CN201057630Y - 不等宽结构的低波动永磁无刷电机 - Google Patents
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Abstract
一种不等宽结构的低波动永磁无刷电机，涉及电动机技术领域；所要解决的是永磁无刷电机降低转矩波动、提高起动转矩和快速响应，改善伺服特性的技术问题该永磁无刷电机包括定子和转子部分，定子部分设有定子铁芯和定子绕组；转子部分设有主轴和主轴上套有转子铁芯，铁芯上固定有磁钢，其特征在于，所述定子铁芯的齿、槽为不等宽结构；所述永磁转子的磁极或相邻磁极间的间距为不等宽结构，即转子铁芯的磁极宽度大于或小于相邻磁极的宽度，或者转子铁芯磁极间的间距大于或小于相邻磁极间的间距。本实用新型使电机能具有高出力、转矩波动小、动态响应更快、可靠性高、寿命长、效率高、磁路损耗低、发热小、低噪、小型轻量化的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动机技术，特别是涉及一种(磁极)不等宽结构的低波动永磁无刷电机技术。
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。图3为现有技术中常规表面安装式永磁无刷电机的剖面结构，包括定子轭31、定子齿32、定子槽33、转子磁钢(磁极)36、转子轭37和转子轴38；图4为现有技术中常规内置式永磁无刷电机的结构，包括定子轭41、定子齿42、定子槽43、转子磁钢(磁极)46、转子轭47、转子轴48、极靴49。无刷电机与有刷相比有很多优点，但是无刷电机的电枢励磁为“非圆形跳跃式”的旋转磁场，转矩波动本来就较大，加上齿槽效应，存在更大的转矩波动；此外，目前单相永磁无刷电机己越来越广泛应用于高档家电领域，通常其定子铁芯齿槽均匀分布，存在起动困难的缺陷，影响机电产品的平稳低噪运行。
另外无刷电机的齿槽转矩也称磁阻转矩是自动化场合、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，力图降低电机转矩波动，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，各有利弊，但总是难以有效消除齿槽效应。斜槽或斜极也可以减小转矩波动，但斜槽斜极法对方波电机气隙磁感应强度平顶宽度有影响，同时定子斜槽会影响导体的占槽面积，使铜耗增加，两者均降低出力，并是使电机的结构复杂。高精度调速系统对齿槽转矩波动要求很严格，因为在调速系统中，当电机转矩的频率与定子或转子的机械共振频率一致时，齿槽转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。
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使电机能具有高出力、转矩波动小、动态响应更快、可靠性高、寿命长、功率重量大、效率高、磁路损耗低、发热小、低噪、小型轻量化和平稳运行等特点的不等宽结构的低波动永磁无刷电机。
为了解决上述技术问题，本实用新型所提供的一种不等宽结构的低波动永磁无刷电机，包括定子和转子部分，定子部分设有定子铁芯和定子绕组；转子部分设有主轴和主轴上套有转子铁芯，铁芯上固定有磁钢(磁极)，其特征在于，所述定子铁芯的齿、槽为不等宽结构，即定子齿的齿宽大于(或小于)相邻齿的齿宽或者定子槽的槽宽大于(或小于)相邻槽的槽宽；所述永磁转子的磁极或相邻磁极间的间距为不等宽结构，即转子铁芯的磁极宽度大于(或小于)相邻磁极的宽度，或者转子铁芯磁极间的间距大于(或小于)相邻磁极间的间距。
进一步的，所述定子铁芯的齿内表面为偏心(不对称)。
进一步的，所述转子铁芯的磁极为等宽磁极、磁极间的间距相等。
进一步的，所述定子铁芯为有齿有槽硅钢片叠压而成。
进一步的，所述永磁转子与所述定子之间设有径向气隙。
进一步的，所述定子铁芯圆周齿槽均布。
