CN220822867U - 永磁直流电机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种永磁直流电机，包括沿着中心轴线同轴设置的定子组件以及沿所述中心轴线设置且由所述定子组件围绕的转子，所述定子组件包括彼此间隔开的多个定子，每个定子设置有围绕所述中心轴线布置的多个绕组，所述多个绕组包括分别连接到U相端子、V相端子和W相端子的U相绕组、V相绕组和W相绕组，所述多个绕组围绕所述中心轴线按照固定的顺序布置。所述多个定子至少包括第一定子和第二定子，所述第一定子和所述第二定子相对于彼此在绕所述中心轴线的方向上以一错位角度B错位布置，使得第一定子和第二定子的同相绕组在中心轴线的方向上不彼此对准。

Description

永磁直流电机

技术领域

本公开涉及一种永磁直流电机。

背景技术

齿槽转矩是现有的永磁直流电机中客观存在的一种周期性转矩，其产生的原因在于，在永磁直流电机中，定子的开槽结构导致电机的各个极所对应的磁路的磁阻不平衡，使得转子倾向于被拉到磁阻路径最小的一些固定位置。

齿槽转矩会引起永磁直流电机的转矩脉动，进而导致转速波动。转矩脉动还会使电机产生振动和噪声，并且严重影响电机的定位精度和伺服性能，在低速时的影响尤其严重。此外，齿槽转矩还会使电机启动困难。

要消弱齿槽转矩的影响，最常见的做法是设置转子斜极或定子斜槽，但这种方法具有很高的工艺复杂度。

希望能够以简单的结构和成本有效的方式解决上述问题。

实用新型内容

针对上文提到的问题和需求，本公开提出了一种垂直叠装的多定子单转子永磁无刷电机，该电机通过多个定子的导通错位，减小输出转矩的波动，在高转速低转矩或低转速高转矩情况都适用，提高了转速的稳定性，有效克服了齿槽转矩的影响。

本公开首先提出一种永磁直流电机，其包括沿着中心轴线同轴设置的定子组件以及沿所述中心轴线设置且由所述定子组件围绕的转子，所述定子组件包括彼此间隔开的多个定子；每个定子设置有围绕所述中心轴线布置的多个绕组，所述多个绕组包括分别连接到U相端子、V相端子和W相端子的U相绕组、V相绕组和W相绕组，所述多个绕组围绕所述中心轴线按照固定的顺序布置；所述多个定子至少包括第一定子和第二定子，所述第一定子和所述第二定子相对于彼此在绕所述中心轴线的方向上以一错位角度B错位布置，使得第一定子和第二定子的同相绕组在中心轴线的方向上不彼此对准。

根据优选方案，所述错位角度B满足：180/P≤B≤540/P，其中P是绕组总数。

根据优选方案，所述错位角度B满足：330/P≤B≤390/P，其中P是绕组总数。

根据优选方案，所述错位角度B满足：345/P≤B≤375/P，其中P是绕组总数。

根据优选方案，所述错位角度B＝360/P。

根据优选方案，所述绕组总数为12。

根据优选方案，所述永磁直流电机总共具有两个定子。

根据优选方案，所述两个定子布置为在中心轴线的方向上满足以下之一：第一定子的U相绕组对准第二定子的V相绕组；第一定子的U相绕组对准第二定子的W相绕组。

根据优选方案，所述多个定子中，任两个相邻的定子均以所述错位角度B彼此错位布置。

根据优选方案，所述永磁直流电机总共具有三个定子。

根据优选方案，所述未设置绕组的定子组件的高度小于所述转子的高度，且设置有所述多个绕组的定子组件的高度大于或等于所述转子的高度。

根据优选方案，相邻两定子之间的间距小于3cm，且相邻两定子之间设置有固定在转子外部的隔磁板。

根据优选方案，各个定子的高度差不超过20％。

下文中将结合附图对实施本公开的最优实施例进行更详尽的描述，以便能容易地理解本公开的特征和优点。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下文中将对本公开实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本公开的一些实施例，而非将本公开的全部实施例限制于此。

