永磁无刷直流电机制造技术

本发明专利技术公开了一种永磁无刷直流电机，包括定子和转子，定子上开有槽，槽内嵌有绕组，转子上设有永磁体磁极，其特征在于所述的定子槽为直槽，所述的定子槽数与转子极数之比为：对于三相电机选为：１２Ｋ∶１０Ｋ或１２Ｋ∶１４Ｋ；对于五相电机选为：２０Ｋ∶２２Ｋ或２０Ｋ∶１８Ｋ，其中Ｋ为正整数。它加工方便，节省材料，制造成本低，电机效率高。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有静止电枢和旋转磁体的永磁无刷直流电动机。根据电机理论以及电机设计和制造实践，无刷永磁直流电机固有一个齿槽定位力矩，它会导致电机振动、噪声和出力不平稳，甚至使电机无法起动和正常运转，为解决这一问题，目前最常用的方法是定子槽偏斜一个槽距，如永久牌自行车用152SWX低速永磁无刷直流电机。但是，斜槽电机会带来如下问题一、通常采用手工下线，难以实现机械化生产，工艺难度大，成本高，生产效率低；且斜槽结构还会降低绕组系数，使电机性能下降；二、绕组用线增加，既提高制造成本，同时也增加铜耗，降低电机效率；三、通常，永磁无刷直流电机采用重叠绕组，即各相绕组在空间上相互重叠，绕组端部相互接触，因而会进一步带来加工困难、绕组端部用铜量增多等缺点。本专利技术的目的是要提供一种克服上述缺陷的永磁无刷直流电机，在定子槽数与转子极数形成特定比例关系时，可直接采用直槽结构，降低制造成本，提高生产效率，减少铜线用量和铜耗，提高电机效率。本专利技术的另一个目的是在定子槽数与转子极数形成特定比例关系时，可采用非重叠绕组，从而进一步降低制造成本，提高生产效率和电机效率。本专利技术的目的是这样实现的永磁无刷直流电机，包括定子和转子，定子上开有槽，转子上设有永磁体磁极，其特征在于所述的定子槽为直槽，定子槽数与转子极数之比为对于三相电机而言为12K(12±2)K；对于五相电机而言为20K(20±2)K；其中K为正整数。作为本专利技术的进一步改进，每个绕组嵌绕在相邻的两个槽中，且每个槽中只含有一个绕组的一个有效边。本专利技术通过将定子槽数和转子极数设计成一定的比例关系，可以带来下述优点一、可以有效地削弱齿槽定位力矩，实现直槽结构。这是因为电机的齿槽定位力矩可以用一个评价系数CT来描述，CT越大，齿槽定位力矩越大，CT＝2p*Q/NC，Q＝2p*m*q其中p是极对数，Q是定子槽数，NC是2p和Q的最小公倍数，m是相数，q是每相绕组在每个极下占有的定子槽数，对于通常的电机结构，q是正整数，NC＝Q，CT＝2p，对于本专利技术电机，三相定子槽数与转子极数之比为12K(12±2)K，则2p＝12K，Q＝14K或10K，CT＝2K；或者五相电机，定子槽数与转子极数之比为20K(20±2)K，计算可知CT＝2K。如果两种电机结构的极数一致或接近，则后者的CT比前者小得多，因而本专利技术电机的槽力矩小，即使采用直槽结构，也能平稳起动。直槽结构的电机相对斜槽结构的电机来说，具有结构简单、用铜量少、铜耗小、效率高等好处，同时还易于采用机械下线，因而工艺简单，制造成本低。二、可以采用非重叠绕组，绕组端部用线省，铜耗低，进一步降低制造成本，提高电机效率；电机轴向尺寸小，使用和安装方便。三、绕组系数大，有利于在相同电机尺寸、气隙磁场、绕组匝数和电流的情况下增加电机转矩。四、每个定子槽中只有一相绕组的导体，因此无需相间绝缘。五、各相绕组相互之间不接触，因此在热路上几乎是解耦的，这样如果某相绕组发生故障，过热烧掉的话，不会烧掉其他相绕组。六、各相绕组在磁路上也是解耦的，绕组间几乎不存在互感，便于控制；并且当某相绕组发生故障时，不会因为磁耦合而影响其他相绕组。七、适当设计功率电子电路，也可以使电机的每一相在电路上也是解耦的。根据以上分析，该电机的各相绕组在热路、磁路、电路上都是解耦的，不仅便于控制，而且容错性比普通结构的电机高得多，这对永磁无刷直流电机很重要，如果某相绕组损坏，不会导致电机的彻底损坏，电机还可以继续使用，直至使用者在方便之时再予以修理。当电机应用在航空航天领域时，这一特性显得尤为重要。下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明。