利用本实用新型提供的不等宽结构的低波动永磁无刷电机，由于定子铁芯的齿、槽或转子铁芯的(径向)磁极采用不等宽结构，从而抑制齿槽效应，改善气隙磁场分布，有效降低转矩波动，提高电机起动转矩和快速响应，改善伺服特性，使电机能静音运行，充分发挥了无刷电机的综合优点，使电机具有高出力、转矩波动小、动态响应更快、可靠性高、寿命长、功率重量大、效率高、磁路损耗低、发热小、低噪、小型轻量化和平稳运行等特点。通过采用上述措施，使永磁无刷电动机品质大幅度提高。
另外比较图11永磁无刷电机转矩波动曲线中，磁极圆周均布(磁极间距相等)曲线s和磁极圆周不均布(磁极间距不相等)曲线k的转矩波动，T(Nm)为齿槽转矩(牛顿米)；由图11可知：磁极圆周不均布(磁极间距不相等)k的转矩波动明显低于磁极圆周均布(磁极间距相等)s，改善了气隙磁场分布，有效降低转矩波动，提高电机起动转矩和快速响应，改善伺服特性。
附图说明
图1是本实用新型实施例不等宽结构低波动永磁无刷电机总成剖面结构示意图；
图2为低波动永磁无刷电机转子组件结构示意图；
图3为常规表面安装式永磁无刷电机结构示意图；
图4为常规内置式永磁无刷电机结构示意图；
图5为本实用新型实施例中定子齿不等宽结构示意图；
图6为本实用新型实施例中带定子齿不等宽结构永磁无刷电机示意图；
图7为本实用新型实施例中带定子偏心齿单相永磁无刷电机结构示意图；
图8n为本实用新型实施例永磁无刷电机的不等宽磁极结构示意图；
图8m为本实用新型实施例中带不等宽磁极永磁无刷电机的不等宽磁极相应磁通密度β分布示意图；
图9为本实用新型实施例中带磁极间距不等永磁无刷电机结构示意图；
图10为本实用新型实施例中永磁无刷电机调整磁极间距示意图；
图11为永磁无刷电机转矩波动曲线示意图。
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。
本实用新型从提高永磁无刷电机新途径入手，解决自动化场合用电机转矩波动大、噪音大、起动转矩小、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。不等宽结构——抑制齿槽效应，有效降低转矩波动，提高电机系统快速响应和改善伺服特性，使电机具有运行平稳、噪音低、工作可靠等特点。
参见图1所示，本实用新型实施例不等宽结构的低波动永磁无刷电机总成剖面结构包括转子轴垫圈1、轴承波形垫圈2、磁钢绝缘垫片3、穿钉4、前端盖5、定子组件6、转子组件7、控制板支架8、控制板9、螺钉10、后端盖11、出线线束12，不等宽结构低波动永磁无刷电机的定子机壳内设有定子组件6，定子组件6与转子组件7之间设有气隙。图2是低波动永磁无刷电机转子组件，包括转子轴21、轴承22、磁钢(磁极)23、跟踪永磁转子24、轴承25。
本实用新型关键部件分别说明如下：
如图5、图6所示，本实用新型图1永磁无刷电机的一实施例低波动永磁无刷电机中的定子齿不等宽结构：包括定子轭61、定子窄齿62、定子槽63、定子宽齿64、定子线圈(绕组)65、转子磁钢(磁极)66；由于定子铁芯中定子齿为不等宽结构，不是常规永磁无刷电机结构中定子齿均匀分布，定子窄齿62的齿宽小于相邻的定子宽齿64的齿宽(即定子宽齿64的齿宽大于相邻的定子窄齿62的齿宽)，定子窄齿62和定子宽齿64混合交替安排，减小了气隙磁导的变化，从而减小了当转子旋转时气隙磁场储能的变化，削弱了磁阻转矩，抑制了齿槽引起的转矩波动。图6中A、B、C表示相邻的定子线圈(绕组)。
如图7所示，本实用新型图1永磁无刷电机的另一实施例中带定子偏心齿单相永磁无刷电机结构：包括定子轭61’、定子偏心齿62’、定子槽63’、转子磁钢(磁极)66’、转子轭67’、转子轴68’；定子铁芯齿内表面(即定子内圈齿的表面)不对称(偏心)，定子偏心齿62’的结构提高了电机起动转矩，克服单相永磁无刷电机起动困难的缺陷，提高电机出力、快速响应和改善伺服特性。
