專利名稱:大直徑型方波三相永磁直流電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及大直徑永磁電機(jī)，更具體地說，涉及一種大直徑型方波三相永磁直流電機(jī)。這種電機(jī)可用作力矩電動機(jī)、還可用作風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
永磁電動機(jī)根據(jù)驅(qū)動電流及反電勢波形可分為正弦波和方波兩大類。一般將正弦波永磁電動機(jī)稱為永磁同步電動機(jī)(PMSM)，或稱為正弦波交流伺服電動機(jī)。另一類方波永磁電動機(jī)則稱為方波無刷直流電動機(jī)(BLDCM)。
永磁電機(jī)是可逆的既可用作電動機(jī)也可用作發(fā)電機(jī)。方波永磁發(fā)電機(jī)的出力比正弦波永磁發(fā)電機(jī)大π/2，即1.57倍。
80年代期間，方波永磁電動機(jī)獲得了普遍應(yīng)用，方波永磁電動機(jī)的外特性和有刷直流電動機(jī)基本相同，控制比較簡單，但其最大的缺點是存在較大的原理性換向力矩波動，對此，研究人員提出了多種補(bǔ)償措施，但實際應(yīng)用效果不理想。
由于正弦波永磁電動機(jī)的力矩波動則遠(yuǎn)小于方波永磁電動機(jī)，90年代期間，在精密伺服驅(qū)動應(yīng)用場合，方波永磁電動機(jī)逐漸被正弦波永磁電動機(jī)所替代，目前已經(jīng)成為現(xiàn)今工業(yè)應(yīng)用的主流。然而，正弦波永磁電動機(jī)會導(dǎo)致控制系統(tǒng)復(fù)雜性大幅增高和成本大幅增加，更重要的是電動機(jī)的力能指標(biāo)大幅下降。
另一方面，傳統(tǒng)方波無刷直流電動機(jī)及其控制技術(shù)被公認(rèn)已經(jīng)成熟，由于前述缺陷，導(dǎo)致其被限定在要求不高的場合應(yīng)用，國內(nèi)外對其研究已經(jīng)很少。
理想電動機(jī)應(yīng)具有體積小、力矩大且力矩波動小、效率高且成本低等特點。但是現(xiàn)實世界中，往往只能兼顧并不能全面滿足這種理念。通常設(shè)計高性能伺服電動機(jī)時，優(yōu)先順序為運(yùn)動控制性能、功率、尺寸、效率和價格。伺服電動機(jī)必須克服齒槽效應(yīng)，具有小的定位力矩、力矩波動或者速度波動，能在低速、大力矩下連續(xù)平穩(wěn)驅(qū)動。
產(chǎn)生的力矩波動的原因很多。一般認(rèn)為，主要原因是齒槽效應(yīng)產(chǎn)生的定位力矩，氣隙磁場的非正弦分布和三相電流非正弦。齒槽效應(yīng)直接產(chǎn)生與齒、槽數(shù)相關(guān)的定位力矩波動；氣隙磁場的非正弦分布產(chǎn)生反電勢(MMF)諧波與電流諧波產(chǎn)生諧波力矩；因此，伺服電動機(jī)的力矩波動是由各次定位力矩和諧波力矩構(gòu)成的。其主要諧波次數(shù)與齒數(shù)、槽數(shù)、極數(shù)及其互乘數(shù)、倍乘數(shù)、差拍數(shù)有關(guān)。
本實用新型涉及的大極電機(jī)又叫集中繞組電機(jī)，它具有繞組端部小、銅耗小、結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本低等特點，近十年內(nèi)發(fā)展很快。通常定義每極每相槽數(shù)q＝S/(2Pm)的值小于或等于1/2的電機(jī)為大極電動機(jī)或集中繞組電機(jī)，其中S是槽數(shù)，m是相數(shù)，P是極對數(shù)。如圖1所示是一個8極9槽大極三相永磁無刷電動機(jī)。其中有4個N極、4個S極間隔排列，共8個極；對應(yīng)設(shè)有9個槽，每個槽中裝有相鄰兩個繞組的各一半。例如最上部的N極正對一個齒，其左側(cè)是A+繞組、右側(cè)是A-繞組。其中，槽距電角度為



