專利名稱：：一種低齒槽轉(zhuǎn)距永磁無刷伺服電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及一種永磁無刷直流伺服電動機(jī)，特別是一種低齒槽轉(zhuǎn)距永磁無刷伺服電機(jī)。
背景技術(shù)：
：由于永磁直流無刷伺服電動機(jī)具有很好的可控制性，以及大起動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、低速直接驅(qū)動、高功率因數(shù)和高功率密度的特點(diǎn)，所以在自動化控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。但與感應(yīng)電機(jī)相比，永磁電機(jī)固有的不足是齒槽轉(zhuǎn)矩較大。齒槽轉(zhuǎn)矩常常成為引起振動、噪聲和提高控制精度困難的基本原因。特別是當(dāng)齒槽轉(zhuǎn)矩頻率與定子或轉(zhuǎn)子的機(jī)械共振頻率一致時，齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的振動和噪聲將被放大。齒槽轉(zhuǎn)矩的存在同樣影響了電機(jī)在速度控制系統(tǒng)中的低速性能和在位置控制系統(tǒng)中的高精度定位。目前降低齒槽轉(zhuǎn)矩的方式主要有以下三種一是在迭裝定子沖片時，采用專門的工裝，將每片沖片間依次均勻錯開一定的角度，使定子槽傾斜設(shè)置。這種方式的主要缺點(diǎn)是在迭裝定子沖片時，需要專用的工裝夾具和專門的工藝，增加了材料成本和人工成本；同時，由于定子采用斜槽，給下線帶來了很大困難，一方面無法采用自動繞線機(jī)，從而大大降低下線速度，另一方面電機(jī)槽滿率也受到限制，影響電機(jī)的輸出特性。二是將轉(zhuǎn)子磁鋼沿軸向分成幾段，每段之間錯開一定的角度，可以達(dá)到和定子斜槽相似的效果。這種方式的主要缺點(diǎn)是:增加了磁鋼的安裝難度和定位精度，同樣需要專門的工裝設(shè)備，增加加工和裝配成本。三是通過選擇合適的定子槽數(shù)和轉(zhuǎn)子極對數(shù)，能使定子齒中心和轉(zhuǎn)子各磁極中心相互錯開。這種方式的主要缺點(diǎn)是消除齒槽轉(zhuǎn)矩效果不理想，同時會導(dǎo)致電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩降低較大。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提供一種低齒槽轉(zhuǎn)距永磁無刷伺服電機(jī)。本實(shí)用新型既可以大大削弱齒槽轉(zhuǎn)矩，又具有易于加工、加工速度快的特點(diǎn)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種低齒槽轉(zhuǎn)距永磁無刷伺服電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子和定子，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子磁極的構(gòu)成包括一組不對稱的大、小磁極。上述的低齒槽轉(zhuǎn)距永磁無刷伺服電機(jī)中，所述磁極為8個，其中1個是機(jī)械角度等于60。的大磁極；其它7個是機(jī)械角度等于300/7。的小磁極。前述的低齒槽轉(zhuǎn)距永磁無刷伺服電機(jī)中，所述定子上設(shè)有一組定子槽，兩個定子槽之間形成的定子齒上設(shè)有小槽。3前述的低齒槽轉(zhuǎn)距永磁無刷伺服電機(jī)中，所述小槽的寬度為l2mm，深度為l2mm。前述的低齒槽轉(zhuǎn)距永磁無刷伺服電機(jī)中，所述小槽的寬度為1.5mm，深度為1.5mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型由于采用大小磁極和在定子齒上設(shè)置小槽的方法，可以大大削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。由于本實(shí)用新型的定子仍然采用直槽，轉(zhuǎn)子仍采用直磁極，所以在大大削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的同時，還具有易于加工、加工速度快的特點(diǎn)。為了比較本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響，申請人將本實(shí)用新型的電機(jī)與現(xiàn)有電機(jī)作了對比分析。(a)、轉(zhuǎn)子采用均勻磁極，定子齒不開槽；(b)、轉(zhuǎn)子采用均勻磁極，定子齒開槽；(c)、轉(zhuǎn)子采用不均勻磁極(不對稱)，定子齒不開槽；(d)、轉(zhuǎn)子采用不均勻磁極(不對稱)，定子齒開槽。四種結(jié)構(gòu)模型的軸向長度、定子沖片、轉(zhuǎn)子鐵芯、磁鋼厚度等主要尺寸均相等。主要幾何參數(shù)如表l所示。表l:<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>(1)對比定子齒開槽對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響從上述四種結(jié)構(gòu)模型空載磁力線分布分析對比，可以得到結(jié)論定子齒開槽以后，由于磁導(dǎo)發(fā)生了變化，引起了磁力線的畸變，這種畸變可以將電機(jī)總齒槽轉(zhuǎn)矩的幅值削弱。