專利名稱：分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電氣工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)，尤其涉及一種分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
低速直流無刷電動(dòng)機(jī)應(yīng)該能夠在低速下輸出轉(zhuǎn)矩大，并且穩(wěn)定運(yùn)行。這就要求電機(jī)的極對(duì)數(shù)要很多，同時(shí)選用扁平結(jié)構(gòu)使電機(jī)在一定的電樞體積和電樞電壓下能產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩和較低的轉(zhuǎn)速。直流無刷電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)是一體的，不僅運(yùn)輸和維修都比較困難，而且電機(jī)繞組端部相互疊壓、端部較長(zhǎng)，同時(shí)為了降低永磁齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩，通常定子槽斜一個(gè)定子齒距，電機(jī)能夠輸出的基本電磁轉(zhuǎn)矩降低，電機(jī)效率降低。而一般模塊化定子結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)，雖然定子不用斜槽，而采用分?jǐn)?shù)槽，繞組端部相互不疊壓、端部較短，但是定子繞組系數(shù)偏小，影響電機(jī)力能指標(biāo)和效率。選用何種定子結(jié)構(gòu)才能很容易地將電機(jī)的極數(shù)設(shè)計(jì)的很多，電機(jī)定子繞組端部相互不疊壓、端部較短，繞組繞制工藝簡(jiǎn)單，定子鐵心不用斜槽就能有效地降低永磁齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩，定子繞組系數(shù)高，電機(jī)效率高，是低速直流無刷電動(dòng)機(jī)技術(shù)研究的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的電機(jī)機(jī)座內(nèi)部的定子鐵心不是一個(gè)連續(xù)貫通的整體，而是分段的，每個(gè)定子鐵心上開有均勻的整距齒槽，各段鐵心以及鐵心上繞制的繞組完全一樣，每段鐵心及其上面繞制的繞組僅僅屬于特定的一相，繞組系數(shù)為1，定子繞組端部短、易于機(jī)械連續(xù)繞制、易于更換、質(zhì)量相對(duì)較輕、效率高、齒磁導(dǎo)諧波轉(zhuǎn)矩小。
本發(fā)明的分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)，它包括機(jī)座、機(jī)座兩側(cè)的前、后端蓋、轉(zhuǎn)子軸、接線盒、位置傳感器、位置傳感器接線盒、Y接三相繞組、固定在所述機(jī)座內(nèi)的分段式模塊化定子鐵心、安裝在所述轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)子、在所述轉(zhuǎn)子圓周上設(shè)置有主磁極釹鐵硼永磁體和轉(zhuǎn)子極靴，所述的轉(zhuǎn)子極靴內(nèi)固定有極靴心軸，所述的定子鐵心為分段設(shè)置，將所述定子鐵心的內(nèi)徑圓周均勻的分成k1個(gè)扇區(qū)組，在每一扇區(qū)組A、B、C三相各占相同面積的1個(gè)扇區(qū)，1個(gè)扇區(qū)屬于一相，每個(gè)扇區(qū)的定子鐵心上均勻的設(shè)置有k2個(gè)齒，在所述的相鄰兩個(gè)齒之間開有1個(gè)槽，所述的相鄰齒的齒距為一個(gè)極距，所述的相鄰的兩個(gè)扇區(qū)的定子鐵心之間設(shè)置有將所述的相鄰的兩個(gè)扇區(qū)的定子固定在所述的機(jī)座上的壓塊，所述的定子鐵心上的每一個(gè)齒上繞制有整距集中線圈，一個(gè)扇區(qū)內(nèi)的相鄰齒上或部分相鄰齒上的各個(gè)整距集中線圈可以按電動(dòng)勢(shì)方向相同的規(guī)律串聯(lián)，構(gòu)成一相的分段式模塊化定子相繞組組件，所述的每相繞組由同一相的分段式模塊化定子相繞組組件串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成。