反相接線后為20°，分布系數(shù)為

節(jié)距系數(shù)為

繞組系數(shù)
Kw1＝Kd1Kp1＝0.946
主要定位力矩次數(shù)
KC＝極×槽/C＝8×9/1＝72
上述公式中，C是極、槽數(shù)的最小公約數(shù)。該次數(shù)Kc與極數(shù)的比是8/72＝1/9，即定位力矩的次數(shù)為基波的9倍。一般認(rèn)為各次定位力矩的幅值與次數(shù)的數(shù)值成反比，或認(rèn)為各次定位力矩的幅值不大于每相基波力矩的1/9。因此齒槽配合的設(shè)計原則是要求最低次定位力矩的次數(shù)相對于基波力矩的次數(shù)盡可能大。齒槽配合還會影響電機(jī)的材料利用率，即繞組系數(shù)，要求繞組系數(shù)接近1。
幾種“大極電機(jī)”的繞組系數(shù)和定位力矩次數(shù)

公開號CN101030721A的專利申請中，公開了極、槽數(shù)值沒有公約數(shù)的齒槽配合方案(例如21槽26極，33槽38極或40極)。另外申請人科勒摩根公司的公開號CN1856921A專利申請公開了槽與磁極的比值大于0.75且小于1.0的永磁電動機(jī)(例如36槽46極，30槽38極)。這類永磁電動機(jī)以獲得正弦型氣隙磁場和較小的定位力矩為目標(biāo)，可惜這類僅僅利用齒槽配合的方法效果很有限，其齒槽效應(yīng)產(chǎn)生的定位力矩仍比較大，一般只能達(dá)到額定力矩的(5～1)％水平。
上述“大極電機(jī)”已經(jīng)在不同場合獲得應(yīng)用。然而單純通過齒槽配合來減小定位力矩的作用仍不能滿足伺服電機(jī)的要求。于是又產(chǎn)生了大量通過均勻化氣隙磁阻來進(jìn)一步減小定位力矩的方法，包括1)無鐵芯永磁電機(jī)；2)無齒槽永磁電機(jī)；3)定子斜槽或永磁轉(zhuǎn)子斜極；4)減小定子槽口；5)永磁體表面削角、正弦化、不均勻氣隙、永磁體短距等導(dǎo)致氣隙磁場正弦化；6)定子的齒槽不等距分布；7)定子采用每極每相分?jǐn)?shù)槽；8)增加每極槽數(shù)；9)加大氣隙；10)降低磁負(fù)荷。
上述方法都有其利弊，例如加大氣隙、降低磁負(fù)荷、采用無鐵芯永磁電機(jī)和無齒槽永磁電機(jī)的方法，導(dǎo)致電機(jī)電磁負(fù)荷和功率密度下降，并導(dǎo)致氣隙磁場正弦化；采用定子斜槽或永磁轉(zhuǎn)子斜極或定子采用每極每相分?jǐn)?shù)槽方法，使生產(chǎn)成本提高，材料利用率下降，并導(dǎo)致氣隙磁場正弦化。減小定子槽口使漏磁增加導(dǎo)致?lián)p耗變大。采用永磁體表面削角、正弦化、不均勻氣隙、永磁體短距等導(dǎo)致氣隙磁場正弦化。通常采用定子的齒槽不等距分布的目的也是使得氣隙磁場正弦化，上述方法對正弦波伺服電機(jī)是傳統(tǒng)的有效方法。但傳統(tǒng)的方法均不適用于方波伺服電機(jī)。
在公開號為CN201057630，申請?zhí)枮?00720070700.3的中國專利中，公開一種不等寬結(jié)構(gòu)的低波動永磁無刷電機(jī)，其中，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。一般來講采用不同的大小齒(不等寬齒)定子鐵芯設(shè)計，可能對定位力矩的次數(shù)和幅值產(chǎn)生影響，設(shè)計不當(dāng)，將反而導(dǎo)致更大的定位力矩。該專利還附加轉(zhuǎn)子鐵芯磁極不等寬方法，其代價是產(chǎn)生了電機(jī)反電勢不對稱。該專利還附加定子鐵芯的齒內(nèi)表面為偏心的方法，其代價也是產(chǎn)生了電機(jī)反電勢不對稱。電機(jī)反電勢不對稱對于伺服電機(jī)是致命缺陷，該專利的目標(biāo)是性能較低的小功率調(diào)速驅(qū)動電機(jī)。

