一種永磁同步電動機的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種永磁同步電動機，包括鐵芯、定子和永磁體，所述鐵芯和永磁體固定連接，所述定子位于鐵芯的中心位置，所述鐵芯包括鐵芯軛、轉子鐵芯極和永磁體槽，所述轉子鐵芯極位于鐵芯軛的外圍表面并與其固定連接，所述永磁體槽位于轉子鐵芯極的外表面并與其固定連接，所述永磁體槽與永磁體固定連接，所述永磁體槽為不對稱橢球形中空永磁體槽，所述永磁體的形狀與永磁體槽相同，所述永磁體的尺寸小于永磁體槽的尺寸。本發明的永磁同步電動機的材料利用率高，不容易被腐蝕氧化。
【專利說明】
一種永磁同步電動機
技術領域
[0001 ]本發明涉及電機結構設計技術領域，尤其涉及一種永磁同步電動機。
【背景技術】
[0002]電機是指依據電磁感應定律實現電能轉換或傳遞的一種電磁裝置。電機包括多種類型。其中永磁同步電動機以其優越的性能被廣泛使用。永磁同步電動機屬于異步啟動永磁同步電動機，通常，其磁場系統由一個或多個永磁體組成，通常是在用鑄鋁或銅條焊接而成的籠型轉子的內部，按所需的極數裝鑲有永磁體的磁極。定子結構與異步電動機類似。其工作原理是當定子繞組接通電源后，電動機以異步電動機原理起動動轉，加速運轉至同步轉速時，由轉子永磁磁場和定子磁場產生的同步電磁轉矩，由轉子永磁磁場產生的電磁轉矩與定子磁場產生的磁阻轉矩合成，將轉子牽入同步，電動機進入同步運行?，F有技術中的永磁同步電動機的材料利用率較低，并且其測速和信號輸出裝置結構復雜，可靠性差，成本高。并且現有技術中的永磁同步電動機的耐腐蝕氧化的性能較差。
[0003]例如中國專利105553143A公開的一種轉子鐵芯及具有其的永磁同步電機。轉子鐵芯，包括:鐵芯本體，鐵芯本體的外周壁上沿鐵芯本體的軸向方向開設有凹槽，凹槽包括相連通的第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽沿鐵芯本體徑向方向上的深度大于第二凹槽沿鐵芯本體徑向方向上的深度。第一凹槽處氣隙最大，磁阻大，氣隙磁密小，與定子齒槽作用力矩脈動減小，第一凹槽和第二凹槽的深度不同，通過第二凹槽過度，使得基波磁場增大而且更接近正弦，減小齒槽轉矩，使得電機出力增大，諧波降低。該永磁同步電機的的鐵芯材料利用率較低。
[0004]又例如中國專利105429410A公開的一種永磁同步電機。該永磁同步電機包括轉子，轉子上設置有鼠籠，鼠籠上開設有鼠籠槽，鼠籠內側開設有磁鋼槽，磁鋼槽內設置有磁鋼，磁鋼槽的第一端設置有弧形的第一隔磁氣隙，第一隔磁氣隙與鼠籠之間形成第一隔磁橋，第一隔磁氣隙所占的圓周角度為(0.9?1.2) X360/nl度，其中α為相鄰的兩個鼠籠槽之間的圓周夾角的0.9至1.2倍，nl為轉子導電條數量。該永磁同步電機的結構裸露，容易被腐蝕氧化。

【發明內容】

[0005]為克服現有技術中存在的永磁同步電機的材料利用率低，容易被腐蝕氧化的問題，本發明提供了一種永磁同步電動機。
[0006]—種永磁同步電動機，包括鐵芯、定子和永磁體，所述鐵芯和永磁體固定連接，所述定子位于鐵芯的中心位置，所述鐵芯包括鐵芯軛、轉子鐵芯極和永磁體槽，所述轉子鐵芯極位于鐵芯軛的外圍表面并與其固定連接，所述永磁體槽位于轉子鐵芯極的外表面并與其固定連接，所述永磁體槽與永磁體固定連接，所述永磁體槽為不對稱橢球形中空永磁體槽，所述永磁體的形狀與永磁體槽相同，所述永磁體的尺寸小于永磁體槽的尺寸。
[0007]進一步的，所述永磁體槽為不對稱橢球形中空永磁體槽，所述磁體槽靠近轉子鐵芯極的一端為短軸較短的半橢球形，所述磁體槽的端口為短軸較大的半橢球形。
[0008]進一步的，所述永磁體的個數為36個，36個所述永磁體固定在相應的永磁體槽內，36個所述永磁體相互之間的間隔相等。
[0009]進一步的，所述鐵芯由實心鋼組成。
[00?0]進一步的，所述鐵芯由娃鋼片置加組成。
[0011 ]進一步的，所述鐵芯由鐵磁復合材料組成。
[0012]進一步的，所述定子連接有熱保護裝置，所述熱保護裝置、定子的線圈部位和熱保護裝置與定子的連接部分的外圈設置有塑封樹脂殼，所述塑封樹脂殼分別與熱保護裝置和定子固定連接。
[0013]進一步的，所述塑封樹脂殼為環氧酚醛樹脂塑封樹脂殼。
[0014]進一步的，所述鐵芯和定子連接有逆變器，所述逆變器的2個接線柱分別與鐵芯和定子通過電連接。
[0015]進一步的，所述逆變器由第一開關管、第二開關管、第三開關管、第四開關管、第一二極管、第二二極管、第一電容器、第二電容器、第三電容器和第四電容器組成；第一電容器、第二電容器、第三電容器和第四電容器與第三開關管和第四開關管并聯連接，第一開關管與第二二極管相連接，并且另一端與控制裝置連接置于回路中；所述第二開關管與第一二極管相連接，并與第一開關管與第二二極管形成并聯電路。
[0016]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0017](I)本發明通過將永磁體槽設置為不對稱的橢球形狀，采用內小外大的結構，使得固定在其中的永磁鐵的磁性通過向中心集中的形式集中，使得永磁體的性能利用率達到最佳。
[0018](2)本發明通過設置環氧酚醛樹脂塑封樹脂殼提高了永磁同步電動機的密封性，并且采用為環氧酚醛樹脂制作塑封樹脂殼，其耐腐蝕、耐氧化性強。
[0019](3)本發明通過設置逆變器能夠將直流電能轉變為交流電能，使得永磁同步電動機的適用性增強，并且本發明中的逆變器使用過程中共模電壓基本不變，不會產生共模漏電流，安全性強，穩定性高。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的整體結構示意圖；
[0021]圖2是本發明的逆變器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖和實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0023]如圖1和圖2所示，本【具體實施方式】披露了一種永磁同步電動機，包括鐵芯1、定子3和永磁體2，所述鐵芯I和永磁體2固定連接，所述定子3位于鐵芯I的中心位置。
[0024]優選的，本具體實施例中的永磁同步電動機還包括外殼6，外殼6內腔周圍裝有定子3，定子3由若干段定子塊31環繞而成，并且定子塊31為弧形定子塊，各定子塊31由若干相同的鐵芯沖片疊層而成，各定子塊31上的磁極上繞有定子繞組32。鐵芯I位于外殼6的中央位置，鐵芯I和永磁體2構成轉子。定子3通電后產生的磁場驅動所述永磁體轉子轉動，從而帶動與所述永磁體轉子同軸設置的葉輪轉動。優選的，所述定子3的線圈繞組采用銅包鋁漆包線，在本發明的另一個實施中其還可以是銅包鋁鎂漆包線或鋁漆包線制成。采用銅包鋁漆包線能夠有效的提升線圈繞組的性能。銅包鋁漆包線的優點包括:銅包鋁線的直流電阻率約為純銅線的1.45倍，阻值相同時，銅包鋁線重量約為純銅線的1/2;銅包鋁線由于其表面同心的包覆了一層純銅，因此具有跟純銅線一樣的可釬焊性，而不必像鋁線那樣做特殊處理，同時，銅包鋁線具有較厚的銅層，確保在刮漆時不會影響產品焊錫性能；銅包鋁線密度是相同線徑的純銅線的1/2.5，對降低線圈的重量十分有效;使用神州銅包鋁線替代銅線，至少可節省30%以上的成本。然而，銅包鋁漆包線容易被氧化，在本具體實施例中為防止其發生受熱氧化，其中采用改性的銅包鋁材料進行制作。具體的，采用摻雜硅烷和鈦酸的銅粉與鋁粉進行混合燒結成銅包鋁漆包線。采用硅烷和鈦酸進行摻雜能夠有效的防止銅表面的氧化，從而延長線圈繞組的使用壽命。
