CN2891450Y - 高出力永磁无刷无槽电动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高出力永磁无刷无槽电动机，包括由定子铁芯和定子绕组组成定子部分，由主轴和永磁组件组成转子部分，所述定子铁芯为无齿无槽的圆柱型铁芯；所述定子绕组直接粘贴在所述定子铁芯内圆表面；所述转子主轴上的永磁装置由下列三种结构中的至少一种结构组成：1)转子主轴上设有异向磁化的圆柱形多极永磁磁环；2)转子主轴上设有铁芯，转子铁芯圆周上固设有无极靴凸隐极结构的磁极；3)转子主轴上设有铁芯，转子铁芯内沿圆周缘方向镶有V形切向和径向磁化磁钢。本实用新型的永磁无刷无槽电动机具有高出力、低波动、快响应、低噪、小型轻量化和平稳运行的特点。

Description

高出力永磁无刷无槽电动机

技术领域

本实用新型涉及电动机技术，特别是涉及一种永磁无刷、定子铁芯为无齿无槽的电动机的制造技术。

背景技术

机电一体化和自动化场合越来越要求节能化、低噪化、智能化，对为其配套的电机提出高效率、低噪音、高出力、可调速和智能化的要求，而目前有槽电机存在电磁兼容性差、噪音大、出力小、力矩波动大、线性度差、过载能力低和可靠性差等缺陷。参见图2所示，有槽电机的定子为有槽定子铁芯28、其定子线圈(绕组)29镶于定子槽30内，31为转子的磁钢；齿槽力矩也称磁阻力矩是自动化场合、机电一体化场合的调速系统中致命缺陷。世界各国电机行业和科研单位均在进行研究，力图降低电机力矩波动，如采用分数槽法、辅助槽法、辅助齿法、斜槽法、斜极法、闭口槽法和磁化槽楔法等，但总是难以消除齿槽效应，高精度调速系统对齿槽力矩波动要求很严格，因为在调速系统中，当电机力矩的频率与定子或转子的机械共振频率一致时，齿槽力矩产生的振动和噪音被显著放大，同时也影响低速性能和定位精度。无刷电机有很多优点，如取消机械换向器和电刷、维护少、效率高等，但其电枢磁场为非圆形跳跃式的旋转磁场，力矩波动本来就较大，加上齿槽效应，存在更大的力矩波动。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能高出力、力矩波动低、响应快、低噪、高效、体积小、重量轻、平稳运行、可靠性高、使用寿命长的高出力永磁无刷无槽电动机。

