一種永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)，屬于電機技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有的永磁無刷直流電動機轉(zhuǎn)矩密度和控制精度低的問題。本永磁無刷直流電動機的定子結(jié)構(gòu)包括定子齒、定子槽和定子繞組，定子齒包括若干電樞齒和輔助齒，電樞齒的齒頂部和齒部的寬度均大于或小于輔助齒的齒頂部和齒部的寬度，若干電樞齒和若干輔助齒依次相互間隔分布，相鄰的電樞齒和輔助齒之間形成定子槽，定子繞組嵌放在定子槽內(nèi)且每個電樞齒上均纏繞有定子繞組。本電動機采用電樞齒和輔助齒的不等齒寬設(shè)計，提高了本電動機的繞組系數(shù)，同時通過合理設(shè)計電樞齒與輔助齒齒寬，優(yōu)化齒磁密的分布，避免齒部飽和，提高了電機的輸出轉(zhuǎn)矩,提高了電機的控制精度。
【專利說明】
-種永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電機技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種永磁無刷直流電動機，特別是一種永磁無刷 直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁電機是由永磁體建立勵磁磁場，從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的裝置。永磁無刷直 流電機，特別是稀±永磁電機與電勵磁電機相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕等特點，且 永磁電機的尺寸和結(jié)構(gòu)形式靈活多樣，可W拓?fù)涑龊芏喾N結(jié)構(gòu)形式。由于永磁電機取消了 電勵磁系統(tǒng)，從而提高了電機效率，使得電機結(jié)構(gòu)簡化，運行可靠。
[0003] 為了提高縫幼機效能，響應(yīng)節(jié)能減排的號召，縫幼機行業(yè)已經(jīng)逐步淘汰了效率低 的離合器電機，取而代之的是易于控制、效率高的稀±永磁電機，采用直接驅(qū)動的方式，大 大提升了縫幼機的運行效能。縫幼機受體積限制，要求縫幼機電機在有限的尺寸限制下，輸 出較大的轉(zhuǎn)矩，即具有較高的和轉(zhuǎn)矩-體積比(轉(zhuǎn)矩密度）。如何提高永磁電機的轉(zhuǎn)矩密度已 經(jīng)成為業(yè)內(nèi)廣泛研究的課題。
[0004] 現(xiàn)有的永磁直流電機，如中國專利申請（申請?zhí)枺?01510087291.7)公開了 一種環(huán) 形繞組永磁無刷直流電機，包括直流電源、開關(guān)電路、轉(zhuǎn)子和定子，所述定子上均勻設(shè)置有 多個定子槽，定子槽內(nèi)放置有定子線圈，槽內(nèi)定子線圈按所在定子槽的順序首尾端串聯(lián)形 成閉合回路，直流電源通過開關(guān)電路為定子繞組供電；轉(zhuǎn)子上均勻設(shè)置有永磁體，用于提供 勵磁磁場。上述永磁無刷直流電機的齒槽結(jié)構(gòu)固化了電機的繞組系數(shù)，同時容易發(fā)生局部 的磁飽和，成為其實現(xiàn)高功率密度的瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問題，提出了一種永磁無刷直流電動機 的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：如何提高永磁無刷直流電機的轉(zhuǎn)矩密度 并降低電機齒槽轉(zhuǎn)矩和控制精度。
[0006] 本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn):一種永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子 結(jié)構(gòu)，包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子包括定子齒、定子槽和定子繞組，其特征在于，所述定子齒 包括若干電樞齒和若干輔助齒，所述電樞齒和輔助齒均包括齒頂部和齒部，所述齒頂部的 寬度大于齒部的寬度，所述齒部連接在齒頂部底面的中部且一體成型，所述電樞齒的齒頂 部和齒部的寬度均大于或者均小于所述輔助齒的齒頂部和齒部的寬度。若干電樞齒和若干 輔助齒依次相互間隔分布，相鄰的電樞齒和輔助齒之間形成上述定子槽，所述定子繞組位 于定子槽內(nèi)且每個電樞齒上均纏繞有定子繞組。
[0007] 本永磁無刷直流電動機的定子齒采用相互間隔分布的電樞齒和輔助齒的結(jié)構(gòu)設(shè) 計，而且電樞齒的齒頂部和齒部的寬度均大于或者均小于所述輔助齒的齒頂部和齒部的寬 度相鄰的電樞齒和輔助齒之間形成定子槽，從而相對現(xiàn)有永磁無刷直流電機的等齒寬結(jié) 構(gòu)，實現(xiàn)了隔齒隔相的繞組結(jié)構(gòu)，提高了本永磁無刷直流電動機的繞組系數(shù)，并通過合理設(shè) 計電樞齒與輔助齒的齒寬，降低齒部磁密飽和程度，來實現(xiàn)齒磁密的合理分布，避免齒部飽 和，最終實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)矩的提升，提高了電機的轉(zhuǎn)矩密度和控制精度。
