CN105186726B - 无刷电机 - Google Patents
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Abstract
一种无刷电机，包括：定子和转子，转子内的多块磁钢包括相邻设置的第一磁钢和第二磁钢，第一磁钢的穿过转子的中心的对称轴为D轴，第一磁钢和第二磁钢之间的穿过转子的中心的对称轴为Q轴，转子端面的外轮廓线上的点到相邻绕线齿侧壁之间距离为g，在Q轴到D轴的扇形范围内，g沿Q轴到D轴的方向变小；定子上的上绝缘支架的上表面上设有多个端子固定座和多个过线座，端子固定座的过线槽口沿上绝缘支架的圆周方向布置，过线槽口与其中心所在圆周的径向的夹角α为50°～130°，端子固定座上的端子插装口沿上绝缘支架的径向布置，端子插装口与其所在圆周的切线方向的夹角γ为50°～130°，下绝缘支架的下表面上设有多个过线座。
Description
技术领域
本发明涉及无刷电机技术领域，特别涉及一种无刷电机。
背景技术
无刷电机是一种无电刷和换向器(或集电环)的电机，它依靠改变通入其电枢绕组线圈的电流波交变频率和波形，来实现运转。无刷电机因其具有高效率、低能耗、低噪音、超长寿命、高可靠性、可伺服控制、无级变频调速、相对低成本且简单易用等优点，被各大厂商广泛使用。
现有的无刷电机主要包括：壳体、印刷电路板(Printed Circuit Board，简称“PCB”)、转子、以及定子，定子包括：上绝缘支架、定子铁芯、下绝缘支架以及电枢绕组。上绝缘支架和下绝缘支架分别对应插装在定子铁芯的上端面和下端面内，导线按照一定规律缠绕在由上绝缘支架的上槽绝缘、定子铁芯的绕线齿和下绝缘支架的下槽绝缘组成的绕线部位上，形成电枢绕组，PCB板安装在上绝缘支架上并与电枢绕组电连接。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
1、在采用绝缘刺破端子时，由于上绝缘支架上的端子固定座沿上绝缘支架的径向布置，而端子固定座上的端子插装口又沿上绝缘支架的圆周方向布置，所以绝缘刺破端子的刺破槽口沿上绝缘支架的径向布置，这样，电枢绕组的导线在绕线时，导线必须沿上绝缘支架的径向向外穿出，从而增大了定子的径向尺寸；
2、本无刷电机为分数槽绕组的永磁电动机，其大大的降低了绝缘支架所占的槽面积，从而能够提高电枢绕组的实际槽满率、降低绕组的电阻并提高电机的效率，但其电枢反应含有大量的高次谐波，会引起电机铁耗的增加，而且分数槽绕组结构的永磁电动机，因为磁路的不对称性，容易引起局部的磁饱和，引起电机振动和噪音的增加。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种无刷电机。所述技术方案如下：
提供了一种无刷电机，包括：定子和转子，所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯上设有与所述转子相对的绕线齿，且所述绕线齿均匀分布在所述定子铁芯上，所述定子铁芯的上下端面上分别对应插装有上绝缘支架和下绝缘支架，所述上绝缘支架上的上槽绝缘、所述定子铁芯上的绕线齿和所述下绝缘支架上的下槽绝缘组成绕线部位，所述绕线部位上缠绕有电枢绕组；
所述转子包括转子铁芯和多块磁钢，在所述转子铁芯的周向上间隔均匀地设置有多个安装槽，每个所述安装槽内分别嵌设有一块所述磁钢，
所述多块磁钢包括相邻设置的第一磁钢和第二磁钢，所述第一磁钢的穿过所述转子的中心的对称轴为D轴，所述第一磁钢和第二磁钢之间的穿过所述转子的中心的对称轴为Q轴，所述转子端面的外轮廓线上的点到相邻所述绕线齿侧壁之间距离为g，在所述Q轴到所述D轴的扇形范围内，所述g沿所述Q轴到所述D轴的方向变小；
所述上绝缘支架的上表面上设有多个端子固定座和多个过线座，所述端子固定座的过线槽口沿所述上绝缘支架的圆周方向布置，所述过线槽口与其中心所在圆周的径向的夹角α为50°～130°，所述端子固定座上的端子插装口沿所述上绝缘支架的径向布置，所述端子插装口与其所在圆周的切线方向的夹角γ为50°～130°，所述下绝缘支架的下表面上设有多个过线座；