實用新型內(nèi)容

本實用新型要解決現(xiàn)有方波永磁電動機(jī)和正弦波永磁電動機(jī)所存在的問題，提出一種新原理、新結(jié)構(gòu)、高性能、低成本的大極方波永磁電機(jī)。
本實用新型的技術(shù)方案是，提供一種大直徑型方波三相永磁直流電機(jī)，所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯上裝有多對永磁體，定子的槽中裝有三相繞組，其中，定子鐵芯上的槽數(shù)Z、轉(zhuǎn)子鐵芯上的磁極數(shù)2P之間有下表所示的對應(yīng)關(guān)系，對應(yīng)于Z個定子槽，相應(yīng)有Z個齒，其中包括Z/2個大齒、Z/2個小齒

Z/6個集中繞組，所述集中繞組和齒的排列次序是大齒上A相集中繞組→小齒→大齒上B相集中繞組→小齒→大齒上C相集中繞組→小齒，依此類推；其中，所述定子鐵芯中包括大齒鐵芯和Z/2個獨立的小齒鐵芯，每相鄰兩個大齒之間的軛部設(shè)有一個鍥入槽，共有Z/2個鍥入槽，每個所述小齒鐵芯通過其尾部鍥入在所述大齒鐵芯的其中一個鍥入槽中，進(jìn)而形成Z/2個小齒。
本實用新型的優(yōu)選方案中，所述定子鐵芯上相鄰大齒與小齒之間的槽的槽口寬度為0.1～3.0mm；每個大齒占圓周電角度150°～234°，每個小齒加上其兩側(cè)槽口占圓周電角度90°～6°，且一個大齒與一個小齒的電角度之和等于240°。為進(jìn)一步減小定位力矩，更優(yōu)選的方案是，每個大齒占圓周電角度195°～205°，每個小齒加上其兩側(cè)槽口占圓周電角度45°～35°。
本實用新型的另一優(yōu)選方案中，所述定子鐵芯上相鄰大齒與小齒之間的槽的槽口寬度為0.1～3.0mm；當(dāng)Z/2為偶數(shù)時，所述大齒中Z/4個為占圓周電角度224°±2°的第一大齒，另Z/4個為占圓周電角度192°±2°的第二大齒；每個小齒加上其兩側(cè)槽口占圓周電角度32°±2°；所述各齒之間的排列次序是第一大齒→小齒→第二大齒→小齒，依此類推；且相鄰一組第一大齒、小齒、第二大齒、小齒占圓周電角度之和為480°。
本實用新型中，所述大齒鐵芯可以是一體式的整體大齒鐵芯；或者由Z/2個相同結(jié)構(gòu)的單體大齒鐵芯組成，相鄰兩個單體大齒鐵芯之間在該兩個大齒的定子槽中心線處相互拼接。
本實用新型中，所述轉(zhuǎn)子鐵芯上各個永磁體N、S磁極相間排列，所述永磁體是徑向充磁的瓦形磁鋼、或者是平行充磁的瓦形磁鋼，所述瓦形磁鋼為等半徑瓦形磁鋼或削角瓦形磁鋼；所述定子與轉(zhuǎn)子之間的物理氣隙為1～4mm；所述轉(zhuǎn)子鐵芯上的永磁體的極距為(1～0.8)×πD/4，其中D是轉(zhuǎn)子外徑；其中還包括由霍爾位置傳感器制成的轉(zhuǎn)子位置傳感器，所述霍爾位置傳感器的磁敏感方向與轉(zhuǎn)子法線方向相一致，安裝于定子支架上，并與轉(zhuǎn)子永磁體外圓之間保持1～3mm的氣隙。
本實用新型中，可將屬于同一相的Z/6個集中繞組按圓周順序依次串聯(lián)后再引出，形成一組A-A′、B-B′、C-C′三相繞組。針對Z/6的結(jié)果雙數(shù)的電機(jī)，還可將屬于同一相的Z/6個集中繞組先兩兩并聯(lián)成Z/12個并聯(lián)單元，再依次串聯(lián)后引出，形成一組A-A′、B-B′、C-C′三相繞組。也可將屬于同一相的Z/6個集中繞組分別單獨引出，形成Z/6組A-A′、B-B′、C-C′三相繞組。
