專利名稱：不等寬結(jié)構(gòu)的低波動永磁無刷電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
不等寬結(jié)構(gòu)的低波動永磁無刷電機
賊鰣
本實用新型涉及電動機技術(shù)，特別是涉及一種(磁極)不等寬結(jié)構(gòu)的低波動永磁 無刷電機技術(shù)。 背錄撥術(shù)
機電一體化和自動化場合越來越要求節(jié)能化、低噪化、智能化，對為其配套的 電機提出高效率、低噪音、高出力、可調(diào)速和智能化的要求。圖3為現(xiàn)有技術(shù)中常 規(guī)表面安裝式永磁無刷電機的剖面結(jié)構(gòu)，包括定子軛31、定子齒32、定子槽33、 轉(zhuǎn)子磁鋼(磁極)36、轉(zhuǎn)子軛37和轉(zhuǎn)子軸38;圖4為現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)內(nèi)置式永磁 無刷電機的結(jié)構(gòu)，包括定子軛41、定子齒42、定子槽43、轉(zhuǎn)子磁鋼(磁極)46、 轉(zhuǎn)子軛47、轉(zhuǎn)子軸48、極靴49。無刷電機與有刷相比有很多優(yōu)點，但是無刷電機 的電樞勵磁為"非圓形跳躍式"的旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)矩波動本來就較大，加上齒槽效應(yīng)， 存在更大的轉(zhuǎn)矩波動；此外，目前單相永磁無刷電機己越來越廣泛應(yīng)用于高檔家電 領(lǐng)域，通常其定子鐵芯齒槽均勻分布，存在起動困難的缺陷，影響機電產(chǎn)品的平穩(wěn) 低噪運行。
另外無刷電機的齒槽轉(zhuǎn)矩也稱磁阻轉(zhuǎn)矩是自動化場合、機電一體化場合的調(diào)速 系統(tǒng)中致命缺陷。世界各國電機行業(yè)和科研單位均在進行研究，力圖降低電機轉(zhuǎn)矩 波動，如采用分數(shù)槽法、輔助槽法、輔助齒法、斜槽法、斜極法、閉口槽法和磁化 槽楔法等，各有利弊，但總是難以有效消除齒槽效應(yīng)。斜槽或斜極也可以減小轉(zhuǎn)矩 波動，但斜槽斜極法對方波電機氣隙磁感應(yīng)強度平頂寬度有影響，同時定子斜槽會 影響導(dǎo)體的占槽面積，使銅耗增加，兩者均降低出力，并是使電機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。高 精度調(diào)速系統(tǒng)對齒槽轉(zhuǎn)矩波動要求很嚴格，因為在調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電機轉(zhuǎn)矩的頻率
與定子或轉(zhuǎn)子的機械共振頻率一致時，齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的振動和噪音被顯著放大，同
時也影響低速性能和定位精度。
實用新型內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種 使電機能具有高出力、轉(zhuǎn)矩波動小、動態(tài)響應(yīng)更快、可靠性高、壽命長、功率重量 大、效率高、磁路損耗低、發(fā)熱小、低噪、小型輕量化和平穩(wěn)運行等特點的不等寬 結(jié)構(gòu)的低波動永磁無刷電機。
