基于有取向硅鋼片的低速近極槽永磁電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于有取向硅鋼片的低速近極槽永磁電 機(jī)的定子結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 低速近極槽永磁力矩電機(jī)是指運(yùn)行在經(jīng)常運(yùn)行低速狀態(tài)下，極數(shù)和槽數(shù)較為接近 的力矩電機(jī)。這類(lèi)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、功率密度高、繞組端部短、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低等突出 優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)裝備自動(dòng)化機(jī)器人、多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床等直接驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。因?yàn)樗?應(yīng)用的環(huán)境需要電機(jī)在低速狀態(tài)下運(yùn)行，所以電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)需要增加極數(shù)，近極槽永磁力矩 電機(jī)采用分?jǐn)?shù)槽繞組分布的形式，有效地解決了傳統(tǒng)整數(shù)槽電機(jī)設(shè)計(jì)中極數(shù)增加但槽數(shù)有 限的矛盾。目前，近極槽永磁力矩電機(jī)的研宄主要集中在電機(jī)的轉(zhuǎn)矩優(yōu)化設(shè)計(jì)上，希望電機(jī) 能在有限的體積下輸出更高的轉(zhuǎn)矩，換言之，使其具有更高的轉(zhuǎn)矩密度，又希望電機(jī)能具有 較低的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，以保證驅(qū)動(dòng)對(duì)象運(yùn)行的平穩(wěn)性。然而，傳統(tǒng)的這種電機(jī)通常采用無(wú)取向硅 鋼片制成，從材料自身的導(dǎo)磁特性角度而言，限制了其轉(zhuǎn)矩性能的進(jìn)一步提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)的瓶頸問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于有取向硅鋼片的低速近極槽永 磁電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)，以達(dá)到提高定子齒部磁通密度和氣隙磁通密度，抑制電機(jī)的齒頂漏磁， 減小電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的目的。
[0004] 一種基于有取向硅鋼片的低速近極槽永磁電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)，該定子結(jié)構(gòu)應(yīng)用于近 極槽永磁電機(jī)，包括多個(gè)有取向硅鋼片單齒結(jié)構(gòu)，所述的單齒結(jié)構(gòu)設(shè)置于機(jī)座上，并沿圓周 方向排布，單齒結(jié)構(gòu)的軛部一側(cè)設(shè)置有突起，另一側(cè)設(shè)置有凹槽，相鄰單齒結(jié)構(gòu)通過(guò)拼裝固 定連接。
[0005] 一種基于有取向硅鋼片的低速近極槽永磁電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)，該定子結(jié)構(gòu)包括多個(gè) 有取向硅鋼片單齒結(jié)構(gòu)和軛部結(jié)構(gòu)，所述的軛部結(jié)構(gòu)設(shè)置于機(jī)座上，軛部結(jié)構(gòu)設(shè)置有多個(gè) 凹槽，且上述凹槽內(nèi)壁一側(cè)設(shè)置有突起；所述的單齒結(jié)構(gòu)沿圓周方向排布，單齒結(jié)構(gòu)底端一 側(cè)設(shè)置突起部分有與軛部結(jié)構(gòu)凹槽內(nèi)部突起配合使用的凹槽，使單齒結(jié)構(gòu)與軛部結(jié)構(gòu)固定 連接。
[0006] 所述的單齒結(jié)構(gòu)的軋制方向?yàn)槎ㄗ咏Y(jié)構(gòu)徑向方向。
[0007] 所述的單齒結(jié)構(gòu)上設(shè)置有電樞繞組。
[0008] 所述的單齒結(jié)構(gòu)由單齒沖片沿軸向方向疊壓形成。
[0009] 所述的軛部結(jié)構(gòu)凹槽個(gè)數(shù)與單齒結(jié)構(gòu)相同。
[0010] 本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)：
[0011] 本發(fā)明一種基于有取向硅鋼片的低速近極槽永磁電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)，有取向硅鋼片 軋制方向與電機(jī)定子徑向重合，使定子磁力線方向與有取向硅鋼片的軋制方向（高導(dǎo)磁性 能方向）相一致；利用有取向硅鋼片軋制方向?qū)Т判阅芎玫奶攸c(diǎn)，可將飽和工作點(diǎn)提高，使 定子電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)增大，從而提高定子齒部磁通密度和氣隙磁通密度，達(dá)到提高電機(jī) 單位體積下的轉(zhuǎn)矩密度的目的；兩種結(jié)構(gòu)中，均采用了單齒成型集中繞組的結(jié)構(gòu)，有效提高 槽滿率，進(jìn)一步增大轉(zhuǎn)矩密度；同時(shí)有取向硅鋼片垂直于軋制方向?qū)Т怕实?，又更好地抑?了電機(jī)的齒頂漏磁，因而減小了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例的外轉(zhuǎn)子近極槽永磁環(huán)形力矩電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖2是本發(fā)明一種實(shí)施例的單齒拼裝結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖（a)為定子結(jié)構(gòu)，圖（b) 為單齒結(jié)構(gòu)；
[0014] 圖3是本發(fā)明一種實(shí)施例的單齒插齒結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖（a)為定子結(jié)構(gòu)，圖（b) 為軛部結(jié)構(gòu)；圖（c)為單齒結(jié)構(gòu)；
[0015] 圖4是本發(fā)明一種實(shí)施例的取向和無(wú)取向硅鋼片電機(jī)轉(zhuǎn)矩波形圖；
[0016] 圖5是本發(fā)明一種實(shí)施例的兩種硅鋼片電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)傅里葉分解示意圖，其中， 圖（a)為有取向硅鋼片電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)傅里葉分解示意圖，圖（b)無(wú)取向硅鋼片電機(jī)轉(zhuǎn)矩波 動(dòng)傅里葉分解示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一種實(shí)施例做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018] 如圖1所示，為外轉(zhuǎn)子近極槽永磁環(huán)形力矩電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；本發(fā)明采用近極槽 永磁力矩電機(jī)，該電機(jī)的極數(shù)與槽數(shù)接近，每極每相槽數(shù)約等于1，主磁通從一個(gè)磁極出發(fā)， 通過(guò)氣隙進(jìn)入臨近的定子齒，然后經(jīng)定子軛部繞過(guò)定子繞組，再通過(guò)兩側(cè)相鄰的齒回到與 原磁極相鄰的兩個(gè)異向充磁的磁極；因此，較傳統(tǒng)整數(shù)槽電機(jī)相比，該電機(jī)磁路以齒部徑向 磁路為主，磁密高磁路長(zhǎng)，軛部切向磁路短且磁密低。而且，如果按照軛部磁密膝點(diǎn)飽和來(lái) 設(shè)計(jì)軛部的厚度，則軛部的機(jī)械強(qiáng)度不夠，因此還需加大軛部厚度；經(jīng)過(guò)仿真計(jì)算可知，這 種電機(jī)的軛部磁通密度只能達(dá)到齒磁密最大值的三分之一，這一特性為有取向硅鋼片的應(yīng) 用提供了條件。
[0019] 有取向硅鋼片的特性是，有取向硅鋼片軋制方向磁密可達(dá)2. 0T，垂直軋制方向磁 密約為I. 4T，而無(wú)取向冷軋硅鋼片磁密為I. 6T，考慮硅鋼片的飽和特性可知，在高磁感應(yīng) 強(qiáng)度下，提高磁密需成倍增大磁場(chǎng)強(qiáng)度，因此，在無(wú)取向硅鋼片制造的電機(jī)中，不能單純用 增大電流的方法來(lái)增加轉(zhuǎn)矩密度。
[0020] 基于以上特點(diǎn)，本發(fā)明提出采用有取向硅鋼片制作近極槽永磁同步電機(jī)定子鐵 心；其具體實(shí)施辦法有兩種，如下所述：