[0008] 在上述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)中，所述定子繞組的節(jié)距y等于電 機極距T。電機極距T是指電機中相鄰的N極和S極相對槽所占的跨距，可W W每極所跨槽數(shù) 或每極沿槽底圓周所跨的長度(m)來表示。節(jié)距y是指一個線圈的兩個邊所跨定子圓周上距 離，一般用槽數(shù)計算。電機繞組系數(shù)中的短距系數(shù)Kt = sin(yA*90)，電機繞組僅纏繞在電 樞齒上，通過調(diào)整節(jié)距y，使其等于電機極距T，可W使電機的短劇系數(shù)Kt = I,通過運種方式 能夠提高電機的繞組系數(shù)，從而提高電機的轉(zhuǎn)矩輸出。
[0009] 在上述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)中，所述電樞齒的齒頂部寬度大小 與電機極距T相等。通過將電樞齒的齒頂部寬度大小設(shè)計調(diào)整為一個電機極距T，能夠更進 一步的增加電機轉(zhuǎn)矩的提高效果。
[0010] 在上述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)中，所述電樞齒的齒頂部寬度為所 述輔助齒的齒頂部寬度的2~4倍，所述電樞齒的齒部寬度為所述輔助齒的齒部寬度的2~4 倍。通過上述的比例設(shè)計電樞齒與輔助齒的齒寬，能夠使得結(jié)構(gòu)設(shè)計更為合理，能夠進一步 降低齒部磁密飽和程度，實現(xiàn)齒磁密的合理分布，避免齒部飽和，最終實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)矩的提 升，提高了電機的控制精度。
[0011] 在上述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)中，所述電樞齒的齒頂部寬度為所 述輔助齒的齒頂部寬度的0.25~0.5倍，所述電樞齒的齒部寬度為所述輔助齒的齒部寬度 的0.25~0.5倍。
[0012] 在上述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)中，所述電樞齒的齒頂部開設(shè)有輔 助槽，所述輔助槽沿著電樞齒的齒頂部寬度方向分布。永磁體極數(shù)與定子槽數(shù)的最小公倍 數(shù)LCM為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周齒槽轉(zhuǎn)矩波動的周期數(shù)。一般來說，定子槽數(shù)和轉(zhuǎn)子磁極數(shù)的最小公 倍數(shù)越大，則齒槽轉(zhuǎn)矩的基波頻率越大。從頻譜函數(shù)特性可W知道，隨著齒槽轉(zhuǎn)矩基波頻率 的增加齒槽轉(zhuǎn)矩基波幅值是減小的。在增加了輔助槽后，即可W看作增加了電機的槽數(shù)，從 而提高了最小公倍數(shù)LCM，降低了齒槽轉(zhuǎn)矩幅值，從而可W大大降低電機的齒槽轉(zhuǎn)矩，提高 縫幼機啟動性能，提高電機的控制精度。
[0013] 在上述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)中，所述輔助齒的齒頂部上開設(shè)有 輔助槽，所述輔助槽沿著輔助齒的齒頂部寬度方向分布。在輔助齒上也開設(shè)輔助槽，能夠進 一步增大齒槽轉(zhuǎn)矩周期頻率，降低了齒槽轉(zhuǎn)矩值，提高縫幼機啟動性能，提高電機的控制精 度。
[0014] 在上述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)中，所述輔助槽的槽寬均相等，同 一電樞齒上或同一輔助齒上相鄰的兩輔助槽之間的間距相等。通過上述的設(shè)計，輔助槽的 分布較為均勻，能夠較好增大齒槽轉(zhuǎn)矩周期頻率、降低齒槽轉(zhuǎn)矩值，保證了電機輸出轉(zhuǎn)矩的 穩(wěn)定性，進一步提高縫幼機啟動性能，提高電機的控制精度。
[0015] 在上述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)中，所述輔助槽的槽寬為電樞齒的 齒頂部寬度的1/6~1/12。輔助槽的槽寬在上述的范圍內(nèi)，能夠起到的效果更佳。當(dāng)然，實際 使用過程中，輔助槽的槽寬可根據(jù)實際強度的要求進行選擇。
[0016] 在上述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)中，所述輔助槽的槽寬等于電樞齒 齒頂部與輔助齒的齒頂部之間槽口的寬度。
