本公开的实施例提供一种永磁无刷电机及其制造方法。该永磁无刷电机为分数槽内转子电机，所述电机包括定子以及转子；所述定子包括定子铁芯以及为跨距为1的非交错集中式绕组的定子绕组；所述转子包括永磁体载体和设置于所述永磁体载体外侧的永磁体，所述定子铁芯包括定子轭部以及定子齿部，所述定子齿部包括设置于所述定子轭部的多个定子齿，每个所述定子齿表面设有绝缘层；所述定子绕组包括机器绕线成型的多个绕组线圈，所述多个绕组线圈的每个以对应所述定子齿的径向中心轴为对称轴对称设置于所述对应的定子齿上。本公开实施例的电机能够在保证齿槽转矩低且电机能平稳运行的同时，显著提升槽满率、电机的电机常数和输出功率密度。率密度。率密度。
【技术实现步骤摘要】
永磁无刷电机及其制造方法、关节执行器以及机器人
[0001]本公开至少一个实施例涉及一种永磁无刷电机及其制造方法、机器人关节执行器、伺服舵机执行器以及机器人。
技术介绍
[0002]近年来机器人领域发展迅速，尤其是特种机器人，比如足式机器人。这类机器人对执行器提出了很高的要求：转速低(500rpm以下)、力矩大、重量轻、输出功率大、体积小、响应速度快。执行器的性能直接决定机器人性能，而执行器的性能直接由电机决定。
[0003]制约小型无刷电机进步的主要有设计和工艺上的难题。中型和大型电机中许多提高性能的手段在小型电机上无法适用。因此如何设计实际可以制造的高性能小型电机是一个难题。
技术实现思路
[0004]本公开的实施例提供一种永磁无刷电机及其制造方法、机器人关节执行器、伺服舵机执行器以及机器人，能够显著提升电机的槽满率、电机的单位质量的电机常数和输出功率密度，适合于小型电机，且能够实现电机的大批量、低成本的制造。
[0005]第一方面，本公开的实施例提供一种永磁无刷电机，所述电机为分数槽内转子电机，所述电机包括定子以及转子；所述定子包括定子铁芯以及定子绕组，所述定子绕组为跨距为1的非交错集中式绕组；所述转子包括永磁体和永磁体载体，所述永磁体设置于所述永磁体载体外侧，其中所述永磁体用于励磁产生旋转磁场，所述定子铁芯包括定子轭部以及定子齿部，所述定子齿部包括设置于所述定子轭部的多个定子齿，每个所述定子齿表面设有绝缘层；所述定子绕组包括机器绕线成型的多个绕组线圈，所述多个绕组线圈的每个以对应所述定子齿的径向中心轴为对称轴对称设置于所述对应的定子齿上。
[0006]例如，每个所述绕组线圈包括从内到外的多层导线，所述多层导线的层数为n层，所述绕组线圈的入线处在靠近所述定子轭部的一侧，其中n为大于零的整数，当n为奇数时，最外层导线匝数小于或者等于其他内层导线平均匝数90％。
[0007]例如，每个所述绕组线圈的导线为截面为圆形的圆线或截面为近似正方形的正方形线，所述圆线的带皮外直径为dc，所述正方形线的带皮边长为dc，其中
[0008]当n>6且n为奇数时，dc的取值范围为：
[0009]当n＝6或n＝4时，dc的取值范围为：
[0010]当n＝5时，dc的取值范围为：
[0011]当n＝3时，dc的取值范围为：
[0012]当n＝2时，dc的取值范围为：
[0013]其中或者为所述定子铁芯的轴向截面中相邻所述定子齿的远离所述定子轭部的齿端部之间的弧长的1/2，q为所述定子铁芯的轴向截面中相邻所述定子齿的靠近所述定子轭部的齿根部之间的弧长的1/2。
[0014]例如，从远离所述定子轭部的齿端部到靠近所述定子轭部的齿根部，所述定子齿的宽度均相同；或者从远离所述定子轭部的齿端部到靠近所述定子轭部的齿根部，所述定子齿的宽度逐渐增大。
[0015]例如，每个所述定子齿的表面绝缘层为电泳表面处理层或气相沉积表面处理层。
[0016]例如，所述定子齿的从所述齿根部延伸到所述齿端部的边缘为倒角结构。
[0017]例如，所述定子齿最窄处宽度大于或者等于所述定子的内直径所在内圆周长/N的30％，且小于或者等于所述定子的内直径所在内圆周长/N的60％，其中，N为所述定子齿的齿数。
[0018]例如，所述定子齿最宽处的宽度小于或者等于3.4mm。
[0019]例如，所述定子轭部厚度大于或者等于所述定子齿最窄处宽度的60％，且小于或者等于所述定子齿最窄处宽度的200％。
[0020]例如，所述定子和转子之间形成气隙，且所述电机的平均气隙距离小于或者等于所述定子的外直径的0.5％。
[0021]例如，所述定子铁芯的外直径小于或者等于150mm。
[0022]例如，所述定子铁芯的轴向高度小于或者等于所述定子铁芯的外直径的25％。
[0023]例如，所述永磁体的平均径向厚度小于或者等于所述平均气隙距离的25倍，且大于或者等于所述平均气隙距离的5倍。
[0024]例如，所述定子铁芯的内直径大于或者等于所述定子铁芯的外直径的77.5％，且小于或者等于所述定子铁芯外直径的90％。
[0025]例如，所述永磁体载体中包括空腔，所述空腔的直径大于等于所述定子铁芯的外直径的57.5％。
[0026]例如，所述电机为三相电机，所述定子齿的齿数/3与所述永磁体的磁极数的最大公约数C大于或者等于2且小于或者等于8，所述定子齿的齿数/C/3个所述绕组线圈串联构成最小单元，所述最小单元之间串联、并联或串并混连以形成任意一相所述定子绕组。