为了解决上述技术问题，本实用新型所提供的一种高出力永磁无刷无槽电动机，包括：

一定子部分，由定子铁芯和圆柱型定子绕组组成；

一转子部分，由主轴和固定在主轴上的永磁组件组成；

转子与定子之间设有径向气隙，其特征在于：

所述定子铁芯为无齿无槽的圆柱型铁芯；所述定子绕组直接粘贴在所述定子铁芯内圆表面；

所述转子主轴上的永磁组件由下列三种结构中的至少一种结构组成：

1)转子主轴上设(套)有异向磁化的圆柱形多极永磁磁环；

2)转子主轴上设(套)有铁芯，转子铁芯圆周上设有无极靴凸隐极结构的磁极；

3)转子主轴上设(套)有铁芯，转子铁芯内沿圆周缘方向镶有切向和径向磁化磁钢(也称有极靴隐极结构)。

较佳地，所述转子的永磁组件的左右两端面，各设有一个轴向磁化磁环，每个磁环磁化方向都平行于转子轴，并向里垂直指向径向磁钢的端面(侧面)。

较佳地，所述无极靴凸隐极结构由位置对称、磁化方向对应(如一块为向外则位置对称的另一块为向内)的径向磁化磁钢以及径向磁化磁钢之间的切向(同向)磁化磁钢组成。

较佳地，所述无极靴凸隐极结构由位置对称、磁化方向对应(如一块为向外则位置对称的另一块为向内)的平行磁化磁钢以及平行磁化磁钢之间的切向(同向)磁化磁钢组成。

较佳地，所述有极靴隐极结构由镶有V形切向和径向的磁化磁钢组成。

较佳地，所述定子铁芯由环形硅钢片叠压而成。

利用本实用新型提供的高出力永磁无刷无槽电动机，由于采用本实用新型集永磁、无刷、无槽于一体，根本上解决自动化场合用电机出力低、力矩波动大、磁滞和涡流损耗大、磁饱和、噪音大、效率低和响应慢等弊病。永磁——转子无励磁线圈，高效节能；无刷——无电刷、无换向器、无火花、功率重量比高；无槽——绕组分布空间大，散热好，电枢铜耗小，铁芯不饱和，铁耗(涡流、磁滞损耗)小，消除齿槽效应，消除齿槽力矩波动，电枢绕组电感小，系统响应快等优点，同时无槽绕组结构气隙大，可大幅度降低电枢反应的影响，使电机具有运行平稳、噪音低、工作可靠等特点。此外，采用多路聚磁技术，使电机出力大幅度提高。

通过采用上述措施，使永磁无刷无槽电动机品质大幅度提高，有益效果如下：

1、力矩波动低：采用如图4的定子组件，机壳35内表面固定有无齿无槽的圆筒型铁芯34，铁芯内表面粘贴有无槽定子绕组36，根本上消除了有槽电机齿槽引起的力矩波动。此外，图6的异向磁化磁环，使气隙磁通密度波形呈正弦分布，也显著降低了力矩波动。

2、响应快：定子绕组贴于定子铁芯内表面，电气气隙大，电枢反应小，电感小，动态响应快。此外，快速响应的提高与定转子间气隙磁通密度的增加成正比，通过径向、切向、轴向、异向多种聚磁(图7、图8、图5和图6)，显著增加气隙磁通密度，电机的机械时间常数与气隙磁通密度平方成反比，而加速度与气隙磁通密度成正比，从而大幅度减少的机械时间常数和提高了快速响应。

3、高出力：电机的输出功率和输出转矩与定转子间气隙磁密成正比，图7、图8、图9中采用径向与切向磁化磁钢混合组成的磁极，不但减少了相邻极向的漏磁通，而且大幅度提高了主磁通，使气隙磁密增加，提高出力。

4、体积小和重量轻：无电刷和换向器电气接触；全封闭；免维护；无换向火花、防爆；适合在恶劣环境和有限空间场合下应用；电磁和无线电辐射小；运行温度低；

5、与“有槽”电机相比有如下特点：可靠性高、寿命长；同功率重量减轻30％；效率更高；磁路损耗低，发热小；低电压下可达到同功率；同功率下更可达到小型轻量化；平稳运行，静音运行，低温运行。

附图说明

图1是本实用新型实施例中永磁无刷无槽电动机总成轴向剖面结构示意图；

图2现有技术中的永磁无刷有槽电机的径向剖面结构示意图；

图3本实用新型实施例中永磁无刷无槽电机的径向剖面结构示意图；

图4本实用新型实施例中永磁无刷无槽电机定子组件的轴向剖面结构示意图；

图5本实用新型实施例中永磁无刷无槽电机转子组件的轴向剖面结构示意图；

图6本实用新型实施例中转子的异向磁化的多极永磁磁环的径向剖面结构示意图；

图7本实用新型实施例中转子的无极靴凸隐极永磁转子(带有径向磁化磁钢)的径向剖面结构示意图；

图8本实用新型实施例中转子的无极靴凸隐极永磁转子(带有平行磁化磁钢)的径向剖面结构示意图；

图9本实用新型实施例中V型有极靴隐极结构磁极安排剖面结构示意图；

图10本实用新型实施例中另一有极靴隐极结构磁极安排剖面结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本实用新型的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围。