如图8n、图8m所示，本实用新型图1永磁无刷电机的一实施例中带不等宽磁极永磁无刷电机结构及不等宽磁极相应磁通密度β分布：包括窄磁极76、转子轭77、宽磁极75、转子轴78；窄磁极展开76d及相应磁通密度B分布76e，宽磁极展开75d及相应磁通密度B分布75e。永磁转子中套在转子轴78上的转子铁芯圆周上固定有磁极宽度不等的径向磁化磁钢(磁极)不等宽磁极及不等宽磁极相应磁通密度B分布。由于磁极面产生的转矩相互独立，选择适当的磁极宽度，可有效消除齿槽转矩的正弦基波成分。由磁极及相应磁通密度B分布图可知：磁极宽度越窄，相应磁通密度幅值越低，反之，磁极宽度越宽，相应磁通密度幅值越高。窄磁极76和宽磁极75的CAD合理配置，优化组合，降低气隙磁导和气隙磁阻变化，相当于斜槽和斜磁极作用，改善气隙磁场分布，有效降低转矩波动和噪音，结构、工艺简单，满足高精度伺服系统中对电机的严格要求。
气隙磁场储能与转子位置有关。根据图9带磁极间距不等永磁无刷电机结构和图10永磁无刷电机调整磁极间距图，图9中包括定子轭91、定子齿92、定子槽93、转子磁钢(磁极)76’、磁极间距70’、转子轭77’、转子轴78’；图10中包括转子磁钢(磁极)76”、转子轭77”、第一次磁极位移角θ1和第二次磁极位移角θ2。永磁转子铁芯圆周方向磁极设置不均布，即相邻磁极间间距不等，通过CAD对磁极间距70’进行最佳调整，也类似于斜槽、斜磁极和定转子之间设不均匀气隙的作用，改善气隙磁场分布，有效降低转矩波动，使电机静音运行，充分发挥了无刷电机综合优点，使电机具有低波动、快响应、低噪和平稳运行等特点，实现小型轻量化。
Claims (4)
1.一种不等宽结构的低波动永磁无刷电机，包括定子和转子部分，定子部分设有定子铁芯和定子绕组；转子部分设有主轴和主轴上套有转子铁芯，铁芯上固定有磁钢，其特征在于，所述定子齿的齿宽大于或小于相邻齿的齿宽或者所述定子槽的槽宽大于或小于相邻槽的槽宽；或者所述转子铁芯的磁极宽度大于或小于相邻磁极的宽度或者所述转子铁芯磁极间的间距大于或小于相邻磁极间的间距。
2.根据权利要求1所述的不等宽结构的低波动永磁无刷电机，其特征在于，所述定子铁芯的齿内表面为偏心。
3.根据权利要求1所述的不等宽结构的低波动永磁无刷电机，其特征在于，所述转子铁芯的磁极为等宽磁极、磁极间的间距相等。
4.根据权利要求1所述的不等宽结构的低波动永磁无刷电机，其特征在于，所述定子铁芯圆周齿槽均布。
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Effective date of registration: 20100329 Address after: 201315, No. 2502, Shanghai South Road, Cambridge Industrial Park, Cambridge Town, Shanghai, Pudong New Area, China Patentee after: Shanghai Top Motor Co., Ltd. Patentee after: Shanghai Chuanye Electric Motor Co., Ltd. Patentee after: Ningbo Tebo Motor Co., Ltd. Address before: 201315 No. 303 Kang Liu Road, Cambridge Industrial Zone, Shanghai, Pudong New Area Patentee before: Shanghai Top Motor Co., Ltd. Patentee before: Lin Defang |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20080507 |
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| CX01 | Expiry of patent term |