CN102810965A - 定子转子齿冠开设凹斜槽绕组无刷永磁直流电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定子转子齿冠开设凹斜槽绕组无刷永磁直流电机，该直流变频无刷永磁电机的结构是：定子矽钢冲片齿冠设有凹槽，定子通过叠压而成斜槽的弱磁阻基波转距，定子矽钢冲片齿冠设有辅助凹槽，定子矽钢冲片叠成斜槽，多股线圈绕组和多组磁钢永磁体和转子齿冠设有凹槽，还包括等磁极霍尔传感器和驱动传感霍尔传电路板以及等磁极传感器系统。本发明的有益效果：提高了永磁无刷直流电机的高可靠性和便易于控制，是高端电动汽车主要动力电机。解决了高端电动汽车主要动力电机，起动电流大，电机振动和噪声的难题。
Description
技术领域
本发明涉及多种直流变频无刷弱磁基波齿槽转距的永磁无刷电机技术领域。具体是解决直流变频无刷永磁电机的弱磁技术，降低基波齿槽转距对电机内定子矽钢冲片齿冠开设辅助凹槽从生产制造中解决齿槽基波齿槽转距。
背景技术
当今世界各国对永磁无刷直流电机都在研究，各种各式的永磁无刷直流电机在各项事业起到了科研新成果，其结构多种置式，但在“永磁直流无刷电机”生产技术方面存在着基波齿槽转距即磁阻转距，只有当磁阻转距小于1时，即能达到电机便于起动、节能环保、振动小、噪声小，该专利在技术方面有效的改革了永磁无刷直流电机绕组技术，定子转子矽钢冲片齿冠开设辅助凹槽技术，提出了解决转距磁阻的有效技术，如：采用分数槽绕组技术；定子斜槽、转子斜极；转子磁极分段错位技术；磁极偏移方法；定子转子铁心矽钢冲片齿冠开设辅助凹槽技术等，综合以上技术，有效的降低基波齿槽转距，使电机功率提高，电机便于起动、节能环保、振动小、噪声小，电机连续工作稳定运行。
在目前的电机中，“永磁直流无刷电机”生产技术方面存在着基波齿槽转距和控制信号，传感失真等问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种定子转子齿冠开设凹斜槽绕组无刷永磁直流电机，本发明在制造中提出等磁盘传感系统，解决霍尔传感信号造成电机电子交换向信号失真、起动、节能环保、振动、噪声等问题，解决定子铁心矽钢冲片在生产制造中定子转子铁心矽钢冲片齿冠开设辅助凹槽技术；提高了电机功率便于起动、节能环保、振动小、噪声小，电机连续工作稳定运行，在制造和维护过程中更加方便。
为了实施上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种定子转子齿冠开设凹斜槽绕组无刷永磁直流电机，该直流变频无刷永磁电机的结构是：定子矽钢冲片齿冠设有凹槽，定子通过叠压而成斜槽的弱磁阻基波转距，定子矽钢冲片齿冠设有辅助凹槽，定子矽钢冲片叠成斜槽，多股线圈绕组和多组磁钢永磁体和转子齿冠设有凹槽，还包括等磁极霍尔传感器和驱动传感霍尔传电路板以及等磁极传感器系统。
所述驱动传感霍尔传电路板的霍尔传感噐元件和圆形线路板固定在直流电动机的端盖上，等磁极霍尔传感器固定在直流电动机转子转轴上，驱动电路板霍尔盘与磁钢盘平行，所述的驱动电路板霍尔盘内置两组霍尔位置传感器，分别为A组U、V、W和B组U1、V1、W1，控制信号通过霍尔线，传送给控制器。
等磁极霍尔传感器用非导磁材料的等磁极传感器安装固定在电机转轴上与线圈绕组保持等距；有多个磁导孔并与驱动传感霍尔传电路板平行安装并保持等距，并与转子磁钢片永磁体磁极保持等距。
所述凹槽以距形、半圆形，凹槽数1或2个。
