、成本低、可靠性高、启动转矩高，已成为抽油机驱动电机的可选方案之一。
[0003]为获得较大转矩，提高能量转换效率，低速大转矩开关磁阻电机的磁路设计得较为饱和，铁心磁路的高度饱和带来了电感的非线性，从而在电机换相时刻存在较高的尖峰电流。为削弱较高的尖峰电流，专利(申请号：201920630155.1)提出的电流斩波控制电路可以实现对尖峰电流的有效削弱，但软斩波控制电路一方面增加了开关器件的数量，导致成本增加；另一方面，提高了开关器件的开关频率，导致开关损耗较大，降低了系统效率。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：
[0005]本专利技术的目的是提供一种低速大转矩开关磁阻电机，在不降低输出转矩的前提下缓解定子磁极的饱和，大幅削弱换相尖峰电流，降低驱动系统容量，提高系统效率。
[0006]技术方案：
[0007]一种高磁阻转矩低速大转矩电机，包括机壳1、定子2、转子3、前端盖4、后端盖5、轴肩6和轴承7，所述定子2与所述机壳1固连，所述前端盖4和所述后端盖5分别置于所述机壳1两侧且固定在机壳1上，所述转子3内置于定子2的内圆空腔内，转子3固定在所述轴肩6上，前端盖4与轴肩6间放置轴承7，后端盖5与轴肩6间放置轴承7，所述定子2包括定子铁心21和绕组22，所述定子铁心21包含定子磁轭211和定子磁极212，所述定子磁极212包括一级阶梯齿2121和二级阶梯齿2122，所述绕组22置于定子磁极212间的定子槽213中。
[0008]所述二级阶梯齿2122极弧角β
s2
大于所述一级阶梯齿2121极弧角β
s1
，一级阶梯齿2121的齿高为h。
[0009]所述一级阶梯齿2121极弧角β
s1
的确定方法是：一级阶梯齿2121极弧角β
s1
满足公式：min(β
s1
，β
r
)≥2π/mN
r
和β
s1
+β
r
≤2π/N
r
，其中β
r
为转子极弧角，m为电机相数，N
r
为转子极数；将一级阶梯齿2121极弧角β
s1
确定为根据上述公式所求解出的取值范围的最小值；
[0010]所述二级阶梯齿2122极弧角β
s2
的确定方法是：一级阶梯齿2121极弧角β
s1
确定之后，将一级阶梯齿2121齿高h固定为10δ，δ为电机气隙长度，运用有限元分析软件，参数化分析二级阶梯齿2122极弧角β
s2
，以电机转矩常数和峰值电流倍数为参考指标，综合考虑由于定子槽213槽面积的减小对电机发热的影响，确定二级阶梯齿2122极弧角β
s2
的取值；
[0011]所述一级阶梯齿2121齿高h的确定方法是：一级阶梯齿2121极弧角β
s1
，二级阶梯齿2122极弧角β
s2
的取值确定之后，运用有限元分析软件，参数化分析一级阶梯齿2121齿高h，
以电机转矩常数和峰值电流倍数为参考指标，确定一级阶梯齿2121齿高h的取值。
[0012]所述定子2还包括槽楔23，所述槽楔23置于定子槽213内。
[0013]所述定子磁极212还包括极靴2123，极靴2123位凸出于一级阶梯齿2121的内端的两侧，槽楔23与极靴2123相贴合。
[0014]所述极靴2123的尺寸包括靴肩高度h1、靴身高度h2和伸出长度l，极靴2123尺寸的选取方法为：将极靴2123尺寸在以下范围内初步选取，h1＝1～1.5mm，h2＝1.5～2.5mm，l＝1.5～2mm，再利用有限元分析软件，以电机输出转矩和转矩脉动为参考指标，确定极靴参数。
[0015]所述转子3包括转子铁心31和转子支架32，所述转子铁心31和所述转子支架32通过螺栓固定连接，所述转子铁心31的转子极弧角β
r
满足公式：min(β
s1
，β
r
)≥2π/mN
r
和β
s1
+β
r
≤2π/N
r
，根据上述公式求解出转子极弧角β
r
的取值范围，运用有限元分析软件，参数化分析转子极弧角β
r
，以电机转矩常数和转矩脉动为参考指标，确定转子极弧角β
r
的取值。
[0016]所述绕组22由多个成型矩形线圈组成；所述绕组22的线圈为矩形结构，用扁电磁线或圆电磁线绕制。
[0017]所述槽楔23包含楔肩231和楔身232，所述楔肩231置于所述楔身232两侧，楔肩231和楔身232的尺寸及形状满足与极靴2123相贴合的要求。
[0018]优点效果：