图1示出了根据第一实施例的永磁直流电机的局部主视图；

图2示出了根据第一实施例的永磁直流电机的爆炸图；

图3示出了根据第一实施例的永磁直流电机的局部正视图；

图4示出了根据第一实施例的永磁直流电机的第一定子的端部视图；

图5示出了根据第一实施例的永磁直流电机的第二定子的端部视图，其观察方向与图4相同；

图6示出了根据第二实施例的永磁直流电机的局部爆炸图。

附图标记列表

10 转子

11 转子轴

20 第一定子

21 第一定子的绕组

30 第二定子

31 第二定子的绕组

40 第三定子

41 第二定子的绕组

具体实施方式

为了使得本公开的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本公开具体实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

与附图所展示的实施例相比，本公开保护范围内的可行实施方案可以具有更少的部件、具有附图未展示的其他部件、不同的部件、不同地布置的部件或不同连接的部件等。此外，附图中两个或更多部件可以在单个部件中实现，或者附图中所示的单个部件可以实现为多个分开的部件。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

为了以简单的结构和成本有效的方式减弱齿槽转矩的影响，本公开提出了一种具有特定结构和设计的永磁直流电机。下文将参考附图介绍该永磁直流电机的具体实施方式。

总体上，本公开所提出的永磁直流电机包括沿着中心轴线A同轴设置的定子组件，以及沿所述中心轴线A设置且由所述定子组件围绕的转子10。转子10固定到转子轴11并与之同步旋转。当电机运行时，多个转子20由于与定子组件的交互而转动，并带动转子轴11旋转。

所述定子组件包括彼此间隔开的多个定子，所述多个定子均沿所述中心轴线A布置，转子10由所述多个定子的每一个围绕。

每个定子设置有围绕所述中心轴线布置的多个绕组，所述多个绕组包括分别连接到U相端子、V相端子和W相端子的U相绕组、V相绕组和W相绕组。在附图中，U相绕组、V相绕组和W相绕组分别用字母U、V和W表示。

具体地，本公开的电机可以接220V或380V交流电。永磁直流电机自带驱动器将交流电变成直流电。该电机的三相绕组星形连接，通过控制程序按照不同顺序进行通断控制来定义U、V、W相端子和U、V、W相绕组。

对于每个定子，所述多个绕组围绕所述中心轴线按照固定的顺序布置。所述固定的顺序可以是“U相绕组-V相绕组-W相绕组-U相绕组-V相绕组……”的顺序，也可以是“U相绕组-W相绕组-V相绕组-U相绕组-W相绕组……”的顺序。

其中，若不考虑电连接，所述多个定子可以具有完全相同结构且相同布置的绕组。但本公开中，为了方便起见，即使在没有电流的情况下，也将连接到相应相的电端子的绕组按照相应相的名称来命名，即如前文所述的，连接到U相端子、V相端子和W相端子的绕组分别称为U相绕组、V相绕组和W相绕组。

在围绕所述中心轴线A的方向上，所述多个绕组按照U相绕组、V相绕组和W相绕组的顺序交替地布置。

在本公开图1-5所示的第一示例性实施例中，永磁直流电机具有两个定子，在图6所示的第二示例性实施例中，永磁直流电机具有三个定子。在未示出的实施例中，永磁直流电机可具有其他数量的定子，例如4、5、6个定子，甚至更多。但定子的数量优选地为两个或三个，以便以简单的结构实现减轻齿槽转矩影响的目的。

其中，本公开的附图中展示的优选实施例中，绕组的数量均为12，具有4个U相绕组、4个V相绕组和4个W相绕组，但本公开的范围不限于此。还可以例如其他合适的绕组数量。

在本公开中，若一个定子的相应相的绕组沿中心轴线方向与另一定子的相应相绕组是对准的，则称这两个定子“正位”布置。若两个定子未“正位”布置，而是其中一个定子相对于另一个定子绕中心轴线旋转了一角度，则称该两个定子“错位”布置，或称其中一个定子相对于另一个定子“错位”布置。即，“错位”布置的两个定子，其相应相的绕组并非对准的，而是错开一定角度，换句话说，相应相的绕组的连线不与定子的中心轴线平行。以图1为例，其中两个定子彼此旋转了30°(360°/12)，即两个定子以30°角度错位布置。