所述定子铁芯上设有至少一组所述绕线部位，每组所述绕线部位包括第一绕线部位、第二绕线部位、第三绕线部位、第四绕线部位、第五绕线部位和第六绕线部位，单根导线首先从所述第一绕线部位的上部绕入并绕完所述第一绕线部位，然后从所述第一绕线部位的下部绕出并从所述第四绕线部位的下部绕入，绕完所述第四绕线部位后从所述第四绕线部位的上部绕出并从所述第五绕线部位的上部绕入，绕完所述第五绕线部位后从所述第五绕线部位的下部绕出并从所述第二绕线部位的下部绕入，绕完所述第二绕线部位后从所述第二绕线部位的上部绕出并从所述第三绕线部位的上部绕入，绕完所述第三绕线部位后从所述第三绕线部位的下部绕出并从所述第六绕线部位的下部绕入，绕完所述第六绕线部位后从所述第六绕线部位的上部绕出；相邻两组所述绕线部位首尾相接。
在上述方案中，所述转子端面的外轮廓线和所述Q轴的交点到相邻的所述绕线齿侧壁之间的距离为g2，所述转子端面的外轮廓线和所述D轴的交点到相邻的所述绕线齿侧壁之间的距离为g1，1.5≤g2/g1≤3.5。
在上述方案中，所述转子端面的外轮廓线由相间设置的圆弧段和内凹的V型段构成，且所述圆弧段和V型段平滑连接，所述D轴经过所述圆弧段的中心，所述Q轴经过所述V型段的中心。
在上述方案中，所述圆弧段的半径为R1，所述转子的中心到所述圆弧段与所述D轴交点的距离为R2，所述R1小于所述R2，且所述R1大于0；
所述圆弧段的角度为θ1，所述转子的极对数为P，0.444≤θ1/360°/P≤0.665，所述P为正整数。
在上述方案中，所述绕线齿包括绕线部和连接在所述绕线部端部上的齿前部，所述齿前部端面的外侧轮廓线由齿前弧线段和连接在所述齿前弧线段两端的两根齿前直线段组成，所述外侧轮廓线两端点之间的距离为c，所述齿前直线段的长度为a，所述绕线部的宽度为b，c-b/2≤a≤c/2，且所述a、b、c均大于0。
在上述方案中，相邻两个所述绕线齿之间夹一定子槽，所述定子槽的底边由定子槽弧线段和连接在所述定子槽弧线段两端的两根定子槽直线段组成，所述定子槽直线段与所述绕线部的边线垂直且所述定子槽直线段与所述边线平滑过渡连接。
在上述方案中，所述安装槽的长度大于所述磁钢的长度，所述磁钢设于所述安装槽的中心，所述安装槽的两边为非磁性区构成的隔磁桥，所述隔磁桥的宽度M是转子冲片厚度的1.5～3倍。
在上述方案中，所述上绝缘支架上表面沿圆周方向均匀设置有多个定位台，所述定位台的顶面比设置在所述上绝缘支架上表面上的端子固定座的顶面高h，h大于零，所述端子固定座的端子插装口内插装绝缘刺破端子；每个所述定位台的顶面上均设有与PCB板上的定位孔配合的导向定位柱，所述导向定位柱与所述定位孔配合的一端为锥形结构；每个所述定位台的顶面上均设有与PCB板上的安装孔配合的固定孔；每个所述定位台朝向所述上绝缘支架外边缘的侧壁上设有限位导线的过线槽。
在上述方案中，所述上绝缘支架上的上槽绝缘下端设有防误差斜面，所述防误差斜面背向所述上绝缘支架的中心，所述防误差斜面与所述上槽绝缘的外侧面所处平面之间的夹角β为10°～60°；所述上绝缘支架上的上槽绝缘下端的外侧面上设有至少一条防滑筋，所述防滑筋沿所述上槽绝缘的外侧面竖向布置；所述上绝缘支架的下表面上沿圆周方向至少设有一个防滑柱，所述防滑柱垂直于所述上绝缘支架的下表面布置；所述上绝缘支架的侧壁上设有多个防呆凹槽。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过将转子端面的外轮廓线上的点到相邻绕线齿侧壁之间距离设计成，沿Q轴到D轴的方向变小，这样，可以有效的降低了电机的齿槽转矩和运行时的转矩脉动，而且还有效的抑制通过定子齿尖磁通的急剧变化和饱和程度，减小径向电磁力的幅值，从而有效的抑制了电机振动和噪音的产生；同时，转子端面的外轮廓线上的点到相邻绕线齿侧壁之间距离，沿Q轴到D轴的方向变小，使得电机产生的反电动势呈正弦波形，从而降低了电机的谐波电流，进而降低了电机的铁耗；而且，通过将上绝缘支架上的端子固定座的过线槽口沿上绝缘支架的圆周方向布置，并将端子固定座上的端子插装口沿上绝缘支架的径向布置，这样，绝缘刺破端子的刺破槽口沿上绝缘支架的圆周方向布置，从而使得电枢绕组的导线在绕线时，导线可沿着上绝缘支架上表面的圆周方向布置，进而大大地缩减了定子的径向尺寸。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种带绝缘支架的定子的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种上绝缘支架的俯视图；