参见图1所示，本实用新型实施例所提供的一种永磁无刷无槽电动机总成剖面的结构，主要包括定子机壳内设有的定子部分13和转子部分14，定子部分13与转子部分14之间设有气隙，其他结构还包括：电机前端盖10经垫块7与内有连接头5、联轴器6的联轴器箱体3连接，联轴器箱体3与内有传动轮组件2的传动箱1连接，电机后端盖25与内有控制盒24的出线盒22出线盒22，其他还有波形垫圈8、内六角螺钉4、9、12、15、18、前端盖衬垫11、后绝缘衬垫16、中盖17、垫圈19、盘头螺钉20、23、垫片21、衬垫26、出线套27。

参见图3所示，在本实用新型实施例的永磁无刷无槽电机定子部分的径向剖面结构中，定子铁芯32为无齿无槽环形硅钢片叠压而成的圆柱型铁芯；定子绕组33的排布同现有技术，不同的是现有技术的定子绕组是镶在定子铁芯的线槽内，而本实用新型的定子绕组33是直接粘贴在定子铁芯32内圆表面；定子绕组33与转子的磁钢31之间设有径向气隙。

本实用新型实施例的永磁无刷无槽电机中的定子部分参见图4所示，机壳35内设有定子圆筒型铁芯34，其内圆表面粘贴有圆柱型无槽绕组36，由于定子铁芯为无齿无槽，消除齿槽引起的力矩波动。

无槽电机有上述很多优点，但无槽电机的绕组粘于定子铁芯内表面，工作气隙(电气气隙)比有槽电机大，导致定转子间气隙磁密降低，影响出力，因此，本实用新型通过以下多种永磁转子的实施例，采用“聚磁”技术来显著增加气隙磁密，提高出力，使无槽电机的优点充分发挥。

本实用新型实施例的永磁无刷无槽电机中的转子部分参见图5所示，永磁转子不但在转子铁芯42圆周上设有径向或平行磁化磁钢(磁极)41，而且为了减少径向或平行磁化磁钢41的端部漏磁，还在永磁转子的磁极41左右两端面，各设有一个轴向磁化磁环43，每个磁环磁化方向都平行于转子轴，并向里垂直指向磁极41的侧面。通过轴向磁化磁环43，不但顶掉了磁极41产生的端部漏磁通，而且还增加了主磁通，使气隙磁密显著增加，提高了出力；转子组件还包括转子轴37、轴承38、轴用弹性档图39、压盘40。

在本实用新型实施例的转子组件中，转子轴上可以直接套上异向磁化圆柱型多极磁环44，组成永磁转子；参见图6所示，在由磁化磁钢组成的多极磁环的剖面上，上部和下部的磁化方向对称(平行向内)，左部和右部磁化方向对称(平行向外)，其他部分的磁化方向为切向(顺同上下左右部的磁化方向)；所述磁环44有四重功能：1)磁环中磁通磁力线按箭头方向所示，磁极中心磁力线明显较密(见N极)，具有“聚磁”功效，使气隙磁密增加，提高出力；2)磁力线由磁极中心向两端逐渐减少，使气隙磁场呈正弦分布，改善磁场波形，进一步降低电机力矩波动和噪音；3)从磁力线走向可知：磁通在磁环中自成闭路，省掉了转子铁芯(磁轭)，减小转子惯量，实现了小型轻量化；4)无须转子铁芯的整体磁环，结构、工艺简单，动平衡良好，满足高精度伺服系统中对电机的严格要求。

