CN103973007A - 永磁无刷电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种永磁无刷电机，包括定子和可相对定子旋转的转子。所述定子包括若干定子齿及绕设于定子齿上的绕组，转子旋转一周，定子绕组的最大电感值与最小电感值之比大于1.3，所述转子包括一环形永久磁铁，所述环形永久磁铁环绕于定子外侧并与之相对，所述环形永久磁铁的一端开设有若干个缺口，定子齿的齿冠设盲槽。通过在环形永久磁铁的一端开设缺口，并配合定子齿的齿冠上设盲槽，可有效降低电机的齿槽转矩，从而使得本发明的电机同时具有较大的电感差异性和较小的齿槽转矩。

Description

永磁无刷电机

技术领域

本发明涉及永磁无刷电机，尤其涉及一种用于驱动器的永磁无刷电机。

背景技术

现有的驱动器（actuator）通常采用带霍尔感应元件的永磁无刷电机。为了降低成本，业界已在开发无霍尔感应元件的永磁无刷电机，但为了方便电机寻找启动位置，希望定子绕组的电感差异性（电感最大值与电感最小值的比值）越大越好，但同时还要求电机的齿槽转矩不能过大（齿槽转矩过大将导致较大的振动和噪音）。然而，现有的永磁无刷电机，通常难以同时满足上述要求。例如，现有的9极10槽电机，虽然可以满足齿槽转矩的要求，但由于极槽数太接近无法满足电感差异性的要求。电感差异性能满足要求的电机，通常具有较大的齿槽转矩。

有鉴于此，本发明旨在提供一种降低具有较大电感差异性的永磁无刷电机的齿槽转矩。

发明内容

本发明提供一种永磁无刷电机，包括定子和可相对定子旋转的转子，所述定子包括定子磁芯及绕设于定子磁芯上的绕组，所述转子包括一环形永久磁铁，所述环形永久磁铁形成若干与所述定子齿相对的磁极，所述环形永久磁铁的一轴向端开设有若干个缺口。

本发明实施例所举的永磁无刷电机，通过在环形永久磁铁的一端开设有若干个缺口，并配合定子齿的齿冠上设盲槽，可有效降低电机的齿槽转矩，从而使得本发明的具有较大电感差异性的永磁无刷电机同时可以具有较小的齿槽转矩。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式的永磁无刷电机的剖面示意图。

图2是图1的永磁无刷电机去除壳体后的立体示意图。

图3是图1的永磁无刷电机的定子芯的平面示意图。

图4是图1的永磁无刷电机的转子磁铁的侧面示意图。

图5是图1的永磁无刷电机的转子磁铁的正面示意图。

图6是4个依据本发明较佳实施方式作出的永磁无刷电机的测试数据表。

具体实施方式

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为了便于清晰描述，而并不限定比例关系。

请参阅图1至图5，本发明一较佳实施方式的永磁无刷电机10包括定子30和可相对定子旋转的转子50。在本实施例中，所述永磁无刷电机10为外转子式，即转子围绕定子设置。

所述定子30包括由导磁材料如铁制成的定子磁芯32，所述定子磁芯32包括位于中央位置的环形安装部34及若干个从安装部34沿径向延伸的定子齿36，相邻定子齿36之间形成线槽。所述定子还包括绕设于定子齿36上的绕组38，所述绕组38包括若干个线圈分别绕于所述定子齿36上，每个定子齿36上绕一个线圈，每一线圈根据需要缠设有若干匝，线圈的两侧分别收容于相应的线槽内。每一定子齿36包括沿电机径向（可以理解地，此处径向包括严格意义上的径向及稍微偏离径向如偏离径向30度以内的方向）延伸的齿根及从齿根末端沿电机周向延伸的齿冠，每一线圈绕设于相应定子齿的齿根上，每一定子齿36的齿冠朝向转子的外表面设有贯穿电机轴向（可以严格沿平行电机轴向的方向贯穿或沿稍偏离电机轴向的方向贯穿）的开槽39（也称盲槽39或辅助槽39，即槽39内无绕组穿过）。盲槽39具有增加定子极数的效果，当增加后的定子极数不等于转子磁极数的整数倍时，增设的盲槽39有利于降低电机的齿槽转矩。本实施例中，所述定子磁芯32包括六个定子齿，每一定子齿36的齿冠朝向转子的外表面设两个盲槽39，每一盲槽39偏离定子齿中心线10度（即盲槽39中心与定子磁芯32的圆心之间的连线与定子齿中心线之间的夹角α为10度），每一盲槽39的半径为0.75mm。这样，每一定子齿36形成三个等效定子极，所述定子磁芯32共形成十八个定子极。六个线圈连接成三相U、V、W。