由上述方案可知，本實用新型中的小齒是嵌入式結(jié)構(gòu)，先不裝小齒，留出空間使集中繞組的繞制非常方便，即使機(jī)器自動繞線也能保證85％以上的槽滿率。作為電動機(jī)時，其出力比傳統(tǒng)正弦波永磁伺服電機(jī)大33％，繞組端部比傳統(tǒng)正弦波永磁伺服電機(jī)小3倍以上，所以銅耗大幅度減少。該電機(jī)采用三相方波電流驅(qū)動時，能產(chǎn)生平穩(wěn)的力矩，其力矩波動指標(biāo)與正弦波永磁伺服電機(jī)相當(dāng)。



下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明，附圖中
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的8極9槽電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2A是本實用新型一個優(yōu)選實施例中電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子展開結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2B是本實用新型另一實施例中有第一、第二兩種大齒時電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子展開結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本實用新型一個優(yōu)選實施例中電機(jī)總裝結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4A是圖2A所示實施例中的定子齒、槽角度分布示意圖；
圖4B是圖2B所示實施例中的定子齒、槽角度分布示意圖；
圖5A是一體式的整體大齒鐵芯的展示結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5B是小齒鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5C是一體式的整體大齒鐵芯與多個小齒鐵芯的配合結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是由另一實施例分塊式定子鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是本實用新型一個實施例中將多個集中繞組先兩兩并聯(lián)再依次串聯(lián)的示意圖。
具體實施方式
圖3示出了本實用新型一個優(yōu)選實施例中電動機(jī)的總裝結(jié)構(gòu)，這種電機(jī)的主要部件包括轉(zhuǎn)軸30、轉(zhuǎn)子1、定子2等，轉(zhuǎn)子1與定子2之間的物理氣隙5為1～4mm。其中采用霍爾位置傳感器作為轉(zhuǎn)子位置傳感器，霍爾位置傳感器的磁敏感方向與轉(zhuǎn)子法線方向相一致，安裝在定子支架20上，并與轉(zhuǎn)子磁鋼(即永磁體)外圓之間保持1～3mm的氣隙。
本實用新型中，定子鐵芯上的槽數(shù)Z、轉(zhuǎn)子鐵芯上的磁極數(shù)2P之間有下表所示的對應(yīng)關(guān)系，其中，槽數(shù)為234時，磁極數(shù)為156；槽數(shù)為264時，磁極數(shù)為176；槽數(shù)為300時，磁極數(shù)為200；對應(yīng)于Z個定子槽，相應(yīng)有Z個齒，其中包括Z/2個大齒、Z/2個小齒

以下描述中，以Z＝276為例，此時磁極數(shù)為2P＝184。對于齒、槽、磁極等部件之間的配合結(jié)構(gòu)，如果畫成與實物對應(yīng)的圓環(huán)結(jié)構(gòu)將無法清楚顯示，所以這里畫成了圖2所示的展開式結(jié)構(gòu)，即相當(dāng)于把圓環(huán)結(jié)構(gòu)的定子2內(nèi)圈、轉(zhuǎn)子1外圈分別展開了。其中，在轉(zhuǎn)子鐵芯上裝有92對184個永磁體，即184個磁極，它們按圖2所示的N、S相間排列，以產(chǎn)生氣隙磁場。具體實施時，永磁體可以是徑向充磁的瓦形磁鋼、或者是平行充磁的瓦形磁鋼。轉(zhuǎn)子鐵芯上的永磁體的極距為(1～0.8)×πD/4，其中D是轉(zhuǎn)子外徑。