转子矽钢冲片，齿冠开设辅助凹槽，驱动传感由电路板霍尔传感噐，等磁极传感器组成。以槽口中心线为零点，当磁极极间中线处在零点位置，它们产生的磁阻基波齿槽转距为零，当转子移开设，磁极极间中线偏移零点位置时，由于磁阻变化产生了磁阻基波齿槽转距力图将转子拉回平衡位置。
本发明的有益效果：提高了永磁无刷直流电机的高可靠性，更易于控制，是高端电动汽车主要动力电机。解决了高端电动汽车主要动力电机，起动电流大，电机振动和噪声的难题。
附图说明
图1、本发明的定子矽钢冲片结构示意图；
图2、本发明直流电动机的端盖的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：定子转子齿冠开设凹斜槽绕组无刷永磁直流电机采用定子矽钢冲片齿冠开设辅助凹槽。首先考虑槽数Z和极数2p组合与齿槽转距的关系。通常认为，基波齿槽转距周期数越大，其幅值就越小。所以，宜选择最小公倍数(LCM)较大的定子槽数Z和转子极数2p组合。Z.Q.Zhu和D.Howe提出选择定子槽数Z和极数2p组合的评价因子。并认为评价因子越小，齿槽转距的峰值越低。显然，数值上就是槽数Z和极数2p的最大公约数NM。由每极每相槽数q的定义，有Z/2p＝mq，m为相数，这里m＝3，可分别得到三相无刷永磁电动机整数槽绕组和分数槽绕组的评价因子表达式：
1)；对于整数槽绕组电机，q为整数，mq必为整数，随之，Z和2p的最小公倍数NC＝Z，最大公约数Nm＝2p，NP＝2p/NM＝1。这样，整数槽绕组电机的评价因子表达式为CT＝2p。
2)；对于分数槽绕组电机，q为分数，设q＝c/d不可约分，有Z/2p＝Z0/2p0＝mc/d，式中Z0和2p0是对应单元电机的定子槽数和转子极数。分数槽绕组单元电机槽数和极数组合的约束条件之一是其极数不允许选择为相数m的倍数，所以d不会等于m或是m的倍数。即mc/d仍为不可约分数。设Z和2p的最大公约数为Nm，有Z＝Nm×mc和2p＝Nm×d，得最大公约数Nm＝2p/d。随之，分数槽绕组的Z和2p的最小公倍数表达式为：
并得到这样，分数槽绕组电机的评价因子表达式为。
相同槽数Z的分数槽绕组电机与整数槽绕组电机相比，基波齿槽转距周期数增大d倍；相同极数2p的分数槽绕组电机与整数槽绕组电机相比，基波齿槽转距的评价因子CT降低了d倍。以上分析充分说明采用分数槽绕组电机有利于降低基波齿槽转距。
实施例2：定子转子齿冠开设凹斜槽绕组无刷永磁直流电机定子转子铁心硅钢片齿冠开设辅助凹斜槽。为了降低基波齿槽转距，在定子铁心齿冠开设辅助凹斜槽是一种简单而有效的方法。通常限于齿冠空间，所开设凹槽数在1或2中选择，个别情况也有取更多凹槽数的。凹槽可以是距形的，也有半圆形的。开设辅助凹槽降低基波齿槽转距的原理在于相当于增加齿槽转距基波周期数，辅助凹槽新的基波齿槽转距对原有槽口的基波齿槽转距起抵偿作用，从而使总基波齿槽转距幅值降低。齿冠开设辅助凹槽还使等效气隙增加，也有利于降低基波齿槽转距。这种方法常用于槽数或极数较少的电机。采用时应注意防止齿冠因开设辅助凹槽出现局部磁饱和。如前所述，平均到一个槽距下的基波齿槽转距周期数为Np，辅助凹槽数Nn应当避免取Nn+1＝KNp，或Nn+1＝Np/K，K＝1，2，3…。否则，齿槽转距可能因开设辅助凹槽反而增大。分析不同槽极数组合的可用辅助凹槽数Nn，分数槽绕组电机。如前已分析，由q＝c/d为不可约分数，Np＝2p/Nm＝d，Nc＝2pZ/Nm＝dZ。分析几种Z和p较少和常用槽极数组合情况，对于单元电机槽数Z0为奇数(d为偶数)的电机，最小可用的辅助凹槽数Nn是2，而单元电机槽数Z0为偶数(d为奇数)的电机，最小可用的辅助凹面槽数Nn是1。
