专利名称：无刷直流电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可显著降低转子磁极损耗、提高电机效率、价格低廉的无刷直流电动机。
背景技术：
过去，技术人员通常通过提高铁磁性能、采用低损耗的铁磁材料或者提高线圈占空系数而减小铜损等技术途径，降低无刷直流电机的总损耗使其具有高效率。例如，用于电动自行车、洗衣机等电器的低速直接驱动电机，基于负载特性，需要在低速时输出大扭矩， 为此需要抑制低速运行时的温度上升，因此在已有技术中通过电机的多极化使定子线圈的导线长度变短以便减小阻抗值等措施，来减小低速无刷直流电机的总损耗。近来，电动汽车驱动等特种应用场合对无刷直流电动机的高速化、小型化、低重量化、高效率化、低价格化的要求日益迫切。为此，对以往常用的基本结构无刷直流电动机进行了研究。如图4所示，这种无刷直流电动机AlOO包含转子Al和定子A2，转子Al包含自然数对永久磁钢磁极All，其具有沿旋转方向交替充磁为N极、S极的工作面Alll以及充磁为S极、N极的磁连接面Al 12 ’转子Al还包含环状磁性连接部件A12紧贴磁连接面Al 12， 对多个永久磁钢磁极All进行磁性连接；转子Al还包含环状非磁连接部件A13紧贴工作面A111，对多个永久磁钢磁极进行非磁性连接和紧固；转子Al通常还包含非磁性隔磁部件 A14，用于填充相邻两个永久磁钢磁极All间形成的磁间隔区域。无刷直流电动机AlOO包含定子A2，定子A2包含定子铁芯A21。定子铁芯A21具有圆环状磁轭(Yoke) A22，还具有相数与极数乘积的自然数倍数的凸条齿A23，在凸条齿A23 的顶端面沿旋转方向交替并排形成凹槽A24，多个凸条齿A23的顶端面与永久磁钢磁极All 的工作面Alll互相面对；多个凸条齿A23的顶端面沿轴向延伸，且其旋转方向宽度与互相面对的永久磁钢磁极All的工作面Alll宽度大体一致。凹槽A24中放置线圈A25，且线圈与凸条齿A23电气绝缘。多个线圈连接分别构成U-X相、V-Y相、W-Z相绕组。根据转子Al相对定子A2的位置，向对应U-X相、V-Y相、W-Z相绕组通电，从而驱动转子Al旋转。根据上述结构，永久磁钢磁极All以往采用体积电阻率为10_6Ω ·πι左右的烧结永久磁钢，非磁连接部件Α13以往采用非金属材料或者圆环状轴向连续延伸的非磁性金属材料，隔磁部件Α14以往或者采用非金属材料，或者金属材料。但是，前述以往的无刷直流电动机AlOO在实现高速(IOOOOrpm以上)、大功率 (IOkff以上)时存在问题。例如，定子Α2直径为210mm、长度为80mm、转速为16000rpm、输出功率为85kW的无刷直流电动机A100，经解析计算其转子Al总体涡流损耗约为^550W，而转子实际重量约 f^kg，按转子Al所用材料的比热容来估算转子Al的温升，其结果为该无刷直流电动机AlOO 运行6分钟后，其转子Al的温升约为M0°C，显然转子温度上升过高，可能导致转子Al中的永久磁钢磁极All性能降低或彻底退磁，进而使无刷直流电动机AlOO失效。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种无刷直流电动机，基于以往结构的无刷直流电动机，以简单的结构显著减小无刷直流电动机转子永久磁钢磁极的涡流损耗以及永久磁钢紧固机构的涡流损耗，实现技术上的进步，同时不引起结构的复杂化。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种无刷直流电动机，其结构与以往无刷电机相类似，包含转子，该转子包含自然数对永久磁钢磁极，相邻的永久磁钢磁极具有沿转子旋转方向交替充磁为N极、S极的工作面，与此同时，相邻永久磁钢磁极还具有沿旋转方向交替充磁为S极、N极的磁连接面；所述转子还包含磁性连接部件，环状磁性连接部件紧贴所述磁连接面，对多个永久磁钢磁极进行磁性连接。所述转子还包含非磁性连接部件，环状非磁连接部件紧贴所述工作面，对多个永久磁钢磁极进行非磁性连接和紧固。所述永久磁钢磁极沿旋转方向的宽度，通常小于相邻两个永久磁钢磁极中心间的距离，在相邻两个永久磁钢磁极之间形成磁间隔区域；因此所述转子还包含不导磁不导电的隔磁部件，用于填充所述磁间隔区域。