参见图7、图8所示，在本实用新型实施例的转子部分中，也可以在转子铁芯46圆周上固设有径向或平行磁化磁钢，组成无极靴凸隐极的永磁转子；如图7所示，在转子铁芯46圆周上固设有位置对称、磁化方向对应(如一块为向外则位置对称的另一块为向内)的径向磁化磁钢45以及径向磁化磁钢45之间的切向(同向)磁化磁钢47；或如图8所示，在转子铁芯46圆周上固设有位置对称、磁化方向对应(如一块为向外则位置对称的另一块为向内)的平行磁化磁钢48以及平行磁化磁钢48之间的切向(同向)磁化磁钢47；如果没有切向磁化磁钢47，相邻主磁极间将存在较大的漏磁通，同时所有主磁通都要经过转子铁芯(转子轭部)，为避免轭部饱和，就要增加其截面积，使电机体积重量增加。增加切向磁钢47后，切向磁通不但顶掉了相邻主磁极间的漏磁通，并使漏磁通变为主磁通，同时自身还产生主磁通，这样磁通分别以径向(包括平行定向)和切向不同方向通过主磁极挤向定转子间气隙，使气隙磁密明显增加，提高出力。此外，由于切向磁通的存在，使径向磁钢(包括平行磁钢)的主磁通径切向磁钢而闭合，减少了经过转子铁芯46的磁通，使转子磁轭的厚度减薄，使电机体积重量减少。由于聚磁效应，气隙磁密得以增加，能有效地克服无槽电机电气气隙较大，气隙磁密低影响电机性能的不足之处。

参见图9所示，在本实用新型实施例的转子部分中，还可以在转子铁芯内沿圆周缘方向镶有V型切向和径向磁化磁钢，组成有极靴隐极的永磁转子；有极靴隐极结构磁极安排中，磁极由两块磁化方向相对的切向磁钢49(构成V型)，中间夹着一块径向磁钢50和软钢极靴51共同组成。切向磁钢49为主磁极，中间的径向磁钢50为辅助极，三块磁钢(主、辅磁极)产生的磁通(箭头方向)同时通过软钢极靴51挤向气隙，有明显的聚磁效应，使气隙磁密显著增加，提高电机出力，实现小型轻量化。图10是对图9形象化的补充说明：图10左右两块切向磁钢，相当于图9构成V型的切向磁钢49，而中间径向磁钢相当于图9径向磁钢50。图10中左右两块切向磁钢和中间径向磁钢---三块磁钢“同时”产生磁通，聚磁效果明显，使气隙磁密显著增加，提高了电机出力。

在上述实施例中，通过凸极、隐极磁路结构；通过径向、切向、轴向和异向磁化磁钢的合理配置，优化组合，改善了气隙磁场分布，增加了气隙磁密，补偿了无槽电机气隙较大的不足之处，充分发挥了无槽电机的综合优点，使电机具有高出力、低波动、快响应、低噪、高效、小型轻量化和平稳运行。

Claims (6)

1、一种高出力永磁无刷无槽电动机，包括：

一定子部分，由定子铁芯和圆柱型定子绕组组成；

一转子部分，由主轴和固定在主轴上的永磁组件组成；

转子与定子之间设有径向气隙，其特征在于：

所述定子铁芯为圆柱型铁芯；所述定子绕组直接粘贴在所述定子铁芯内圆表面；

所述转子主轴上的永磁组件由下列三种结构中的至少一种结构组成：

1)转子主轴上设有异向磁化的圆柱形多极永磁磁环；

2)转子主轴上设有铁芯，转子铁芯圆周上设有无极靴凸隐极结构的磁极；

3)转子主轴上设有铁芯，转子铁芯内沿圆周缘方向镶有切向和径向磁化磁钢。

2、根据权利要求1所述的永磁无刷无槽电动机，其特征在于，所述转子的永磁组件的左右两端面，各设有一个轴向磁化磁环，每个磁环磁化方向都平行于转子轴，并向里垂直指向径向磁钢的端面。

3、根据权利要求2所述的永磁无刷无槽电动机，其特征在于，所述无极靴凸隐极结构由位置对称、磁化方向对应的径向磁化磁钢以及径向磁化磁钢之间的切向磁化磁钢组成。

4、根据权利要求2所述的永磁无刷无槽电动机，其特征在于，所述无极靴凸隐极结构由位置对称、磁化方向对应的平行磁化磁钢以及平行磁化磁钢之间的切向磁化磁钢组成。

5、根据权利要求2所述的永磁无刷无槽电动机，其特征在于，所述有极靴隐极结构由镶有V形切向和径向的磁化磁钢组成。

6、根据权利要求2所述的永磁无刷无槽电动机，其特征在于，所述定子铁芯由环形硅钢片叠压而成。

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