為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型所提供的一種不等寬結(jié)構(gòu)的低波動永磁無 刷電機，包括定子和轉(zhuǎn)子部分，定子部分設(shè)有定子鐵芯和定子繞組；轉(zhuǎn)子部分設(shè)有 主軸和主軸上套有轉(zhuǎn)子鐵芯，鐵芯上固定有磁鋼(磁極)，其特征在于，所述定子鐵 芯的齒、槽為不等寬結(jié)構(gòu)，即定子齒的齒寬大于(或小于)相鄰齒的齒寬或者定子 槽的槽寬大于(或小于)相鄰槽的槽寬；所述永磁轉(zhuǎn)子的磁極或相鄰磁極間的間距 為不等寬結(jié)構(gòu)，即轉(zhuǎn)子鐵芯的磁極寬度大于(或小于)相鄰磁極的寬度，或者轉(zhuǎn)子 鐵芯磁極間的間距大于(或小于)相鄰磁極間的間距。
進一步的，所述定子鐵芯的齒內(nèi)表面為偏心(不對稱)。
進一步的，所述轉(zhuǎn)子鐵芯的磁極為等寬磁極、磁極間的間距相等。
進一步的，所述定子鐵芯為有齒有槽硅鋼片疊壓而成。
進一步的，所述永磁轉(zhuǎn)子與所述定子之間設(shè)有徑向氣隙。
進一步的，所述定子鐵芯圓周齒槽均布。
利用本實用新型提供的不等寬結(jié)構(gòu)的低波動永磁無刷電機，由于定子鐵芯的齒、 槽或轉(zhuǎn)子鐵芯的(徑向)磁極采用不等寬結(jié)構(gòu)，從而抑制齒槽效應(yīng)，改善氣隙磁場 分布，有效降低轉(zhuǎn)矩波動，提高電機起動轉(zhuǎn)矩和快速響應(yīng)，改善伺服特性，使電機 能靜音運行，充分發(fā)揮了無刷電機的綜合優(yōu)點，使電機具有高出力、轉(zhuǎn)矩波動小、 動態(tài)響應(yīng)更快、可靠性高、壽命長、功率重量大、效率高、磁路損耗低、發(fā)熱小、
低噪、小型輕量化和平穩(wěn)運行等特點。通過采用上述措施，使永磁無刷電動機品質(zhì) 大幅度提高。
另外比較圖ll永磁無刷電機轉(zhuǎn)矩波動曲線中，磁極圓周均布(磁極間距相等)
曲線s和磁極圓周不均布(磁極間距不相等)曲線k的轉(zhuǎn)矩波動，T (Nm)為齒槽轉(zhuǎn)
矩(牛頓米)；由圖11可知磁極圓周不均布(磁極間距不相等)k的轉(zhuǎn)矩波動明
顯低于磁極圓周均布(磁極間距相等)s，改善了氣隙磁場分布，有效降低轉(zhuǎn)矩波動，
提高電機起動轉(zhuǎn)矩和快速響應(yīng)，改善伺服特性。

圖1是本實用新型實施例不等寬結(jié)構(gòu)低波動永磁無刷電機總成剖面結(jié)構(gòu)示意
圖2為低波動永磁無刷電機轉(zhuǎn)子組件結(jié)構(gòu)示意圖3為常規(guī)表面安裝式永磁無刷電機結(jié)構(gòu)示意圖4為常規(guī)內(nèi)置式永磁無刷電機結(jié)構(gòu)示意圖5為本實用新型實施例中定子齒不等寬結(jié)構(gòu)示意圖6為本實用新型實施例中帶定子齒不等寬結(jié)構(gòu)永磁無刷電機示意圖7為本實用新型實施例中帶定子偏心齒單相永磁無刷電機結(jié)構(gòu)示意圖8n為本實用新型實施例永磁無刷電機的不等寬磁極結(jié)構(gòu)示意圖8m為本實用新型實施例中帶不等寬磁極永磁無刷電機的不等寬磁極相應(yīng)磁
通密度e分布示意圖9為本實用新型實施例中帶磁極間距不等永磁無刷電機結(jié)構(gòu)示意圖10為本實用新型實施例中永磁無刷電機調(diào)整磁極間距示意圖ll為永磁無刷電機轉(zhuǎn)矩波動曲線示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖說明對本實用新型的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不
用于限制本實用新型，凡是采用本實用新型的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本
實用新型的保護范圍。
