技术领域
[0001] 本发明属于电机领域，尤其涉及一种H型定子轴向Halbach盘式横向磁通永磁调速电机。
相关背景技术
[0002] 本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
[0003] 电机作为工业机器人的核心部件，在解决工业机器人升级过程中电驱动单元面临的小型化、高动态、高可靠性和低转矩脉动等要求方面发挥了重要作用。工业机器人中通常需要配置减速器放大电机输出转矩，这样使得电机的转动惯量也被同时放大，电机转动惯
量成为影响工业机器人动态性能的重要因素。
[0004] 现有技术中提供了一种Halbach阵列无定子铁心电机，其采用永磁体Halbach阵列充磁方式，但是，其制造成本及维护成本均较高，而且定子无铁心，定子电枢电流小，电机输出转矩也小。综上所述，现有的电机结构无法满足工业机器人的高性能驱动要求。
具体实施方式
[0033] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0034] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0035] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0036] 在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
[0037] 本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
[0038] 根据图1所示，本发明实施例的一种H型定子轴向Halbach盘式横向磁通永磁调速电机，沿轴向分为三层，依次为第一转子1、H型定子2和第二转子3；
[0039] 所述第一转子1和第二转子3的结构相同，均为永磁体Halbach阵列充磁的无铁心轭盘式转子；
[0040] 所述H型定子2包括H型定子铁心10及缠绕于所述H型定子铁心上的定子绕组8；
[0041] 所述定子绕组采用三相双层分数槽集中绕组。
[0042] 在具体实施过程中，所述三相双层分数槽集中绕组的槽数和极数的选择依据为槽数和极数的最大公约数、槽数和极数的最小公倍数、基波绕组因数绕组因数的最大化及磁
动势谐波畸变率的最小化。
[0043] 其中，通过最大化所述槽数和极数的最大公约数及槽数和极数的最小公倍数，得到若干个槽数和极数的组合。
[0044] 永磁电机绕组不通电时，永磁体会与定子铁心相互作用产生转矩，该转矩被称为齿槽转矩。齿槽转矩的存在会导致电机输出转矩波动，引起电机振动与噪声，影响系统的控制精度。而槽极数组合的最大公约数和最小公倍数可以作为选择的标准，一般情况，槽极数的最大公约数值越大，电机齿槽转矩脉动越小；最小公倍数值越大，电机噪音和振动越小。
[0045] 其中，在得到的若干个槽数和极数的组合中，通过最大化电机槽极数的基波绕组因数谐波绕组因数，选择多个槽数和极数的组合。
[0046] 绕组因数，可以用来评估电机绕组对气隙磁场的影响。绕组因数的定义为绕组中导线周围磁场的平均值与气隙中磁场的平均值之比。实际情况中，绕组因数往往小于1，电机的绕组因数越高，电机的磁场利用效率更高，转矩密度更高。
[0047] 其中，在选择的多个槽数和极数的组合中，选择磁动势谐波畸变率最低的槽数和极数的组合。
[0048] 磁动势谐波与永磁电机的铁心损耗、永磁体中的涡流损耗和局部饱和都有关。电机磁动势谐波畸变率越小，电机铁心损耗、永磁体上涡流损耗以及局部饱和程度更低，电机运行效率更高。
[0049] 在一些具体实施例中，所述三相双层分数槽集中绕组呈星形连接方式，电流分别从三相双层分数槽集中绕组首端流入，三相双层分数槽集中绕组末端连接在一起。
[0050] 定子绕组采用三相双层分数槽集中绕组，具有以下优点：
[0051] 线圈端部长度小，端部铜损耗小，电机用铜量减少，机械特性较硬，效率高；定子绕组工艺性好，机械下线简单，通用性好，槽满率可以比整数槽绕组高；绕组无重叠，相间绝缘性好。
[0052] 如图2所示，所述永磁体Halbach阵列充磁的无铁心轭盘式转子包括不导磁的铝合金圆盘4以及固定其上的沿径向分布的最内层永磁体5、沿径向分布的中间层永磁体6及沿
径向分布的最外层永磁体7。
[0053] 如图3所示，沿径向分布的最内层永磁5体及沿径向分布的最外层永磁体7采用轴向充磁方式；沿径向分布的中间层永磁体6采用径向充磁方式；沿径向分布的最内层永磁体
5、沿径向分布的中间层永磁体6及沿径向分布的最外层永磁体7共同作用形成轴向Halbach
充磁方式。
[0054] 如图4所示，所述H型定子铁心上的定子绕组8设在H型定子铁心10的两端，两个H型定子铁心上的定子绕组8之间还设置有隔磁板9，以用于形成上下两个闭合磁路，如图5所
示。上下两层永磁体与定子绕组之间的闭合磁路，充分利用上下两层盘式转子永磁体磁场
的同时，电机装配成本更低，转矩输出性能更好。
[0055] 在本发明实施例中，所述永磁体Halbach阵列充磁的无铁心轭盘式转子产生的基波磁场与定子绕组通入基波电流所产生的定子磁场相互作用产生恒定电磁转矩；该恒定电
磁转矩为电机输出转矩，，转矩脉动约为9％。如图8所示。其中，如图6和图7所示，空载反电动势中三次谐波含量较高。
[0056] 本实施例提供的一种H型定子轴向Halbach的新型盘式横向磁通永磁调速电机，具有高转动惯量的特点，采用三相分数槽集中绕组结构，尽量减小绕组端部，减小端部铜耗，减小定子绕组发热，在一定程度上减小电机整体体积、提高集成度。
[0057] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
