CN215817702U - 一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电机装置领域，具体为一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机，包括电机主体和零部件，所述的电机主体由机壳、环形定子铁芯、定子绕组、磁瓦、转子铁芯、转子轴组成，所述的零部件的圆心同轴心，所述环形定子铁芯、所述磁瓦、气隙、所述转子铁芯组合成电机主磁场回路；所述的气隙由环形定子绕组和运动气隙组成；所述磁瓦。采用本发明一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机，可实现产品结构紧凑、体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率和转矩密度大、反电势正弦高，波形畸变率低、运行噪音和振动低，转矩波动小，控制运转平稳、控制精度高、制造成本低等优点。

Description

一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机

技术领域

本实用新型涉及电机装置领域，具体为一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机。

背景技术

空心杯无刷电机属于直流永磁伺服微特电机，与普通无刷直流电机的主要区别在于电枢铁芯上没有齿槽，电机绕组按照特殊的绕制工艺制作成杯型的一类电机。与传统的齿槽电机相比有以下优点：1、效率高：空心杯电机的效率大多在70％以上，部分产品甚至接近90％，而相同的体积和重量下传统齿槽类电机的效率均在70％以下；2、体积小、重量轻、功率和转矩密度高：由于工作效率提高、损耗降低，空心杯电机的功率密度大幅提高，与传统齿槽类电机相比，体积重量可减小30％左右；3、控制性能好：无齿槽效应导致的转矩波动小，电机运转平稳；机电时间常数低，动态响应好，电机的电感非常低，常规电气时间常数在0.1ms以内，机电时间常数在2ms左右，电机响应迅速，控制精确，适合应用于高精密驱动系统中，例如通讯、机器人、安防、航空航天、舵控系统等领域。

随着航模、无人机、机器人、云台等产品随着应用的范围的拓展，对驱动动力电机提出了重量轻、小型化、高功率密度、高转矩密度、高效率、高动态响应、高可靠性、安全性等要求。目前空心杯无刷电机因工艺所限，多采用的1对极，六边形绕组结构以及三角形接线方法，此种结构电机的转速偏高，反电势及电机转矩系数偏低，导致无法开发大扭力密度和功率密度空心杯无刷直流电机。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机，包括电机主体和零部件，所述的电机主体由机壳、环形定子铁芯、定子绕组、磁瓦、转子铁芯、转子轴组成，所述的零部件的圆心同轴心，所述环形定子铁芯、所述磁瓦、气隙、所述转子铁芯组合成电机主磁场回路；

所述的气隙由环形定子绕组和运动气隙组成；

所述磁瓦，采用单极NS交替配对充磁，使得所述定子绕组耦合部分的所述气隙磁密波形为正弦形；

所述的定子绕组可与所述电机主磁回路耦合，所述转子铁芯回转运动时，得到正弦度高反电势波形。

优选的，所述的环形定子铁芯的环形铁芯外径为ΦDo，ΦDo为10～60mm，所述的环形定子铁芯的环形铁芯内径为ΦDi，ΦDi值为6～52mm，且其外圆均布的半圆槽的半径Ro值为0.5～2mm，所述的环形定子铁芯厚度t为15～80mm。

优选的，所述的磁瓦极数为P，P值为4～12，且为2的公倍数；

所述的磁瓦采用单极NS交替配对充磁，使得表磁和电机气隙得到正弦度高的气隙磁密；

所述磁瓦外圆弧半径Ro值为2.5～22.5mm；所述磁瓦厚度尺寸Li为2～40mm。

优选的，所述的气隙为g，g值为1.3～4mm，所述运动气隙为g1，g1值为0.25～0.6mm。

优选的，所述的定子绕组采用同心绕组组成，且径向绕组层数为2～6层，同心圆中心跨距为一个极距τ，τ＝πD/P。

优选的，所述的环形定子铁芯由若干圆环型冲片沿轴向组合叠压而成，圆环形冲片由厚度为由0.1～0.5mm高性能硅钢片制成。

优选的，所述环形定子铁芯、所述定子绕组和所述机壳构成定子，所述机壳呈圆筒状，所述的定子铁芯通过过盈及外壁涂抹胶水粘接在所述机壳内侧，所述定子绕组固定连接在所述环形定子铁芯内侧，所述定子绕组与所述定子铁芯之间有绝缘纸隔绝层，所述定子绕组由自粘性漆包线绕制，成圆筒状结构。