图3是本发明实施例提供的一种定子绕组的绕线结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种带绝缘支架的定子的俯视图；
图5是本发明实施例提供的一种带绝缘支架的定子的仰视图；
图6是本发明实施例提供的一种上绝缘支架的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种MAG Mate Multispring端子的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的一种上绝缘支架的上槽绝缘的局部结构示意图；
图9是本发明实施例提供的一种PCB板的仰视图；
图10是本发明实施例提供的一种定子和转子的组合结构的结构示意图；
图11是图10所提供的定子和转子的组合结构的局部示意图；
图12是本发明实施例中的无刷电机的齿槽转矩随机械角度变化示意图；
图13是本发明实施例中的无刷电机的不同次数谐波对应的径向电磁力分布示意图；
图14是本发明实施例中的无刷电机的反电动势随机械角度变化示意图；
图15是图10所提供的定子和转子的组合结构的局部示意图；
图16是图10所提供的定子和转子的组合结构中转子的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例
如图10所示，本发明实施例提供了一种无刷电机，包括：定子3和转子5，定子3包括定子铁芯31，定子铁芯31上设有与转子5相对的绕线齿32，且绕线齿32均匀分布在定子铁芯31上，定子铁芯31的上下端面上分别对应插装有上绝缘支架4和下绝缘支架7，上绝缘支架4上的上槽绝缘43、定子铁芯31上的绕线齿32和下绝缘支架7上的下槽绝缘73组成绕线部位9，绕线部位9上缠绕有电枢绕组33；
转子5包括转子铁芯51和多块磁钢52，在转子铁芯51的周向上间隔均匀地设置有多个安装槽53，每个安装槽53内分别嵌设有一块磁钢52，其特征在于，
多块磁钢52包括相邻设置的第一磁钢521和第二磁钢522，第一磁钢521的穿过转子5的中心的对称轴为D轴，第一磁钢521和第二磁钢522之间的穿过转子5的中心的对称轴为Q轴，转子5端面的外轮廓线50上的点到相邻绕线齿32侧壁之间距离为g，在Q轴到D轴的扇形范围内，g沿Q轴到D轴的方向变小；
上绝缘支架4的上表面上设有多个端子固定座42和多个过线座46，端子固定座42的过线槽口421沿上绝缘支架4的圆周方向布置，过线槽口421与其中心所在圆周的径向的夹角α为50°～130°，端子固定座42上的端子插装口422沿上绝缘支架4的径向布置，端子插装口422与其所在圆周的切线方向的夹角γ为50°～130°，下绝缘支架7的下表面上设有多个过线座46。
参见图1，上述定子3包括：定子铁芯31、定子铁芯31的上下端面上分别对应插装有上绝缘支架4和下绝缘支架7，上绝缘支架4的上表面上设有多个端子固定座42和多个过线座46，下绝缘支架7的下表面上设有多个过线座46。
参见图4、图5和图10，上绝缘支架4上的上槽绝缘43、定子铁芯31上的绕线齿32和下绝缘支架7上的下槽绝缘73组成绕线部位9。
参见图2，端子固定座42的过线槽口421沿上绝缘支架4的圆周方向布置，过线槽口421与其中心所在圆周的径向的夹角α为50°～130°，端子固定座42上的端子插装口422沿上绝缘支架4的径向布置，端子插装口422与其所在圆周的切线方向的夹角γ为50°～130°。
参见图3，定子铁芯31上设有至少一组绕线部位9，每组绕线部位9包括第一绕线部位91、第二绕线部位92、第三绕线部位93、第四绕线部位94、第五绕线部位95和第六绕线部位96，单根导线首先从第一绕线部位91的上部绕入并绕完第一绕线部位91，然后从第一绕线部位91的下部绕出并从第四绕线部位94的下部绕入，绕完第四绕线部位94后从第四绕线部位94的上部绕出并从第五绕线部位95的上部绕入，绕完第五绕线部位95后从第五绕线部位95的下部绕出并从第二绕线部位92的下部绕入，绕完第二绕线部位92后从第二绕线部位92的上部绕出并从第三绕线部位93的上部绕入，绕完第三绕线部位93后从第三绕线部位93的下部绕出并从第六绕线部位96的下部绕入，绕完第六绕线部位96后从第六绕线部位96的上部绕出；相邻两组绕线部位9首尾相接。