本發(fā)明的電機(jī)的機(jī)座內(nèi)部圓周內(nèi)被分為k1個(gè)均勻的扇區(qū)組，在每一扇區(qū)組A、B、C三相各占相同面積的1個(gè)扇區(qū)，1個(gè)扇區(qū)屬于一相，在1個(gè)扇區(qū)內(nèi)安放1塊分段式模塊化定子鐵心，每塊分段式模塊化定子鐵心上均勻的設(shè)置有k2個(gè)齒。分段式模塊化定子鐵心不是一個(gè)連續(xù)貫通的整體，而是分段的，鐵心上開有均勻的整距齒槽，各段鐵心以及鐵心上繞制的繞組完全一樣，每段鐵心及其上面繞制的繞組僅僅屬于特定的一相，繞組系數(shù)為1，定子繞組端部短、易于機(jī)械連續(xù)繞制；各段即各相定子鐵心在電機(jī)機(jī)座空間上相互獨(dú)立、易于更換、質(zhì)量相對(duì)較輕、效率高、齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩小。


圖1為本發(fā)明分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)示意主視圖；圖2圖1所示電機(jī)的側(cè)視圖；圖3為本發(fā)明示例1(m＝3，tZZ＝4τ/3，k1＝1，k2＝7，2p＝22)模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)磁路結(jié)構(gòu)剖面圖；
圖4為本發(fā)明示例2(m＝3，tZZ＝5τ/3，k1＝2，k2＝3，2p＝22)模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)磁路結(jié)構(gòu)剖面圖；圖5為本發(fā)明示例1(m＝3，tZZ＝4τ/3，k1＝1，k2＝8，2p＝26)模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)磁路結(jié)構(gòu)剖面圖；圖6為本發(fā)明示例2(m＝3，tZZ＝5τ/3，k1＝2，k2＝4，2p＝26)模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)磁路結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明的分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)，它包括機(jī)座8、機(jī)座兩側(cè)的前端蓋3、后端蓋16、軸承2、轉(zhuǎn)軸1、接線盒18、位置傳感器、位置傳感器接線盒15、Y接三相繞組、固定在所述機(jī)座內(nèi)的模塊化定子鐵心5、安裝在所述轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)子、在所述轉(zhuǎn)子圓周上設(shè)置有主磁極釹鐵硼永磁體17和轉(zhuǎn)子極靴9，所述的轉(zhuǎn)子極靴內(nèi)固定有極靴心軸10，所述的定子鐵心為分段設(shè)置，將所述定子鐵心的內(nèi)徑圓周均勻的分成k1個(gè)扇區(qū)組，在每一扇區(qū)組A、B、C三相各占相同面積的1個(gè)扇區(qū)，1個(gè)扇區(qū)屬于一相，每1個(gè)扇區(qū)布置一塊分段式模塊化定子鐵心，每段分段式模塊化定子鐵心上均勻的設(shè)置有k2個(gè)齒，在所述的相鄰兩個(gè)齒之間開有1個(gè)槽，所述的相鄰齒的齒距為一個(gè)極距，所述的相鄰的兩個(gè)扇區(qū)的分段式模塊化定子鐵心之間設(shè)置有將所述的相鄰的兩個(gè)扇區(qū)的定子固定在所述的機(jī)座上的壓塊6，所述的分段式模塊化定子鐵心上的每一個(gè)齒上繞制有整距集中線圈，每段分段式模塊化定子鐵心上的相鄰齒上或部分相鄰齒上的各個(gè)整距集中線圈可以按電動(dòng)勢(shì)方向相同的規(guī)律串聯(lián)，構(gòu)成一相的分段式模塊化定子相繞組組件，所述的每相繞組由同一相的分段式模塊化定子相繞組組件串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成。
