一種用於無刷直流電機中降低基波齒槽轉矩的定子的製作方法
2023-07-17 22:44:06
一種用於無刷直流電機中降低基波齒槽轉矩的定子的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及電機【技術領域】，是一種用於無刷直流電機中降低基波齒槽轉矩的定子，它具有由多塊矽鋼衝片疊加而成的定子鐵芯，鐵芯上設有繞組，在定子鐵芯中設有中心孔，圍繞中心孔設有若干齒冠結構，其特徵是：在每個齒冠的圓弧端面上開有至少一條軸向凹槽；本實用新型有效降低了基波齒槽轉矩，使電機功率提高，電機便於起動，振動小，噪聲小，主要適用於無刷直流電機的改進。
【專利說明】一種用於無刷直流電機中降低基波齒槽轉矩的定子
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及電機【技術領域】，尤其是一種用於無刷直流電機中降低基波齒槽轉矩的定子。
【背景技術】
[0002]當今世界各國對無刷直流電機的研究一直沒有停留過，無刷直流電機的科研新成果也不斷呈現，其結構多種置式，但迄今為止，直流無刷電機仍然存在基波齒槽轉矩即磁阻轉矩較大的問題，這一問題直接影響到了電機的啟動性能，能耗，振動噪聲，控制信號傳感失真等一系列問題。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的就是要解決現有無刷直流電機存在基波齒槽轉矩較大所帶來的一系列問題，提供一種用於無刷直流電機中降低基波齒槽轉矩的定子。
[0004]本實用新型的具體方案是:針對現有無刷直流電機的定子進行改進，它具有由多塊矽鋼衝片疊加而成的定子鐵芯，在定子鐵芯上設有繞組，在定子鐵芯中還設有中心孔，圍繞中心孔設有若干齒冠結構，其特徵是:在每個齒冠的圓弧端面上開有至少I條軸向凹槽。
[0005]本實用新型中所述定子鐵芯齒冠上的凹槽為1-2條。
[0006]本實用新型中所述定子鐵芯齒冠上的凹槽為全長貫通的通槽或兩端設擋邊的結構或一端設擋邊，一端貫通結構。
[0007]本實用新型中所述定子鐵芯齒冠上的凹槽為矩形或半圓形。
[0008]本實用新型的有益效果是:因直流無刷電機定子極數遠低於定頻電機定子極數，直流無刷電機需要採用電子換相，因而在運行中較定頻電機抖動略大，同時也增加電子控制的難度。本實用新型定子在齒冠部增加凹槽後，直流無刷電機定子齒冠以槽口中心線為零點，當磁極中線處在零點位置，它們產生的磁阻轉矩為零，當轉子移開時，磁極中線偏移零點位置時，由於磁阻變化產生了磁阻轉矩力圖將轉子拉回平衡位置。本實用新型通過合理設計後的凹槽結構有效的降低了 20%以上的磁阻轉矩，從而提高了無刷直流電機的可靠性，使電機更易於控制，並解決了電機起動電流大，電機振動和噪聲的難題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型定子鐵芯結構一的立體結構示意圖；
[0010]圖2是本實用新型定子鐵芯結構一的正面視圖；
[0011]圖3是本實用新型定子鐵芯結構二的立體結構示意圖。
[0012]圖中:I—定子鐵芯，2—齒冠，3—中心孔，4一凹槽。
【具體實施方式】
[0013]例1:本實用新型的結構之一，參見圖1、2，它具有由多塊矽鋼衝片疊加而成的定子鐵芯1，其上設有繞組(圖中未給出繞組，屬常規技術)，在定子鐵芯中還設有中心孔3，圍繞中心孔設有6個齒冠2，特別是:在每個齒冠2的圓弧端面上開有2條軸向凹槽4，主要適用於單元電機槽數ZO為奇的電機(還可以開設I條軸向凹槽，以適用於單元電機槽數ZO為偶數的電機)。
[0014]本實施例中所述定子鐵芯齒冠2上的凹槽4為全長貫通的通槽。
[0015]本實施例中所述定子鐵芯齒冠2上的凹槽4為矩形結構。
[0016]例2:本實用新型的結構之二，參見圖3，它具有由多塊矽鋼衝片疊加而成的定子鐵芯1，其上設有繞組(圖中未給出繞組，屬常規技術)，在定子鐵芯中設有中心孔3，圍繞中心孔設有若干齒冠2結構，特別是:在每個齒冠2的圓弧端面上開有2條軸向凹槽4。
[0017]本實施例中所述定子鐵芯齒冠2上的凹槽4兩端設有擋邊(還可以只一端設擋邊，另一端貫通)。
[0018]本實施例中所述定子鐵芯齒冠2上的凹槽4為半圓形。
[0019]本實用新型的設計原理分析如下:定子齒冠開設凹槽的無刷直流電機，採用定子矽鋼衝片齒冠開設輔助凹槽。首先考慮槽數Z和極數2p組合與齒槽轉矩的關係。通常認為，基波齒槽轉矩周期數越大，其幅值就越小。所以宜選擇最小公倍數(LCM)較大的定子槽數Z和轉子極數2p組合。選擇定子槽數Z和極數2p組合的評價因子。並認為評價因子越小，齒槽轉矩的峰值越低。顯然數值上就是槽數Z和極數2p的最大公約數Nm，N為自然數，m為相數。由每極每相槽數q的定義，有Z/2p =mq，這裡m= 3，可分別得到三相無刷電動機整數槽繞組和分數槽繞組的評價因子表達式:
[0020]1、對於整數槽繞組電機，q為整數，mq必為整數，隨之，Z和2p的最小公倍數NC =Z,最大公約數Nm = 2p, NP = 2p/Nm = I。這樣,整數槽繞組電機的評價因子表達式為CT=2p。
[0021]2、對於分數槽繞組電機，q為分數,設q = c/d不可約分,有Z/2p = Z0/2p0 = mc/d，式中ZO和2p0是對應單元電機的定子槽數和轉子極數。分數槽繞組單元電機槽數和極數組合的約束條件之一是其極數不允許選擇為相數m的倍數，所以d不會等於m或是m的倍數。即mc/d仍為不可約分數。設Z和2p的最大公約數為Nm,有Z = NmXmc和2p =NmXd,得最大公約數Nm = 2p/d。
[0022]相同槽數Z的分數槽繞組電機與整數槽繞組電機相比，基波齒槽轉矩周期數增大d倍；相同極數2p的分數槽繞組電機與整數槽繞組電機相比，基波齒槽轉矩的評價因子CT降低了 d倍。以上分析充分說明採用分數槽繞組電機有利於降低基波齒槽轉矩。
[0023]定子齒冠開設凹槽繞組無刷直流電機定子鐵心矽鋼片齒冠開設輔助凹槽。為了降低基波齒槽轉矩，在定子鐵心齒冠開設輔助凹槽是一種簡單而有效的方法。通常限於齒冠空間，所開設凹槽數在I或2中選擇，個別情況也有取更多凹槽數的。凹槽可以是距形的，也有半圓形的。開設輔助凹槽降低基波齒槽轉矩的原理在於相當於增加齒槽轉矩基波周期數，輔助凹槽新的基波齒槽轉矩對原有槽口的基波齒槽轉矩起抵償作用，從而使總基波齒槽轉矩幅值降低。齒冠開設輔助凹槽還使等效氣隙增加，也有利於降低基波齒槽轉矩。這種方法常用於槽數或極數較少的電機。採用時應注意防止齒冠因開設輔助凹槽出現局部磁飽和。如前所述，平均到一個槽距下的基波齒槽轉矩周期數為Np，輔助凹槽數Nn應當避免取Nn+1 = KNp,或Nn+1 = Np/K,K = 1,2, 3...。否則,齒槽轉矩可能因開設輔助凹槽反而增大。分析不同槽極數組合的可用輔助凹槽數Nn，分數槽繞組電機。如前已分析，由q = c/d為不可約分數，Np = 2p/Nm = d,Nc = 2pZ/Nm = dZ。分析幾種Z和p較少和常用槽極數組合情況，對於單元電機槽數ZO為奇數(d為偶數)的電機，最小可用的輔助凹槽數Nn是2，而單元電機槽數ZO為偶數(d為奇數)的電機，最小可用的輔助凹面槽數Nn是I。所述的直流電動機定子矽鋼息中置有多股線圈繞組定子矽鋼片齒冠開設輔助凹槽組成直流電動機定子總成。所述的直流電動機轉子矽鋼片中置有多組N片磁鋼片組成直流電動機轉子總成。所述的無刷直流電動機是由定子總成和轉子總成組合成一臺高性能電動機。
[0024]本實用新型中的凹槽以距形、半圓形為最佳結構，當然還可以是其它幾何形狀，所開設凹槽數Nn在I或2中選擇，開設凹槽降低齒槽轉矩起抵償作用。原理相當於增加齒槽轉矩基波周期數，從而使總齒槽轉矩幅值降低。齒冠開設輔助凹槽還使等效氣隙增加，也有利於降低基波齒槽轉矩，這種方法主要適用於槽數或極數較少的無刷直流電機。
[0025]因電機鐵心的齒槽與轉子永磁體相互作用而產生磁阻轉矩。採用轉子矽鋼衝片齒冠開設凹槽技術，有效降低齒槽轉矩、降低起動電流電機振動和噪聲。有效的降低了基波齒槽轉矩。
【權利要求】
1.一種用於無刷直流電機中降低基波齒槽轉矩的定子，具有由多塊矽鋼衝片疊加而成的定子鐵芯，定子鐵芯上設有繞組，在定子鐵芯中還設有中心孔，圍繞中心孔設有若干齒冠結構，其特徵是:在每個齒冠的圓弧端面上開有至少I條軸向凹槽。
2.根據權利要求1所述的一種用於無刷直流電機中降低基波齒槽轉矩的定子，其特徵是:所述定子鐵芯齒冠上的凹槽為1-2條。
3.根據權利要求1或2所述的一種用於無刷直流電機中降低基波齒槽轉矩的定子，其特徵是:所述定子鐵芯齒冠上的凹槽為全長貫通的通槽或兩端設擋邊的結構，或一端設擋邊，一端貫通結構。
4.根據權利要求1或2所述的一種用於無刷直流電機中降低基波齒槽轉矩的定子，其特徵是:所述定子鐵芯齒冠上的凹槽為矩形或半圓形。
5.根據權利要求3所述的一種用於無刷直流電機電降低基波齒槽轉矩的定子，其特徵是:所述定子鐵芯齒冠上的凹槽為矩形或半圓形。
【文檔編號】H02K29/00GK203813542SQ201420258736
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月21日 優先權日:2014年5月21日
【發明者】楊百昌, 方澤雲, 曹禮建, 文耿, 肖銳, 陳宇, 袁慶慶 申請人:黃石東貝電器股份有限公司