在本实施例中，相邻两组绕线部位9首尾相接是指：一组绕线部位9中从其第六绕线部位96的上部绕出的导线，从该组绕线部位9相邻的一组绕线部位9的第一绕线部位91的上部绕入。例如：在图3中，标号1-6的绕线部位9为一组绕线部位9(标号1的为第一绕线部位91，标号2的为第二绕线部位92，依次类推)，标号7-12的绕线部位为另一组绕线部位9(标号7的为第一绕线部位91，标号8的为第二绕线部位92，依次类推)。在本实施例中，标号1-6的这组绕线部位9按照上述方式绕完后，导线从标号为6的第六绕线部位96的上部绕出，并从标号为7的第一绕线部位91的上部绕入。
在本实施例中，通过上述方式来对定子3的绕线部位9进行绕线，首先，可以实现电枢绕组中所有的线圈由同一根导线绕成，节省了绕线工序；其次，相邻的两个绕线部位9可以共设一个端子固定座42，进而减少了端子的使用数量；最后，导线是从绕线部位9的上下两部来绕入或者绕出的，即导线采用了双面走线，这样可以充分利用定子3两端的空间，合理利用了无刷电机的内部空间，便于其他零件的布置。
需要说明的是，现有的电枢绕组在形成过程中，由于现有上绝缘支架4上的端子固定座42沿上绝缘支架4的径向布置，而端子固定座42上的端子插装口422又沿上绝缘支架4的圆周方向布置，所以绝缘刺破端子的刺破槽口沿上绝缘支架4的径向布置，这样，电枢绕组的导线在绕线时，导线必须沿上绝缘支架4的径向向外穿出，从而增大了定子3的径向尺寸。但在本实施例中，通过将上绝缘支架4上的端子固定座42的过线槽口421沿上绝缘支架4的圆周方向布置，并将端子固定座42上的端子插装口422沿上绝缘支架4的径向布置，这样，绝缘刺破端子8的刺破槽口82沿上绝缘支架4的圆周方向布置，从而使得电枢绕组的导线在绕线时，导线可沿着上绝缘支架4上表面的圆周方向布置，进而大大地缩减了定子3的径向尺寸。
可选地，参见图6，上绝缘支架4上表面沿圆周方向均匀设置有多个定位台41，该定位台41的顶面比设置在上绝缘支架4上表面上的端子固定座42的顶面高h，h大于零，端子固定座42的端子插装口422内插装绝缘刺破(Insulation Displacement Connection，简称“IDC”)端子。
需要说明的是，上绝缘支架4和下绝缘支架7在与定子铁芯31装配好后，再在由上绝缘支架4的上槽绝缘43、定子铁芯31的绕线齿32和下绝缘支架7的下槽绝缘73所组成的绕线部位9缠绕导线，形成电枢绕组，最终组装成完整的定子3。PCB板2中的电路与电枢绕组中的导线电连接是通过端子来完成的，该端子为绝缘刺破端子，端子的一端设有插针，该插针插入PCB板2上的端子连接孔，端子的另一端插入上绝缘支架4上的端子固定座42中，刺破穿过端子固定座42的导线的绝缘层，从而实现导线与PCB板2的连通。
在本实施例中，通过优化设计定位台41的顶面与端子固定座42的顶面之间的高度差h，不仅可以防止端子插入PCB板2过深，损伤了PCB板2上的电路，还可以防止端子未完全插入PCB板2，导致电路不通。
进一步地，参见图7，端子固定座42的端子插装口422内插装MAG MateMultispring端子8，h为1～5毫米。
在本实施例中，MAG Mate Multispring端子8的一端设有多弹簧插针81，该插针81用于插入PCB板2上的端子连接孔；MAG Mate Multispring端子8的另一端上设有刺破槽口82，刺破槽口82与过线槽口421的方向一致，当MAG Mate Multispring端子8的另一端插入端子固定座42的过线槽口421中时，刺破槽口82收缩，MAG Mate Multispring端子8直接刺破穿过刺破槽口82的导线的绝缘层，从而实现导线与PCB板2的连通。该MAG MateMultispring端子8可以实现在导线与PCB板2直接电连接，而无需预剥线和焊接步骤，简化了生产流程，有利于自动化生产。在实际应用中，配合该MAG Mate Multispring端子8，h可以设置为1～5毫米，这样不仅可以防止端子插入PCB板2过深，损伤了PCB板2上的电路，还可以防止端子未完全插入PCB板2，导致电路不通。
可选地，参见图6和图9，每个定位台41的顶面上均设有与PCB板2上的定位孔21配合的导向定位柱411，导向定位柱411与定位孔21配合的一端为锥形结构。