由硅鋼片沖制、疊壓和特殊的緊固措施而制成的分段式模塊化定子鐵心5上均勻的開有許多齒和槽，齒距為一個(gè)極距。每一個(gè)齒上繞制集中繞組，顯然是整距集中繞組。由于相鄰兩齒上整距集中繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位相反，通過將每個(gè)齒上整距集中繞組引出線的首尾端按照首接首、尾接尾的規(guī)律連接，使得每個(gè)齒上整距集中繞組的電動(dòng)勢(shì)同相位串聯(lián)起來構(gòu)成分段式模塊化定子繞組4。分段式模塊化定子鐵心5上繞制有分段式模塊化定子繞組4的集合體被稱為分段式模塊化定子組件。顯然，分段式模塊化定子繞組4這種整距集中繞組的繞組系數(shù)為1，繞組的端部很短，各齒上的集中繞組端部不相互疊壓；各齒上的整距集中繞組是從第一個(gè)齒到最后一個(gè)齒連續(xù)繞制的，非常適合機(jī)械繞制，勞動(dòng)生產(chǎn)率高；相鄰兩個(gè)齒上的繞組電位差不大，便于槽間繞組絕緣，省工省料。在相同的定子鐵心長(zhǎng)度情況下，由于繞組的端部短，電機(jī)機(jī)座軸向長(zhǎng)度可以縮短，質(zhì)量相對(duì)較輕，效率高。電機(jī)內(nèi)的所有各段分段式模塊化定子組件完全一樣，也便于生產(chǎn)、維修和更換。所有各段分段式模塊化定子組件段與段之間由壓塊6通過壓塊緊固螺栓7將分段式模塊化定子鐵心5壓緊固定到機(jī)座8上，從而構(gòu)成一個(gè)完整的電機(jī)定子。壓塊6做成楔形，以便靠它把分段式模塊化定子組件緊緊地壓靠到機(jī)座上。各段分段式模塊化定子組件段與段之間這一空間既可以設(shè)計(jì)成一塊壓塊，也可以設(shè)計(jì)為兩塊。設(shè)計(jì)成一塊時(shí)，壓塊6與兩側(cè)分段式模塊化定子組件鐵心接觸面都為斜面，與機(jī)座內(nèi)壁接觸的配合面為圓弧面，朝向轉(zhuǎn)子的另一面為平面，圓弧面比平面小，即壓塊6做成楔形，其徑向兩個(gè)側(cè)面為圓弧面，其軸向兩個(gè)側(cè)面為平行面。當(dāng)分段式模塊化定子組件段與段空間較小時(shí)，宜采用一塊壓塊，但分段式模塊化定子組件的安裝及拆卸不太方便。當(dāng)模塊化定子組件段與段空間較大，宜采用兩壓塊，相當(dāng)于將僅用一塊壓塊時(shí)的楔形壓塊在半徑方向的中間位置一分為二，這樣分段式模塊化定子組件由其自身兩側(cè)的壓塊壓緊，非常便于分段式模塊化定子組件安裝和拆卸。分段式模塊化定子組件相鄰兩段分別屬于不同的相。分屬各相的各個(gè)分段式模塊化定子組件上再按特定的規(guī)律連接后，如串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)都采用的連接規(guī)律連接后，則構(gòu)成各相分段式模塊化定子繞組，需要注意的是并聯(lián)時(shí)應(yīng)保證每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同大小同相位。三相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位上互差2π/3電角度，三相繞組Y接，三相繞組輸入端分別接到電機(jī)接線盒18上。經(jīng)接線盒、動(dòng)力電纜連接到直流無刷電動(dòng)機(jī)專用變頻驅(qū)動(dòng)電源輸出端子上。
分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸1上安裝輪轂12，為了降低轉(zhuǎn)子重量及成本，輪轂12可以是整體鑄鋁的，也可以由多種材料組裝而成。輪轂12的輪廓那部分必須是不導(dǎo)磁材料。轉(zhuǎn)子極靴9由一片片沖剪好的硅鋼片緊緊地疊壓在一起，并緊配合熱套在極靴心軸10上，從而轉(zhuǎn)子極靴9與極靴心軸10構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)子極靴組件。極靴心軸10是由導(dǎo)磁性能較好的鋼材料制作的圓柱體。極靴心軸10處于極靴的徑向中心線上，即處于由極靴形成的轉(zhuǎn)子磁極軸線上。