同時，定子鐵芯的槽數(shù)Z＝276，對應(yīng)有276個槽、276個齒；如圖5C所示，定子槽4的槽口的寬度(即相鄰大齒與小齒下端部之間的間隙)為0.1～3mm；276個齒中包括138個大齒、138個小齒，并在圓周內(nèi)按大齒→小齒→大齒→小齒的次序循環(huán)排布。
本實施例中，三相繞組包括(Z/2＝276/2)＝138個集中繞組，分別用繞線機(jī)(定子集中繞組繞線機(jī))直接繞在絕緣處理后的大齒上，集中繞組和齒的排列次序是大齒上A相集中繞組→小齒→大齒上B相集中繞組→小齒→大齒上C相集中繞組→小齒，依此類推；可見，該電動機(jī)有138個集中繞組，A、B、C三相中每相各有(Z/6＝276/6)＝46個集中繞組。
從圖4A可以看出，每個大齒占圓周電角度150°～234°，每個小齒加上其兩側(cè)槽口占圓周電角度90°～6°，且一個大齒與一個小齒的電角度之和等于240°。為進(jìn)一步減小定位力矩，每個大齒最好占圓周電角度195°～205°，每個小齒加上其兩側(cè)槽口最好占圓周電角度45°～35°。
從圖4B可以看出，另一實施例中，當(dāng)Z/2為偶數(shù)時，大齒中Z/4個為占圓周電角度224°±2°的第一大齒，另Z/4個為占圓周電角度192°±2°的第二大齒；每個小齒加上其兩側(cè)槽口占圓周電角度32°±2°；各齒之間的排列次序是第一大齒→小齒→第二大齒→小齒→第一大齒→小齒→第二大齒→小齒，依此類推；且相鄰一組第一大齒、小齒、第二大齒、小齒占圓周電角度之和為480°。
如圖5A、圖5B、圖5C所示，其中的定子鐵芯包括一個一體式的整體大齒鐵芯9和138個小齒鐵芯8；在大齒鐵芯上設(shè)有138個大齒6，相鄰兩個大齒之間的軛部各設(shè)有一個鍥入槽11，共有138個鍥入槽；每個小齒鐵芯8通過其尾部鍥入在大齒鐵芯9的其中一個鍥入槽11中。
具體實施時，大齒鐵芯9由多層大齒硅鋼片組成，每一層大齒硅鋼片的軛部和齒部設(shè)有定位盲孔12，多層大齒硅鋼片通過這些盲孔鉚壓成整體結(jié)構(gòu)。同樣，每一個小齒鐵芯8由多層小齒硅鋼片組成；每一層小齒硅鋼片10上也設(shè)有定位盲孔12，多層小齒硅鋼片通過這些盲孔鉚壓成整體結(jié)構(gòu)。本實施例中，大齒鐵芯9與各個小齒鐵芯8具有相同的硅鋼片層數(shù)。
從圖5A可以看出，其中的鍥入槽11為內(nèi)部大、口部小的燕尾形結(jié)構(gòu)；相應(yīng)地，圖5B中每個小齒鐵芯8的尾部也為燕尾形結(jié)構(gòu)，可正好與鍥入槽11咬合。
具體裝配時，針對這種一體式的整體大齒鐵芯，在制成大齒鐵芯后，先對大齒做絕緣處理，再用繞線機(jī)在138個大齒上繞制集中繞組，然后將138個小齒鐵芯分別嵌入大齒鐵芯的138個鍥入槽中，即構(gòu)成每相具有46個集中繞組的定子鐵芯。
為了使繞線更加方便，在圖6所示的實施例中，將具有138個大齒的整體大齒鐵芯9以相鄰兩個大齒之間的定子槽中心線(即各個鍥入槽的中心線)為基準(zhǔn)切分成138個部分，成為138個單體大齒鐵芯。裝配時，分別對這138個單體大齒鐵芯做絕緣處理，再用繞線機(jī)分別在138個單體大齒鐵芯上繞制集中繞組，然后將138個已繞制了集中繞組的大齒鐵芯與138個小齒鐵芯，按A相單體大齒鐵芯→小齒鐵芯→B相單體大齒鐵芯→小齒鐵芯→C相單體大齒鐵芯→小齒鐵芯的順序，依次裝配，構(gòu)成具有138個集中繞組的定子鐵芯。