定子矽钢冲片、磁钢片、直流电动机转子硅钢片、驱动电路板霍尔盘、等磁极传感器。驱动电路板霍尔盘固定在直流电动机的端盖上，等磁极传感器固定在直流电动机转子转轴上。驱动电路板霍尔盘与磁钢盘平行。所述的驱动电路板霍尔盘内置两组霍尔位置传感器，分别为A组8U、V、W和B组9U1、V1、W1，控制信号通过霍尔线传送给控制器。所述的直流电动机定子硅钢息中置有多股线圈绕组定子硅钢片齿冠开设辅助凹槽组成永磁直流电动机定子总成。所述的直流电动机转子硅钢片中置有多组N片磁钢片组成永磁直流电动机转子总成。所述的永磁无刷直流电动机是由定子总成和转子总成组合成一台高性能电动机。
实施例3：分数槽绕组斜槽；分数槽绕组斜槽技术是定子转子齿冠开设凹斜槽无刷永磁直流电机的电机内定子齿冠开设辅助凹槽技术。定子斜槽、转子斜极或转子磁极分段错位方法。转子每一转出现的齿槽转距基波周期数等于定子槽数Z和极数2p的最小公倍数NC，即一个齿槽转距基波周期对应的机械角θ1＝360度/N_C。因此，如果定子铁心斜槽角或转子磁极斜极角λSK和它相等，即可消除齿槽转距的基波：θSK＝360度/N_C。对于整数槽电机，NC＝Z，斜槽角θSK，θSK＝360度/Z。但要指出的是，它同时会使反电动势和输出电磁转距有所下降。定子斜槽还使绕组嵌绕难度增加。而且，定子斜槽或转子斜极在电机绕组通电时，会产生附加的轴向力。轴向力大小与斜槽角度有关。为了制造工艺上容易实施，采用转子磁极分段错位方法近似斜极的效果，分段数NS＝3，错移角度θ_SS，θ_SS＝θ_SK/N_S＝360度/(N_CN_S)。转子磁极不同的分段数NS对降低齿槽转距的效果，随着分段数NS增加，齿槽转距的幅值逐步降低，而且当分段数NS分另为2，3，4时，剩余的齿槽转距变化次数增加，主要是2，3，4次谐波。转子磁极分4段时降低齿槽转距的效果已经很好，分段数为5时，齿槽转距已经完全可以忽略了。分数槽情况，如果分数槽集中绕组的每项每级槽数q表示为q＝c/d，则Z和2p的最小公倍数Nc＝dZ。斜槽角θ_SK与q值关系的一般表达式为θSK＝360度/dZ。对于分数槽电机，采用定子斜槽或转子斜极方法降低齿槽转距时，定子斜槽角或转子斜极角小于一个定子槽距角，比整数槽电机小了许多，它们和q值有关，只需一个定子槽距角的1/d即可。从斜槽工艺角度看，分数槽也是较好的选择。
可靠性高、工作稳定节能，降低基波齿槽转距，该项永磁无刷直流变频电机定子铁心矽钢冲片齿冠开设辅助凹槽技术更好的降低基波齿槽转距。使电机功率提高，电机工作运行稳定，起动电流小，更长的工作时间。
该直流变频无刷永磁电机的结构是：定子矽钢冲片1齿冠2开设凹槽3，定子叠压而成斜槽的弱磁阻基波转距直流变频永磁无刷电机，定子矽钢冲片齿冠开设辅助凹槽、定子矽钢冲片叠成斜槽，多股线圈绕组和多组磁钢永磁体、转子齿冠开设凹槽，等磁极霍尔传感器，以及驱动传感霍尔传电路板，等磁极传感器系统组成电机总成。
所述定子矽钢冲片齿冠开设辅助凹槽，定子总成叠成斜槽的电动机，定子矽钢冲片齿冠开设辅助凹槽，定子叠压而成斜槽等，优化磁极极弧宽和槽口宽，和不等气隙，不等磁片厚度，以及定子总成叠成斜槽、定子矽钢冲片齿冠开设辅助凹槽等技术。
所述霍尔传感噐元件的驱动电子线路板上的霍尔传感噐元件和圆形线路板固定在直流电动机的端盖上，等磁极传感器固定在直流电动机转子转轴上。驱动电路板霍尔盘与磁钢盘平行。所述的驱动电路板霍尔盘内置两组霍尔位置传感器，分别为A组U、V、W和B组U1、V1、W1，控制信号通过霍尔线，传送给控制器。
所述多股线圈绕组的直流电动机定子矽钢冲片中置有多股线圈绕组，定子矽钢冲片齿冠开设辅助凹槽，定子叠成斜槽，组成该永磁直流电动机定子总成。