本實用新型從提高永磁無刷電機新途徑入手，解決自動化場合用電機轉(zhuǎn)矩波動 大、噪音大、起動轉(zhuǎn)矩小、效率低和響應(yīng)慢等弊病。永磁——轉(zhuǎn)子無勵磁線圈，高 效節(jié)能；無刷——無電刷、無換向器、無火花、功率重量比高。不等寬結(jié)構(gòu)——抑 制齒槽效應(yīng)，有效降低轉(zhuǎn)矩波動，提高電機系統(tǒng)快速響應(yīng)和改善伺服特性，使電機 具有運行平穩(wěn)、噪音低、工作可靠等特點。
參見圖1所示，本實用新型實施例不等寬結(jié)構(gòu)的低波動永磁無刷電機總成剖面 結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子軸墊圈1、軸承波形墊圈2、磁鋼絕緣墊片3、穿釘4、前端蓋5、定 子組件6、轉(zhuǎn)子組件7、控制板支架8、控制板9、螺釘10、后端蓋11、出線線束 12，不等寬結(jié)構(gòu)低波動永磁無刷電機的定子機殼內(nèi)設(shè)有定子組件6，定子組件6與 轉(zhuǎn)子組件7之間設(shè)有氣隙。圖2是低波動永磁無刷電機轉(zhuǎn)子組件，包括轉(zhuǎn)子軸21、 軸承22、磁鋼(磁極)23、跟蹤永磁轉(zhuǎn)子24、軸承25。
本實用新型關(guān)鍵部件分別說明如下
如圖5、圖6所示，本實用新型圖l永磁無刷電機的一實施例低波動永磁無刷電機中 的定子齒不等寬結(jié)構(gòu)包括定子軛61、定子窄齒62、定子槽63、定子寬齒64、定子線 圈(繞組)65、轉(zhuǎn)子磁鋼(磁極)66;由于定子鐵芯中定子齒為不等寬結(jié)構(gòu)，不是常 規(guī)永磁無刷電機結(jié)構(gòu)中定子齒均勻分布，定子窄齒62的齒寬小于相鄰的定子寬齒64的 齒寬(即定子寬齒64的齒寬大于相鄰的定子窄齒62的齒寬)，定子窄齒62和定子寬齒 64混合交替安排，減小了氣隙磁導(dǎo)的變化，從而減小了當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時氣隙磁場儲能的 變化，削弱了磁阻轉(zhuǎn)矩，抑制了齒槽引起的轉(zhuǎn)矩波動。圖6中A、 B、 C表示相鄰的定子 線圈(繞組)。
如圖7所示，本實用新型圖1永磁無刷電機的另一實施例中帶定子偏心齒單相 永磁無刷電機結(jié)構(gòu)包括定子軛61'、定子偏心齒62'、定子槽63'、轉(zhuǎn)子磁鋼(磁
極)66'、轉(zhuǎn)子軛67'、轉(zhuǎn)子軸68';定子鐵芯齒內(nèi)表面(即定子內(nèi)圈齒的表面)不 對稱(偏心)，定子偏心齒62'的結(jié)構(gòu)提高了電機起動轉(zhuǎn)矩，克服單相永磁無刷電 機起動困難的缺陷，提高電機出力、快速響應(yīng)和改善伺服特性。
如圖8n、圖8m所示，本實用新型圖l永磁無刷電機的一實施例中帶不等寬磁極永磁 無刷電機結(jié)構(gòu)及不等寬磁極相應(yīng)磁通密度e分布包括窄磁極76、轉(zhuǎn)子軛77、寬磁極 75、轉(zhuǎn)子軸78;窄磁極展開76d及相應(yīng)磁通密度B分布76e，寬磁極展開75d及相應(yīng)磁通 密度B分布75e。永磁轉(zhuǎn)子中套在轉(zhuǎn)子軸78上的轉(zhuǎn)子鐵芯圓周上固定有磁極寬度不等的 徑向磁化磁鋼(磁極)不等寬磁極及不等寬磁極相應(yīng)磁通密度B分布。由于磁極面產(chǎn)生 的轉(zhuǎn)矩相互獨立,選擇適當(dāng)?shù)拇艠O寬度，可有效消除齒槽轉(zhuǎn)矩的正弦基波成分。由磁極 及相應(yīng)磁通密度B分布圖可知磁極寬度越窄，相應(yīng)磁通密度幅值越低，反之，磁極寬 度越寬，相應(yīng)磁通密度幅值越高。窄磁極76和寬磁極75的CAD合理配置，優(yōu)化組合，降 低氣隙磁導(dǎo)和氣隙磁阻變化，相當(dāng)于斜槽和斜磁極作用，改善氣隙磁場分布，有效降低 轉(zhuǎn)矩波動和噪音，結(jié)構(gòu)、工藝簡單，滿足高精度伺服系統(tǒng)中對電機的嚴格要求。
氣隙磁場儲能與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)。根據(jù)圖9帶磁極間距不等永磁無刷電機結(jié)構(gòu)和 圖IO永磁無刷電機調(diào)整磁極間距圖，圖9中包括定子軛91、定子齒92、定子槽93、 轉(zhuǎn)子磁鋼(磁極)76'、磁極間距70'、轉(zhuǎn)子軛77'、轉(zhuǎn)子軸78';圖10中包括轉(zhuǎn)子 磁鋼(磁極)76"、轉(zhuǎn)子軛77"、第一次磁極位移角6i和第二次磁極位移角02。永 磁轉(zhuǎn)子鐵芯圓周方向磁極設(shè)置不均布，即相鄰磁極間間距不等，通過CAD對磁極間 距70'進行最佳調(diào)整，也類似于斜槽、斜磁極和定轉(zhuǎn)子之間設(shè)不均勻氣隙的作用， 改善氣隙磁場分布，有效降低轉(zhuǎn)矩波動，使電機靜音運行，充分發(fā)揮了無刷電機綜 合優(yōu)點，使電機具有低波動、快響應(yīng)、低噪和平穩(wěn)運行等特點，實現(xiàn)小型輕量化。
權(quán)利要求1、一種不等寬結(jié)構(gòu)的低波動永磁無刷電機，包括定子和轉(zhuǎn)子部分，定子部分設(shè)有定子鐵芯和定子繞組；轉(zhuǎn)子部分設(shè)有主軸和主軸上套有轉(zhuǎn)子鐵芯，鐵芯上固定有磁鋼，其特征在于，所述定子齒的齒寬大于或小于相鄰齒的齒寬或者所述定子槽的槽寬大于或小于相鄰槽的槽寬；或者所述轉(zhuǎn)子鐵芯的磁極寬度大于或小于相鄰磁極的寬度或者所述轉(zhuǎn)子鐵芯磁極間的間距大于或小于相鄰磁極間的間距。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的不等寬結(jié)構(gòu)的低波動永磁無刷電機，其特征在于，所 述定子鐵芯的齒內(nèi)表面為偏心。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的不等寬結(jié)構(gòu)的低波動永磁無刷電機，其特征在于，所 述轉(zhuǎn)子鐵芯的磁極為等寬磁極、磁極間的間距相等。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的不等寬結(jié)構(gòu)的低波動永磁無刷電機，其特征在于，所 述定子鐵芯圓周齒槽均布。
專利摘要一種不等寬結(jié)構(gòu)的低波動永磁無刷電機，涉及電動機技術(shù)領(lǐng)域；所要解決的是永磁無刷電機降低轉(zhuǎn)矩波動、提高起動轉(zhuǎn)矩和快速響應(yīng)，改善伺服特性的技術(shù)問題該永磁無刷電機包括定子和轉(zhuǎn)子部分，定子部分設(shè)有定子鐵芯和定子繞組；轉(zhuǎn)子部分設(shè)有主軸和主軸上套有轉(zhuǎn)子鐵芯，鐵芯上固定有磁鋼，其特征在于，所述定子鐵芯的齒、槽為不等寬結(jié)構(gòu)；所述永磁轉(zhuǎn)子的磁極或相鄰磁極間的間距為不等寬結(jié)構(gòu)，即轉(zhuǎn)子鐵芯的磁極寬度大于或小于相鄰磁極的寬度，或者轉(zhuǎn)子鐵芯磁極間的間距大于或小于相鄰磁極間的間距。本實用新型使電機能具有高出力、轉(zhuǎn)矩波動小、動態(tài)響應(yīng)更快、可靠性高、壽命長、效率高、磁路損耗低、發(fā)熱小、低噪、小型輕量化的特點。
文檔編號H02K1/12GK201057630SQ200720070700
公開日2008年5月7日 申請日期2007年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月6日
發(fā)明者林德芳 申請人:上海特波電機有限公司;林德芳