所述转子50包括转轴52、由导磁材料制成的固定至转轴52的圆筒形壳体54和固定于壳体54内壁的环形永久磁铁56。所述环形磁铁56环绕定子30设置、与之相对且两者之间间隔一较小气隙以便转子50可相对定子30旋转。在本实施例中，所述环形磁铁56为整体式（与分片式相对）环形磁铁，沿周向形成4个交替设置的南、北磁极，每一磁极沿径向极化。所述环形磁铁56的一轴向端开设有若干均匀间隔设置的缺口58，缺口58个数等于磁极数。优选地，所述缺口58大小一致，每一缺口58位于两相邻磁极的邻接处，每一磁极的边界分别位于两相邻缺口的中心。缺口58的设置，降低了电机的极弧系数（本实施例中，极弧系数等于相邻缺口之间的磁铁片所对应的圆弧角度?与每一磁极所对应的圆弧角度θ的比值），从而可降低电机的齿槽转矩，并最终降低电机的定位力矩（detent torque，等于齿槽转矩与摩擦转矩之和）。

通过大量的试验和测试，本申请的发明人发现，采用四极六槽（四个转子磁极六个定子绕线槽）电机时，当每一定子齿36的齿冠设两个盲槽39，且所述环形磁铁56缺口58的两周向端与圆心连线之间的夹角β为30～45度时，电机齿槽转矩的最大值得到大幅度的降低，电机定位力矩的最大值可以降到2.0mNm以下；转子旋转一周，定子绕组的最大电感值与最小电感值之比全部大于1.3。图6所示为上述四极六槽电机，当所述缺口58两端与圆心连线之间的夹角为45度，缺口58的轴向深度L等于4.5毫米时测得的数据，可以看到，全部电机的定位力矩的最大值都降到了1.8mNm以下，而大部分电机的定位力矩甚至可以降到1.6mNm以下；转子旋转一周，定子绕组的最大电感值与最小电感值之比全部大于1.45。

请再参阅图1，所述转子壳体54为碗状，一端设端盖542，另一端完全敞开，所述端盖542设若干通孔544，以便气流能从所述通孔544进入电机内部从而对定子磁芯32和绕组38进行冷却。所述电机还包括一电路板70和盖板80，所述电路板70和盖板80位于壳体54的敞开端并与壳体54末端及定子绕组38沿轴向间隔一定距离，电路板70位于盖板80内侧。电路板70设用于与外接电源连接的连接端子72，所述连接端子72通过传导电路与定子绕组38电连接，以向绕组38供电。所述定子30还包括一固定至定子磁芯32环形安装部34内的轴套40，所述转子50的转轴52通过轴承42可旋转地安装至轴套40。优选地，所述轴承42为滑动轴承。所述盖板80固定至轴套40的一端，电路板70固定至盖板80内侧。

本发明还可适用于六极九槽、八极十二槽等其他具有高电感差异性的永磁无刷电机。

可以理解地，本发明的电机也可以为内转子式，即转子位于定子内侧，转子磁铁位于转子外表面，定子齿由外向内延伸，定子齿的径向内端与转子磁铁相对。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种永磁无刷电机，包括定子和可相对定子旋转的转子，所述定子包括若干定子齿及绕设于定子齿上的绕组，其特征在于：所述转子包括一环形永久磁铁，所述环形永久磁铁形成若干与所述定子齿相对的磁极，所述环形永久磁铁的一轴向端开设有若干缺口。

2.如权利要求1所述的永磁无刷电机，其特征在于，每一定子齿包括沿径向延伸的齿根及从齿根末端沿周向延伸的齿冠，至少部分定子齿的齿冠设贯穿电机轴向的盲槽。

3.如权利要求1所述的永磁无刷电机，其特征在于，转子旋转一周，定子绕组的最大电感值与最小电感值之比大于1.3。

4.如权利要求1所述的永磁无刷电机，其特征在于，转子旋转一周，定子绕组的最大电感值与最小电感值之比大于1.45。

5.如权利要求1所述的永磁无刷电机，其特征在于，所述电机的定位力矩的最大值小于2.0mNm。

6.如权利要求1所述的永磁无刷电机，其特征在于，所述电机的定位力矩的最大值小于1.8mNm。

7.如权利要求1所述的永磁无刷电机，其特征在于，所述环形永久磁铁环绕于所述定子齿外部，所述永久磁铁的缺口个数等于磁极数。

8.如权利要求1至7任一项所述的永磁无刷电机，其特征在于，所述环形永久磁铁形成四个磁极，所述环形磁铁的一端设有四个缺口，所述四个缺口等间距设置，所述定子设有六个定子齿，所述绕组包括六个线圈分别绕于所述定子齿上。

9.如权利要求8所述的永磁无刷电机，其特征在于，每一缺口两周向端与转子中心连线之间的夹角为30～45度。

10.如权利要求8所述的永磁无刷电机，其特征在于，每一缺口的轴向深度等于4.5毫米。

11.如权利要求8所述的永磁无刷电机，其特征在于，每一定子齿与转子相对的齿冠上设两个贯穿电机轴向的盲槽。

12.如权利要求1至7任一项所述的永磁无刷电机，其特征在于，所述环形永久磁铁形成八个磁极，磁铁的一端设八个缺口，所述定子磁芯设有十二个定子齿；或所述环形永久磁铁形成六个磁极，磁铁的一端设六个缺口，所述定子磁芯设有九个定子齿。