在本实施例中，当将PCB板2与上绝缘支架4装配在一起时，定位台41上的导向定位柱411会先与PCB板2上的定位孔配合，使得PCB板2上的端子连接孔与上绝缘支架4上的端子之间的相对位置误差减小。优选地，导向定位柱411与定位孔配合的一端可以为锥形结构，这样导向定位柱411在插入定位孔的过程中即使出现位置偏差，也能自动矫正过来，进而既能提高PCB板2与上绝缘支架4自动化装配的速度，提高生产效率，又能减少自动化生产过程中的不良品数量。
可选地，参见图2和图9，每个定位台41的顶面上均设有与PCB板2上的安装孔22配合的固定孔412。
在本实施例中，在装配好PCB板2与上绝缘支架4后，可以通过固定固定孔412和安装孔，来防止PCB板2与上绝缘支架4在工作过程中出现松动，增强无刷电机工作的稳定性。在实际应用中，固定孔412和安装孔可以通过螺钉进行固定。
可选地，参见图6，每个定位台41朝向上绝缘支架4外边缘的侧壁上设有限位导线的过线槽413。
在本实施例中，在上绝缘支架4上缠绕导线时，需要在上绝缘支架4上表面设置多个限位导线的过线座。在每个定位台41朝向上绝缘支架4外边缘的侧壁上设有限位导线的过线槽413，使得定位台41也能对导线进行限位，进而可以采用定位台41替代一部分过线座，这样既能减少上绝缘支架4上设置的过线座数量，又能简化上绝缘支架4的结构，降低生成成本。
可选地，参见图6，上绝缘支架4上的上槽绝缘43下端设有防误差斜面431，防误差斜面431背向上绝缘支架4的中心。
参见图8，防误差斜面431与上槽绝缘43的外侧面所处平面之间的夹角β为10°～60°。
需要说明的是，在上绝缘支架4与定子铁芯31装配时，上槽绝缘43的下端会插入定子铁芯31中。但是，由于存在产品制造尺寸误差和装配误差，上槽绝缘43插入定子铁芯31时可能会出现偏差，致使插入的成功率不高。在本实施例中，上槽绝缘43插入定子铁芯31的一端设有防误差斜面431，使得上槽绝缘43在插入定子铁芯31时，能自动矫正出现的位置偏差，提高插装过程的成功率，进而提高自动化装配的效率。
在本实施例中，通过优化设计防误差斜面431与上槽绝缘43的外侧面所处平面之间的夹角β，可以提高防误差斜面431的工作效率，进而提高插装过程的成功率。
可选地，参见图6，上绝缘支架4上的上槽绝缘43下端的外侧面上设有至少一条防滑筋432。防滑筋432沿上槽绝缘43的外侧面竖向布置。
在本实施例中，通过设置防滑筋432可以防止插装好的上槽绝缘43与定子铁芯31之间出现松动，提高电枢绕组结构的稳定性。
在本实施例中，通过优化防滑筋432的设计，可以提高防滑筋432的工作效果，使得上槽绝缘43与定子铁芯31之间的装配更牢靠。
可选地，参见图6，上绝缘支架4的下表面上沿圆周方向至少设有一个防滑柱44，防滑柱44垂直于上绝缘支架4的下表面布置。
在本实施例中，防滑柱44与定子铁芯31之间过盈配合，进一步防止装配好的上绝缘支架4与定子铁芯31之间出现松动。
可选地，参见图6，上绝缘支架4的侧壁上设有多个防呆凹槽45。
在本实施例中，上绝缘支架4的侧壁上设置多个防呆凹槽45，可以用于与定位工装配合，以防止上绝缘支架4在装配至定子铁芯31上时，出现上绝缘支架4装反的情况。
在实际应用中，多个防呆凹槽45采用不均匀分布在上绝缘支架4的侧壁。例如：可以采用3个防呆凹槽45，其中两个在上绝缘支架4的侧壁上对称设置，最后一个防呆凹槽45靠近上述两个防呆凹槽45中的一个设置，这样可以确保不会出现上绝缘支架4装反的情况。
上述多块磁钢52为同样的磁钢，第一磁钢521和第二磁钢522可以为多块磁钢52中任意相邻的两块。(参见图11)
具体地，转子5端面的外轮廓线50上的点到相邻绕线齿32侧壁之间的距离可以是转子5端面的外轮廓线50上的点与相邻绕线齿32之间的最小距离。
本发明实施例提供的定子和转子组合结构中，定子包括定子铁芯，定子铁芯上设有与转子相对的绕线齿，转子包括转子铁芯和多块磁钢，多块磁钢包括相邻的第一磁钢和第二磁钢，第一磁钢的穿过转子的中心的对称轴为D轴，第一磁钢和第二磁钢之间的穿过转子的中心的对称轴为Q轴，转子端面的外轮廓线上的点到相邻绕线齿侧壁之间距离为g，在Q轴到D轴的扇形范围内，g沿Q轴到D轴的方向变小。转子端面的外轮廓线上的点到相邻绕线齿侧壁之间距离，沿Q轴到D轴的方向变小，可以有效的降低了电机的齿槽转矩和运行时的转矩脉动，同时有效的抑制通过定子齿尖磁通的急剧变化和饱和程度，减小径向电磁力的幅值，从而有效的抑制了电机振动和噪音的产生。另外，转子端面的外轮廓线上的点到相邻绕线齿侧壁之间距离，沿Q轴到D轴的方向变小，使得电机产生的反电动势呈正弦波形，从而降低了电机的谐波电流，进而降低了电机的铁耗。