为了减弱齿槽转矩的影响，本公开提出，将多个定子中的至少一个定子相比于其他定子中的一个或多个错位地设置。也就是说，使得多个定子中的至少两个定子(可称为第一定子和第二定子)在绕中心轴线的方向上以一错位角度B彼此错位布置，使得第一定子的相应相绕组不与第二定子的相应相绕组对准，而是相差一错位角度B。

通过设置多个定子，且使得所述多个定子中的至少两个定子彼此错位设置，能够有效消弱齿槽转矩的影响，减小电机运行时的速度波动，使得电机出力更平均稳定，减小电机运行的振动和噪声，提高电机的控制精度。

具体而言，在本公开的方案中，若多个定子中有一个定子(称为定子A)相比于其他定子是错位的，则当转子由于该定子A的齿槽而出现速度波动时，与定子A错位布置的其他定子不会对转子产生影响，这样其他定子可以起到稳定转速的作用。当转子旋转到受其他定子影响的位置时，该转子已不受定子A的影响，同样，这起到了稳定转速的作用。可见，通过本公开的错位方案，转子不会同时受到所有定子带来的影响，这可以有效减弱齿槽转矩的影响，减小输出转矩的波动，在高转速低转矩或低转速高转矩情况都适用，电机出力更平衡。

需要说明的是，对于本公开的方案，两个定子可以在结构上并没有错位布置，而是通过程序控制两个定子的UVW相的通断产生错位效果，例如其中一个定子的U和V相接通、W相断开，而另一定子的V和W相接通，U相断开。这样，可以通过控制通电而实现定子错位角度的灵活调整。

对于具有三个或三个以上定子的永磁直流电机，优选地，使得定子中任两个相邻的定子均错位布置。相比于仅两个相邻定子错位布置的方案，其可以更有效地降低齿槽转矩的总体影响。

根据本公开的优选方案，错位角度B满足：180/P≤B≤540/P，其中P是绕组总数。更优选地，可以使得错位角度满足330/P≤B≤390/P，或345/P≤B≤375/P。通过设置这样的错位角度，可以良好地实现降低齿槽转矩影响的目的。

最优选地，错位布置的错位角度B＝360/P(附图的实施例中，错位角度即满足360/P)，该角度能够最佳地实现降低齿槽转矩影响的目的。

在第一实施例中，参见图1-5，该永磁直流电机包括在转子10和围绕在所述转子10的两个定子，称为第一定子20和第二定子30，第一定子20具有多个绕组21，第二定子30具有多个绕组31。转子10固定到转子轴11。如图1和图2所示，每个定子优选为两端开口的筒状结构，且具有若干从定子内壁延伸的齿部，齿部可设置有齿槽以用于缠绕绕组。在图2的视图中，隐藏了定子10，仅示出了转子、转子轴30以及设置在定子10上的绕组11。

在该第一实施例中，第一定子20和第二定子30错位布置，错位角度为B＝30°，从而，第一定子21和第二转子22布置为使得，沿着中心轴线，第一定子的U相绕组与第二定子的W相绕组对准，第一定子的V相绕组与第二定子的U相绕组对准，第一定子的W相绕组与第二定子的V相绕组对准。图3清楚地展示了这种对准关系。也可以参考图4-5，其中图4示出了第一定子20的端部视图，图5以与图4相同的视角展示了第二定子30的端部视图，可以看出二者存在30°(360°/12)的错位角度。通过这种错位布置，当转子受到第一定子20齿槽转矩影响时，该转子不会受第二定子30的齿槽转矩的影响，而当该转子受到第二定子30的齿槽转矩影响时，其不处于受第一定子影响的位置，这样，可以稳定转子的转速，降低齿槽转矩对转子的总体影响。

其中，其他实施例中(未示出)，可以设置双定子单转子的结构，使得定子错位布置为第一定子的U相绕组与第二定子的V相绕组对准，第一定子的V相绕组与第二定子的W相绕组对准，第一定子的W相绕组与第二定子的U相绕组对准。