[0027]例如，所述永磁体的磁极数与所述定子齿的齿数的比值大于或者等于0.78，小于或者等于1.34。
[0028]例如，所述永磁体由若干个永磁块组成，所述若干个永磁体形成海尔贝克阵列，所述永磁体载体为非软磁材料。
[0029]第二方面，本公开的实施例还提供一种以上所述的永磁无刷电机的制造方法，包括：制备定子铁芯；制备所述定子绕组的绕组线圈，包括：用绕线机将漆包线在骨架上绕制成型后得到空心线圈；将所述空心线圈套设并固定在所述定子铁芯上；进行线圈的电气连
接，包括：按所述电机的绕组规定的连接方式连接所述绕组线圈。
[0030]第三方面，本公开的实施例还提供一种机器人关节执行器，包括如第一方面任意所述的永磁无刷电机。
[0031]第四方面，本公开的实施例还提供一种伺服舵机执行器，包括如第一方面任意所述的永磁无刷电机。
[0032]第五方面，本公开的实施例还提供一种机器人，包括如第三方面或第四方面所述的执行器。
[0033]本公开的实施例提供一种永磁无刷电机及其制造方法、机器人关节执行器、伺服舵机执行器以及机器人，该永磁无刷电机的绕组线圈经机器绕线成型后套设在定子齿上，从而避免了线圈绕制时的干涉，提升了槽满率。进一步地，本公开实施例中：根据所述定子铁芯的轴向截面中相邻所述定子齿的远离所述定子轭部的齿端部之间的弧长的1/2以及所述定子铁芯的轴向截面中相邻所述定子齿的靠近所述定子轭部的齿根部之间的弧长的1/2且在考虑了绕线层数的情况下，确定了绕组线圈的导线的带皮外直径或者边长的数值范围，从而根据定子铁芯等确定绕组线圈所采用的导线的尺寸，这样采用这样的导线绕制得到的电机能够显著提升槽满率，且提高了电机的力矩密度和单位质量的电机常数。而且以上导线的带皮外直径或者边长的确定与其他电机结构参数，例如，定子齿最窄处宽度、平均气隙距离、定子的外直径以及内直径等的设定以及电机制造工艺一起配合，从而优化了电机的尺寸和结构，使得绕制的线圈具有一致性、紧凑性、安全性，保证线圈和电机稳定装配配合以及最大化利用电机槽的空间，在保证齿槽转矩低且电机能平稳运行的同时，使得大批制造的电机槽满率高，直流和交流铜损低，从而提高了电机的力矩密度和单位质量的电机常数。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种永磁无刷电机，所述电机为分数槽内转子电机，所述电机包括定子以及转子；所述定子包括定子铁芯以及定子绕组，所述定子绕组为跨距为1的非交错集中式绕组；所述转子包括永磁体和永磁体载体，所述永磁体设置于所述永磁体载体外侧，其中所述永磁体用于励磁产生旋转磁场，所述定子铁芯包括定子轭部以及定子齿部，所述定子齿部包括设置于所述定子轭部的多个定子齿，每个所述定子齿表面设有绝缘层；所述定子绕组包括机器绕线成型的多个绕组线圈，所述多个绕组线圈的每个以对应所述定子齿的径向中心轴为对称轴对称设置于所述对应的定子齿上。2.根据权利要求1所述的永磁无刷电机，其中每个所述绕组线圈包括从内到外的多层导线，所述多层导线的层数为n层，所述绕组线圈的入线处在靠近所述定子轭部的一侧，其中n为大于零的整数，当n为奇数时，最外层导线匝数小于或者等于其他内层导线平均匝数90％。3.根据权利要求2所述的永磁无刷电机，其中每个所述绕组线圈的导线为截面为圆形的圆线或截面为近似正方形的正方形线，所述圆线的带皮外直径为dc，所述正方形线的带皮边长为dc，其中当n>6且n为奇数时，dc的取值范围为：当n＝6或n＝4时，dc的取值范围为：当n＝5时，dc的取值范围为：当n＝3时，dc的取值范围为：当n＝2时，dc的取值范围为：其中或者p为所述定子铁芯的轴向截面中相邻所述定子齿的远离所述定子轭部的齿端部之间的弧长的1/2，q为所述定子铁芯的轴向截面中相邻所述定子齿的靠近所述定子轭部的齿根部之间的弧长的1/2。4.根据权利要求1所述的永磁无刷电机，其中从远离所述定子轭部的齿端部到靠近所述定子轭部的齿根部，所述定子齿的宽度均相同；或者从远离所述定子轭部的齿端部到靠近所述定子轭部的齿根部，所述定子齿的宽度逐渐增大。5.根据权利要求1所述的永磁无刷电机，其中每个所述定子齿的表面绝缘层为电泳表面处理层或气相沉积表面处理层。6.根据权利要求4所述的永磁无刷电机，其中所述定子齿的从所述齿根部延伸到所述齿端部的边缘为倒角结构。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的永磁无刷电机，其中所述定子齿最窄处宽度大于或者等于所述定子的内直径所在内圆周长/N的30％，且小于或者等于所述定子的内直径所在内圆周长/N的60％，其中，N为所述定子齿的齿数。8.根据权利要求7所述的永磁无刷电机，其中所述定子齿最宽处的宽...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘韫哲，
申请(专利权)人：上海舞肌科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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