图12为本发明实施例中的定子和转子的组合结构运用在电机中时，其齿槽转矩随机械角度变化示意图，其中实线代表采用了本发明定子和转子的组合结构的电机(也即图中的本发明电机)，而虚线代表常规电机(也即图中基准)。可见，采用了本发明定子和转子的组合结构的电机的齿槽转矩优于常规电机(越靠近0越好)。
图13是本发明实施例的定子和转子的组合结构运用在电机中时，不同次数谐波对应的径向电磁力分布示意图，其中阴影柱代表采用了本发明定子和转子的组合结构的电机，而空心柱代表常规电机。可见，采用了本发明定子和转子的组合结构的电机的径向电磁力的幅值小于常规电机的径向电磁力的幅值，从而有效的抑制了电机振动和噪音的产生。
图14是本发明实施例的定子和转子的组合结构运用在电机中时，其反电动势随机械角度变化示意图，其中实线代表采用了本发明定子和转子的组合结构的电机，而虚线代表常规电机。可见，采用了本发明定子和转子的组合结构的电机的反电动势呈正弦波，而常规电机呈方波。正弦波形式的反电动势相比于方波而言，除了可以降低电机的谐波电流，进而降低了电机的铁耗外，另外正弦波形式的反电动势中高频谐波较少，便于进行位置检测。
再次参见图11，转子5端面的外轮廓线50和Q轴的交点到相邻的绕线齿32侧壁之间的距离为g2，转子5端面的外轮廓线50和D轴的交点到相邻的绕线齿32侧壁之间的距离为g1，1.5≤g2/g1≤3.5，通过限定距离g的最大值g2和最小值g1之间的比值，可以限定距离g的变化范围，从而保证了该组合结构在抑制电机振动和噪音的产生及降低铁耗过程中所起的作用。
在本发明实施例的一种实现方式中，转子5端面的外轮廓线50由相间设置的圆弧段54和内凹的V型段55构成，且圆弧段54和V型段55平滑连接，D轴经过圆弧段54的中心，Q轴经过V型段55的中心。在本发明实施例的其他实现方式中，转子5端面的外轮廓线50还可以有其他形式，例如将上述实现方式中的V型段55改为直线段，由于绕线齿32侧壁是具有一定弧度的，因此采用直线段，也满足前述g的变化方式。或者，将上述V型段55改为向转子5中心凸的圆弧段，同样可以满足前述g的变化方式。由于可以满足前述g的变化方式的方案很多，这里不一一列举。但需要说明的是，采用圆弧段54和V型段55平滑连接的方式，不仅可以满足g的变化方式，还能有效保证变化的幅度的变化，从而保证了该组合结构在抑制电机振动和噪音的产生及降低铁耗过程中所起的作用。
其中，圆弧段54的半径为R1，转子5的中心到圆弧段54与D轴交点的距离为R2，R1小于R2，且R1大于0。
其中，圆弧段54的角度为θ1，永磁电动机的极对数为P，0.444≤θ1/(360°/P)≤0.665，P为正整数。
具体地，采用上述R1和θ1设计的圆弧段54上的每个点与相邻的绕线齿32侧壁之间的距离变化幅度增大，从而保证了该组合结构在抑制电机振动和噪音的产生及降低铁耗过程中所起的作用。
参见图15，绕线齿32包括绕线部321和连接在绕线部321端部上的齿前部322。
其中，齿前部322端面的外侧轮廓线可以是直线，也可以是弧线。
为了增大绕线齿32侧壁(也即齿前部322端面的外侧轮廓线)与转子5的外轮廓线50上的点之间的距离变化幅度，本发明实施例提供了下述的齿前部322端面的外侧轮廓线，具体参见图15，齿前部322端面的外侧轮廓线由齿前弧线段和连接在齿前弧线段两端的两根齿前直线段组成，外侧轮廓线两端点之间的距离为c，齿前直线段的长度为a，绕线部321的宽度为b，(c-b)/2≤a≤c/2，且a、b、c均大于0。上述a、b、c设置可以进一步保证齿前弧线段的长度，从而保证g的变化幅度。
在本发明实施例的一种实现方式中，相邻两个绕线齿32之间夹一定子槽34，定子槽34的底边341由定子槽弧线段和连接在定子槽弧线段两端的两根定子槽直线段组成，定子槽直线段与绕线部321的边线3211垂直且定子槽直线段与边线3211平滑过渡连接。当然，在其他实现方式中，定子槽34的底边341还可以仅由弧线段或者直线段构成。
在本发明实施例中，转子铁芯51可以包括多片叠压在一起的转子冲片，定子铁芯31可以包括多片叠压在一起的定子冲片。其中，冲片可以是导磁钢片。