其中，138個單體大齒鐵芯的結(jié)構(gòu)完全相同，便于加工生產(chǎn)，然后可任選138個單體大齒鐵芯通過設(shè)置凸臺、凹孔的方式扣合成一個完整的大齒鐵芯，例如采用公告號為CN101371425A的專利中圖6所示的卡扣結(jié)構(gòu)。
完成了前述繞制、裝配之后，可將屬于同一相的46個集中繞組按圓周順序依次串聯(lián)后再引出，形成一組A-A′、B-B′、C-C′三相繞組。
另外，也可將屬于同一相的46個集中繞組分別單獨引出，形成46組A-A′、B-B′、C-C′三相繞組。
如圖7所示，還可將屬于同一相的雙數(shù)個集中繞組先兩兩并聯(lián)成Z/12個并聯(lián)單元，再依次串聯(lián)后引出，形成一組A-A′、B-B′、C-C′三相繞組。例如Z＝276時，同一相的276/6＝46個集中繞組，此時可先兩兩并聯(lián)成23個并聯(lián)單元，再依次串聯(lián)后引出。需要注意的是，當(dāng)包括第一、第二兩種大齒時，應(yīng)取兩個第一大齒集中繞組并聯(lián)、或兩個第二大齒集中繞組并聯(lián)的方式，從而保證兩兩并聯(lián)的兩個集中繞組的反電勢相同。
本實用新型中，一個大齒與一個小齒的電角度之和等于240°，并采用電角度150°～234°范圍的磁極覆蓋技術(shù)，使氣隙磁場具有120°電角度以上的平頂區(qū)；采用非均勻齒槽和磁平衡小齒，小齒電角度90°～6°使定位力矩減至最小。對于本方波三相永磁直流電機(jī)，磁極覆蓋達(dá)120°以上時，繞組節(jié)距系數(shù)kp1＝1。于是本方波三相永磁直流電機(jī)的繞組系數(shù)kw1＝kd1×kp1＝1。更重要的是，磁極覆蓋后導(dǎo)致電機(jī)的電樞反應(yīng)呈全局增磁狀態(tài)，從而大幅優(yōu)化了電機(jī)的電樞反應(yīng)。
本實用新型電機(jī)的控制器可采用全新概念的方波無刷電動機(jī)連續(xù)電流采樣和閉環(huán)控制，其綜合性能超越正弦波交流伺服系統(tǒng)。本方波三相永磁直流電機(jī)，可以替代現(xiàn)有的正弦波交流伺服電動機(jī)及其伺服單元，成為未來伺服電動機(jī)及其伺服單元的主要分支。
本實用新型的電機(jī)可用作發(fā)電機(jī)，具有內(nèi)阻小，電壓調(diào)整率高等優(yōu)點，這種電機(jī)特別適用于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，例如Z＝276時，同一相有276/6＝46個集中繞組，相當(dāng)于46個相位和幅值相同的、獨立的三相無刷永磁發(fā)電機(jī)，于是同一臺電機(jī)通過繞組的串并聯(lián)，可以實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速、不同功率容量的兼容。
本實用新型在大極電機(jī)的基礎(chǔ)上，發(fā)展了非對稱槽大極電機(jī)。非對稱槽大極電機(jī)的集中繞組系數(shù)為1，極/槽比為2/3，大極電機(jī)的齒數(shù)即為槽數(shù)，其中1/2的齒上有集中繞組，1/2的齒為無集中繞組的小齒，因此每極每相槽數(shù)q＝Z/(2P×M)＝1/9。非對稱槽大極電機(jī)的繞組系數(shù)大，集中繞組數(shù)量很少，銅耗大幅減少，電機(jī)的電樞反應(yīng)得到大幅改善，電機(jī)制造工藝大幅簡化，
本實用新型大極電機(jī)的鐵芯磁密比傳統(tǒng)電機(jī)低，鐵芯最高頻率應(yīng)不高于400Hz，因此，電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速nmax＝60f/P＝24000/p。
本實用新型的大極電機(jī)可應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域和民用領(lǐng)域，主要包括
