專利名稱：永磁無刷直流電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及有靜止電樞和旋轉磁體的永磁無刷直流電動機。
根據電機理論以及電機設計和制造實踐，無刷永磁直流電機固有一個齒槽定位力矩，它會導致電機振動、噪聲和出力不平穩，甚至使電機無法起動和正常運轉，為解決這一問題，目前最常用的方法是定子槽偏斜一個槽距，如永久牌自行車用152SWX低速永磁無刷直流電機。但是，斜槽電機會帶來如下問題一、通常采用手工下線，難以實現機械化生產，工藝難度大，成本高，生產效率低；且斜槽結構還會降低繞組系數，使電機性能下降；二、繞組用線增加，既提高制造成本，同時也增加銅耗，降低電機效率；三、通常，永磁無刷直流電機采用重疊繞組，即各相繞組在空間上相互重疊，繞組端部相互接觸，因而會進一步帶來加工困難、繞組端部用銅量增多等缺點。
本發明的目的是要提供一種克服上述缺陷的永磁無刷直流電機，在定子槽數與轉子極數形成特定比例關系時，可直接采用直槽結構，降低制造成本，提高生產效率，減少銅線用量和銅耗，提高電機效率。
本發明的另一個目的是在定子槽數與轉子極數形成特定比例關系時，可采用非重疊繞組，從而進一步降低制造成本，提高生產效率和電機效率。
本發明的目的是這樣實現的永磁無刷直流電機，包括定子和轉子，定子上開有槽，轉子上設有永磁體磁極，其特征在于所述的定子槽為直槽，定子槽數與轉子極數之比為對于三相電機而言為12K(12±2)K；對于五相電機而言為20K(20±2)K；其中K為正整數。
作為本發明的進一步改進，每個繞組嵌繞在相鄰的兩個槽中，且每個槽中只含有一個繞組的一個有效邊。
本發明通過將定子槽數和轉子極數設計成一定的比例關系，可以帶來下述優點一、可以有效地削弱齒槽定位力矩，實現直槽結構。這是因為電機的齒槽定位力矩可以用一個評價系數CT來描述，CT越大，齒槽定位力矩越大，CT＝2p*Q/NC，Q＝2p*m*q其中p是極對數，Q是定子槽數，NC是2p和Q的最小公倍數，m是相數，q是每相繞組在每個極下占有的定子槽數，對于通常的電機結構，q是正整數，NC＝Q，CT＝2p，對于本發明電機，三相定子槽數與轉子極數之比為12K(12±2)K，則2p＝12K，Q＝14K或10K，CT＝2K；或者五相電機，定子槽數與轉子極數之比為20K(20±2)K，計算可知CT＝2K。如果兩種電機結構的極數一致或接近，則后者的CT比前者小得多，因而本發明電機的槽力矩小，即使采用直槽結構，也能平穩起動。直槽結構的電機相對斜槽結構的電機來說，具有結構簡單、用銅量少、銅耗小、效率高等好處，同時還易于采用機械下線，因而工藝簡單，制造成本低。
二、可以采用非重疊繞組，繞組端部用線省，銅耗低，進一步降低制造成本，提高電機效率；電機軸向尺寸小，使用和安裝方便。
三、繞組系數大，有利于在相同電機尺寸、氣隙磁場、繞組匝數和電流的情況下增加電機轉矩。
四、每個定子槽中只有一相繞組的導體，因此無需相間絕緣。
五、各相繞組相互之間不接觸，因此在熱路上幾乎是解耦的，這樣如果某相繞組發生故障，過熱燒掉的話，不會燒掉其他相繞組。
六、各相繞組在磁路上也是解耦的，繞組間幾乎不存在互感，便于控制；并且當某相繞組發生故障時，不會因為磁耦合而影響其他相繞組。
七、適當設計功率電子電路，也可以使電機的每一相在電路上也是解耦的。
根據以上分析，該電機的各相繞組在熱路、磁路、電路上都是解耦的，不僅便于控制，而且容錯性比普通結構的電機高得多，這對永磁無刷直流電機很重要，如果某相繞組損壞，不會導致電機的徹底損壞，電機還可以繼續使用，直至使用者在方便之時再予以修理。當電機應用在航空航天領域時，這一特性顯得尤為重要。
下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明。
圖1是本發明電機繞組的結構示意圖。
圖2是本發明電機的徑向剖視圖。
圖3是本發明實施例的結構示意圖。
