一种具有串激特性的高启动转矩永磁电机，涉及永磁电机技术领域，所解决的是现有技术不具有串激特性的技术问题。该永磁电机包括定子、转子、至少一对永磁磁极，所述转子套设于定子内，由同轴套接的电枢铁芯和转轴组成，所述电枢铁芯设有径向向外开口的电枢槽，用于嵌放电枢绕组，各永磁磁极轴对称固定于所述定子的内壁，且与所述转子之间具有气隙，其特征在于：所述永磁磁极由一块附加磁极和一块磁钢接合而成，其整体呈弧形，所述附加磁极的导磁率远大于所述磁钢的导磁率。本发明专利技术提供的永磁电机，具有串激特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及永磁电机的技术，特别是涉及一种具有串激特性的高启动转矩永磁电 机的技术。
技术介绍
永磁直流(伺服)电机作为快速响应驱动元件广泛应用于自动控制系统中，而自 动控制系统有很多场合都要求永磁直流(伺服)电机具有较大的启动转矩和快速响应能 力。另外为了满足启动、加速的需要，永磁直流(伺服)电机还必须具有较高的过载能力。永磁直流(伺服)电机中，电机的转矩与电枢直径的平方、电枢长度、线负荷及气 隙磁密成正比；在特定条件下，电机的机械时间常数与电机电枢的转动惯量成正比，与气隙 磁密的平方成反比；电机的加速度和转矩成正比，与转动惯量成反比。综上所述，要提高转矩、提高加速度和减小时间常数(即提高启动转矩、过载能力 和快速响应能力)，都必须提高气隙磁密。目前的永磁直流(伺服)电机最大的缺点之一是 其永磁磁通为一恒定值，仅具有并激(并励)、他激(他励)特性，不能像串激(串励)电机 那样利用大电流产生足够大的气隙磁密。因此，为了提高其启动转矩、过载能力和快速响应 能力，必须增大电机体积，使其用途大受限制，特别是不能用于要求高启动转矩的场合。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能利用 大电流产生足够大的气隙磁密，从而提高其启动转矩、过载能力和快速响应能力的具有串 激特性的高启动转矩永磁电机。为了解决上述技术问题，本专利技术所提供的一种具有串激特性的高启动转矩永磁电 机，包括定子、转子、至少一对永磁磁极，所述转子套设于定子内，由同轴套接的电枢铁芯和 转轴组成，所述电枢铁芯设有径向向外开口的电枢槽，用于嵌放电枢绕组，各永磁磁极轴对 称固定于所述定子的内壁，且与所述转子之间具有气隙，其特征在于所述永磁磁极由一块 高导磁率的附加磁极和一块磁钢接合而成，其整体呈弧形，所述附加磁极的导磁率远大于 所述磁钢的导磁率。本专利技术提供的具有串激特性的高启动转矩永磁电机，由于永磁磁极由磁钢和附加 磁极组成，而且附加磁极的导磁率远大于磁钢的导磁率，利用电枢反应对磁钢去磁作用的 同时所产生的增磁效应对附加磁极产生增磁磁势，使得永磁磁极的总磁通随着负载的增加 而显著增加，从而使电机获得与串励式电机类似的串激特性，使得电机能利用大电流产生 足够大的气隙磁密，从而提高其启动转矩、过载能力和快速响应能力。附图说明图1是本专利技术实施例的永磁电机的剖面结构示意图；图2是本专利技术实施例的永磁电机空载、负载去磁和负载增磁的磁钢特性曲线；图3是本专利技术实施例的永磁电机电枢反应磁势的分布图；图4是本专利技术实施例的永磁电机附加磁极的饱和曲线图；图5是本专利技术实施例的永磁电机对应电枢电流的各部分磁通图。具体实施例方式以下结合附图说明对本专利技术的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限 制本专利技术，凡是采用本专利技术的相似结构及其相似变化，均应列入本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术实施例所提供的一种具有串激特性的高启动转矩永磁电机， 包括定子1、转子、至少一对永磁磁极，所述转子套设于定子1内，由同轴套接的电枢铁芯7 和转轴8组成，所述电枢铁芯7设有径向向外开口的电枢槽5，用于嵌放电枢绕组，各永磁磁 极轴对称固定于所述定子1的内壁，且与所述转子之间具有气隙4，其特征在于所述永磁 磁极由一块附加磁极3和一块磁钢2接合而成，其整体呈弧形，所述附加磁极3由高导磁率 材料制成，其导磁率远大于所述磁钢2的导磁率。所述磁钢2和附件磁极3均呈弧形，所述磁钢2和附件磁极3的弧度角(机械角 度)，再乘以极对数即为磁钢2和附件磁极3的电角度，所述永磁磁极的电角度为磁钢2和 附件磁极3的电角度之和，通过调节磁钢2和附件磁极3的电角度在整个永磁磁极的电角 度中所占的比例，即可调节串激特性的强弱，从而调节启动转矩的大小。