优选的，所述磁瓦、转子铁芯、转子轴及附件组成转子；所述的磁瓦为单极NS交替充磁，可满足≥20000rpm条件下运行。

优选的，所述电机主体关键参数应满足公式：

且

并且磁钢厚度与所述气隙值之间满足的

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：采用本发明一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机，可实现产品结构紧凑、尺寸小、体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率和转矩密度大、反电势正弦高，波形畸变率低、运行噪音和振动低，转矩波动小，控制运转平稳、控制精度高、制作成本低等优点。

附图说明

图1为本实用新型一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机径向剖面结构示意图；

图2为本实用新型一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机的主要尺寸布局示意图；

图3为本实用新型一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机的某四极电机同心式绕组平面展开示意图；

图4为本实用新型一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机的电机磁场分布云图；

图5为本实用新型一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机的电机磁场分布云局部放大图；

图6为本实用新型一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机的电机气隙磁密曲线示意图；

图7为本实用新型一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机的电机气隙磁密曲线示意图的其中一个局部放大结构示意图；

图8为本实用新型一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机的电机气隙磁密曲线示意图的另一个局部放大结构示意图。

图中：01、机壳；02、环形定子铁芯；03、定子绕组；04、磁瓦；05、转子铁芯；06、转子轴；g气隙；g1运动气隙；ΦDo环形铁芯外径；ΦDi环形铁芯内径；r环形铁芯外圆槽半径；t环形定子铁芯厚度；Φdo磁瓦外圆弧半径；Φdi转子铁芯内径；t环形定子铁芯厚度；P磁瓦极数值；Ro磁瓦外圆弧半径；Li磁瓦厚度。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

请参阅图1-4，图为本实用新型中一优选实施方式，一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机，包括电机主体和零部件，的电机主体由机壳01、环形定子铁芯02、定子绕组03、磁瓦04、转子铁芯05、转子轴06组成，的零部件的圆心同轴心，其特征在于：环形定子铁芯02、磁瓦04、气隙、转子铁芯05组合成电机主磁场回路；

气隙由环形定子绕组和运动气隙组成；

磁瓦04，采用单极NS交替配对充磁，使得定子绕组03耦合部分的气隙磁密波形为正弦形；

的定子绕组03可与电机主磁回路耦合，转子铁芯05回转运动时，得到正弦度高反电势波形。

具体的，环形定子铁芯02的环形铁芯外径为ΦDo，ΦDo为10～60mm，环形定子铁芯02的环形铁芯内径为ΦDi，ΦDi值为6～52mm，且其外圆均布的半圆槽的半径r值为0.5～2mm，的环形定子铁芯厚度t为15～80mm。

具体的，的磁瓦04极数为P，P值为4～12，且为2的公倍数；的磁瓦04采用单极 NS配对充磁，表磁和气隙得到正弦度较高的气隙磁密，确保绕组耦合部分的气隙磁密波形为正弦形。

磁瓦04采用单极NS交替配对充磁，使得表磁和电机气隙得到正弦度高的气隙磁密；

磁瓦04外圆弧半径Ro值为2.5～22.5mm；磁瓦04厚度尺寸Li为2～40mm。磁瓦04 内壁根部为平面带燕尾齿结构。

具体的，的气隙为g，g值为1.3～4mm，运动气隙为g1，g1值为0.25～0.6mm。

具体的，的定子绕组03采用同心绕组组成，且径向绕组层数为2～6层，同心圆中心跨距为一个极距τ，τ＝πD/P。本方案提供一种的4极6线圈空心杯绕组展开图，按示意图进行绕线整形合格后在整圆及下进行卷圆精整，卷圆成圆筒状结构，进一步的装入的环形铁芯02内侧进行预固定。