所述无刷直流电动机包含定子，定子包含定子铁芯；所述定子铁芯远离所述工作面的部分，具有圆环状磁轭(Yoke)；所述定子铁芯接近所述工作面的部分，具有电机相数与极数乘积的自然数倍数的凸条齿，各个凸条齿交替排列，之间沿旋转方向成凹槽；并且前述自然数与相数乘积倍的多个凸条齿顶端面相对所述永久磁钢磁极工作面沿凸齿条的径向互相面对；所述多个凸条齿顶端面的旋转方向宽度与相邻永久磁钢磁极中心间的距离一致；每个凹槽中放置线圈，该线圈与所述凸条齿电气绝缘。根据上述组成，从所述工作面发出的磁通通过所述凸条齿、所述磁轭(Yoke)及所述磁连接部件而形成磁路。而且，根据转子相对定子的位置，向对应线圈通电，从而驱动转子旋转。根据上述组成，所述永久磁钢磁极采用体积电阻率为10_5 Ω · m 10_3 Ω · m的粘接永久磁钢；所述非磁性连接部件采用沿轴向分段的非磁性金属材料；隔磁部件采用不导磁、不导电非金属材料，或者采用不导磁、不导电金属材料。所述的非磁性连接部件在轴向分段开有切割槽，且所述切割槽沿旋转方向不连通，分割为若干段，分段的数量与永久磁钢磁极的数量一致，切割槽沿旋转方向宽度与所述工作面的宽度一致；沿旋转方向的分段切割槽间形成固性连接而保持固性整体；切割槽沿旋转方向宽度的中心线与所述隔磁部件沿旋转方向宽度的中心线对齐。本发明的有益效果是可以大幅度降低转子的总体涡流损耗，从而提高无刷直流电动机的效率，尤其适用于实现高速(每分钟10000转以上)、大功率(10千瓦以上)无刷直流电动机的高效率运转和低成本制造。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为根据本发明第--实施例的内转子式无刷直流电动机的模式图2为根据本发明第--实施例的无刷直流电动机转子的立体模式图3为根据本发明第二二实施例的外转子式无刷直流电动机的模式图4为以往的无刷直流电动机的模式图中
100 无刷直流电动机1 转子；
111 工作面；112 磁连接面；
11 永久磁铁磁极；12 磁性连接部件；
13 非磁性连接部件；14:隔磁部件；
2 定子；21 定子铁芯；
22 磁轭(Yoke)；23 凸条齿；
24:凹槽;25 线圈；
3 空气隙。
具体实施例方式如图1和图2所示，根据第一实施例的内转子式无刷直流电动机100包含转子1 和定子2。所述定子2，由定子铁芯21、线圈25构成。定子铁芯21具有圆环状磁轭Woke) 22，还具有相数与极数乘积的自然数倍数的凸条齿23，本实施例的数量构成为36。在凸条齿23的顶端面沿旋转方向交替并排形成凹槽M。多个(本实施例的数量构成为6个)凸条齿23的顶端面沿轴向延伸，且其旋转方向宽度与互相面对的永久磁钢磁极11的工作面111宽度大体一致。凹槽M中放置线圈25，且线圈与凸条齿23电气绝缘。多个所述线圈25连接分别构成U-X相、V-Y相、W-Z相绕组。所述转子1，由环状磁性连接部件12、沿所述环状磁性连接部件12外周面的圆周方向以大致相同间隔布置的瓦片状永久磁钢磁极11、环状非磁连接部件13、非磁性非导电瓦片状隔磁部件14构成。所述永久磁钢磁极11，其具有沿旋转方向交替充磁为N极、S极的工作面111以及充磁为S极、N极的磁连接面112 ；环状磁性连接部件12紧贴磁连接面112，对多个永久磁钢磁极11进行磁性连接；环状非磁连接部件13紧贴工作面111，对多个永久磁钢磁极进行非磁性连接和紧固；非磁性非导电隔磁部件14，用于填充相邻两个永久磁钢磁极11间形成的磁间隔区域。所述永久磁钢磁极11采用体积电阻率为10_5 Ω ·πι 10_3 Ω -m的粘接永久磁钢， 本实施例的极数构成为6个。所述环状磁性连接部件12采用磁性材料。所述非磁性非导电隔磁部件14采用非磁性非导电材料，本实施例的数量构成为6 个。所述环状非磁连接部件13采用非磁性金属材料，其沿轴向延伸且其延伸长度与永久磁钢磁极11的轴向长度大体一致。如图2所示，所述环状非磁连接部件13，在轴向每间隔一定距离沿旋转方向分段切割槽，本实施例将所述环状非磁连接部件13沿轴向均勻分割为12等分。所述切割槽沿旋转方向分段的数量与永久磁钢磁极11的数量一致，本实施例的数量构成为6个。所述切割槽沿旋转方向宽度与工作面111的宽度大体一致。所述切割槽沿旋转方向宽度的中心线与非磁性非导电瓦片状隔磁部件14沿旋转方向宽度的中心线大体对齐。所述环状非磁连接部件13，因沿旋转方向的分段切割槽间形成固性连接而保持固性整体。无刷直流电动机100对应于所述转子1和所述定子2的位置，向对应U-X相、V-Y 相、W-Z相绕组通电，从而驱动转子1旋转。