CN110912294A - 齿靴分离式永磁电机定子铁芯、永磁电机及组装方法 - Google Patents

齿靴分离式永磁电机定子铁芯、永磁电机及组装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种齿靴分离式永磁电机定子铁芯、永磁电机及安装方法，克服现有齿轭分离式永磁电机存在的电机槽满率低、工艺实现复杂、安装效率低、制造成本高的技术缺陷。本申请的定子铁芯包括由若干定子模块组成的定子本体和一体式结构的定子齿靴，定子本体与定子齿靴嵌合连接；定子模块包括定子轭部和定子齿部，定子齿部的底面设有凹槽，相邻两个定子模块的定子齿部之间形成定子槽，定子槽在定子齿部的齿端设有开口；定子齿靴上设有用于封闭定子槽开口的凹陷部及用于与定子齿部嵌合连接的凸起部。

Description

齿靴分离式永磁电机定子铁芯、永磁电机及组装方法
技术领域
本发明涉及永磁伺服电机技术领域，具体涉及一种齿靴分离式永磁电机定子铁芯、永磁电机及组装方法。
背景技术
齿槽转矩是永磁电机绕组不通电时永磁体和非同一侧铁心之间相互作用产生的转矩，是由永磁体与电枢齿之间相互作用力的切向分量引起的。齿槽转矩会使电机产生振动和噪声，出现转速波动，使电机不能平稳运行，影响电机的性能。
现有降低齿槽转矩的方法有很多，例如斜槽或斜极、磁极分块移位、分数槽法、磁性槽楔法、闭口槽法、优化磁钢设计、无槽式绕组、辅助凹槽法等。
闭口槽法是指定子槽不开口，槽口材料与齿部材料相同，槽口的导磁性能较好，所以闭口槽比磁性槽楔能更有效地消除转矩脉动。但采用闭口槽，给绕组嵌线带来极大不便，同时也会大大增加槽漏抗，增大电路的时间常数，从而影响电机控制系统的动态特性。日本安川电机作为世界知名品牌，基于本国先进加工和制作工艺，率先采用齿轭分离闭口槽设计方案，如图1所示，径向旋转的永磁电机的定子铁心10包括定子轭部11和定子齿部12，定子齿部12的中心部设有容纳电机转子的柱形空腔，其外缘部周向分布定子齿，相邻两定子齿之间设有朝向定子轭部开口的定子槽，定子轭部11与定子齿部12均为一体式结构，分别加工后再组装为一个定子铁芯10，即所谓齿轭分离。该方案可以有效削弱齿槽转矩，改善电机的输出性能。但是该方案存在以下问题：1、工艺实现较为复杂，需先将绕线13缠绕至骨架14，然后再插入定子槽中；若采用手工组装，组装效率较低，若采用机器自动化操作，则电机制造成本显著上升；2、组装后绝缘骨架不能与定子齿紧密结合，电机槽满率低；3、绝缘骨架只能采用整体成型的骨架，不可采用其他类型的绝缘骨架，电机制造成本高。
发明内容
本发明的目的是提出一种新型齿靴分离式永磁电机定子铁芯、永磁电机及组装方法，通过采用模块化的齿靴分离式闭口槽设计方案，克服现有齿轭分离式永磁电机存在的电机槽满率低、工艺实现复杂、安装效率低、制造成本高的技术缺陷。
为实现上述目的，本发明采用的第一技术方案是：一种齿靴分离式永磁电机定子铁芯，包括由若干定子模块组成的定子本体和一体式结构的定子齿靴，所述定子模块由冲床一体式冲压而成，包括定子轭部和定子齿部，定子轭部的底面与定子齿部的顶面连接，定子齿部的底面设有凹槽，所述定子本体的相邻两个定子模块的定子齿部之间形成定子槽，所述定子槽在定子齿部的齿端设有开口；所述一体式结构的定子齿靴包括齿靴本体，齿靴本体上设有用于封闭定子槽开口的凹陷部及用于与定子齿部嵌合连接的凸起部，所述凸起部设有凸齿；定子本体与定子齿靴通过所述凹槽和凸齿嵌合连接。
本发明采用的第二技术方案是在第一技术方案上的改进，本发明采用的第二技术方案是：所述定子模块径向环形排列组成径向永磁电机的定子本体，一体式结构的定子齿靴与定子齿部径向嵌合连接，齿靴本体的中心部轴向设有与电机转子适配的圆柱空腔。
本发明采用的第三技术方案是在第一技术方案上的改进，本发明采用的第三技术方案是：所述定子模块轴向环形排列组成轴向永磁电机的定子本体，定子轭部设于定子齿部的上方，一体式结构的定子齿靴与定子齿部轴向嵌合连接。
本发明采用的第四技术方案是在第一技术方案上的改进，本发明采用的第四技术方案是：所述定子模块呈直线形排列组成平面永磁电机的定子本体，一体式结构的定子齿靴与定子齿部嵌合连接。