轉(zhuǎn)子極靴組件與輪轂12的輪廓接觸的面稱作轉(zhuǎn)子極靴組件安裝面。從轉(zhuǎn)子極靴組件安裝面沿極靴的徑向中心線鉆幾個(gè)前后對(duì)稱的剛好貫通極靴心軸10的孔，并在孔壁上攻絲，制做出螺紋。轉(zhuǎn)子極靴組件與輪廓緊固前，先在轉(zhuǎn)子極靴組件之間先放置好切向充好磁的釹鐵硼永磁體17。由極靴心軸緊固螺栓11將2p個(gè)轉(zhuǎn)子極靴組件安裝緊固在輪轂12的輪廓上。釹鐵硼永磁體17在空間位置上的極性按照NS、SN、NS、SN……規(guī)律放置。這樣2p個(gè)轉(zhuǎn)子極靴對(duì)于分段式模塊化定子來說，就形成了2p個(gè)N、S、N、S……磁極相間的轉(zhuǎn)子永磁磁極。本發(fā)明圖3-6中的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為表面粘貼式，僅僅是為了敘述本發(fā)明的定子結(jié)構(gòu)，與永磁體表面粘貼式結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)能夠有效地降低永磁體因其自身的磁場(chǎng)不斷變化而在永磁體內(nèi)產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗；同時(shí)永磁體不易去磁，也容易固定和防氧化處理。采用本發(fā)明的定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，電機(jī)可以很容易地設(shè)計(jì)成很多極數(shù)，從而容易實(shí)現(xiàn)電機(jī)低速運(yùn)行。
在三相模塊化定子結(jié)構(gòu)低速直流無刷電動(dòng)機(jī)中，位置傳感器起著測(cè)量轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，它為直流無刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中的邏輯開關(guān)電路提供正確的換相信息，即將永磁轉(zhuǎn)子主磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后去控制定子繞組換相。所述的位置傳感器最好為磁敏性位置傳感器，最優(yōu)采用的磁敏性位置傳感器為開關(guān)型霍爾位置傳感器，它包括定子14和轉(zhuǎn)子13，其中位置傳感器轉(zhuǎn)子13安排在與電機(jī)后端蓋16那側(cè)相對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)子輪轂10的輪廓的側(cè)面，即在轉(zhuǎn)子輪轂10的輪廓的那一側(cè)面的整個(gè)圓周空間均勻安裝p(電機(jī)極對(duì)數(shù))塊扇形永磁體，p塊永磁體的充磁方向一致，都為電機(jī)軸線方向，對(duì)于位置傳感器定子14來說極性一致都是N極，而且在位置傳感器定子14處的開關(guān)型霍爾元件能夠檢測(cè)到的每塊位置傳感器永磁體產(chǎn)生的空間磁場(chǎng)在旋轉(zhuǎn)的圓周范圍內(nèi)應(yīng)該正好為一個(gè)極距，同時(shí)每塊位置傳感器永磁體的中心線與電機(jī)轉(zhuǎn)子主磁極N極永磁體的軸線應(yīng)處于同一個(gè)轉(zhuǎn)子徑向平面上。位置傳感器定子14安裝在后端蓋16內(nèi)側(cè)，位置傳感器定子14主要是由3片開關(guān)型霍爾元件構(gòu)成的電路及其支撐部件組成，3片開關(guān)型霍爾元件與傳感器轉(zhuǎn)子13安排在電機(jī)轉(zhuǎn)子輪轂10的輪廓側(cè)面的p塊永磁體處在同一個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)半徑位置上，分別與A、B、C三相繞組對(duì)應(yīng)的3片焊接在印刷線路板上的開關(guān)型霍爾元件與旋轉(zhuǎn)上圓周位置上相隔2π/3電角度，分別相應(yīng)于A、B、C三相繞組的軸線位置設(shè)置，而且安放位置均落后于各自相繞組軸線π/6電角度，以保證當(dāng)定子各相繞組分別通與各相相電動(dòng)勢(shì)波形為梯形波同相位或反相位的頂部寬度為2π/3電角度的矩形波電流時(shí)，模塊化定子結(jié)構(gòu)直流無刷電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生平穩(wěn)的起到驅(qū)動(dòng)或制定作用的電磁轉(zhuǎn)矩。