根据如上所述的第一实施例，如图1和图2所示，永久磁钢磁极11通过采用体积电阻率为10_5Ω · m 10_3Ω · m的粘接永久磁钢替代以往采用的体积电阻率为10_6Ω · m 左右的烧结永久磁钢，可以将永久磁钢磁极11中的涡流损耗大体降低10倍 1000倍；隔磁部件14通过采用非磁性非导电材料，可避免其中产生涡流损耗；环状非磁连接部件13， 通过在轴向每间隔一定距离分段切割槽，可以大幅度减小其中的涡流损耗，分段切割槽后的涡流损耗比以往不分段切割槽时的涡流损耗大体降低分段数的平方倍。其综合结果，可以大幅度减小转子1的总体涡流损耗，实现内转子式无刷直流电动机的高效率。具体来讲，表1示出了电机以16000rpm速度旋转、输出功率为85kW时的转子总体涡流损耗解析结果对比。可知，第一实施例的电机与以往的电机相比，在相同的线圈电流下转子总体损耗降低约96%。此外，通过将环状非磁连接部件13采用非导磁金属材料且轴向等距离切割分段， 通过将所述永久磁钢磁极11和所述隔磁部件14采用体积电阻率高的材料，从而达到显著减小转子1总体涡流损耗的效果。与此同时，因环状非磁连接部件13采用非导磁金属材料， 且因其沿旋转方向的分段切割槽间形成固性连接而保持固性整体，可提高转子1的刚度。 由此带来的结果为，转子1的固有刚度提高，适应于高速(IOOOOrpm以上)旋转，而且在大功率(IOkW以上)运行时可以显著降低转子1的涡流损耗，进而可使无刷直流电动机高速化、小型化、低重量化、高效率化、低价格化。表 权利要求
1.一种无刷直流电动机，包括转子和定子，其特征在于所述转子包含自然数对永久磁钢磁极，相邻的永久磁钢磁极具有沿转子旋转方向交替充磁为N极、S极的工作面，相邻永久磁钢磁极还具有沿旋转方向交替充磁为S极、N极的磁连接面；所述转子还包含磁性连接部件，环状磁性连接部件紧贴所述磁连接面，对多个永久磁钢磁极进行磁性连接；所述转子还包含非磁性连接部件，环状非磁连接部件紧贴所述工作面，对多个永久磁钢磁极进行非磁性连接和紧固；所述永久磁钢磁极沿旋转方向的宽度小于相邻两个永久磁钢磁极中心间的距离，在相邻两个永久磁钢磁极之间形成磁间隔区域，在所述磁间隔区域中填充不导磁不导电的隔磁部件；所述定子包含定子铁芯；所述定子铁芯远离所述工作面的部分具有圆环状磁轭，定子铁芯接近所述工作面的部分具有电机相数与极数乘积的自然数倍数的凸条齿，各个凸条齿交替排列，之间沿旋转方向成凹槽；并且前述自然数与相数乘积倍的多个凸条齿顶端面相对所述永久磁钢磁极工作面沿凸齿条的径向互相面对；所述多个凸条齿顶端面的旋转方向宽度与相邻永久磁钢磁极中心间的距离一致；每个凹槽中放置线圈，该线圈与所述凸条齿电气绝缘。
2.根据权利要求1所述的无刷直流电动机，其特征在于所述的永久磁钢磁极采用体积电阻率为10_5Ω · m 10_3Ω · m的粘接永久磁钢。
3.根据权利要求1所述的无刷直流电动机，其特征在于所述的非磁性连接部件采用沿轴向分段的非磁性金属材料。
4.根据权利要求1所述的无刷直流电动机，其特征在于所述的非磁性连接部件在轴向分段开有切割槽，且所述切割槽沿旋转方向不连通，分割为若干段，分段的数量与永久磁钢磁极的数量一致，切割槽沿旋转方向宽度与所述工作面的宽度一致；沿旋转方向的分段切割槽间形成固性连接而保持固性整体；切割槽沿旋转方向宽度的中心线与所述隔磁部件沿旋转方向宽度的中心线对齐。
全文摘要
本发明公开了一种无刷直流电动机，包括转子和定子，转子包含自然数对永久磁钢磁极，具有交替充磁为N极、S极的工作面和磁连接面；环状磁性连接部件对多个永久磁钢磁极进行磁性连接；环状非磁连接部件对多个永久磁钢磁极进行非磁性连接和紧固；隔磁部件填充相邻永久磁钢磁极间的磁间隔区域。定子铁芯具有圆环状磁轭和凸条齿，凸条齿交替并排形成凹槽，与永久磁钢磁极工作面相对，凹槽中放置与凸条齿电气绝缘的线圈。本发明可大幅度降低转子的总体涡流损耗，提高无刷直流电动机的效率，尤其适用于实现高速大功率无刷直流电动机的高效率运转和低成本制造。
文档编号H02K1/27GK102361385SQ20111031102
公开日2012年2月22日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者叶剑鸿, 林小川, 王凯国, 王攀, 赵亮 申请人:中国船舶重工集团公司第七○五研究所