齿轭分离式永磁电机定子铁芯及永磁电机的制作方法

本发明实用新型涉及永磁伺服电机技术领域，具体涉及一种齿轭分离式永磁电机定子铁芯及永磁电机。

背景技术：

由于永磁电机具有较高功率密度，现已广泛应用于伺服领域。然而，由于磁钢和齿槽的相互作用，影响电机转矩性能和控制精度，因而齿槽转矩一直是永磁电机设计时需要解决问题。现较为常用的方法主要是通过优化磁钢或者齿槽结构尺寸，以及斜槽斜极的方法。对于容量和体积较小的伺服电机，受限于电机的结构尺寸，可采用闭口槽的方法，来抑制电机的齿槽转矩，改善电机转矩输出性能和用户体验。根据当前制造业的自动化水平，传统定子铁心整体式闭口槽电机显然是不利于自动化和规模化生产，因此需要对电机的定子侧铁心进行特殊设计，使其不仅易于工艺实现和自动化大规模生产，还能进一步提高电机的功率密度。

日本安川电机，作为全球知名伺服厂家，率先提出齿轭分离型闭口槽产品设计方案，并表现出卓越的电磁性能。如图1所示，定子铁心10包括定子轭部11和定子齿部12，定子轭部11和定子齿部12互为整体，定子齿部12的上部和定子轭部11贴合，即所谓的齿轭分离；定子齿部12和定子轭部11分别由冲床整体冲压制作，并且由相邻的齿构成的电枢槽对应的槽口均闭合。该方案可以有效削弱齿槽转矩，改善电机转矩的输出性能。但是该方案存在以下问题：1、工艺实现较为复杂，若采用手工组装，组装效率较低，若采用机器自动化操作，则电机制造成本显著上升；2、为了便于转子轭部铁心的嵌套，电机的槽满率不能做到很高，因而电机定子槽空间利用率较低；3、为了便于转子轭部铁心的嵌套，绕组13的绝缘骨架14只能采用特殊整体成型的骨架，不可采用其他类型的绝缘骨架，电机制造成本高。

此后，日本三洋电机也逐渐推出相似的齿轭分离型闭口槽设计方案的伺服电机产品。当前，依托国内现有的制造水平和加工工艺，发展和探索国产新型伺服电机设计方案，对于发展国产伺服产品和提高国产伺服产品竞争力具有重要意义。

技术实现要素：

为了解决现有齿轭分离式闭口槽电机槽满率不高，必须采用特制绝缘骨架导致电机制造成本高的问题，本申请提供一种齿轭分离式永磁电机定子铁芯及永磁电机，通过采用模块化的定子轭部和一体式结构的定子齿部嵌合连接的技术方案，可实现较高的槽满率和功率密度。

本申请采用的技术方案是：

本申请提供一种齿轭分离式永磁电机定子铁芯，包括由若干定子轭部模块组成的定子轭部和一体式结构的定子齿部；所述定子齿部包括定子齿和齿靴，相邻两定子齿通过齿靴肩部相连，相邻两定子齿及齿靴之间形成槽口闭合的定子槽；所述定子轭部模块上有设有凸齿，定子齿的顶面设有凹槽，所述定子轭部与一体式结构的定子齿部通过所述凸齿及凹槽嵌合连接。

进一步地，当k＝1时，当k＝1时，所述定子轭部由n个轭部模块组成；其中，n为电机齿数，k为电机定子轭部模块与槽距角对应的空间机械角比值，n与k之间满足n可以被k整除，且n≠k。

更进一步地，所述定子轭部模块的中心部设有凸齿，所述定子轭部模块关于定子槽中心线对称，相邻两定子轭部模块的贴合处为定子槽中心线。

更进一步地，所述定子轭部模块的两端部分别设有半个凸齿，所述定子轭部模块关于定子齿中心线对称，相邻定子轭部模块的贴合处为定子齿中心线，两半个凸齿组成一个凸齿。

进一步地，当k>1时，所述定子轭部由n/k个轭部模块组成，每个轭部模块包括k个结构相同的模块单元；其中，n为电机齿数，k为电机定子轭部模块与槽距角对应的空间机械角比值，n与k之间满足n可以被k整除，且n≠k。