附图说明图1是本专利技术电机绕组的结构示意图。图2是本专利技术电机的径向剖视图。图3是本专利技术实施例的结构示意图。实施例一三相永磁无刷直流电机，当K＝1时，转子极数为10，定子槽数为12。电机可采用外定子、内转子结构，也可采用外转子、内定子结构，图1、2、3所示为外转子、内定子结构。参照图1、2，定子5外圆上均匀开设有12个槽10，转子2内圆上均匀设置10个永磁磁极3，相邻磁极的极性相反。槽10采用直槽结构，绕组4采用非重叠绕组结构，每个绕组同心同向嵌绕在相邻两个槽中，绕组4-1和绕组4-4首首串联，构成一相绕组，绕组4-2和绕组4-5首首串联、绕组4-3和绕组4-6首首串联，分别构成另两相绕组，每个绕组各有一个引出端11与控制电路相连。永磁无刷直流电机，由传感器和控制电路来控制换向，传感器可采用霍尔传感器、光电传感器或无位置传感器。采用霍尔传感器的电机，霍尔传感器可以放置在绕组的端部，转子磁极在轴向适当加长，使之与霍尔传感器的位置相对应；也可以增设一个传感器转子，与电机转子同轴同步运行，在定子上相应位置安放霍尔传感器；最简单的方法是将霍尔传感器放置在槽中。在本实施例中，三个霍尔传感器1分别放置在相邻嵌绕的三相绕组的第一个槽内，即当电机逆时针旋转时，霍尔传感器1-1、1-2、1-3分别放置在槽10-1、10-3、10-5中。参照图3，该电机可用作电动工具的驱动装置，定子5与固定轴8固定连接，左右端盖6内合，将转子夹固在外缘内，端盖中心部位通过轴承9与固定轴8活动连接；固定轴8中空，电源线7从中引出，与控制电路相连；控制电路采用摩托罗拉MC33035芯片。电机的功率为100W，与相同功率的传统重叠绕组和斜槽结构的电机相比，该电机起动力矩大10-20N·M。上述电机的工作过程是这样的接通电源，转子开始转动，带动端盖转动，端盖外联刀具，由此带动刀具一起转动。在上述实施例的基础上，将定子槽数设定为12槽，转子极数设定为14极，同样能够达到上述效果。在实施例一的基础上，采用五相绕组结构，将定子槽数设定为20槽，转子极数设定为22或18极，其余结构基本相同，也同样能达到效果。实施例二电动车用三相永磁无刷直流电机，定子槽数为24槽，转子极数为20极或28极，功率为180W，其余结构与实施例一基本相同，可参照图3，此时端盖6用作轮毂，固定轴8即为车轴。电动车用三相永磁无刷直流电机的工作过程是这样的接通电源，外转子转动，带动轮毂转动，轮毂外联钢丝和车轮，由此带动车轮一起转动。在此基础上，改用五相绕组，定子槽数设定为40槽，转子极数设定为44极或36极，能达到同样效果。实施例三永磁无刷低速三相直流电机，功率为500W，采用内转子、外定子结构，定子的槽数为36槽，转子的极数为30或42极。其他结构与实施例一基本相同。在此基础上，改用五相绕组，定子槽数设定为60槽，转子极数设定为66极或54极，能达到同样效果。实施例四永磁无刷低速三相直流电机，功率为1000W，定子槽数为48槽，转子极数为40极或56极，其余结构与实施例三基本相同。在此基础上，改用五相绕组，定子槽数设定为80槽，转子极数设定为88极或72极，能达到同样效果。本专利技术不局限于上述实施方式，对于不同功率的电机可采用不同的K值，只要满足定子槽数和转子极数之比为对于三相电机而言为12K(12±2)K；对于五相电机而言为20K(20±2)K；都能达到效果。下表是本专利技术电机与传统电机参数及性能比较的一组实验数据权利要求1.永磁无刷直流电机，包括定子和转子，定子上开有槽，槽内嵌有绕组，转子上设有永磁体磁极，其特征在本文档来自技高网...

【技术保护点】
永磁无刷直流电机，包括定子和转子，定子上开有槽，槽内嵌有绕组，转子上设有永磁体磁极，其特征在于所述的定子槽为直槽，定子槽数与转子极数之比：对于三相电机而言为：１２Ｋ∶（１２±２）Ｋ；对于五相电机而言为：２０Ｋ：（２０±２）Ｋ；其 中Ｋ为正整数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐文方，沈建新，戴国骏，
申请(专利权)人：唐文方，沈建新，戴国骏，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]