焊接在印刷線路板上的3片開關(guān)型霍爾元件的供電電源線及其輸出信號(hào)線接到安裝在電機(jī)后端蓋16外側(cè)的位置傳感器接線盒15上。位置傳感器接線盒15通過信號(hào)電纜與直流無刷電動(dòng)機(jī)專用變頻驅(qū)動(dòng)電源的位置輸入端口連接。轉(zhuǎn)子軸1兩端安裝好軸承2后，再由前端蓋3和后端蓋16支撐、定位安裝到已安裝好分段式模塊化定子鐵心5和模塊化定子繞組4的機(jī)座8內(nèi)。
一段分段式模塊化定子組件上最后一個(gè)齒的軸線與相鄰下一段分段式模塊化定子組件上第一個(gè)齒的軸線距離，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)可以取4/3或5/3極距，此時(shí)壓塊6所占空間位置在圓周上占1/3或2/3極距。若將相鄰的分別屬于A、B、C三相的三段分段式模塊化定子組件看作是一組，假設(shè)電機(jī)的機(jī)座內(nèi)部圓周內(nèi)被分為k1個(gè)均勻的扇區(qū)組，即電機(jī)機(jī)座內(nèi)共放置k1組三相分段式模塊化定子組件；每段分段式模塊化定子鐵心上開有k2個(gè)齒。由于電機(jī)的極數(shù)2p必須是偶數(shù)，分段式模塊化定子組件相鄰兩段上的相鄰兩個(gè)齒的齒距tZZ到底是取4/3還是取5/3極距，與k1和k2的數(shù)值有關(guān)，tZZ、k1、k2三者之間要滿足如下關(guān)系。
①當(dāng)定子相數(shù)為三相m＝3，分段式模塊化定子組件相鄰兩段上相鄰的兩個(gè)齒的齒距tZZ設(shè)計(jì)為4/3極距(即僅比一個(gè)極距多出1/3極距)，且k2＝2k-1(其中k＝1，2，3……)為奇數(shù)時(shí)，則永磁轉(zhuǎn)子的極數(shù)2p與k1、k2間的關(guān)系為2p＝mk1(k2+1/3)＝3k1(2k-1+1/3)＝2k1(3k-1)顯然，在此情況下k1可以是任意自然數(shù)。
在此情況下，一個(gè)定子齒距為一個(gè)極距，在空間上占據(jù)θe＝π電角度，前后相鄰兩段分段式模塊化定子組件上各自第一個(gè)齒上的整距集中繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位相差(k2+1/3)π＝(2k-1+1/3)π＝2kπ-2π/3即互差-2π/3電角度。此時(shí)，分屬三相的分段式模塊化定子組件在定子空間按A、B、C……規(guī)律布置。
圖2所舉的示例符合上述結(jié)構(gòu)規(guī)律，其中m＝3，tZZ＝4τ/3，k1＝2，k2＝9，2p＝56。
圖3所舉的示例也符合上述結(jié)構(gòu)規(guī)律，其中m＝3，tZZ＝4τ/3，k1＝1，k2＝7，2p＝22。
由于定子齒槽存在，定子齒槽與轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)間會(huì)引起齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩，對(duì)于齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩來說一個(gè)定子齒距空間占據(jù)θZe＝2π空間電角度，而齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩是永磁轉(zhuǎn)子磁極軸線與定子齒軸線間電角度θZe的函數(shù)。一個(gè)定子齒的齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩可以用公式表示為TZ=TZmvΣv=1∞sinvθZe(v=1,2,3······)]]>式中，v——齒磁導(dǎo)諧波轉(zhuǎn)矩的諧波次數(shù)，v＝1，2，3……；θZe——永磁轉(zhuǎn)子磁極軸線與定子齒軸線間電角度，單位rad；TZmv——第v次齒磁導(dǎo)諧波轉(zhuǎn)矩的峰值，單位N·m；TZ——一個(gè)定子齒的齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩，單位N·m。