具体的，的环形定子铁芯02由若干圆环型冲片沿轴向组合叠压而成，圆环形冲片由厚度为由0.1～0.5mm高性能硅钢片制成。

具体的，环形定子铁芯02、定子绕组03和机壳01构成定子，机壳01呈圆筒状，的环形定子铁芯02通过过盈及外壁涂抹胶水粘接在机壳01内侧，定子绕组03固定连接在环形定子铁芯02内侧，定子绕组03与环形定子铁芯02之间有绝缘纸隔绝层，定子绕组 03由自粘性漆包线绕制，成圆筒状结构。的定子铁芯03，外圆均布6个半圆槽。半圆槽可利于定子整体灌封或注塑时的胶水及塑胶流动，顺利排出腔体内的多余空气。在机壳01、环形定子铁芯02、定子绕组03固定完成后，对其进行整体灌封或注塑处理，树脂或塑料填充绕组间及绕组与铁芯间的安装缝隙，提高定子组件强度和散热。

具体的，磁瓦04、转子铁芯05、转子轴06及附件组成转子；的磁瓦04为单极NS交替充磁，可满足≥20000rpm条件下运行。转子铁芯05为方形，每个面中部设置燕尾槽，与磁瓦04的燕尾齿配合。磁瓦04与转子铁芯05配合采用燕尾齿槽结构，装配简单，并辅以耐高温高强度胶水粘接，降低了永磁体成本，且磁瓦连接牢固可靠，能有效抵挡磁瓦在高转速下的离心力。按上述条件建模组合而成的某款4极电机，在ANSYS Electronics 软件下进行磁场优化和线圈布线优化，如图4所示，磁场云图，电机的最高磁密为1.23T，磁场分布均匀，效果良好；如图6所示，气隙磁场磁密波形为正弦形，波形畸变率低，磁密幅值为0.75T；进行动态反电势和力矩系数仿真，得到一款个正弦度高反电势，其幅值为2.25V/Krpm，进一步分析电机气隙磁密和反电势的波形正弦度高，波形畸变率低，电机运行噪音和振动低、控制精度高。

具体的，电机主体关键参数应满足公式：

且

并且磁钢厚度与气隙值之间满足的

采用本发明一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机，可实现产品结构紧凑、体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率和转矩密度大、反电势正弦高，波形畸变率低、运行噪音和振动低，转矩波动小，控制运转平稳、控制精度高、制造成本低等优点。

本实施例中，目前空心杯无刷电机因工艺所限，多采用的1对极，六边形绕组结构以及三角形接线方法，我们从磁路结构分析，一般此类结构电机轭部较厚，转子外

径偏小，我们结合无刷直流电机公式出发：

从公式分析，在电机长度L_a、转速n、极弧系数α_i、绕组系数k_ω、磁场强度A、气隙平均电机B_δ及散热条件相同情况下，电机输出功率P'正比于电枢或转子外径 D_a ²。目前1对极在相同的电机外围尺寸下，因定子轭部大，电机有效尺寸Da小，导致电机的整体磁通偏低，进一步地影响空心杯无刷直流电机转矩和功率输出，以及电机效率，若达到相同转矩密度输出就必须增大电机体积。综上随着功率密度、转矩密度、小型化等指标逐步提高，在特定的电机外径和厚度情况下，要充分磁路特性，兼顾气隙磁密B_δ和有效转子直径D_a，提高电机有效工作磁通；采用4极同心式绕组6线圈方式，提高了绕组系数，绕组相位结构规整，避免了的绕组重叠，气隙短，从而保证在有效匝数内提高磁链，反电势和转矩系数，有效的提高了单位体积内的反电势和转矩系数大，电机电阻低，降低转矩工作电流，提高的效率。本项目的空心杯无刷电机可实现产品结构简单、装配方便、结构紧凑、尺寸小、体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率和转矩密度大、反电势正弦高，波形畸变率低、运行噪音和振动低，转矩波动小，动态响应速度高、控制运转平稳、控制精度高、可靠性高、制造成本低等优点。

发明一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机，实现产品尺寸小、体积小、重量轻、效率高、损耗小、功率和转矩密度大、反电势正弦高，波形畸变率低、控制运行平稳、精度高；

通过优化磁场分布，优选了铁芯轭部厚度、气隙长度、磁钢厚度、转子轭厚，有效的提高了单位体积内磁通通量，从而提高了电机单位匝数的反电势和转矩系数，进一步地降低了单位转矩系数下的电阻，降低的电机铜损耗，有效的提高了电机效率、转矩密度及功率密度。