在第二实施例中，参见图6，永磁直流电机包括在转子10和围绕所述转子10的三个定子，称为第一定子20、第二定子30和第三定子40。第一定子20具有多个绕组21，第二定子30具有多个绕组31，第三定子40具有多个绕组41。该实施例中的每个定子的结构与第一实施例相似，在此不再赘述。该实施例中，第一定子20和第二定子30之间具有30°的错位角度，第二定子30和第三定子40之间也具有30°的错位角度，三个定子布置为使得，在平行于中心轴线的方向上，第一定子、第二定子、第三定子的绕组对应关系为：U-W-V、V-U-W、W-V-U。通过这样的布置，转子10不会同时受到第一定子、第二定子和第三定子的齿槽转矩的影响，从而总体上改善电机性能。

在未示出的实施例中，第一定子、第二定子、第三定子的绕组对应关系也可以为U-W-U、V-U-V、W-V-W，或为U-V-U、V-W-V、W-U-W，或为U-V-W、V-W-U、W-U-V。

优选地，所述未设置绕组的定子组件的高度小于所述转子的高度，且设置有多个绕组的定子组件的高度大于或等于所述转子的高度。通过这样的设置，可以提高定子组件两端绕组磁场的利用率。

在本公开中，对于相邻两定子之间的间距没有要求。但优选地，相邻两定子之间的间距小于3cm，以实现紧凑性，同时，在相邻两定子之间设置固定在转子外部的隔板。通过设置隔板，可以使相互靠近的两定子绕组的磁场互不影响。

优选地，各个定子的高度差不超过20％(即不超过所述各个定子中任一定子的高度的20％)，优选地，不超过15％，更优选地，不超过10％。对于具有多于三个定子的情况，所述三个定子中任两个定子的高度差不超过20％。更优选地，各个定子具有相同或大致相同的高度(即高度差不超过5％)。

上文中参照优选的实施例详细描述了本公开所提出的方案的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本公开理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本公开提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (13)

1.一种永磁直流电机，其特征在于，包括沿着中心轴线同轴设置的定子组件以及沿所述中心轴线设置且由所述定子组件围绕的转子，所述定子组件包括彼此间隔开的多个定子，

每个定子设置有围绕所述中心轴线布置的多个绕组，所述多个绕组包括分别连接到U相端子、V相端子和W相端子的U相绕组、V相绕组和W相绕组，所述多个绕组围绕所述中心轴线按照固定的顺序布置；

所述多个定子至少包括第一定子和第二定子，所述第一定子和所述第二定子相对于彼此在绕所述中心轴线的方向上以一错位角度B错位布置，使得第一定子和第二定子的同相绕组在中心轴线的方向上不彼此对准。

2.如权利要求1所述的永磁直流电机，其特征在于，

所述错位角度B满足：180/P≤B≤540/P，其中P是绕组总数。

3.如权利要求2所述的永磁直流电机，其特征在于，

所述错位角度B满足：330/P≤B≤390/P，其中P是绕组总数。

4.如权利要求2所述的永磁直流电机，其特征在于，

所述错位角度B满足：345/P≤B≤375/P，其中P是绕组总数。

5.如权利要求2所述的永磁直流电机，其特征在于，

所述错位角度B＝360/P。

6.如权利要求2所述的永磁直流电机，其特征在于，

所述绕组总数为12。

7.如权利要求1-6中任一项所述的永磁直流电机，其特征在于，所述永磁直流电机总共具有两个定子。

8.如权利要求7所述的永磁直流电机，其特征在于，

所述两个定子布置为在中心轴线的方向上满足以下之一：

第一定子的U相绕组对准第二定子的V相绕组；

第一定子的U相绕组对准第二定子的W相绕组。

9.如权利要求1-6中任一项所述的永磁直流电机，其特征在于，所述多个定子中，任两个相邻的定子均以所述错位角度B彼此错位布置。

10.如权利要求1-6中任一项所述的永磁直流电机，其特征在于，所述永磁直流电机总共具有三个定子。

11.如权利要求1-6中任一项所述的永磁直流电机，其特征在于，

未设置绕组的所述定子组件的高度小于所述转子的高度，且设置有所述多个绕组的定子组件的高度大于或等于所述转子的高度。

12.如权利要求1-6中任一项所述的永磁直流电机，其特征在于，

相邻两定子之间的间距小于3cm，且相邻两定子之间设置有固定在转子外部的隔板。

13.如权利要求1-6中任一项所述的永磁直流电机，其特征在于，各个定子的高度差不超过20％。