本发明采用的第五技术方案是在第一技术方案上的改进，本发明采用的第五技术方案是：所述凹槽或凸齿的截面形状可以为三角形、梯形、矩形或圆弧形。
本发明采用的第六技术方案是在第一技术方案上的改进，本发明采用的第六技术方案是：沿单个定子模块的定子轭部、定子齿部及嵌合在定子齿部的定子齿靴的凸起部做一截面，所得截面为轴对称图形。
采用上述技术方案，定子模具制作简单，电机制造成本低；并且在组装过程中，易于组装定子，成品率高。
本发明采用的第七技术方案是：提供一种径向永磁电机，设有第二技术方案所述的定子铁芯。
本发明采用的第八技术方案是：提供一种轴向永磁电机，设有第三技术方案所述的定子铁芯。
本发明采用的第九技术方案是：提供一种平面永磁电机，设有第四技术方案所述的定子铁芯。
本发明采用的第十技术方案是：提供一种用于第七、第八或第九技术方案的永磁电机的定子铁芯安装方法，包括顺次连接的以下步骤：
10.1、首先将绝缘骨架粘贴或者嵌套在定子模块的定子槽内，进行单齿绕线；
10.2、将绕线后的各定子模块分别与定子齿靴嵌合连接；
10.3、将嵌合后的各定子模块通过焊接连接成定子本体；
10.4、最后将组装好的定子铁芯置于电机壳中。
本发明的有益效果：
1、相比于现有开口槽永磁电机，采用闭口槽方案，降低了槽口磁阻，从而改善永磁体切向受力的不平衡性，可进一步降低电机的齿槽转矩和转矩脉动，提高电机的运行性能及槽满率。
2、相比于现有齿轭分离式闭口槽永磁电机，本申请可采用现有成熟的单齿绕线技术，直接将骨架安置于定子槽中进行绕线，然后进行定子齿嵌套，工艺实现简单，便于自动化嵌线，可提高电机制造的生产效率，降低电机制作成本；本申请组装后的绝缘骨架可以与定子齿紧密结合，电机槽满率进一步提高。
3、本申请在更换绕组时，绝缘骨架可重复利用，并且在安装时可采用其他类型的绝缘骨架，可降低电机的制造成本。
附图说明
图1是示出现有安川齿轭分离式径向永磁电机定子铁芯的的结构示意图。
图2是示出本发明第一实施例的径向永磁电机定子铁芯的结构示意图。
图3是示出本发明第一实施例的径向永磁电机定子铁芯的定子模块的结构示意图。
图4是示出本发明第一实施例的径向永磁电机定子铁芯的定子齿靴的结构示意图。
图5是示出本发明第二实施例的径向永磁电机定子铁芯的结构示意图。
图6是示出本发明第二实施例的径向永磁电机定子铁芯的定子模块的结构示意图。
图7是示出本发明第二实施例的轴向永磁电机定子铁芯的定子齿靴的结构示意图。
图8是示出本发明第三实施例的轴向永磁电机定子铁芯的立体结构示意图。
图9是示出本发明第三实施例的轴向永磁电机定子铁芯的定子模块的立体结构示意图。
图10是示出本发明第三实施例的轴向永磁电机定子铁芯的定子齿靴的立体结构示意图。
图11是示出本发明第四实施例的轴向永磁电机定子铁芯的立体结构示意图。
图12是示出本发明第四实施例的轴向永磁电机定子铁芯的定子模块的立体结构示意图。
图13是示出本发明第四实施例的轴向永磁电机定子铁芯的定子齿靴的立体结构示意图。
图14是示出本发明第五实施例的平面永磁电机定子铁芯的结构示意图。
图15是示出本发明第五实施例的平面永磁电机定子铁芯的定子模块的结构示意图。
图16是示出本发明第五实施例的平面永磁电机定子铁芯的定子齿靴的结构示意图。
图17是示出本发明第六实施例的平面永磁电机定子铁芯的结构示意图。
图18是示出本发明第六实施例的平面永磁电机定子铁芯的定子模块的结构示意图。
图19是示出本发明第六实施例的平面永磁电机定子铁芯的定子齿靴的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及优选的实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