高精度數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、高精度測量設(shè)備；
大型難變形金屬擠壓機(jī)、立式旋壓機(jī)、大型精密模鍛設(shè)備；
重型數(shù)控機(jī)床(如五軸聯(lián)動超重型數(shù)控銼銑床、五軸聯(lián)動超重型螺旋槳葉片加工機(jī)床)、風(fēng)電、冶金、汽車等制造業(yè)需要的高效、高精度成套裝備；
輕合金材料(鋁、鎂)成形與加工成套設(shè)備、沖壓自動線，精密鑄件自動線，機(jī)器人焊裝自動化成套裝備，機(jī)器人噴裝成套裝備，總裝自動化成套設(shè)備；
電子及通信設(shè)備制造業(yè)需要的高精、高速、成套制造設(shè)備，包括整機(jī)著裝專用裝備(全自動貼片機(jī)、高精度大尺寸全自動印刷機(jī)、元器件高速插裝設(shè)備、線路板高速鉆孔設(shè)備)，專用生產(chǎn)設(shè)備(光刻機(jī)、金屬有機(jī)化學(xué)件外延、淀積、刻蝕系統(tǒng))，以及其他廣義的數(shù)控機(jī)械，比如紡織機(jī)械、印刷機(jī)械、包裝機(jī)械、醫(yī)療設(shè)備；
半導(dǎo)體設(shè)備、塑料、橡膠機(jī)械、郵政機(jī)械、自動化生產(chǎn)線、各種專用設(shè)備等等領(lǐng)域。
工業(yè)機(jī)械手和機(jī)器人，例如焊接機(jī)器人、點膠機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、拿放機(jī)器人、插件機(jī)器人、包裝機(jī)器人、化學(xué)生物分析機(jī)器人、醫(yī)療儀器機(jī)器人、運(yùn)動仿真平臺等；
航空航天和軍事領(lǐng)域的各類控制系統(tǒng)和裝備。
權(quán)利要求
1.一種大直徑型方波三相永磁直流電機(jī)，所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯上裝有多對永磁體，定子的槽中裝有三相繞組，其特征在于，
其中，定子鐵芯上的槽數(shù)Z、轉(zhuǎn)子鐵芯上的磁極數(shù)2P之間有下表所示的對應(yīng)關(guān)系，對應(yīng)于Z個定子槽，相應(yīng)有Z個齒，其中包括Z/2個大齒、Z/2個小齒，且所述大齒、小齒之間間隔排列
所述三相繞組包括Z/2個集中繞組，分別繞在Z/2個大齒上，每相有Z/6個集中繞組，所述集中繞組和齒的排列次序是大齒上A相集中繞組→小齒→大齒上B相集中繞組→小齒→大齒上C相集中繞組→小齒，依此類推；
其中，所述定子鐵芯中包括大齒鐵芯和Z/2個獨立的小齒鐵芯，每相鄰兩個大齒之間的軛部設(shè)有一個鍥入槽，共有Z/2個鍥入槽，每個所述小齒鐵芯通過其尾部鍥入在所述大齒鐵芯的其中一個鍥入槽中，進(jìn)而形成Z/2個小齒。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的大直徑型方波三相永磁直流電機(jī)，其特征在于，所述大齒鐵芯是一體式的整體大齒鐵芯；或者，所述大齒鐵芯由Z/2個相同結(jié)構(gòu)的單體大齒鐵芯組成，相鄰兩個單體大齒鐵芯之間在該兩個大齒的定子槽中心線處相互拼接。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的大直徑型方波三相永磁直流電機(jī)，其特征在于，所述定子鐵芯上相鄰大齒與小齒之間的槽的槽口寬度為0.1～3.0mm；每個大齒占圓周電角度150°～234°，每個小齒加上其兩側(cè)槽口占圓周電角度90°～6°，且一個大齒與一個小齒的電角度之和等于240°。