分屬三相的分段式模塊化定子組件在定子空間按A、B、C……規(guī)律布置時(shí)，不管轉(zhuǎn)子永磁磁極的極性，若永磁轉(zhuǎn)子磁極軸線與A相分段式模塊化定子組件上的定子齒軸線間空間電角度為θZe，則永磁轉(zhuǎn)子磁極軸線與B、C兩相分段式模塊化定子組件上的定子齒軸線間的空間電角度分別為(θZe-2π/3)和(θZe-4π/3)。
當(dāng)v＝1時(shí)，定子上A、B、C三相各段分段式模塊化定子組件上各自的最低次即1次齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩合成后相互抵消TZ1＝k1k2(TZA1+TZB1+TZC1)＝k1k2TZm1[sinθZe+sin(θZe-2π/3)+sin(θZe-4π/3)]＝0同理，當(dāng)v＝6k±1(其中k＝1，2，3……)時(shí)，即v＝5，7，11，13……時(shí)，也可以求出，合成后的各次齒磁導(dǎo)諧波轉(zhuǎn)矩相互抵消，即TZ(6k±1)＝0(k＝1，2，3……)而當(dāng)v＝2時(shí)，A、B、C三相各段分段式模塊化定子組件上各自的2次齒磁導(dǎo)諧波轉(zhuǎn)矩合成后也相互抵消TZ2＝TZA2+TZB2+TZC2＝k1k2TZm2[sin2θZe+sin2(θZe-2π/3)+sin2(θZe-4π/3)]＝k1k2TZm2[sin2θZe+sin(2θZe-4π/3)+sin(2θZe-2π/3)]＝0同理，當(dāng)v＝6k±2(其中k＝1，2，3……)時(shí)，即v＝4，8，10，14……時(shí)，也可以求出，合成后的各次齒磁導(dǎo)諧波轉(zhuǎn)矩也相互抵消，即TZ(6k±2)＝0(k＝1，2，3……)而當(dāng)v＝3k(其中k＝1，2，3……)時(shí)，即v＝3，6，9……時(shí)，A、B、C三相各段分段式模塊化定子組件上各自的3次及3的倍數(shù)次齒磁導(dǎo)諧波轉(zhuǎn)矩合成后為TZ3k＝TZA3k+TZB3k+TZC3k＝k1k2TZm3k[sin3kθZe+sin3k(θZe-2π/3)+sin3k(θZe-4π/3)]＝3k1k2TZm3ksin3kθZe(k＝1，2，3……)顯然，在整個(gè)電機(jī)內(nèi)部?jī)H存在3次及3的倍數(shù)次齒磁導(dǎo)諧波轉(zhuǎn)矩。而其它次數(shù)的，特別是傳統(tǒng)永磁電機(jī)中最強(qiáng)的1次齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩不存在了。
②當(dāng)定子相數(shù)為三相m＝3，分段式模塊化定子組件相鄰兩段上相鄰的兩個(gè)齒的齒距tZZ取5/3極距(即僅比一個(gè)極距多出2/3極距)，且k2＝2k-1(其中k＝1，2，3……)為奇數(shù)時(shí)，則永磁轉(zhuǎn)子的極數(shù)2p與k1、k2間的關(guān)系為2p＝mk1(k2+2/3)＝3k1(2k-1+2/3)＝k1(6k-1)顯然，在此情況下k1必須是偶數(shù)。
在此情況下，前后相鄰兩段分段式模塊化定子組件上第一個(gè)齒上的整距集中繞組內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位相差
(k2+2/3)π＝(2k-1+2/3)π＝2kπ-π/3即互差-π/3電角度。則分段式模塊化定子組件在定子空間應(yīng)按A、-C、B、-A、C、-B……規(guī)律布置。
圖4所舉的示例也符合上述結(jié)構(gòu)規(guī)律，其中m＝3，tZZ＝5τ/3，k1＝2，k2＝3，2p＝22。
同理可以證明在此種情況下，整個(gè)電機(jī)內(nèi)部也僅存在3次及3的倍數(shù)次齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩。