[0017] 在上述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)中，所述電樞齒的齒頂部上輔助槽 個數(shù)為2個，所述輔助齒的齒頂部上輔助槽的個數(shù)為1個。2個輔助槽分別設(shè)置在電樞齒的齒 頂部的兩側(cè)且相對電樞齒的中屯、線對稱設(shè)置，輔助齒上的輔助槽設(shè)置在齒頂部的中部，在 能夠保證強度要求的同時，能夠較好增大齒槽轉(zhuǎn)矩周期頻率、降低齒槽轉(zhuǎn)矩值，保證了電機 輸出轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定性，進一步提高縫幼機啟動性能，提高電機的控制精度。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)具有W下優(yōu)點：
[0019] 1、電樞齒和輔助齒的不等齒寬設(shè)計，電機繞組僅纏繞在電樞齒上，通過調(diào)整節(jié)距 y，使其等于電機極距T，通過運種方式提高電機的繞組系數(shù)，從而提高電機的轉(zhuǎn)矩輸出。
[0020] 2、通過合理設(shè)計電樞齒與輔助齒的齒寬，降低齒部磁密飽和程度，優(yōu)化了齒磁密 的分布，避免齒部飽和，進一步提高了電機的輸出轉(zhuǎn)矩。
[0021] 3、在電樞齒和輔助齒的齒頂部均開設(shè)了輔助槽，增大齒槽轉(zhuǎn)矩周期頻率，降低了 齒槽轉(zhuǎn)矩值，提高縫幼機啟動性能，提高電機的控制精度。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0023] 圖2是圖1中A處的放大圖。
[0024] 圖中，1、電樞齒;2、輔助齒;3、定子槽;4、定子繞組;5、齒頂部;6、齒部;7、輔助槽； 8、轉(zhuǎn)子。
【具體實施方式】
[0025] W下是本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的描述， 但本發(fā)明并不限于運些實施例。
[0026] 實施例一
[0027] 如圖1所示，本永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)包括定子和轉(zhuǎn)子8,定子包括 定子齒、定子槽3和定子繞組4。
[0028] 具體地說，如圖1所示，定子齒包括若干電樞齒1和若干輔助齒2,電樞齒1和輔助齒 2均包括齒頂部5和齒部6，齒頂部5的寬度大于齒部6的寬度，齒部6連接在齒頂部5底面的中 部且一體成型。電樞齒1的齒頂部5和齒部6的寬度均大于或均小于輔助齒2的齒頂部5和齒 部6的寬度，若干電樞齒巧日若干輔助齒2依次相互間隔分布，相鄰的電樞齒1和輔助齒2之間 形成定子槽3,從而相對現(xiàn)有永磁無刷直流電機的等齒寬結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了隔齒的隔相繞組結(jié) 構(gòu)，提高了本永磁無刷直流電動機的繞組系數(shù)。電樞齒1的齒頂部5寬度為輔助齒2的齒頂部 5寬度的2~4倍，電樞齒1的齒部6寬度為輔助齒2的齒部6寬度的2~4倍，本實施例中，電樞 齒1的齒頂部5和齒部6寬度均為輔助齒2的3倍。通過合理設(shè)計電樞齒1與輔助齒2的齒寬，降 低齒部師茲密飽和程度，來實現(xiàn)齒磁密的合理分布，避免齒部6飽和，最終實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)矩的提 升，提高了電機的控制精度。當(dāng)然也可W設(shè)置為電樞齒1的齒頂部5寬度為輔助齒2的齒頂部 5寬度的0.25~0.5倍，電樞齒1的齒部6寬度為輔助齒2的齒部6寬度的0.25~0.5倍。
[0029] 定子繞組4位于定子槽3內(nèi)且每個電樞齒1上均纏繞有定子繞組4,定子繞組4的節(jié) 距y等于電機極距T，電樞齒1的齒頂部5寬度大小與電機極距T相等。電機繞組系數(shù)中的短距 系數(shù)Kt = sin(yA*90)，電機繞組僅纏繞在電樞齒1上，通過調(diào)整節(jié)距y，使其等于電機極距 T，可W使電機的短劇系數(shù)Kt = I，通過運種方式能夠提高電機的繞組系數(shù)，從而提高電機的 轉(zhuǎn)矩。
[0030] 電樞齒1的齒頂部5開設(shè)有輔助槽7,輔助槽7沿著電樞齒1的齒頂部5寬度方向分 布，輔助齒2的齒頂部5上開設(shè)輔助槽7,所述輔助槽7沿著輔助齒2的齒頂部5寬度方向分布。 本實施例中，電樞齒1的齒頂部5上輔助槽7個數(shù)為2個，且2個輔助槽7分別設(shè)置在電樞齒1的 齒頂部5的兩側(cè)且相對電樞齒1的中屯、線對稱設(shè)置，輔助齒2的齒頂部5上輔助槽7的個數(shù)為1 個且設(shè)置在齒頂部5的中部。輔助槽7的槽寬均相等，輔助槽7的槽寬為電樞齒1的齒頂部5寬 度的1/6~1/12,同一電樞齒1上或同一輔助齒2上相鄰的兩輔助槽7之間的間距相等。當(dāng)然， 也可W將輔助槽7的槽寬設(shè)置為等于電樞齒齒頂部與輔助齒的齒頂部之間槽口的寬度。