通过优化气隙磁场，电机反电势正弦度高、波形畸变率低，电机运行平稳、噪音和振动低，转矩波动小，控制运转平稳、精度高。

采用同心式绕组绕线和布局，绕组过线无重叠部分，有效匝数下气隙短，在有限环形气隙下可实现多层绕线布局，从而提高了绕组空间利用率，单位反电势下电阻的低，电机铜损小，降低的电机铜损耗，有效的提高了电机效率、转矩密度及功率密度；

通过优化气隙磁场，采用4极表贴磁瓦，通过合理布局磁瓦结构、气隙长度、定子磁轭厚度等关键参数，使得电机气隙磁密波形正弦性好，反电势正弦性好、波形畸变率低，电机反电势正弦度高、波形畸变率低，电机运行平稳、噪音和振动低，转矩波动小，控制运转平稳、精度高、制造成本低；

通过环形冲片外圆设计若干导流槽，极大地方便定子灌封处理及注塑，有利于绕组散热，并大幅提高了霍尔电路板与绕组的可靠性；

通过转子铁芯设计燕尾槽和磁瓦根部设计燕尾齿，并辅以耐高温高强度胶水粘接，降低了永磁体成本，且转子装配简单，连接牢固可靠。

以上内容是结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明，不能认定本实用新型具体实施只局限于这些说明，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims (9)

1.一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机，包括电机主体和零部件，所述的电机主体由机壳(01)、环形定子铁芯(02)、定子绕组(03)、磁瓦(04)、转子铁芯(05)、转子轴(06)组成，所述的零部件的圆心同轴心，其特征在于：所述环形定子铁芯(02)、所述磁瓦(04)、气隙、所述转子铁芯(05)组合成电机主磁场回路；

所述的气隙由环形定子绕组和运动气隙组成；

所述磁瓦(04)，采用单极NS交替配对充磁，使得所述定子绕组(03)耦合部分的所述气隙磁密波形为正弦形；

所述的定子绕组(03)可与所述电机主磁回路耦合，所述转子铁芯(05)回转运动时，得到正弦度高反电势波形。

2.根据权利要求1所述的一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机，其特征在于：所述的环形定子铁芯(02)的环形铁芯外径为ΦDo，ΦDo为10～60mm，所述的环形定子铁芯(02)的环形铁芯内径为ΦDi，ΦDi值为6～52mm，且其外圆均布的半圆槽的半径r值为0.5～2mm，所述的环形定子铁芯厚度t为15～80mm。

3.根据权利要求1所述的一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机，其特征在于：所述的磁瓦(04)极数为P，P值为4～12，且为2的公倍数；

所述的磁瓦(04)采用单极NS交替配对充磁，使得表磁和电机气隙得到正弦度高的气隙磁密；

所述磁瓦(04)外圆弧半径Ro值为2.5～22.5mm；所述磁瓦(04)厚度尺寸Li为2～40mm。

4.根据权利要求1所述的一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机，其特征在于：所述的气隙为g，g值为1.3～4mm，所述运动气隙为g1，g1值为0.25～0.6mm。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机，其特征在于：所述的定子绕组(03)采用同心绕组组成，且径向绕组层数为2～6层，同心圆中心跨距为一个极距τ，τ＝πD/P。

6.根据权利要求5所述的一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机，其特征在于：所述的环形定子铁芯(02)由若干圆环型冲片沿轴向组合叠压而成，圆环形冲片由厚度为由0.1～0.5mm高性能硅钢片制成。

7.根据权利要求6所述的一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机，其特征在于：所述环形定子铁芯(02)、所述定子绕组(03)和所述机壳(01)构成定子，所述机壳(01)呈圆筒状，所述的定子铁芯(02)通过过盈及外壁涂抹胶水粘接在所述机壳(01)内侧，所述定子绕组(03)固定连接在所述环形定子铁芯(02)内侧，所述定子绕组(03)与所述定子铁芯(02)之间有绝缘纸隔绝层，所述定子绕组(03)由自粘性漆包线绕制，成圆筒状结构。

8.根据权利要求7所述的一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机，其特征在于：所述磁瓦(04)、转子铁芯(05)、转子轴(06)及附件组成转子；所述的磁瓦(04)为单极NS交替充磁，可满足≥20000rpm条件下运行。

9.根据权利要求8所述的一种环形、燕尾槽冲片、多极表贴磁瓦转子及电机，其特征在于：所述电机主体关键参数应满足公式：

且

并且磁钢厚度与所述气隙值之间满足的

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