③當(dāng)定子相數(shù)為三相m＝3，分段式模塊化定子組件相鄰兩段上相鄰的兩個(gè)齒的齒距tZZ取4/3極距(即僅比一個(gè)極距多出1/3極距)，且k2＝2k(其中k＝1，2，3……)為偶數(shù)時(shí)，則永磁轉(zhuǎn)子的極數(shù)2p與k1、k2間的關(guān)系為2p＝mk1(k2+1/3)＝3k1(2k+1/3)＝k1(6k+1)顯然，在此情況下k1必須是偶數(shù)。
在此情況下，前后相鄰兩段分段式模塊化定子組件上第一個(gè)齒上的整距集中繞組內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位相差(k2+1/3)π＝(2k+1/3)π＝2kπ+π/3即互差+π/3電角度。相當(dāng)于分屬三相的分段式模塊化定子組件在定子空間按A、-B、C、-A、B、-C……規(guī)律布置。
圖5所舉的示例符合上述結(jié)構(gòu)規(guī)律，其中m＝3，tZZ＝4τ/3，k1＝2，k2＝4，2p＝26。
同理可以證明在整個(gè)電機(jī)內(nèi)部也僅存在3次及3的倍數(shù)次齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩。
④當(dāng)定子相數(shù)為三相m＝3，分段式模塊化定子組件相鄰兩段上相鄰的兩個(gè)齒的齒距tZZ取5/3極距(即僅比一個(gè)極距多出2/3極距)，且k2＝2k(其中k＝1，2，3……)為偶數(shù)時(shí)，則永磁轉(zhuǎn)子的極數(shù)2p與k1、k2間的關(guān)系為2p＝mk1(k2+2/3)＝3k1(2k+2/3)＝2k1(3k+1)顯然，在此情況下k1可以是任意自然數(shù)。
在此情況下，前后相鄰兩段分段式模塊化定子組件上第一個(gè)齒上的整距集中繞組內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位相差(k2+2/3)π＝(2k+1/3)π＝2kπ+2π/3
即互差+2π/3電角度。相當(dāng)于分屬三相的分段式模塊化定子組件在定子空間按A、C、B……規(guī)律布置。
圖6所舉的示例符合上述結(jié)構(gòu)規(guī)律，其中m＝3，tZZ＝5τ/3，k1＝1，k2＝8，2p＝26。
同理可以證明在整個(gè)電機(jī)內(nèi)部?jī)H存在3次及3的倍數(shù)次齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩。
由上述四種情況可見，不論分段式模塊化定子組件相鄰兩段上的相鄰兩個(gè)齒的齒距設(shè)計(jì)成4/3極距還是5/3極距，整個(gè)電機(jī)內(nèi)部都僅存在3次及3的倍數(shù)次齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩。若在定子齒形及轉(zhuǎn)子極靴設(shè)計(jì)時(shí)，同時(shí)兼顧到將定子齒的3次齒磁導(dǎo)設(shè)計(jì)的很小，則分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)的齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩將非常小。
采用本發(fā)明的定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，電機(jī)可以很容易地設(shè)計(jì)成很多極數(shù)，從而容易實(shí)現(xiàn)電機(jī)低速運(yùn)行，電機(jī)軸上的電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，電機(jī)的振動(dòng)、噪聲低。
權(quán)利要求