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的大小齒結(jié)構(gòu)的方波三相無刷永磁直流電機(jī)，其特征在于，所述定子鐵芯上相鄰大齒與小齒之間的槽的槽口寬度為0.1～3.0mm；當(dāng)Z/2為偶數(shù)時，所述大齒中Z/4個為占圓周電角度224°±2°的第一大齒，另Z/4個為占圓周電角度192°±2°的第二大齒；每個小齒加上其兩側(cè)槽口占圓周電角度32°±2°；所述各齒之間的排列次序是第一大齒→小齒→第二大齒→小齒，依此類推；且相鄰一組第一大齒、小齒、第二大齒、小齒占圓周電角度之和為480°。
5.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的大直徑型方波三相永磁直流電機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子鐵芯上各個永磁體N、S磁極相間排列，所述永磁體是徑向充磁的瓦形磁鋼、或者是平行充磁的瓦形磁鋼，所述瓦形磁鋼為等半徑瓦形磁鋼或削角瓦形磁鋼；
所述定子與轉(zhuǎn)子之間的物理氣隙為1～4mm；
所述轉(zhuǎn)子鐵芯上的永磁體的極距為(1～0.8)×πD/4，其中D是轉(zhuǎn)子外徑；
其中還包括由霍爾位置傳感器制成的轉(zhuǎn)子位置傳感器，所述霍爾位置傳感器的磁敏感方向與轉(zhuǎn)子法線方向相一致，安裝于定子支架上，并與轉(zhuǎn)子永磁體外圓之間保持1～3mm的氣隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的大直徑型方波三相永磁直流電機(jī)，其特征在于，屬于同一相的Z/6個集中繞組按圓周順序依次串聯(lián)后再引出，形成一組A-A′、B-B′、C-C′三相繞組。
7.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的大直徑型方波三相永磁直流電機(jī)，其特征在于，針對Z/6的結(jié)果雙數(shù)的電機(jī)，屬于同一相的Z/6個集中繞組先兩兩并聯(lián)成Z/12個并聯(lián)單元，再依次串聯(lián)后引出，形成一組A-A′、B-B′、C-C′三相繞組。
8.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的大直徑型方波三相永磁直流電機(jī)，其特征在于，屬于同一相的Z/6個集中繞組分別單獨引出，形成Z/6組A-A′、B-B′、C-C′三相繞組。
專利摘要
本實用新型涉及一種大直徑型方波三相永磁直流電機(jī)，其中轉(zhuǎn)子鐵芯上的磁極數(shù)為2P，定子鐵芯的槽數(shù)為Z，定子的Z個齒中包括Z/2個大齒、Z/2個小齒，在相鄰兩個大齒之間的軛部各設(shè)有一個鍥入槽，每個小齒鐵芯通過其尾部鍥入其中一個鍥入槽而形成小齒；優(yōu)選方案中，每個大齒占圓周電角度150°～234°，每個小齒加上其兩側(cè)槽口占圓周電角度90°～6°，且一個大齒與一個小齒的電角度之和等于240°；三相繞組分別繞在Z/2個大齒上，每相有Z/6個集中繞組；裝配時先在大齒上繞制各個繞組，再嵌入小齒；這種電機(jī)具有集中繞組的繞制非常方便等優(yōu)點，可用作力矩電動機(jī)、還可用作風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
文檔編號H02K1/14GKCN201584826SQ200920204761
公開日2010年9月15日 申請日期2009年9月11日
發(fā)明者漆亞梅, 李鐵才, 湯平華, 楊貴杰 申請人:深圳航天科技創(chuàng)新研究院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan