CN110518767A - 电滚筒永磁同步电动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电滚筒永磁同步电动机，包括前轴承、外转子、内定子、后轴承，所述外转子套设在所述内定子外，所述外转子的两端分别与前轴承的外圈及后轴承的外圈固定连接，内定子内穿设有与内定子固定连接固定轴，固定轴的两端分别与前轴承的内圈和后轴承的内圈固定连接，所述外转子包括由14个磁极瓦片围成的圆环形永磁体层；所述内定子包括铁芯和绕组，所述铁芯含12槽，绕组为6个线圈的三相绕组，第一齿和第七齿上的两个线圈串联或并联为U相绕组，第三齿和第九齿上的两个线圈串联或并联为V相绕组，第五齿和第十一齿上的两个线圈串联或并联为W相绕组，三相绕组星接或角接引出。本发明提高了电动机的转矩密度及性能。
Description
技术领域
本发明涉及电动机技术领域，具体涉及电滚筒永磁同步电动机。
背景技术
物流快递行业的发展，其传送和分拣线需要大量电滚筒，因此，发展了与滚筒做成一体化的外转子永磁同步电动机。随着传送与分拣速度的提高，对电动机的性能指标要求更高，但是滚筒内部空间尺寸受限，增加了电动机的制造的难度，不易达到理想的效果。
例如转子极数的选择，理论上讲任何极对数1、2、3、4、5、……对极(2、4、6、8、10、……个极)都可以，它不仅影响电动机的利用率指标和工艺性，还与定子槽数一起对定位转矩的大小有决定性的影响，对伺服驱动用的永磁同步电动机至关重要，特别是主流产品通用伺服电动机系列产品，都力求从制造工艺、利用率指标和定位转矩等考虑，选择一个最佳的转子极数和定子槽数的配合。考察10年以前的国外小机座号通用伺服系列产品，基本上都是转子8极定子9槽设计。若干年前开始则基本上都改成转子10极定子12槽的设计，有效材料利用率(电气动力性能指标)和定位转矩的指标都有明显的提高。目前看到的电滚筒电动机，也都是10极12槽的设计，电滚筒的外径最典型的是Φ67mm，参看标准通用伺服60机座的电机，额定转矩最大约2Nm，电滚筒要求的额定转矩约5Nm，可见电滚筒空间尺寸的限制和电动机达到指标的难度，电滚筒的特点是长度方向的空间尺寸富裕，把电机做得更细长基本上能达到要求的转矩和功率指标，但增加了制造工艺的难度，不是理想的设计。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明旨在提供电滚筒永磁同步电动机，提高外转子永磁同步电滚筒电动机的转矩密度等性能，降低生产成本。
本发明的技术方案为：
电滚筒永磁同步电动机，其特征在于：包括前轴承、外转子、内定子、后轴承，所述外转子套设在所述内定子外，所述外转子的两端分别与前轴承的外圈及后轴承的外圈固定连接，内定子内穿设有与内定子固定连接的固定轴，固定轴的两端分别与前轴承的内圈和后轴承的内圈固定连接，外转子通过前轴承和后轴承建立与固定轴之间的转动连接，所述外转子包括由14个磁极瓦片围成的圆环形永磁体层；所述内定子包括铁芯和绕组，所述铁芯包括12槽，所述绕组为6个线圈的三相绕组，其中，铁芯的槽齿的第一齿和第七齿上的两个线圈串联或并联为U相绕组，第三齿和第九齿上的两个线圈串联或并联为V相绕组，第五齿和第十一齿上的两个线圈串联或并联为W相绕组，三相绕组星接或角接引出。
进一步地，所述外转子还包括永磁体前端环和永磁体后端环，所述永磁体前端环的其中一个端面上和永磁体后端环的其中一个端面上各设置有沿其圆周均匀分布的14个凸起，所述圆环形永磁体层的两端的端面上各设置有14个连接部，永磁体前端环和永磁体后端环分别通过其上的14个凸起与所述圆环形永磁体层两端的14个连接部匹配连接。
进一步地，所述磁极瓦片的端面上设置有插孔，14个所述连接部为分别设置在14个磁极瓦片的端面的插孔内。
进一步地，所述绕组为6个线圈的三相单层绕组。
进一步地，所述铁芯由硅钢片冲压制成。
进一步地，所述铁芯由0.35mm厚的硅钢片冲压制成。
进一步地，所述内定子还包括压圈，所述压圈套设在铁芯和固定轴之间。
进一步地，所述前轴承的外圈外面套设并固定有前端盖，所述前端盖的外侧设置有第一卡槽，所述外转子的前端设置有第一卡凸，所述第一卡凸与所述第一卡槽固定卡接，所述后轴承的外圈外面套设并固定有后端盖，所述后端盖的外侧设置有第二卡槽，所述外转子的后端设置有第二卡凸，所述第二卡凸与所述第二卡槽固定卡接。
进一步地，所述前端盖或后端盖的一侧还设置磁编码器。
进一步地，所述编码器外还设置有编码器罩，所述编码器罩与所述前端盖或后端盖固定。
本发明的有益效果为：本申请在定子仍为12槽的情况下转子改为14极(7对极)，每极磁通量与极数成反比减少，定子齿宽可相应变小，槽面积增大，转矩密度显著增大，在外转子结构，内定子槽面积受限情况下，其性能显著提高。
附图说明
图1为本发明实施例的整体结构示意图；
图2为本发明实施例的外转子结构示意图；
图3为本发明实施例的永磁体磁极瓦片示意图；
图4为本发明实施例的永磁体端环结构示意图；
图5为本发明实施例的内定子结构示意图；
图6为本发明实施例的内定子铁芯冲片及绕组连接示意图。
具体实施方式
下面参考附图并结合实施例对本发明进行详细说明。需要说明的是在不冲突的情况下，以下各实施例及实施例中的特征可相互组合。
如图1-2所示，电滚筒永磁同步电动机，包括前轴承1、外转子2、内定子3、后轴承4，所述外转子2套设在所述内定子3外，所述外转子2的两端分别与前轴承1的外圈及后轴承4的外圈固定连接，内定子3包括铁芯31和穿设在铁芯31内的固定轴32，固定轴32的两端分别与前轴承1的内圈和后轴承4的内圈固定连接，外转子2通过前轴承1和后轴承4建立与固定轴32之间的转动连接，所述外转子2包括由14个磁极瓦片20围成的圆环形永磁体层21，表贴式永磁体磁极的宽度bp一般比极距τ小一些，它们的比值称为极弧系数，αp大一些，气隙磁密(基波最大值)便高一些。电动机的转矩密度正比于气隙磁密(Bg1)和线负荷(As),圆环形转子永磁体层的设计是让ap最大，Bg1也达到最高，本实施例永磁同步电动机转子磁极瓦片的特点是极弧系数αp＝1，相邻极间没有间隔，14个磁极瓦片组成一个整圆环形，大大提高了电动机的转矩密度，另外，如图3所示，瓦片的内圆是有与外圆相同的半径，提高了切割瓦片时永磁材料的利用率，同时使一个极(瓦片)与内定子铁芯表面的气隙不均匀，中间较小对气隙磁密分布的波形得到改善。
除此之外，所述外转子2还包括永磁体前端环22和永磁体后端环23，及固定套设在外转子2外面的外转子内套24，永磁体前端环22和永磁体后端环23的结构相同，如图4所示，所述永磁体前端环22和永磁体后端环23的一个端面上各设置有沿圆周均匀分布的14个凸起221，所述圆环形永磁体层的两端的端面上各设置有14个连接部，永磁体前端环和永磁体后端环分别通过其上的14个所述凸起与所述圆环形永磁体层两端的14个连接部连接。本实施例14个所述连接部为分别设置在14个磁极瓦片端面的插孔。本实施例圆环形永磁体层两端的端环可保证14个极的瓦片沿圆周严格均匀分布，这对减小定位转矩，改善电机运行的平稳性很重要，同时使瓦片的安装更方便。
如图5和图6所示，内定子3还包括压圈33、绕组34、骨架35和引出线36，本实施例铁芯31冲片为12槽，由0.35mm厚的低损耗硅钢片材料冲制成。绕组34为12槽6个线圈的类似单层绕组，其中，骨架35的第一齿和第七齿上的两个线圈串联或并联为U相绕组，第三齿和第九齿上的两个线圈串联或并联为V相绕组，第五齿和第十一齿上的两个线圈串联或并联为W相绕组，三相绕组星接或角接由引出线引出，另外，每相两个线圈的反电动势为反接同相位。
一般的12槽定子铁芯的三相分数槽集中式电枢绕组，在12个齿上绕有12个集中式线圈，每相4个，对于5对极或7对极的电机来说，第1、2、7和8齿上的4个线圈为一相，每个线圈的节距(y)对5对极来说是短距，对7对极来说为长距，比极距(τ)短掉和长出都是30°电角度，所以节距系数都是kp＝cos15°＝0.9659，4个线圈中的电动势1和反向的7同相位，8和反向的2同相位，并与1相位相差30°电角度，所以分布系数为kd＝cos15°＝0.9659，绕组系数则为kip＝0.933。本实施例采取特殊的绕组设计，为12槽6个线圈的设计每个槽内导体数不变，每个线圈的匝数增倍，第一、第三、第五、第七、第九和第十一齿上的6个线圈，第一和第七齿上的2个线圈为一相，第一和反向的第七同相位，分布系数kd＝cos 0°＝1.0，节距系数仍为kp＝0.9659，绕组系数kdp＝0.9659，绕组的总匝数不变，有效匝数增加3.3％，几乎没有增加其他的成本。
所述压圈33套设在铁芯和固定轴之间，起到固定连接的作用。
所述前轴承1的外圈外套设并固定有前端盖5，所述前端盖5的外侧设置有第一卡槽，所述外转子内套24的前端设置有第一卡凸，所述第一卡凸与所述第一卡槽固定卡接，所述后轴承的外圈外套设并固定有后端盖6，所述后端盖6的外侧设置有第二卡槽，所述外转子内套24的后端设置有第二卡凸，所述第二卡凸与所述第二卡槽固定卡接。
所述前端盖5或后端盖6的一侧还设置2500线的磁编码器7，所述编码器7外还设置有编码器罩8，所述编码器罩与所述前端盖或后端盖固定。本实施例的编码器具有体积小成本低的特点，与紧凑形电滚筒的设计相匹配，又能满足电滚筒不同场合包括高端应用的要求。
以上所属实施例仅表达了本发明的集中实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.电滚筒永磁同步电动机，其特征在于：包括前轴承、外转子、内定子、后轴承，所述外转子套设在所述内定子外，所述外转子的两端分别与前轴承的外圈及后轴承的外圈固定连接，内定子内穿设有与内定子固定连接的固定轴，固定轴的两端分别与前轴承的内圈和后轴承的内圈固定连接，外转子通过前轴承和后轴承建立与固定轴之间的转动连接，所述外转子包括由14个磁极瓦片围成的圆环形永磁体层；所述内定子包括铁芯和绕组，所述铁芯包括12槽，所述绕组为6个线圈的三相绕组，其中，铁芯的槽齿的第一齿和第七齿上的两个线圈串联或并联为U相绕组，第三齿和第九齿上的两个线圈串联或并联为V相绕组，第五齿和第十一齿上的两个线圈串联或并联为W相绕组，三相绕组星接或角接引出。
2.如权利要求1所述的电滚筒永磁同步电动机，其特征在于：所述外转子还包括永磁体前端环和永磁体后端环，所述永磁体前端环的其中一个端面上和永磁体后端环的其中一个端面上各设置有沿其圆周均匀分布的14个凸起，所述圆环形永磁体层的两端的端面上各设置有14个连接部，永磁体前端环和永磁体后端环分别通过其上的14个凸起与所述圆环形永磁体层两端的14个连接部匹配连接。
3.如权利要求2所述的电滚筒永磁同步电动机，其特征在于：所述磁极瓦片的端面上设置有插孔，14个所述连接部为分别设置在14个磁极瓦片的端面的插孔内。
4.如权利要求1所述的电滚筒永磁同步电动机，其特征在于：所述绕组为6个线圈的三相单层绕组。
5.如权利要求1所述的电滚筒永磁同步电动机，其特征在于：所述铁芯由硅钢片冲压制成。
6.如权利要求1所述的电滚筒永磁同步电动机，其特征在于：所述铁芯由0.35mm厚的硅钢片冲压制成。
7.如权利要求1所述的电滚筒永磁同步电动机，其特征在于：所述内定子还包括压圈，所述压圈套设在铁芯和固定轴之间。
8.如权利要求1所述的电滚筒永磁同步电动机，其特征在于：所述前轴承的外圈外面套设并固定有前端盖，所述前端盖的外侧设置有第一卡槽，所述外转子的前端设置有第一卡凸，所述第一卡凸与所述第一卡槽固定卡接，所述后轴承的外圈外面套设并固定有后端盖，所述后端盖的外侧设置有第二卡槽，所述外转子的后端设置有第二卡凸，所述第二卡凸与所述第二卡槽固定卡接。
9.如权利要求1所述的电滚筒永磁同步电动机，其特征在于：所述前端盖或后端盖的一侧还设置磁编码器。
10.如权利要求9所述的电滚筒永磁同步电动机，其特征在于：所述编码器外还设置有编码器罩，所述编码器罩与所述前端盖或后端盖固定。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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