1.分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)，它包括機(jī)座、機(jī)座兩側(cè)的前、后端蓋、轉(zhuǎn)子軸、接線盒、位置傳感器、位置傳感器接線盒、Y接三相繞組、固定在所述機(jī)座內(nèi)的模塊化定子鐵心、安裝在所述轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)子、在所述轉(zhuǎn)子圓周上設(shè)置有主磁極釹鐵硼永磁體和轉(zhuǎn)子極靴，所述的轉(zhuǎn)子極靴內(nèi)固定有極靴心軸，其特征在于所述的模塊化定子鐵心為分段設(shè)置，將所述分段式模塊化定子鐵心的內(nèi)徑圓周均勻的分成k1個(gè)扇區(qū)組，在每一扇區(qū)組A、B、C三相各占相同面積的1個(gè)扇區(qū)，1個(gè)扇區(qū)屬于一相，每個(gè)扇區(qū)的分段式模塊化定子鐵心上均勻的設(shè)置有K2個(gè)齒，在所述的相鄰兩個(gè)齒之間開有1個(gè)槽，所述的相鄰齒的齒距為一個(gè)極距，所述的相鄰的兩個(gè)扇區(qū)的分段式模塊化定子鐵心之間設(shè)置有將所述的相鄰的兩個(gè)扇區(qū)的定子固定在所述的機(jī)座上的壓塊，所述的分段式模塊化定子鐵心上的每一個(gè)齒上繞制有整距集中線圈，每段分段式模塊化定子鐵心上的相鄰齒上的各個(gè)整距集中線圈可以按電動(dòng)勢(shì)方向相同的規(guī)律串聯(lián)，構(gòu)成一相的分段式模塊化定子相繞組組件，所述的每相繞組由同一相的分段式模塊化定子相繞組組件串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的壓塊在空間占據(jù)1/3極距或2/3極距，所述相鄰兩側(cè)扇區(qū)分段式模塊化定子鐵心上的相鄰齒的中心線間的距離為4/3極距或5/3極距。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的壓塊為一塊，所述的壓塊切向兩個(gè)側(cè)面為楔形，其徑向兩個(gè)側(cè)面為圓弧面，其軸向兩個(gè)側(cè)面為平行面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的壓塊為兩塊，所述的壓塊切向兩個(gè)側(cè)面為楔形，其徑向兩個(gè)側(cè)面為圓弧面，其軸向兩個(gè)側(cè)面為平行面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的主磁極釹鐵硼永磁體設(shè)置在相鄰的兩個(gè)轉(zhuǎn)子極靴之間的轉(zhuǎn)子圓周上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子極靴是由硅鋼片疊壓而成，并由實(shí)心導(dǎo)磁的鋼材料的心軸固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的位置傳感器為磁敏性位置傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的磁敏性位置傳感器為開關(guān)型霍爾位置傳感器，它包括定子和轉(zhuǎn)子，所述的轉(zhuǎn)子為均勻設(shè)置在所述電機(jī)后端蓋相對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)子輪轂的輪廓圓周側(cè)面的多塊扇形永磁鐵，所述的定子固定在所述電機(jī)后端蓋內(nèi)側(cè)上，所述的定子上的三片開關(guān)型霍爾元件分別相應(yīng)于A、B、C三相繞組的軸線位置設(shè)置，并且安放位置均落后于各自相繞組軸線π/6電角度。
全文摘要
本發(fā)明公開了分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速直流無刷電動(dòng)機(jī)，它包括定子鐵心，所述的鐵心為分段設(shè)置，將所述定子鐵心的內(nèi)徑圓周均勻的分成k
文檔編號(hào)H02K29/08GK101030712SQ20071005642
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2007年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月9日
發(fā)明者陳益廣, 沈勇環(huán), 王曉運(yùn) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)