[实用新型]方波三相无刷永磁直流电动机

说明书

技术领域

本实用新型涉及永磁电动机，更具体地说，涉及一种方波三相无刷永磁直流电动机，该电动机适用于直接驱动和位置、速率伺服控制应用。

背景技术

永磁电动机根据驱动电流及反电势波形可分为正弦波和方波两大类。一般将正弦波永磁电动机称为永磁同步电动机(PMSM)，或称为正弦波交流伺服电动机。另一类方波永磁电动机则称为方波无刷直流电动机(BLDCM)。

80年代期间，方波永磁电动机获得了普遍应用，方波永磁电动机的外特性和有刷直流电动机基本相同，控制比较简单，但其最大的缺点是存在较大的原理性换向力矩波动，对此，研究人员提出了多种补偿措施，但实际应用效果不理想。

由于正弦波永磁电动机的力矩波动则远小于方波永磁电动机，90年代期间，在精密伺服驱动应用场合，方波永磁电动机逐渐被正弦波永磁电动机所替代，目前已经成为现今工业应用的主流。然而，正弦波永磁电动机会导致控制系统复杂性大幅增高和成本大幅增加，更重要的是电动机的力能指标大幅下降。

另一方面，传统方波无刷直流电动机及其控制技术被公认已经成熟，由于前述缺陷，导致其被限定在要求不高的场合应用，国内外对其研究已经很少。

实用新型内容

本实用新型要解决现有方波永磁电动机和正弦波永磁电动机所存在的问题，提出一种新原理、新结构、高性能、低成本的方波永磁电动机。

本实用新型的技术方案是，提供一种方波三相无刷永磁直流电动机，所述电动机的转子铁芯上装有多对永磁体，定子的槽中装有三相绕组，其特征在于，所述转子铁芯上的磁极数2P＝8；所述定子铁芯的槽数Z＝12，相应有12个齿，所述槽的槽口宽度为0.1～3.0mm，所述12个齿中包括三个大齿、三个中齿和六个小齿；所述三相绕组为集中绕组，分别绕在大齿和中齿上，所述绕组和齿的排列次序是：大齿上A相绕组→小齿→中齿上/C相绕组→小齿→大齿上B相绕组→小齿→中齿上/A相绕组→小齿→大齿上C相绕组→小齿→中齿上/B相绕组→小齿；其A表示A相绕组的一个集中绕组，/A表示A相绕组的一个反接集中绕组，B、/B、C、/C依此类推。

本实用新型的优选方案中，所述定子铁芯上的每个大齿占圆周50°±5°机械角度，即200°±20°电角度；每个中齿占圆周40°±5°机械角度，即160°±20°电角度；每个小齿占圆周15°±5°机械角度；其中每个齿所占圆周机械角度包含所述槽口宽度；且一个大齿、一个中齿、再加上两个小齿的机械角度之和等于120°。

本实用新型中，所述转子铁芯上各个永磁体的N、S磁极相间排列，所述永磁体是径向充磁的瓦形磁钢、或者是平行充磁的瓦形磁钢。

本实用新型中，所述定子与转子之间的物理气隙最好为0.2～2mm。

本实用新型中可采用霍尔位置传感器作为转子位置传感器，所述霍尔位置传感器的磁敏感方向与转子法线方向相一致，安装于定子支架上，并与转子永磁体外圆之间保持1～3mm的气隙。

本实用新型中，所述转子铁芯上的永磁体的极距πD/8的物理尺寸最好是10～56mm，其中D是转子外径。

本实用新型中，所述定子铁芯可由多层拼接硅钢片自铆迭压而成的，每一层拼接硅钢片是由大、中、小三种形状的扇形冲片拼接组成；并按“大极扇形冲片→小极扇形冲片→中极扇形冲片→小极扇形冲片→大极扇形冲片→小极扇形冲片→中极扇形冲片→小极扇形冲片→大极扇形冲片→小极扇形冲片→中极扇形冲片→小极扇形冲片”的顺序排布在一个平面上构成一张定子冲片，即一层拼接硅钢片；相邻两个扇形冲片之间通过设于轭部外侧的凹槽/凸台进行拼接。其中在大、中极扇形冲片的轭部外侧设置凹槽，并在小极扇形冲片的轭部外侧设置凸台；或者是在大、中极扇形冲片的轭部外侧设置凸台，并在小极扇形冲片的轭部外侧设置凹槽。

本实用新型的另一优选方案中，其中由多层硅钢片迭压成三种形状的扇形齿极，再由三种齿极组成所述定子铁芯；其中大齿极由大极扇形冲片迭压而成，中齿极由中极扇形冲片迭压而成，小齿极由小极扇形冲片迭压而成；在每一齿极中，每个扇形冲片的轭部和齿部各有一个定位盲孔，多个扇形冲片之间通过定位盲孔铆压成整体齿极；所述三种齿极按“A相大齿极→小齿极→/C相中齿极→小齿极→B相大齿极→小齿极→A相中齿极→小齿极→C相大齿极→小齿极→/B相中齿极→小齿极”的顺序拼成一个完整的定子铁芯。