参见图15和16，安装槽53的长度大于磁钢52的长度，磁钢52设于安装槽53的中心，安装槽53的两边为非磁性区构成的隔磁桥56，隔磁桥56的宽度M是转子冲片厚度的1.5-3倍。上述设计在保证机械强度的同时，通过设置宽度为转子冲片厚度的1.5-3倍的隔磁桥56，有效的限制了磁钢52产生的磁场通过绕线齿32及隔磁桥52形成的磁场短路，提高了磁铁的利用率并提高了电机的效率。
在本发明实施例的一种实现方式中，绕线齿32的数量与转子5的极数的比为3：2，使得定子和转子组合结构采用分数槽设计，能够有效的提高定子槽34的利用率。
当然，上述比值仅作为优选，绕线齿32的数量与转子5的极数的比还可以是其他数值。
在本发明实施例中，绕线齿32的数量与极数具体可以根据实际需要设计，例如如图10所示，绕线齿32的数量为12，转子5的极对数为4，方便定子3和转子5的设计以及生产。
进一步地，磁钢52通过卡件57卡设在安装槽53内，该卡件57可以为卡簧。
进一步地，该转子5还包括转轴58，转子铁芯51套设在转轴58上。
本发明实施例通过将转子端面的外轮廓线上的点到相邻绕线齿侧壁之间距离设计成，沿Q轴到D轴的方向变小，这样，可以有效的降低了电机的齿槽转矩和运行时的转矩脉动，而且还有效的抑制通过定子齿尖磁通的急剧变化和饱和程度，减小径向电磁力的幅值，从而有效的抑制了电机振动和噪音的产生；同时，转子端面的外轮廓线上的点到相邻绕线齿侧壁之间距离，沿Q轴到D轴的方向变小，使得电机产生的反电动势呈正弦波形，从而降低了电机的谐波电流，进而降低了电机的铁耗；而且，通过将上绝缘支架上的端子固定座的过线槽口沿上绝缘支架的圆周方向布置，并将端子固定座上的端子插装口沿上绝缘支架的径向布置，这样，绝缘刺破端子的刺破槽口沿上绝缘支架的圆周方向布置，从而使得电枢绕组的导线在绕线时，导线可沿着上绝缘支架上表面的圆周方向布置，进而大大地缩减了定子的径向尺寸。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种无刷电机，包括：定子(3)和转子(5)，所述定子(3)包括定子铁芯(31)，所述定子铁芯(31)上设有与所述转子(5)相对的绕线齿(32)，且所述绕线齿(32)均匀分布在所述定子铁芯(31)上，所述定子铁芯(31)的上下端面上分别对应插装有上绝缘支架(4)和下绝缘支架(7)，所述上绝缘支架(4)上的上槽绝缘(43)、所述定子铁芯(31)上的绕线齿(32)和所述下绝缘支架(7)上的下槽绝缘(73)组成绕线部位(9)，所述绕线部位(9)上缠绕有电枢绕组(33)；
所述转子(5)包括转子铁芯(51)和多块磁钢(52)，在所述转子铁芯(51)的周向上间隔均匀地设置有多个安装槽(53)，每个所述安装槽(53)内分别嵌设有一块所述磁钢(52)，其特征在于，
所述多块磁钢(52)包括相邻设置的第一磁钢(521)和第二磁钢(522)，所述第一磁钢(521)的穿过所述转子(5)的中心的对称轴为D轴，所述第一磁钢(521)和第二磁钢(522)之间的穿过所述转子(5)的中心的对称轴为Q轴，所述转子(5)端面的外轮廓线(50)上的点到相邻所述绕线齿(32)侧壁之间距离为g，在所述Q轴到所述D轴的扇形范围内，所述g沿所述Q轴到所述D轴的方向变小；
所述上绝缘支架(4)的上表面上设有多个端子固定座(42)和多个过线座(46)，所述端子固定座(42)的过线槽口(421)沿所述上绝缘支架(4)的圆周方向布置，所述过线槽口(421)与其中心所在圆周的径向的夹角α为50°～130°，所述端子固定座(42)上的端子插装口(422)沿所述上绝缘支架(4)的径向布置，所述端子插装口(422)与其所在圆周的切线方向的夹角γ为50°～130°，所述下绝缘支架(7)的下表面上设有多个过线座(46)；
所述定子铁芯(31)上设有至少一组所述绕线部位(9)，每组所述绕线部位(9)包括第一绕线部位(91)、第二绕线部位(92)、第三绕线部位(93)、第四绕线部位(94)、第五绕线部位(95)和第六绕线部位(96)，单根导线首先从所述第一绕线部位(91)的上部绕入并绕完所述第一绕线部位(91)，然后从所述第一绕线部位(91)的下部绕出并从所述第四绕线部位(94)的下部绕入，绕完所述第四绕线部位(94)后从所述第四绕线部位(94)的上部绕出并从所述第五绕线部位(95)的上部绕入，绕完所述第五绕线部位(95)后从所述第五绕线部位(95)的下部绕出并从所述第二绕线部位(92)的下部绕入，绕完所述第二绕线部位(92)后从所述第二绕线部位(92)的上部绕出并从所述第三绕线部位(93)的上部绕入，绕完所述第三绕线部位(93)后从所述第三绕线部位(93)的下部绕出并从所述第六绕线部位(96)的下部绕入，绕完所述第六绕线部位(96)后从所述第六绕线部位(96)的上部绕出；相邻两组所述绕线部位(9)首尾相接。