更进一步地，所述模块单元的中心部设有凸齿，所述模块单元关于定子齿中心线对称，相邻两定子轭部模块的贴合处为定子槽中心线。

更进一步地，所述模块单元的两端部分别设有半个凸齿，两半个凸齿组成一个凸齿，所述模块单元关于定子槽中心线对称，相邻两定子轭部模块的贴合处为定子齿中心线。

本申请提供一种径向永磁电机，设有上述齿靴分离式永磁电机定子铁芯，所述定子铁芯由定子轭部模块径向环形排列组成的定子轭部与一体式结构的定子齿部径向嵌合连接组成。

本申请提供一种轴向永磁电机，设有上述齿靴分离式永磁电机定子铁芯，所述定子铁芯由定子轭部模块轴向环形排列组成的定子轭部与一体式结构的定子齿部轴向嵌合连接组成。

本申请提供一种平面永磁电机，设有上述齿靴分离式永磁电机定子铁芯，所述定子铁芯由定子轭部模块线性排列组成的直线形定子轭部与一体式结构的直线形定子齿部嵌合连接组成。

本实用新型的有益效果：

1、与开口槽永磁电机相比，该拓扑方案的电机具有较小的齿槽转矩和转矩脉动，具有良好的转矩输出特性；

2、与整体式齿轭分离拓扑设计方案相比，该拓扑方案的电机在组装过程中通过施加一定压力，可使电枢绕线排线更加紧凑，槽空间利用率更高，电机的槽满率和功率密度可进一步提高。

3、与整体式齿轭分离拓扑设计方案相比，采用该拓扑方案的电机在组装过程中安装方便，效率高，可填补国内该领域技术空白。

附图说明

图1是示出现有安川齿轭分离式永磁电机定子铁芯的的结构示意图。

图2是示出本申请第一实施方式的齿轭分离式永磁电机定子铁芯的的结构示意图。

图3是示出本申请第二实施方式的齿轭分离式永磁电机定子铁芯的的结构示意图。

图4是示出本申请第三实施方式的齿轭分离式永磁电机定子铁芯的的结构示意图。

图5是示出本申请第四实施方式的齿轭分离式永磁电机定子铁芯的的结构示意图。

图6是示出本申请第五实施方式的齿轭分离式永磁电机定子铁芯的的结构示意图。

图7是示出本申请第六实施方式的齿轭分离式永磁电机定子铁芯的的结构示意图。

图8是示出本申请第七实施方式的齿轭分离式永磁电机定子铁芯的的结构示意图。

图9是示出本申请第八实施方式的齿轭分离式永磁电机定子铁芯的的结构示意图。

图10是示出本申请第九实施方式的齿轭分离式永磁电机定子铁芯的的结构示意图。

图11是示出本申请第十实施方式的齿轭分离式永磁电机定子铁芯的的结构示意图。

图12是示出本申请第十一实施方式的齿轭分离式永磁电机定子铁芯的的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面以三相电机为例，结合附图及优选的实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。

需要说明的是，在以下实施例中，m为电机线圈相数，n为定子齿的齿数，k为电机定子轭部模块与槽距角对应的空间机械角比值。

实施例一

参阅图2，一种齿轭分离式永磁电机定子铁芯，包括由若干定子轭部模块组成的定子轭部1和一体式结构的定子齿部2；所述定子齿部2包括定子齿21和齿靴22，相邻两定子齿通过齿靴肩部222相连，相邻两定子齿21及齿靴22之间形成槽口闭合的定子槽3。定子轭部模块11上有设有凸齿111，定子齿21的顶面设有凹槽211，所述定子轭部1与一体式结构的定子齿部2通过所述凸齿111及凹槽211嵌合连接。

在本实施例中，m＝3，n＝12，k＝1；定子轭部1由n/k＝12，即十二个定子轭部模块11径向环形排列组成，每个定子轭部模块占30°空间角。定子轭部模块11的底面中心部设有凸齿111，定子轭部模块11关于定子齿21的齿中心线对称。对称设计的定子模块受力均匀，组装后电机运行平稳，性能优良。十二个个轭部模块11拼接完成后形成径向旋转电机的定子铁心轭部1，相邻两定子轭部模块11在定子槽3的槽中心线处贴合。凹槽211的深度小于定子齿21的高度的二分之一，凸齿111与凹槽211浅嵌式连接。

在其他实施例中，定子轭部模块11也可轴向环形排列，与一体式结构的定子齿部2通过轴向嵌合连接形成轴向旋转电机的定子铁芯；或者，定子轭部模块11线性排列，与一体式结构的直线形定子齿部2嵌合连接形成平面电机的定子铁芯。

在本实施例中，凸齿111及凹槽211的横截面呈三角形，在其他实施例中，凸齿及凹槽的横截面也可以为梯形、矩形或者弧形。

实施例2

参阅图3，实施例2的技术方案与实施例1的基本相同，不同之处仅在于，凸齿111及凹槽211的横截面呈矩形，凹槽211的深度大于定子齿21的高度的二分之一，定子轭部1与一体式结构的定子齿部2通过凸齿111与凹槽211深嵌式连接。

实施例3

参阅图4，实施例3的技术方案与实施例1的基本相同，不同之处仅在于，定子轭部1由十二个定子轭部模块12径向环形排列组成，定子轭部模块12的底面两端部分别设有半个凸齿，定子轭部模块12关于定子槽22的槽中心线对称，相邻两个定子轭部模块12组合在一起后两个半凸齿合成一个凸齿111，定子轭部1与一体式结构的定子齿部2通过凸齿111与凹槽211浅嵌式连接。