所述等磁极传感器用非导磁材料的等磁极传感器安装固定在电机转轴上与线圈绕组保持最佳等距。等磁极传感器用非导磁材料制成，有多个磁导孔并与霍尔电子线路板平行安装并保持最佳等距。并与转子磁钢片永磁体磁极保持最佳等距。
所述凹槽以距形、半圆形，所开设凹槽数Nn在1或2中选择的该永磁直流无刷电机，电机矽钢片的齿槽，定子齿冠开设辅助凹槽等技术，凹槽以距形、半圆形。所开设凹槽数Nn在1或2中选择。开设辅助凹槽降低齿槽转距起抵偿作用。原理相当于增加齿槽转距转距基波周期数，从而使总齿槽转距幅值降低。齿冠开设辅助凹槽还使等效气隙增加，也有利于降低基波齿槽转距，这种方法用于槽数或极数较少的电机(即高速电动机)变频电动机。
所述定子矽钢冲片组叠成铁心斜槽的永磁直流无刷电机采用定子矽钢冲片，齿冠开设辅助凹槽定子矽钢冲片组叠成铁心斜槽。斜槽角或转子磁极斜角和它相等，即可消除齿槽转距的基波。＝360°/NC。
所述转子齿冠开设凹槽的永磁直流无刷电机其电动机，采用转子矽钢冲片齿冠开设辅助凹槽技术，从生产制造中解决齿槽基波转距，所开设凹槽数Nn在1或2中选择，个别情况也有取更多凹槽数的。凹槽可以是距形的，因电机铁心的转子齿槽与转子永磁体相互作用而产生磁阻转距。采用转子矽钢冲片齿冠开设辅助凹槽技术，有效降低齿槽转距、降低起动电流电机振动和噪声。有效的降低了基波齿槽转距。
所述基波齿槽转距的永磁直流无刷电机定子齿冠以槽口中心线为零点，当磁极极间中线处在零点位置，它们产生的磁阻转距为零，当转子移开设，磁极极间中线偏移零点位置时，由于磁阻变化产生了磁阻转距力图将转子拉回平衡位置。采用定子矽钢冲片齿冠开设辅助凹槽技术有效的降低了基波齿槽转距。
定子矽钢冲片齿冠开设辅助凹槽，定子叠成斜槽的无刷永磁直流电机，该项直流变频无刷永磁电机包括：电机壳体、定子矽钢冲片齿冠开设辅助凹槽、定子矽钢冲片叠成斜槽，多股线圈绕组和磁钢永磁体、霍尔传感器。因电机铁心的定子齿槽与转子永磁体相互作用而产生磁阻转距。采用定子矽钢冲片齿冠开设辅助凹槽技术、使多股线圈绕组技术，优化磁极极弧宽和槽口宽，和不等气隙，不等磁片厚度，以及定子斜槽、定子矽钢冲片齿冠开设辅助凹槽等技术。有效降低齿槽转距、降低起动电流电机振动和噪声。
Claims (4)
1.一种定子转子齿冠开设凹斜槽绕组无刷永磁直流电机，其特征在于，该直流变频无刷永磁电机的结构是：定子矽钢冲片齿冠设有凹槽，定子通过叠压而成斜槽的弱磁阻基波转距，定子矽钢冲片齿冠设有辅助凹槽，定子矽钢冲片叠成斜槽，多股线圈绕组和多组磁钢永磁体和转子齿冠设有凹槽，还包括等磁极霍尔传感器和驱动传感霍尔传电路板以及等磁极传感器系统。
2.如权利要求1所述的定子转子齿冠开设凹斜槽绕组无刷永磁直流电机，其特征在于，所述驱动传感霍尔传电路板的霍尔传感噐元件和圆形线路板固定在直流电动机的端盖上，等磁极霍尔传感器固定在直流电动机转子转轴上，驱动电路板霍尔盘与磁钢盘平行，所述的驱动电路板霍尔盘内置两组霍尔位置传感器，分别为A组U、V、W和B组U1、V1、W1，控制信号通过霍尔线，传送给控制器。
3.如权利要求1所述的定子转子齿冠开设凹斜槽绕组无刷永磁直流电机，其特征在于，等磁极霍尔传感器用非导磁材料的等磁极传感器安装固定在电机转轴上与线圈绕组保持等距；有多个磁导孔并与驱动传感霍尔传电路板平行安装并保持等距，并与转子磁钢片永磁体磁极保持等距。
4.如权利要求1所述的定子转子齿冠开设凹斜槽绕组无刷永磁直流电机，其特征在于，所述凹槽以距形、半圆形，凹槽数1或2个。
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