[0021] 實(shí)施例1 :單齒拼裝結(jié)構(gòu)
[0022] 單齒拼裝結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，其中，1為第一轉(zhuǎn)子軛部，2為第一轉(zhuǎn)子磁極，3為 第一有取向硅鋼片單齒結(jié)構(gòu)，4為第一定子電樞繞組。
[0023] 在本發(fā)明實(shí)施例1中，采用以單齒分片成型工藝，以有取向硅鋼片為加工材料。如 圖2中圖（a)所示，定子結(jié)構(gòu)包括多個(gè)第一有取向硅鋼片單齒結(jié)構(gòu)3,第一有取向硅鋼片單 齒結(jié)構(gòu)3包括齒頂、齒部和軛部；單齒沿圓周方向以中心放射形排列的拼裝式定子結(jié)構(gòu)，第 一有取向硅鋼片單齒結(jié)構(gòu)3的軛部一側(cè)設(shè)置有突起，另一側(cè)設(shè)置有凹槽，相鄰單齒結(jié)構(gòu)通 過(guò)拼裝固定連接；
[0024] 如圖2中圖（b)所示，所述的有取向硅鋼片軋制方向與電機(jī)定子徑向重合，使定子 磁力線方向與硅鋼片高導(dǎo)磁性能方向相一致；利用有取向硅鋼片軋制方向?qū)Т判阅芎玫奶?點(diǎn)，可將飽和工作點(diǎn)提高，使定子電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)增大，從而提高定子齒部磁通密度和氣 隙磁通密度，電機(jī)單位體積下的轉(zhuǎn)矩密度和平均轉(zhuǎn)矩相應(yīng)得到提高。
[0025] 如圖2中圖（a)所示，所述的單齒結(jié)構(gòu)上設(shè)置有第一定子電樞繞組4 ;第一定子電 樞繞組4先纏繞在單齒結(jié)構(gòu)上，然后進(jìn)行插接；單齒結(jié)構(gòu)由單齒沖片沿軸向方向疊壓形成；
[0026] 由于低速近極槽電機(jī)的極數(shù)和槽數(shù)很接近，每個(gè)槽幾乎對(duì)應(yīng)一個(gè)極，低速又需要 采用多極結(jié)構(gòu)，所以這類(lèi)電機(jī)的齒磁密要很大程度地高于軛部磁密，而且軛部往往為了滿 足機(jī)械強(qiáng)度的要求而加大尺寸，這些因素滿足了有取向硅鋼片的使用條件，在實(shí)際應(yīng)用中， 應(yīng)注意軋制方向。
[0027] 實(shí)施例2:單齒插齒結(jié)構(gòu)
[0028] 單齒拼裝結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，其中，5為第二轉(zhuǎn)子軛部，6為第二轉(zhuǎn)子磁極，7為 第二有取向硅鋼片單齒結(jié)構(gòu)，8為第二定子電樞繞組，9為軛部結(jié)構(gòu)；
[0029] 在本發(fā)明實(shí)施例2中，單齒結(jié)構(gòu)同樣采用分片成型工藝，有取向硅鋼片為加工材 料，乳制方向?yàn)閺较蚍较?；如圖3中圖（a)所示，定子結(jié)構(gòu)包括多個(gè)第二有取向硅鋼片單齒 結(jié)構(gòu)7和軛部結(jié)構(gòu)9,所述的軛部結(jié)構(gòu)9設(shè)置于機(jī)座外側(cè)，如圖3中圖（b)所示，軛部結(jié)構(gòu)設(shè) 置有多個(gè)凹槽，且上述凹槽內(nèi)壁一側(cè)設(shè)置有突起；如圖3中圖（c)所示，單齒結(jié)構(gòu)底端一側(cè) 設(shè)置有與軛部結(jié)構(gòu)凹槽內(nèi)部突起配合使用的凹槽，使單齒結(jié)構(gòu)與軛部結(jié)構(gòu)固定連接；所述 的軛部結(jié)構(gòu)凹槽個(gè)數(shù)與單齒結(jié)構(gòu)相同。
[0030] 本發(fā)明實(shí)施例中，軛部結(jié)構(gòu)選用10鋼，工裝時(shí)第二定子電樞繞組8先纏繞在第二 有取向硅鋼片單齒結(jié)構(gòu)7上，然后插入軛部結(jié)構(gòu)9 ;單齒結(jié)構(gòu)由單齒沖片沿軸向方向疊壓形 成；
[0031] 以96槽80極電機(jī)為例，分析有取向硅鋼片與傳統(tǒng)無(wú)取向硅鋼片在電機(jī)轉(zhuǎn)矩性能 上表現(xiàn)出的差異；電機(jī)均采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子內(nèi)圓面安裝表貼式永磁體磁極。磁極材料為 釹鐵硼；定子分別采用有取向硅鋼片和無(wú)取向硅鋼片材料，但尺寸上保持一致，輸入正弦波 電流有效值均為13A。
[0032] 本發(fā)明實(shí)施例中，電機(jī)具體尺寸見(jiàn)表1 :
[0033] 表 1