實施例一三相永磁無刷直流電機，當K＝1時，轉子極數為10，定子槽數為12。電機可采用外定子、內轉子結構，也可采用外轉子、內定子結構，圖1、2、3所示為外轉子、內定子結構。參照圖1、2，定子5外圓上均勻開設有12個槽10，轉子2內圓上均勻設置10個永磁磁極3，相鄰磁極的極性相反。槽10采用直槽結構，繞組4采用非重疊繞組結構，每個繞組同心同向嵌繞在相鄰兩個槽中，繞組4-1和繞組4-4首首串聯，構成一相繞組，繞組4-2和繞組4-5首首串聯、繞組4-3和繞組4-6首首串聯，分別構成另兩相繞組，每個繞組各有一個引出端11與控制電路相連。
永磁無刷直流電機，由傳感器和控制電路來控制換向，傳感器可采用霍爾傳感器、光電傳感器或無位置傳感器。采用霍爾傳感器的電機，霍爾傳感器可以放置在繞組的端部，轉子磁極在軸向適當加長，使之與霍爾傳感器的位置相對應；也可以增設一個傳感器轉子，與電機轉子同軸同步運行，在定子上相應位置安放霍爾傳感器；最簡單的方法是將霍爾傳感器放置在槽中。在本實施例中，三個霍爾傳感器1分別放置在相鄰嵌繞的三相繞組的第一個槽內，即當電機逆時針旋轉時，霍爾傳感器1-1、1-2、1-3分別放置在槽10-1、10-3、10-5中。
參照圖3，該電機可用作電動工具的驅動裝置，定子5與固定軸8固定連接，左右端蓋6內合，將轉子夾固在外緣內，端蓋中心部位通過軸承9與固定軸8活動連接；固定軸8中空，電源線7從中引出，與控制電路相連；控制電路采用摩托羅拉MC33035芯片。電機的功率為100W，與相同功率的傳統重疊繞組和斜槽結構的電機相比，該電機起動力矩大10-20N·M。
上述電機的工作過程是這樣的接通電源，轉子開始轉動，帶動端蓋轉動，端蓋外聯刀具，由此帶動刀具一起轉動。
在上述實施例的基礎上，將定子槽數設定為12槽，轉子極數設定為14極，同樣能夠達到上述效果。
在實施例一的基礎上，采用五相繞組結構，將定子槽數設定為20槽，轉子極數設定為22或18極，其余結構基本相同，也同樣能達到效果。
實施例二電動車用三相永磁無刷直流電機，定子槽數為24槽，轉子極數為20極或28極，功率為180W，其余結構與實施例一基本相同，可參照圖3，此時端蓋6用作輪轂，固定軸8即為車軸。
電動車用三相永磁無刷直流電機的工作過程是這樣的接通電源，外轉子轉動，帶動輪轂轉動，輪轂外聯鋼絲和車輪，由此帶動車輪一起轉動。
在此基礎上，改用五相繞組，定子槽數設定為40槽，轉子極數設定為44極或36極，能達到同樣效果。
實施例三永磁無刷低速三相直流電機，功率為500W，采用內轉子、外定子結構，定子的槽數為36槽，轉子的極數為30或42極。其他結構與實施例一基本相同。
在此基礎上，改用五相繞組，定子槽數設定為60槽，轉子極數設定為66極或54極，能達到同樣效果。
實施例四永磁無刷低速三相直流電機，功率為1000W，定子槽數為48槽，轉子極數為40極或56極，其余結構與實施例三基本相同。
在此基礎上，改用五相繞組，定子槽數設定為80槽，轉子極數設定為88極或72極，能達到同樣效果。
本發明不局限于上述實施方式，對于不同功率的電機可采用不同的K值，只要滿足定子槽數和轉子極數之比為對于三相電機而言為12K(12±2)K；對于五相電機而言為20K(20±2)K；都能達到效果。下表是本發明電機與傳統電機參數及性能比較的一組實驗數據
權利要求
1.永磁無刷直流電機，包括定子和轉子，定子上開有槽，槽內嵌有繞組，轉子上設有永磁體磁極，其特征在于所述的定子槽為直槽，定子槽數與轉子極數之比對于三相電機而言為12K(12±2)K；對于五相電機而言為20K(20±2)K；其中K為正整數。
2.如權利要求1所述的永磁無刷直流電機，其特征在于每個繞組嵌繞在相鄰的兩個槽中，且每個槽中只含有一個繞組的一個有效邊。
全文摘要
本發明公開了一種永磁無刷直流電機,包括定子和轉子,定子上開有槽,槽內嵌有繞組,轉子上設有永磁體磁極,其特征在于所述的定子槽為直槽,所述的定子槽數與轉子極數之比為:對于三相電機選為:12K∶10K或12K∶14K;對于五相電機選為:20K∶22K或20K∶18K,其中K為正整數。它加工方便,節省材料,制造成本低,電機效率高。
文檔編號H02K29/00GK1260627SQ9911341
公開日2000年7月19日 申請日期1999年1月14日 優先權日1999年1月14日
發明者唐文方, 沈建新, 戴國駿 申請人:唐文方, 沈建新, 戴國駿