(2)對比轉(zhuǎn)子磁極對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響從上述四種結(jié)構(gòu)模型的計算結(jié)果，齒槽轉(zhuǎn)矩的幅值從大到小依次對應(yīng)上述a、b、c、d四種結(jié)構(gòu)。如果將a模型產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩定義為l，則其他三種結(jié)構(gòu)模型產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩計算結(jié)果如表2所示。表2模型序號abcd齒槽轉(zhuǎn)矩10.810.110.056從表2可以看出，在定子齒不開槽的情況下，轉(zhuǎn)子采用不均勻磁極結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩比均勻磁極產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩大大降低。若定子齒采取開槽措施后，可進(jìn)一步降低該齒槽轉(zhuǎn)矩，定子齒開槽、轉(zhuǎn)子磁極不均勻模型的齒槽轉(zhuǎn)矩比定子齒不開槽、轉(zhuǎn)子磁極均勻模型的齒槽轉(zhuǎn)矩降低將近20倍。(3)四種不同結(jié)構(gòu)對電磁轉(zhuǎn)矩的影響從上述四種結(jié)構(gòu)在電機(jī)繞組通相等電流的計算結(jié)果，電磁轉(zhuǎn)矩的幅值從大到小依次對應(yīng)上述a、b、c、d四種結(jié)構(gòu)。對比分析如表3所示。表3:模型序號abcd最大轉(zhuǎn)矩(Nm)2.512.442.041.95最小轉(zhuǎn)矩(Nm)1.631.701.951.89平均轉(zhuǎn)矩(Nm)2.072.051.991.92轉(zhuǎn)矩脈動(%)21.217.92.31.6轉(zhuǎn)矩脈動降低率(%)015.689.292.5平均轉(zhuǎn)矩?fù)p失率(%)01.03.97.2從表3中的計算結(jié)果可以看出，本實(shí)用新型的定子齒開槽、轉(zhuǎn)子采用大小極結(jié)構(gòu)的情況下，轉(zhuǎn)矩脈動比定子齒不開槽、轉(zhuǎn)子采用均勻磁極的情況可以降低92.5%，轉(zhuǎn)矩脈動可控制在2%以下，完全可以滿足一般情況下的伺服驅(qū)動，可具有低脈動、低噪音和低振動的特點(diǎn)。同時，電機(jī)平均轉(zhuǎn)矩?fù)p失僅7.2%，不會造成電機(jī)有效材料的較大額外消耗。另外，對電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動降低的關(guān)鍵因素是轉(zhuǎn)子磁極大小極極弧的控制，在對轉(zhuǎn)矩脈動要求不適特別高的情況下，定子齒可不必開槽，僅轉(zhuǎn)子采用大小極結(jié)構(gòu)，這樣電機(jī)平均轉(zhuǎn)矩?fù)p失率可進(jìn)一步降低。通過以上對比，轉(zhuǎn)子磁極采用不對稱的大小極結(jié)構(gòu)，通過對大小極極弧的控制，在定子不采用斜槽、轉(zhuǎn)子不采用斜極的情況下，可大大降低電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩脈動。無論電機(jī)采用何種結(jié)構(gòu)，最終目的是為了得到需要的負(fù)載特性。很多情況下，通過某種措施削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的同時，往往也會較大的降低電機(jī)的功率輸出特性。目前為了保證電機(jī)的輸出功率，往往通過增加電機(jī)體積等方式來進(jìn)行補(bǔ)償。而本實(shí)用新型所能達(dá)到的創(chuàng)新效果是在不增加電機(jī)體積的情況下，既可以大大削弱齒槽轉(zhuǎn)矩，又具有易于加工、加工速度快的特5點(diǎn)。使電機(jī)在如下兩個方面有突出改進(jìn)1)可大大削弱齒槽轉(zhuǎn)矩，降幅達(dá)90%以上，同時電磁轉(zhuǎn)矩脈動降幅也可達(dá)90%以上，可滿足普通永磁無刷直流伺服電動機(jī)的控制要求；2)定子無需斜槽、轉(zhuǎn)子無需斜極，定子鐵芯迭裝工藝以及轉(zhuǎn)子磁鋼加工及裝配工藝均可節(jié)約成本一半以上。而且由于定子直槽，可采用自動繞線機(jī)下線，比人工下線可提高效率幾十倍，在大批量生產(chǎn)中具有重要意義，會產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益。本實(shí)用新型研制的電機(jī)可直接作為自動化門的開門/關(guān)門電機(jī)使用，具有良好的伺服特性，振動和噪聲都很低。采用此技術(shù)后可以大大提高生產(chǎn)效率，降低材料和生產(chǎn)成本，具有良好的實(shí)用價值。另外，將該技術(shù)進(jìn)一步拓展，可形成系列化、批量化產(chǎn)品，可應(yīng)用于賓館、超級市場等場合的自動門，以及電動巻簾門、汽車座椅調(diào)整等諸多場合。