[0034]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于有取向娃鋼片的低速近極槽永磁電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)，其特征在于，該定子結(jié) 構(gòu)應(yīng)用于近極槽永磁電機(jī)，包括多個(gè)有取向娃鋼片單齒結(jié)構(gòu)，所述的單齒結(jié)構(gòu)設(shè)置于機(jī)座 上，并沿圓周方向排布，單齒結(jié)構(gòu)的輛部一側(cè)設(shè)置有突起，另一側(cè)設(shè)置有凹槽，相鄰單齒結(jié) 構(gòu)通過(guò)拼裝固定連接。
2. -種基于有取向娃鋼片的低速近極槽永磁電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)，其特征在于，該定子結(jié) 構(gòu)包括多個(gè)有取向娃鋼片單齒結(jié)構(gòu)和輛部結(jié)構(gòu)，所述的輛部結(jié)構(gòu)設(shè)置于機(jī)座上，輛部結(jié)構(gòu) 設(shè)置有多個(gè)凹槽，且上述凹槽內(nèi)壁一側(cè)設(shè)置有突起；所述的單齒結(jié)構(gòu)沿圓周方向排布，單齒 結(jié)構(gòu)底端一側(cè)設(shè)置突起部分有與輛部結(jié)構(gòu)凹槽內(nèi)部突起配合使用的凹槽，使單齒結(jié)構(gòu)與輛 部結(jié)構(gòu)固定連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于有取向娃鋼片的低速近極槽永磁電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)， 其特征在于，所述的單齒結(jié)構(gòu)的軸制方向?yàn)槎ㄗ咏Y(jié)構(gòu)徑向方向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于有取向娃鋼片的低速近極槽永磁電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)， 其特征在于，所述的單齒結(jié)構(gòu)上設(shè)置有電樞繞組。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于有取向娃鋼片的低速近極槽永磁電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)， 其特征在于，所述的單齒結(jié)構(gòu)由單齒沖片沿軸向方向疊壓形成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于有取向娃鋼片的低速近極槽永磁電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)，其特 征在于，所述的輛部結(jié)構(gòu)凹槽個(gè)數(shù)與單齒結(jié)構(gòu)相同。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明一種基于有取向硅鋼片的低速近極槽永磁電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)，屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，有取向硅鋼片軋制方向與電機(jī)定子徑向重合，使定子磁力線方向與有取向硅鋼片的軋制方向(高導(dǎo)磁性能方向)相一致；利用有取向硅鋼片軋制方向?qū)Т判阅芎玫奶攸c(diǎn)，可將飽和工作點(diǎn)提高，使定子電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)增大，從而提高定子齒部磁通密度和氣隙磁通密度，達(dá)到提高電機(jī)單位體積下的轉(zhuǎn)矩密度的目的；兩種結(jié)構(gòu)中，均采用了單齒成型集中繞組的結(jié)構(gòu)，有效提高槽滿率，進(jìn)一步增大轉(zhuǎn)矩密度；同時(shí)有取向硅鋼片垂直于軋制方向?qū)Т怕实?，又更好地抑制了電機(jī)的齒頂漏磁，因而減小了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
【IPC分類(lèi)】H02K1-12
【公開(kāi)號(hào)】CN104600879
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510063308
【發(fā)明人】董婷, 夏加寬, 劉力夫
【申請(qǐng)人】沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年2月6日