实施例4

参阅图5，实施例4的技术方案与实施例1的基本相同，不同之处仅在于，m＝3，n＝12，k＝2；定子轭部1由n/k＝6，即六个定子轭部模块11组成，每个轭部模块占60°空间角，关于定子槽中心线对称，相邻两定子轭部模块在相跨60°定子槽中心线处贴合，六个定子轭部模块拼接完成后形成整个定子铁心轭部。每个定子轭部模块11包括两个结构相同的模块单元110，每个模块单元的底面中心部设有一个与定子齿顶面凹槽211适配的凸齿111，定子轭部1与一体式结构的定子齿部2通过凸齿111与凹槽211浅嵌式连接。

实施例5

参阅图6，实施例5的技术方案与实施例4的基本相同，不同之处仅在于，定子轭部1由六个定子轭部模块12组成，每个定子轭部模块12包括两个结构相同的模块单元120，每个模块单元的底面两端设有半个凸齿，两半个凸齿组合在一起后形成与定子齿顶面凹槽211适配的凸齿111，定子轭部1与一体式结构的定子齿部2通过凸齿111与凹槽211浅嵌式连接。

实施例6

参阅图7，实施例6的技术方案与实施例1的基本相同，不同之处仅在于，m＝3，n＝12，k＝3；定子轭部1由n/k＝4，即四个个定子轭部模块11组成，每个轭部模块占90°空间角，关于定子槽中心线对称，相邻两定子轭部模块在相跨90°定子槽中心线处贴合，四个定子轭部模块11拼接完成后形成整个定子铁心轭部1。每个定子轭部模块11包括三个结构相同的模块单元110，每个模块单元的底面中心部设有一个与定子齿顶面凹槽211适配的凸齿111，定子轭部1与一体式结构的定子齿部2通过凸齿111与凹槽211浅嵌式连接。

实施例7

参阅图8，实施例7的技术方案与实施例6的基本相同，不同之处仅在于，定子轭部1由四个定子轭部模块12组成，每个定子轭部模块12包括两个结构相同的模块单元120，每个模块单元的底面两端设有半个凸齿，两半个凸齿组合在一起后形成与定子齿顶面凹槽211适配的凸齿111，定子轭部1与一体式结构的定子齿部2通过凸齿111与凹槽211浅嵌式连接。

实施例8

参阅图9，实施例8的技术方案与实施例1的基本相同，不同之处仅在于，m＝3，n＝12，k＝4；定子轭部1由n/k＝3，即三个定子轭部模块11组成，每个轭部模块占120°空间角，关于定子槽中心线对称，相邻两定子轭部模块在相跨120°定子槽中心线处贴合，三个定子轭部模块11拼接完成后形成整个定子铁心轭部1。每个定子轭部模块11包括四个结构相同的模块单元110，每个模块单元的底面中心部设有一个与定子齿顶面凹槽211适配的凸齿111，定子轭部1与一体式结构的定子齿部2通过凸齿111与凹槽211浅嵌式连接。

实施例9

参阅图10，实施例9的技术方案与实施例8的基本相同，不同之处仅在于，定子轭部1由三个定子轭部模块12组成，每个定子轭部模块12包括两个结构相同的模块单元120，每个模块单元的底面两端设有半个凸齿，两半个凸齿组合在一起后形成与定子齿顶面凹槽211适配的凸齿111，定子轭部1与一体式结构的定子齿部2通过凸齿111与凹槽211浅嵌式连接。

实施例10

参阅图11，实施例10的技术方案与实施例1的基本相同，不同之处仅在于，m＝3，n＝12，k＝6；定子轭部1由n/k＝2，即二个定子轭部模块11组成，每个轭部模块占180°空间角，关于定子槽中心线对称，相邻两定子轭部模块在相跨180°定子槽中心线处贴合，二个定子轭部模块11拼接完成后形成整个定子铁心轭部1。每个定子轭部模块11包括六个结构相同的模块单元110，每个模块单元的底面中心部设有一个与定子齿顶面凹槽211适配的凸齿111，定子轭部1与一体式结构的定子齿部2通过凸齿111与凹槽211浅嵌式连接。

实施例11

参阅图12，实施例11的技术方案与实施例10的基本相同，不同之处仅在于，定子轭部1由二个定子轭部模块12组成，每个定子轭部模块12包括两个结构相同的模块单元120，每个模块单元的底面两端设有半个凸齿，两半个凸齿组合在一起后形成与定子齿顶面凹槽211适配的凸齿111，定子轭部1与一体式结构的定子齿部2通过凸齿111与凹槽211浅嵌式连接。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。