[0031] 永磁體極數(shù)與定子槽3數(shù)的最小公倍數(shù)LCM為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周齒槽轉(zhuǎn)矩波動的周期 數(shù)。一般來說，定子槽3數(shù)和轉(zhuǎn)子磁極數(shù)的最小公倍數(shù)越大，則齒槽轉(zhuǎn)矩的基波頻率越大。從 頻譜函數(shù)特性可W知道，隨著齒槽轉(zhuǎn)矩基波頻率的增加齒槽轉(zhuǎn)矩基波幅值是減小的。因此， 本永磁無刷直流電動機在增加了輔助槽7后，即可W看作增加了電機的槽數(shù)，從而提高了最 小公倍數(shù)LCM，降低了齒槽轉(zhuǎn)矩幅值，從而可W大大降低電機的齒槽轉(zhuǎn)矩，提高縫幼機啟動 性能，提高電機的控制精度。
[0032] 對比例一
[0033] 表一為96槽80極電機等齒寬和不等齒寬的輸出轉(zhuǎn)矩對照表
[0034]
[0035] 96槽80極電機(電機氣隙直徑為410mm，電機長度為100mm)通入13A電流，在等齒情 況下，電機輸出轉(zhuǎn)矩為780N.m。當(dāng)將電樞齒1的齒頂部5寬度設(shè)計為大于輔助齒2的齒頂部5 寬度，并調(diào)整電樞齒1的齒頂部5寬度為一個極距時，即電樞齒1的齒頂部5寬度為16mm，運種 情況下，電機的輸出轉(zhuǎn)矩明顯提高，為872N.m。
[0036] 對比例二
[0037] 表二為60槽80極電機等齒寬和不等齒寬的輸出轉(zhuǎn)矩對照表 [00；3 引
12 60槽80極電機(電機氣隙直徑為410mm，電機長度為100mm)通入13A電流，在等齒情 況下，電機輸出轉(zhuǎn)矩為806N.m。當(dāng)將電樞齒1齒頂寬調(diào)整為一個極距，即16mm，運種情況下， 電機的輸出轉(zhuǎn)矩明顯提高，為902N. m。 2 本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員可W對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替 代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)，包括定子和轉(zhuǎn)子(8)，所述定子包括定子 齒、定子槽(3)和定子繞組(4)，其特征在于，所述定子齒包括若干電樞齒（1)和若干輔助齒 (2)，所述電樞齒（1)和輔助齒(2)均包括齒頂部(5)和齒部(6)，所述齒頂部(5)的寬度大于 齒部(6)的寬度，所述齒部(6)連接在齒頂部(5)底面的中部且一體成型，所述電樞齒（1)的 齒頂部(5)和齒部(6)的寬度均大于或均者小于所述輔助齒(2)的齒頂部(5)和齒部(6)的寬 度，若干電樞齒（1)和若干輔助齒(2)依次相互間隔分布，相鄰的電樞齒（1)和輔助齒(2)之 間形成上述定子槽(3)，所述定子繞組(4)位于定子槽(3)內(nèi)且每個電樞齒（1)上均纏繞有定 子繞組(4)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述定子 繞組(4)的節(jié)距y等于電機極距τ。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電樞 齒(1)的齒頂部(5)寬度大小與電機極距τ相等。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述電樞齒（1)的齒頂部（5)寬度為所述輔助齒（2)的齒頂部（5)寬度的2~4倍，所述電樞齒 (1)的齒部(6)寬度為所述輔助齒(2)的齒部(6)寬度的2~4倍。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述電樞齒（1)的齒頂部(5)開設(shè)有輔助槽(7)，所述輔助槽(7)沿著電樞齒（1)的齒頂部(5)寬 度方向分布。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述輔助 齒(2)的齒頂部(5)上開設(shè)有輔助槽(7)，所述輔助槽(7)沿著輔助齒(2)的齒頂部(5)寬度方 向分布。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述輔助 槽(7)的槽寬均相等，同一電樞齒（1)上或同一輔助齒(2)上相鄰的兩輔助槽(7)之間的間距 相等。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述輔助 槽(7)的槽寬為電樞齒(1)的齒頂部(5)寬度的1/6~1/12。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述輔助 槽(7)的槽寬等于電樞齒(1)的齒頂部(5)與輔助齒(2)的齒頂部(5)之間槽口的寬度。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子定子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電 樞齒（1)的齒頂部(5)上輔助槽(7)個數(shù)為2個，所述輔助齒(2)的齒頂部(5)上輔助槽(7)的 個數(shù)為1個。
【文檔編號】H02K1/14GK105978182SQ201610460654
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】荊汝寶
【申請人】浙江眾邦機電科技有限公司