参阅图2～图4，本发明提供一种浅嵌式连接的齿靴分离式径向永磁电机定子铁芯100，包括由若干定子模块10组成的定子本体101和一体式结构的定子齿靴102。定子模块10包括定子轭部11和定子齿部12，定子轭部的底面111与定子齿部的顶面121连接，定子齿部的底面122设有凹槽123，定子本体的相邻两个定子模块的定子齿部之间形成定子槽14，定子槽在定子齿部的齿端设有开口141。定子齿靴102包括呈圆环状的齿靴本体，齿靴本体的中心部轴向设有与电机转子适配的圆柱空腔1023，齿靴本体的外周面径向向内凹陷形成凹陷部1021，凹陷部1021沿齿靴本体周向均匀间隔分布，相邻两个凹陷部1021之间的齿靴本体的外周面径向向外凸出形成凸起部1022，凸起部1022的中心部径向外凸出形成凸齿10221。定子模块10径向环形排列组成径向永磁电机的定子本体101，定子槽的开口141朝向定子铁芯的中心，定子本体101与定子齿靴102通过凹槽123和凸齿10221径向嵌合连接在一起，凹陷部1021封闭定子槽开口141，凸起部1022嵌合在定子齿部12的齿端形成齿靴。
定子模块10由冲床一体式冲压而成，各定子模块10通过焊接连接成定子本体101。
在本实施例中，定子齿部凹槽深度hs小于0.5倍的定子齿高ht，定子本体101与定子齿靴102为浅嵌式连接。
在本实施例中，定子模块10的横截面为轴对称图形，即定子轭部11、定子齿部12沿中心线a左右对称。齿靴本体的凸起部1022的横截面为轴对称图形，即齿靴沿穿过圆心O的半径左右对称。
在本实施例中，凹槽123的截面形状为梯形，在其他实施例中，其截面形状也可为三角形、矩形或圆弧形。
下面以实施例1的定子铁芯为例，说明本发明的径向永磁电机的定子铁芯安装方法，包括顺次连接的以下步骤：
1)、首先将绝缘骨架粘贴或者嵌套在定子模块10的定子槽14内，进行单齿绕线；
2)、将绕线后的各定子模块10的凹槽123对准定子齿靴102的凸齿10221进行径向嵌合连接；
3)、将嵌合后的各定子模块10通过焊接连接成定子本体101；
4)、最后将组装好的定子铁芯100置于电机壳中。
实施例二
参阅图5～图7，本发明提供一种深嵌式连接的齿靴分离式径向永磁电机定子铁芯200，包括由若干定子模块20组成的定子本体201和一体式结构的定子齿靴202。定子本体201与定子齿靴202通过凹槽223和凸齿20221嵌合连接在一起。
实施例二的定子铁芯与实施例一的定子铁芯结构基本相同，不同之处仅在于，定子齿部凹槽223的深度hs大于0.5倍的定子齿高ht，定子本体201与定子齿靴202为深嵌式连接。
实施例三
参阅图8～图10，本发明提供一种浅嵌式连接的齿靴分离式轴向永磁电机定子铁芯300，包括由若干定子模块30组成的定子本体301和一体式结构的定子齿靴302。定子模块30包括定子轭部31和定子齿部32，定子轭部的底面311与定子齿部的顶面321连接，定子齿部的底面321设有凹槽323，定子本体的相邻两个定子模块的定子齿部之间形成定子槽34，定子槽在定子齿部的齿端设有开口341。定子齿靴302包括呈圆盘状的齿靴本体，齿靴本体的上表面轴向向内凹陷形成凹陷部3021，凹陷部3021沿齿靴本体周向均匀间隔分布，相邻两个凹陷部3021之间的齿靴本体的上表面轴向向外凸出形成凸起部3022，凸起部3022的中心部轴向外凸出形成凸齿30221。定子模块30轴向环形排列组成轴向永磁电机的定子本体301，定子槽的开口341朝下。定子本体301与定子齿靴302通过凹槽323和凸齿30221轴向向嵌合连接在一起，凹陷部3021封闭定子槽开口341，凸起部3022嵌合在定子齿部32的齿端形成齿靴。
在本实施例中，定子齿部凹槽深度hs小于0.5倍的定子齿高ht，定子本体301与定子齿靴302为浅嵌式连接。
在本实施例中，定子模块30的纵截面为轴对称图形，即定子轭部31、定子齿部32沿中心线左右对称。齿靴本体的凸起部3022的纵截面为轴对称图形，即齿靴沿齿靴本体的圆心线左右对称。
在本实施例中，凹槽323的截面形状为矩形，在其他实施例中，其截面形状也可为三角形、梯形或圆弧形。
实施例四
参阅图11～图13，本发明提供一种深嵌式连接的齿靴分离式轴向永磁电机定子铁芯400，包括由若干定子模块组成的定子本体401和一体式结构的定子齿靴402。定子本体401与定子齿靴402通过凹槽423和凸齿40221嵌合连接在一起。
实施例四的定子铁芯与实施例三的定子铁芯结构基本相同，不通之处仅在于，定子齿部凹槽423的深度hs大于0.5倍的定子齿高ht，定子本体401与定子齿靴402为深嵌式连接。
实施例五