[0019]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0020]本专利技术的低速大转矩开关磁阻电机通过对定子磁极采用不同极弧的阶梯式磁极结构，能够在不降低电机输出转矩的前提下，有效削弱定子磁极饱和程度，降低定子铁耗，大幅度削弱换相尖峰电流，有效降低了电机驱动系统的容量，并提高了驱动系统的效率；一级阶梯齿两侧带有极靴的结构，方便了绕组固定，提高了电机的运行可靠性。
附图说明
[0021]为清楚地说明本专利技术实例，下面对实例中所需使用的附图作简单地介绍。
[0022]图1为本专利技术高磁阻转矩低速大转矩电机结构示意图；
[0023]图2为本专利技术高磁阻转矩低速大转矩电机定子部分结构示意图；
[0024]图3为本专利技术高磁阻转矩低速大转矩电机定子铁心结构示意图；
[0025]图4为本专利技术高磁阻转矩低速大转矩电机定子磁极尺寸示意图；
[0026]图5为本专利技术高磁阻转矩低速大转矩电机绕组线圈结构示意图；
[0027]图6为本专利技术高磁阻转矩低速大转矩电机槽楔结构示意图；
[0028]图7为本专利技术高磁阻转矩低速大转矩电机槽楔与极靴结构配合示意图；
[0029]图8为本专利技术高磁阻转矩低速大转矩电机转子结构示意图；
[0030]图9为本专利技术高磁阻转矩低速大转矩电机转子磁极参数示意图；
[0031]图10为本专利技术高磁阻转矩低速大转矩电机轴肩结构示意图；
[0032]图11为本专利技术高磁阻转矩低速大转矩电机电流波形对比图；
[0033]其中：1
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机壳、2
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定子、21
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定子铁心、211
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定子磁轭、212
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定子磁极、2121本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高磁阻转矩低速大转矩电机，包括机壳(1)、定子(2)、转子(3)、前端盖(4)、后端盖(5)、轴肩(6)和轴承(7)，所述定子(2)与所述机壳(1)固连，所述前端盖(4)和所述后端盖(5)分别置于所述机壳(1)两侧且固定在机壳(1)上，所述转子(3)内置于定子(2)的内圆空腔内，转子(3)固定在所述轴肩(6)上，前端盖(4)与轴肩(6)间放置轴承(7)，后端盖(5)与轴肩(6)间放置轴承(7)，其特征在于：所述定子(2)包括定子铁心(21)和绕组(22)，所述定子铁心(21)包含定子磁轭(211)和定子磁极(212)，所述定子磁极(212)包括一级阶梯齿(2121)和二级阶梯齿(2122)，二级阶梯齿(2122)的外端连接定子磁轭(211)的内侧，二级阶梯齿(2122)的内端为一级阶梯齿(2121)；所述绕组(22)置于定子磁极(212)间的定子槽(213)中。2.根据权利要求1所述的高磁阻转矩低速大转矩电机，其特征在于：所述二级阶梯齿(2122)极弧角β
s2
大于所述一级阶梯齿(2121)极弧角β
s1
，一级阶梯齿(2121)的齿高为h；所述一级阶梯齿(2121)极弧角β
s1
、二级阶梯齿(2122)极弧角β
s2
和一级阶梯齿(2121)齿高h的确定方法是：1)一级阶梯齿(2121)极弧角β
s1
满足公式：min(β
s1
，β
r
)≥2π/mN
r
和β
s1
+β
r
≤2π/N
r
，其中β
r
为转子极弧角，m为电机相数，N
r
为转子极数；将一级阶梯齿(2121)极弧角β
s1
确定为根据上述公式所求解出的取值范围的最小值；2)一级阶梯齿(2121)极弧角β
s1
确定之后，将一级阶梯齿(2121)齿高h固定为10δ，δ为电机气隙长度，运用有限元分析软件，参数化分析二级阶梯齿(2122)极弧角β
s2
，以电机转矩常数和峰值电流倍数为参考指标，综合考虑由于定子槽(213)槽面积的减小对电机发热的影响，确定二级阶梯齿(2122)极弧角β
s2
的取值；3)一级阶梯齿(2121)极...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭兵，孙宇亮，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：