[发明专利]一种高功率密度的永磁伺服电机及其定子结构

说明书

技术领域

本发明涉及伺服电机技术领域，特别是涉及一种高功率密度的永磁伺服电机及其定子 结构。

背景技术

随着工业生产应用的复杂化和控制性能要求的不断提高，对伺服电机的要求也越来越 高。作为机器人各关节的驱动执行元件，高功率密度的永磁电机成为主流。随着永磁材料 性能的不断提高，永磁电机功率密度也随之增加，槽满率成为提高电机功率密度的主要技 术瓶颈之一，而定子铁芯结构决定了电机的槽满率。

在专利《一种高槽满率高性能开口槽直齿永磁电机》，申请公布号CN103647421A中， 主要采用定子齿制成齿宽相等的直齿来提高槽满率，开口槽直齿虽然有利于绕组的下线， 进而提高槽满率，但是槽口对气隙磁导变化较大，对电机的转矩的影响较大。

在专利《伺服电机铁芯、伺服电机铁芯工装及制造方法》，申请公布号为CN103762757A 中，主要提出了一种伺服电机铁芯的及其工装制造方法，定子由分块式铁芯组成，分块式 铁芯的外周壁设置有用于供工装的定位槽，通过定位槽拼接形成整圆，但是分块拼接式的 定子铁芯结构目前主要集中在环形铁芯结构，定子铁芯外面套有外壳，对于无外壳的电机 结构很难采用分块拼接来实现。

在专利《定子及旋转电机》，授权公告号为CN203722352U中，主要提出了一种定子， 由外铁芯和内铁芯构成，内铁芯沿圆周分布多个齿，各个齿通过齿尖相连。但是内环的齿 尖相连，会导致永磁体产生的磁场，通过齿尖形成了闭环磁路，增大了齿尖漏磁，影响电 机的输出功率。

在现有的永磁伺服电机中，定子铁芯结构很多，不同的定子铁芯结构决定了电机的性 能和制作流程。有整体开半闭口槽的，如图1所示，绕组一般都是先根据跨距绕好后通过 人工嵌入到定子槽中，这种方式自动化程度低，不利于自动化生产，绕组下线较困难，特 别是受槽口大小的影响，导线的线径也受到限制，大电流时，需采用对根细导线并饶，导 致电机的槽满率较低，通常不超过60％，限制了电机功率密度的提高。

在此基础上，提出了开口槽直齿的结构，该结构方便的绕组下线，提高了电机的槽满 率，但是槽口对气隙磁导变化较大，对电机的转矩的影响较大。

为了提高电机生产的自动化程度和槽满率，定子可分块拼接，如图2所示。分块式的 定子铁芯提高了电机的槽满率，但是拼接后铁芯内圆的光滑度直接影响电机的齿槽效应， 降低电机的性能。分块拼接式的定子铁芯结构目前主要集中在环形铁芯结构，定子铁芯外 面套有外壳，对于无外壳的电机结构很难采用分块拼接来实现。

还有一种方式是将定子齿部通过内环的齿尖连接在一起，线圈通过外圈缠绕上齿槽 中，如图3所示，这有利于提高电机槽满率，但是内环的齿尖相连，会导致永磁体产生的 磁场，通过齿尖形成了闭环磁路，增大了齿尖漏磁，影响电机的输出功率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高功率密度的永磁伺服电机及其定子结构，既 能保证定子铁芯内圆光滑，减低电机的齿槽转矩，又能提高电机的槽满率，方便电机绕组 下线的定子铁芯结构，永磁转子能够在定转子之间的气隙中产生正弦波气隙磁通。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种高功率密度电机的定子结构， 包括定子齿部铁芯、定子轭部铁芯和绕组，所述定子齿部铁芯上缠绕有所述绕组，并与所 述定子轭部铁芯拼接连接，并用填充剂在真空高压环境下进行灌封；拼接后，所述定子齿 部铁芯的头端形成带有间隙的环形。

所述绕组在模具上绕好后整体嵌入在所述定子齿部铁芯上。

所述模具为绝缘材料制成的骨架。

所述定子齿部铁芯与所述定子轭部铁芯通过卡槽拼接。

所述定子齿部铁芯为平行齿，每个齿都是单独的，所述绕组独立缠绕在齿上；所述定 子轭部铁芯内环为卡槽结构，所述卡槽结构与所述平行齿的形状相互匹配。

所述定子齿部铁芯的齿底为三角结构，所述定子轭部铁芯的内环为三角卡槽结构。

所述定子齿部铁芯的齿底为T型结构，所述定子轭部铁芯的内环为T型槽结构。

所述填充剂为导热绝缘胶，在拼接部与所述定子齿部铁芯灌注。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种高功率密度的伺服电机，包 括上述的定子结构、转子及其转子磁钢，所述磁钢贴于转子铁芯外表面，所述磁钢外表面 采用偏心结构；所述转子位于定子结构内部，并与定子同轴；所述定子结构与转子之间的 气隙为非均匀气隙。