参阅图14～图16，本发明提供一种浅嵌式连接的齿靴分离式平面永磁电机定子铁芯500，包括由若干定子模块50组成的定子本体501和一体式结构的定子齿靴502。定子模块50包括定子轭部51和定子齿部52，定子轭部的底面511与定子齿部的顶面521连接，定子齿部的底面522设有凹槽523，定子本体的相邻两个定子模块的定子齿部之间形成定子槽54，定子槽在定子齿部的齿端设有开口541。定子齿靴502包括直线形的齿靴本体，齿靴本体的上表面向内凹陷形成凹陷部5021，凹陷部5021沿齿靴本体均匀间隔分布，相邻两个凹陷部5021之间的齿靴本体的上表面向外凸出形成凸起部5022，凸起部5022的中心部向外凸出形成凸齿50221。定子模块50直线排列组成平面永磁电机的定子本体501，定子槽的开口541朝下；定子本体501与定子齿靴502通过凹槽523和凸齿50221嵌合连接在一起，凹陷部5021封闭定子槽开口541，凸起部5022嵌合在定子齿部52的齿端形成齿靴。
在本实施例中，定子齿部凹槽深度hs小于0.5倍的定子齿高ht，定子本体501与定子齿靴502为浅嵌式连接。
在本实施例中，定子模块50的横截面为轴对称图形，即定子轭部51、定子齿部52沿中心线a左右对称。齿靴本体的凸起部5022的横截面为轴对称图形，即齿靴沿中心线左右对称。
在本实施例中，凹槽523的截面形状为矩形，在其他实施例中，其截面形状也可为三角形、梯形或圆弧形。
实施例六
参阅图17～图19，本发明提供一种深嵌式连接的齿靴分离式平面永磁电机定子铁芯600，包括由若干定子模块60组成的定子本体601和一体式结构的定子齿靴602。定子本体601与定子齿靴602通过凹槽623和凸齿60221嵌合连接在一起。
实施例六的定子铁芯与实施例五的定子铁芯结构基本相同，不同之处仅在于，定子齿部凹槽623的深度hs大于0.5倍的定子齿高ht，定子本体601与定子齿靴602为深嵌式连接。

Claims (10)

1.一种齿靴分离式永磁电机定子铁芯，其特征在于，包括由若干定子模块组成的定子本体和一体式结构的定子齿靴，所述定子模块包括定子轭部和定子齿部，定子轭部的底面与定子齿部的顶面连接，定子齿部的底面设有凹槽，所述定子本体的相邻两个定子模块的定子齿部之间形成定子槽，所述定子槽在定子齿部的齿端设有开口；所述一体式结构的定子齿靴包括齿靴本体，齿靴本体上设有用于封闭定子槽开口的凹陷部及用于与定子齿部嵌合连接的凸起部，所述凸起部设有凸齿；定子本体与定子齿靴通过所述凹槽和凸齿嵌合连接。
2.如权利要求1所述的齿靴分离式永磁电机定子铁芯，其特征在于，所述定子模块径向环形排列组成径向永磁电机的定子本体，一体式结构的定子齿靴与定子齿部径向嵌合连接，齿靴本体的中心部轴向设有与电机转子适配的圆柱空腔。
3.如权利要求1所述的齿靴分离式永磁电机定子铁芯，其特征在于，所述定子模块轴向环形排列组成轴向永磁电机的定子本体，定子轭部设于定子齿部的上方，一体式结构的定子齿靴与定子齿部轴向嵌合连接。
4.如权利要求1所述的齿靴分离式永磁电机定子铁芯，其特征在于，所述定子模块呈直线形排列组成平面永磁电机的定子本体，一体式结构的定子齿靴与定子齿部嵌合连接。
5.如权利要求1所述的齿靴分离式永磁电机定子铁芯，其特征在于，所述凹槽或凸齿的截面形状可以为三角形、梯形、矩形或圆弧形。
6.如权利要求1所述的齿靴分离式永磁电机定子铁芯，其特征在于，沿单个定子模块的定子轭部、定子齿部及嵌合在定子齿部的定子齿靴的凸起部做一截面，所得截面为轴对称图形。
7.一种径向永磁电机，其特征在于，设有如权利要求2所述的定子铁芯。
8.一种轴向永磁电机，其特征在于，设有如权利要求3所述的定子铁芯。
9.一种平面永磁电机，其特征在于，设有如权利要求4所述的定子铁芯。
10.如权利要求7～9任意一项所述的永磁电机的定子铁芯安装方法，其特征在于，包括顺次连接的以下步骤：
10.1、首先将绝缘骨架粘贴或者嵌套在定子模块的定子槽内，进行单齿绕线；
10.2、将绕线后的各定子模块分别与定子齿靴嵌合连接；
10.3、将嵌合后的各定子模块通过焊接连接成定子本体；
10.4、最后将组装好的定子铁芯置于电机壳中。
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