本专利技术实施例的工作原理如下如图1所示，设永磁磁极两端中，磁钢一端为A、附加磁极一端为C，磁钢与附加磁 极接合处为B ；图2为本专利技术实施例的永磁电机空载、负载去磁和负载增磁的磁钢特性曲线图， 该图中的轴线D和H分别为磁通密度和磁场强度，交点Br和Hc分别为磁钢剩余磁感应(剩 磁)和矫顽力，曲线D-H为磁钢去磁曲线，曲线PC、PA和PB分别为空载、负载去磁和负载增 磁特性曲线，曲线PC、PA和PB与磁钢去磁曲线D-H的交点分别为图1中的C、A、B，其相应 的空载、负载去磁和负载增磁的气隙磁通密度分别为BgO、BgA、BgB ；图3为本专利技术实施例的永磁电机电枢反应磁势的分布图，该图中的2、3、A、B、C分 别与图1中标示相对应，X为电枢反应磁势、Y为负载去磁磁势、Z为负载增磁磁势，箭头方 向为磁通方向，θπκ θ a分别为磁钢2与附加磁极3所占的电角度；图4为本专利技术实施例的永磁电机附加磁板的饱和曲线图，该图中的轴线Bg和F分 别为气隙磁密和磁势；BgB和BgC分别为附加磁极B和C两端与电枢铁芯间的气隙磁密；BgV 为附加磁极下的气隙平均磁密；FB、FC分别为附加磁极B、C两端的电枢反应增磁磁势，其它 标示与图3中标示相对应；图5为本专利技术实施例的永磁电机对应电枢电流的各部分磁通图，该图中的Ot、Ia 分别为磁通和电枢绕组电流；Li、L2、L3分别为磁钢磁通Φπκ附加磁极磁通Oa和永磁磁 极磁通Φ 随电枢绕组电流Ia的变化曲线，其中虚线和实线分别为忽略磁路饱和和考虑磁 路饱和两种情况；1)电机空载时磁钢的磁通；电机空载时的磁通回路有两条(参见图1)，其中一条从磁钢2起经气隙4、电枢铁 芯7、定子1、回至磁钢2，另一条从磁钢2起经气隙4 (磁钢2处)、电枢铁芯7、气隙4 (附加磁极3处)、附加磁极3、定子1回至磁钢2 ；2)电机负载时磁钢的磁通；如图2、图3所示，A、B两端的电枢反应磁势FA、FB分别为FA = - X ；FB = X { θ m-}/180° ；式中Z为总导体数，Ia为电枢绕组电流，a为电枢绕组并联支路对数，P为永磁磁 极对数，θπκ θ a分别为磁钢2与附加磁极3所占电角度。如图3所示，电枢反应对单位长度磁钢的去磁(A点)磁势HA与增磁(B点)磁势 HB分别为HA= (0. 4 3i/hm)XFA；HB = (0. 4 3i/hm) XFB ；式中hm为磁钢厚度；设A、B两点气隙磁密为BgA与BgB，磁钢截面为Am，则负载时磁钢的磁通Φπι为Om = X Am ；3)电机负载时附加磁极的磁通；如图2、图3所示，B、C两端的电枢反应磁势FB、FC分别为FB = X { θ m-}/180° ；FC =-FA = X ；以上式求得的电枢反应磁势为增磁磁势，该增势磁势与图4中的附加磁极饱和曲 线的交点，即为B、C两点与电枢铁芯间的气隙磁密BgB、BgC，从而得到附加磁极下的气隙平 均磁密BgV与附加磁极的磁通Oa为BgV = (BgB+BgC) /2 ；Oa = BgVXAga ；式中Aga为附加磁极下的气隙截面。4)磁钢的总磁通；如图5所示，附加磁极与磁钢组合成永磁磁极的总磁通Φ ，为磁钢磁通Φπι与附 加磁极磁通Oa的叠加，S卩Φ = Φπι+Φει，空载时Φπι为最大值，由于电枢反应的去磁作 用，随着电枢绕组电流Ia的增加，Φπι将减少(参见图5的曲线Li)；相反，由于电枢反应 的增磁作用，Oa将增加(参见图5的曲线L2)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有串激特性的高启动转矩永磁电机，包括定子、转子、至少一对永磁磁极，所述转子套设于定子内，由同轴套接的电枢铁芯和转轴组成，所述电枢铁芯设有径向向外开口的电枢槽，用于嵌放电枢绕组，各永磁磁极轴对称固定于所述定子的内壁，且与所述转子之间具有气隙，其特征在于：所述永磁磁极由一块附加磁极和一块磁钢接合而成，其整体呈弧形，所述附加磁极的导磁率大于所述磁钢的导磁率。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林德芳，
申请(专利权)人：上海特波电机有限公司，
类型：发明
国别省市：31
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