2.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述转子(5)端面的外轮廓线(50)和所述Q轴的交点到相邻的所述绕线齿(32)侧壁之间的距离为g2，所述转子(5)端面的外轮廓线(50)和所述D轴的交点到相邻的所述绕线齿(32)侧壁之间的距离为g1，1.5≤g2/g1≤3.5。
3.根据权利要求2所述的无刷电机，其特征在于，所述转子(5)端面的外轮廓线(50)由相间设置的圆弧段(54)和内凹的V型段(55)构成，且所述圆弧段(54)和V型段(55)平滑连接，所述D轴经过所述圆弧段(54)的中心，所述Q轴经过所述V型段(55)的中心。
4.根据权利要求3所述的无刷电机，其特征在于，所述圆弧段(54)的半径为R1，所述转子(5)的中心到所述圆弧段(54)与所述D轴交点的距离为R2，所述R1小于所述R2，且所述R1大于0；
所述圆弧段(54)的角度为θ1，所述转子(5)的极对数为P，0.444≤θ1/(360°/P)≤0.665，所述P为正整数。
5.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述绕线齿(32)包括绕线部(321)和连接在所述绕线部(321)端部上的齿前部(322)，所述齿前部(322)端面的外侧轮廓线由齿前弧线段和连接在所述齿前弧线段两端的两根齿前直线段组成，所述外侧轮廓线两端点之间的距离为c，所述齿前直线段的长度为a，所述绕线部(321)的宽度为b，(c-b)/2≤a≤c/2，且所述a、b、c均大于0。
6.根据权利要求5所述的无刷电机，其特征在于，相邻两个所述绕线齿(32)之间夹一定子槽(34)，所述定子槽(34)的底边(341)由定子槽弧线段和连接在所述定子槽弧线段两端的两根定子槽直线段组成，所述定子槽直线段与所述绕线部(321)的边线(3211)垂直且所述定子槽直线段与所述边线(3211)平滑过渡连接。
7.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述安装槽(53)的长度大于所述磁钢(52)的长度，所述磁钢(52)设于所述安装槽(53)的中心，所述安装槽(53)的两边为非磁性区构成的隔磁桥(56)，所述隔磁桥(56)的宽度M是转子冲片厚度的1.5～3倍。
8.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述上绝缘支架(4)上表面沿圆周方向均匀设置有多个定位台(41)，所述定位台(41)的顶面比设置在所述上绝缘支架(4)上表面上的端子固定座(42)的顶面高h，h大于零，所述端子固定座(42)的端子插装口(422)内插装绝缘刺破端子；每个所述定位台(41)的顶面上均设有与PCB板(2)上的定位孔(21)配合的导向定位柱(411)，所述导向定位柱(411)与所述定位孔(21)配合的一端为锥形结构；每个所述定位台(41)的顶面上均设有与PCB板(2)上的安装孔(22)配合的固定孔(412)；每个所述定位台(41)朝向所述上绝缘支架(4)外边缘的侧壁上设有限位导线的过线槽(413)。
9.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述上绝缘支架(4)上的上槽绝缘(43)下端设有防误差斜面(431)，所述防误差斜面(431)背向所述上绝缘支架(4)的中心，所述防误差斜面(431)与所述上槽绝缘(43)的外侧面所处平面之间的夹角β为10°～60°；所述上绝缘支架(4)上的上槽绝缘(43)下端的外侧面上设有至少一条防滑筋(432)，所述防滑筋(432)沿所述上槽绝缘(43)的外侧面竖向布置；所述上绝缘支架(4)的下表面上沿圆周方向至少设有一个防滑柱(44)，所述防滑柱(44)垂直于所述上绝缘支架(4)的下表面布置；所述上绝缘支架(4)的侧壁上设有多个防呆凹槽(45)。
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