在上述應(yīng)用領(lǐng)域和控制機(jī)械行業(yè)，將形成巨大的市場潛力。圖l是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A向視圖。附圖中的標(biāo)記為l-轉(zhuǎn)子，2-定子，3-大磁極，4-小磁極，5-定子芯片，6-定子槽，7-定子齒，8-小槽。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型的一種低齒槽轉(zhuǎn)距永磁無刷伺服電機(jī)作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不作為對本實(shí)用新型做任何限制的依據(jù)。實(shí)施例。本實(shí)用新型的低齒槽轉(zhuǎn)距永磁無刷伺服電機(jī)的制作方式如圖l所示。電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極采用不對稱(不均勻)的大、小極結(jié)構(gòu)，通過對大、小極極弧的控制，降低電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩。所述的大、小極結(jié)構(gòu)，是將轉(zhuǎn)子磁極制成8個，其中一個是機(jī)械角度為60。的大磁極，其它7個是將機(jī)械角度300。均分成7等份的小磁極。在電機(jī)定子齒的齒頂設(shè)置有小槽。小槽寬度為l2mm，深度為l2mm。小槽寬度為l.5mm，深度為l.5mm更好。對大、小極極弧的控制是轉(zhuǎn)子采用大小不對稱的8個磁極，其中一個磁極為大極，另外7個磁極尺寸相同，為小極。若8個磁極采用均布方案，則每個極應(yīng)該對應(yīng)3個齒距的圓心角即45°機(jī)械角度。本實(shí)施例中大極對應(yīng)4個齒距的圓心角，g卩60。機(jī)械角度。一種低齒槽轉(zhuǎn)距永磁無刷伺服電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子1和定子2，轉(zhuǎn)子l的轉(zhuǎn)子磁極的構(gòu)成包括一組不對稱的大、小磁極。所述磁極為8個，其中1個是機(jī)械角度等于60。的大磁極3;其它7個是機(jī)械角度等于300/7。的小磁極4。構(gòu)成定子2的定子芯片5上設(shè)有一組定子槽6，兩個定子槽6之間形成的定子齒7上設(shè)有小槽8。小槽寬度為l2mm，深度為l2mm。小槽寬度為1.5mm，深度為1.5mm更好。權(quán)利要求1.一種低齒槽轉(zhuǎn)距永磁無刷伺服電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子(1)和定子(2)，其特征在于轉(zhuǎn)子(1)的轉(zhuǎn)子磁極的構(gòu)成包括一組不對稱的大、小磁極。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的低齒槽轉(zhuǎn)距永磁無刷伺服電機(jī)，其特征在于:所述磁極為8個，其中1個是機(jī)械角度等于60。的大磁極(3);其它7個是機(jī)械角度等于300/7°的小磁極(4)。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的低齒槽轉(zhuǎn)距永磁無刷伺服電機(jī)，其特征在于:所述定子(2)上設(shè)有一組定子槽(6)，兩個定子槽(6)之間形成的定子齒(7)上設(shè)有小槽(8)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低齒槽轉(zhuǎn)距永磁無刷伺服電機(jī)，其特征在于:所述小槽(8)的寬度為l2mm，深度為l2mm。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低齒槽轉(zhuǎn)距永磁無刷伺服電機(jī)，其特征在于:所述小槽(8)的寬度為1.5mm，深度為l.5mm。專利摘要本實(shí)用新型公開了一種低齒槽轉(zhuǎn)距永磁無刷伺服電機(jī)。包括轉(zhuǎn)子(1)和定子(2)，轉(zhuǎn)子(1)的轉(zhuǎn)子磁極的構(gòu)成包括一組不對稱的大、小磁極。本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)子采用大小磁極和在定子齒上設(shè)置小槽的結(jié)構(gòu)，可以大大削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。由于本實(shí)用新型的定子仍然采用直槽，轉(zhuǎn)子采用直磁極，所以在大大削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的同時，還具有易于加工、加工速度快的特點(diǎn)。文檔編號H02K29/00GK201332306SQ20082030385公開日2009年10月21日申請日期2008年12月30日優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日發(fā)明者徐新榮,施文美申請人:湖州太平微特電機(jī)有限公司