[0025]優選的，采用摻雜硅烷和鈦酸的銅粉的具體組成包括質量分數為1%的硅烷，質量分數為I %的鈦酸，余量為銅粉。雖然硅烷和鈦酸能夠有效的防止銅的氧化，然而過量的硅烷和鈦酸會影響其本身的特性從而影響線圈繞組的性能。
[0026]優選的，鐵芯I還可以連接旋轉變壓器，并通過旋轉變壓器與控制裝置相連接，使用過程中通過旋轉變壓器了解電動機的工作狀態即轉速和工作電流等。在本發明的另一個實施例中，控制裝置還可以包括與整流器相連的逆變器5。在本發明的另一個實例中的逆變器5的2個接線柱分別與鐵芯I和定子3通過電連接。具體的，所述逆變器5由第一開關管501、第二開關管502、第三開關管503、第四開關管504、第一二極管505、第二二極管506、第一電容器507、第二電容器508、第三電容器509和第四電容器510組成。其中，第一電容器507、第二電容器508、第三電容器509和第四電容器510與第三開關管503和第四開關管504并聯連接，第一開關管501與第二二極管506相連接，并且另一端與控制裝置連接置于回路中。第二開關管502與第一二極管505相連接，并與第一開關管501與第二二極管506形成并聯電路。當電動機輸出或者輸入的電壓處于正半周期，第二開關管502、第四開關管504保持關斷，第一開關管501—直開通，第三開關管503按正弦規律進行高頻開關。在電網電壓的負半周期，第一開關管501、第三開關管503保持關斷，第二開關管一直開通，第四開關管按正弦規律進行尚頻開關。
[0027]此外，在本發明的另一個實施例中，逆變器5還可以設置有電流電壓檢測裝置、控制器、信號解析器，逆變器5分別與控制器、電流電壓檢測裝置連接，電流電壓檢測裝置還與控制器連接，控制器還與信號解析器連接，信號解析器與旋轉變壓器連接。所述的逆變器5是能將直流電壓變為電壓脈沖序列進而處理成電機所需的交流電壓的器件。所述的控制器是能根據需要控制逆變器輸出的電壓脈沖寬度和脈沖序列的周期以達到變壓變頻目的的器件。
[0028]此外，定子3由四段定子塊31環繞而成。當永磁力矩伺服電機運行時，三相交流電經整流器向逆變器5輸送直流電，經逆變器5向電流電壓檢測器、永磁力矩伺服電機提供變頻電源，永磁力矩伺服電機上轉軸旋轉，電流電壓檢測裝置將檢測的電流電壓信號反饋給控制器，與此同時，裝在轉軸上旋轉變壓器檢測出永磁力矩伺服電機的轉軸的轉角信號，向信號解析器輸送轉軸的轉角信號，信號解析器此信號增強放大并轉換后向控制器輸送，控制器根據信號解析器提供的轉軸轉角位置信號和電流電壓檢測裝置提供的電機輸入的電壓電流反饋信號，由內部編好的程式向逆變器5輸出寸旨令信號，逆變器5根據控制器的指令向永磁力矩電機的定子繞組32輸入合適的正弦交流電，實現對永磁力矩伺服電機轉角位置和速度的閉環調節。
[0029]此外，所述鐵芯I包括鐵芯軛11、轉子鐵芯極12和永磁體槽13，所述轉子鐵芯極12位于鐵芯軛11的外圍表面并與其固定連接，所述永磁體槽13位于轉子鐵芯極12的外表面并與其通過膠水粘接的方式連接，所述永磁體槽13與永磁體2通過膠水粘接的方式連接。優選的，在本具體實施例中，所述永磁體槽13為不對稱橢球形中空永磁體槽，所述永磁體2的形狀與永磁體槽13相同，所述永磁體2的尺寸小于永磁體槽13的尺寸。優選的，所述永磁體槽13為不對稱橢球形中空永磁體槽，所述永磁體槽13靠近轉子鐵芯極12的一端為短軸較短的半橢球形，所述永磁體槽13的端口為短軸較大的半橢球形。即永磁體13呈內小外大的中空橢球形槽。在本發明的另一實例中，永磁體槽13還可以是其他形狀，例如內小外大的球形，長方體形或者其他幾何形狀。采用內小外大的不規則橢球形的永磁體槽13和永磁體2，通過長弧形的橢球結構能夠使得磁力度集中，從而有效的提高磁體的利用率。規則形狀的磁體的磁場分布均勾，外端的磁力度與內端相等，然而由于其采用環形分布的方式，內端的永磁體的總密度大于外端的永磁體總密度，從而使得內端永磁體利用率較低。而采用內端尺寸小于外端尺寸的不規則橢球形則可以避免這種情況，內端的橢球半徑小于外端的橢球半徑，從而使得內端和外端的永磁體的磁密度相當，從而節約成本，提高永磁體的利用率。[°03°]優選的，所述永磁體2的個數為36個，所述36個永磁體固定在相應的永磁體槽13內，所述36個永磁體相互之間的間隔相等。
[0031]優選的，所述鐵芯I由實心鋼組成或者硅鋼片疊加組成。在本發明的另一個實施例中，鐵芯I還可以由鐵磁復合材料組成。
[0032]此外，所述定子3連接有熱保護裝置31，所述熱保護裝置31、定子3的線圈部位和熱保護裝置31與定子3的連接部分的外圈設置有塑封樹脂殼4，所述塑封樹脂殼4分別與熱保護裝置31和定子3固定連接。優選的，所述塑封樹脂殼4為環氧酚醛樹脂塑封樹脂殼。環氧酚醛樹脂的環氧基含量高，黏度較大，固化后產物交聯密度高，其纖維增強塑料具有良好的物理機械性能。耐熱性高于E型環氧樹脂，其耐腐蝕性更強。
[0033]優選的，在本具體實施例中，定子3通過線圈骨架固定安裝在鐵芯I和永磁鐵2組成的轉子組件的殼體6上，所述定子3的線圈繞組纏繞于所述線圈骨架上，所述定子3的線圈繞組接所述熱保護裝置31，所述熱保護裝置31連接有引出線插片，通過線圈骨架采用半塑封密封方式將所述熱保護裝置31、所述定子3的線圈繞組及所述熱保護裝置31與所述引出線插片連接部位完全塑封在塑封樹脂殼4中。而所述線圈骨架的其余部分的至少一部分表面裸露，未被塑封樹脂殼4塑封。進一步優選的，殼體6上的部分也被一同塑封在了樹脂殼4內，這樣能夠更好地保證液體不會滲入半塑封的定子線圈內部。在本發明的另一個實施例中，所述定子線圈繞組與所述引出線插片連接部位還可以覆蓋或包覆絕緣物，使其能夠更有效避免連接接部位被氧化和腐蝕。所述絕緣物可以是絕緣膠、絕緣漆等等。
[0034]本發明的塑封樹脂殼4是通過這樣的過程成型的，在所述線圈骨架上纏繞定子3的線圈繞組后，根據要塑封的部位確定所需的模具，通過將模具放入殼體6內包圍線圈骨架，再灌注樹脂，樹脂冷卻固結后取走模具即形成塑封樹脂殼4。通過塑封樹脂殼4將繞組塑封于繞圈骨架上可以防止繞組被氧化和腐蝕，又能獲得很好散熱效果。由于采用常規的灌注或噴射等樹脂成型方法形成半塑封的密封方式，塑封與不塑封昀接合部位通常都會留下密封不嚴的縫隙。而半塑封方法，通常也會在塑封與不塑封的接合部位留下這種細微的縫隙。如果不采用額外特殊的處理工藝或步驟，則基本無法避免這種現象。而采用全封閉塑封的方式則不會存在這種現象。例如本發明中塑封樹脂殼4在成形過程中，在樹脂固結后取走模具，為克服模具與樹脂之間的粘連力自然而然地在該接合部位會產生一些肉眼無法察覺的縫隙。通常這只能通過將其泡在水中觀察是否產生氣泡來判斷是否存在這種縫隙。
[0035]進一步優選的，為了使散熱效果更加明顯，所述外殼6的表層與塑封樹脂殼4連接的位置設置有一條排氣通道61。排氣通道61成型方法為現有的公知技術，例如在半塑封工藝完成后，通過氣割等方式進一步在該接合部位切割出連續或不連續的多條所述排氣通道61。排氣通道61能夠實現散熱排氣的同時而不會使得發生倒流液體的現象。
[0036]優選的，在本發明的另一個實施例中，塑封樹脂殼4的樹脂材料還可以是塑料或環氧樹脂，采用灌注法或模塑法形成塑封。
[0037]為確保永磁同步電動機能夠迅速順利的起動，在本發明的另一個實施例中，可以在永磁同步電動機的一端連接起動電機，通過起動電機帶動其起動從而解決其起動慢的問題。優選的，起動電機和永磁同步電動機之間設置有離合器，起動電機能夠通過離合器帶動永磁同步電動機轉動，而永磁同步電動機轉動時不能影響到起動電機。進一步優選的，起動電機與離合器之間通過伸縮卡合的方式的相互連接，起動完成后離合器不會隨著永磁同步電機轉動，此時關閉起動電機通過伸縮裝置將起動電機退出離合器。而需要使用時則可以通過伸縮裝置將起動電機的前端送入離合器中，并與其嚙合，從而實現帶動離合器轉動。
[0038]上述說明示出并描述了本發明的優選實施例，如前所述，應當理解本發明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環境，并能夠在本文所述發明構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發明的精神和范圍，則都應在本發明所附權利要求的保護范圍內。
【主權項】
1.一種永磁同步電動機，包括鐵芯(I)、定子(3)和永磁體(2)，所述鐵芯(I)和永磁體(2)固定連接，所述定子(3)位于鐵芯(I)的中心位置，其特征在于:所述鐵芯(I)包括鐵芯軛(11)、轉子鐵芯極(12)和永磁體槽(13)，所述轉子鐵芯極(12)位于鐵芯軛(11)的外圍表面并與其固定連接，所述永磁體槽(13)位于轉子鐵芯極(12)的外表面并與其固定連接，所述永磁體槽(13)與永磁體(2)固定連接，所述永磁體槽(13)為不對稱橢球形中空永磁體槽，所述永磁體(2)的形狀與永磁體槽(13)相同，所述永磁體(2)的尺寸小于永磁體槽(13)的尺寸。2.根據權利要求1所述的一種永磁同步電動機，其特征在于:所述永磁體槽(13)為不對稱橢球形中空永磁體槽，所述磁體槽(13)靠近轉子鐵芯極(12)的一端為短軸較短的半橢球形，所述磁體槽(13)的端口為短軸較大的半橢球形。3.根據權利要求1所述的一種永磁同步電動機，其特征在于:所述永磁體(2)的個數為36個，36個所述永磁體固定在相應的永磁體槽(13)內，36個所述永磁體相互之間的間隔相等。4.根據權利要求1所述的一種永磁體同步電動機，其特征在于:所述鐵芯(I)由實心鋼組成。5.根據權利要求1所述的一種永磁體同步電動機，其特征在于:所述鐵芯(I)由硅鋼片疊加組成。6.根據權利要求1所述的一種永磁體同步電動機，其特征在于:所述鐵芯(I)由鐵磁復合材料組成。7.根據權利要求1所述的一種永磁體同步電動機，其特征在于:所述定子(3)連接有熱保護裝置(31)，所述熱保護裝置(31)、定子(3)的線圈部位和熱保護裝置(31)與定子(3)的連接部分的外圈設置有塑封樹脂殼(4)，所述塑封樹脂殼(4)分別與熱保護裝置(31)和定子(3)固定連接。8.根據權利要求7所述的一種永磁體同步電動機，其特征在于:所述塑封樹脂殼(4)為環氧酚醛樹脂塑封樹脂殼。9.根據權利要求1所述的一種永磁體同步電動機，其特征在于:所述鐵芯(I)和定子(3)連接有逆變器(5)，所述逆變器(5)的2個接線柱分別與鐵芯(I)和定子(3)通過電連接。10.根據權利要求9所述的一種永磁體同步電動機，其特征在于:所述逆變器(5)由第一開關管(501)、第二開關管(502)、第三開關管(503)、第四開關管(504)、第一二極管(505)、第二二極管(506)、第一電容器(507)、第二電容器(508)、第三電容器(509)和第四電容器(510)組成;第一電容器(507)、第二電容器(508)、第三電容器(509)和第四電容器(510)與第三開關管(503)和第四開關管(504)并聯連接，第一開關管(501)與第二二極管(506)相連接，并且另一端與控制裝置連接置于回路中；第二開關管(502)與第一二極管(505)相連接，并與第一開關管(501)與第二二極管(506)形成并聯電路。
【文檔編號】H02K5/10GK105871144SQ201610347953
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月24日
【發明人】李申, 范小斌, 孟東根, 仲曉偉
【申請人】海安縣申菱電器制造有限公司