[发明专利]基于模块化方式构建定子磁路的外转子无刷直流电机

说明书

技术领域

本发明涉及外转子无刷直流电机，特别是涉及用非晶态合金叠片构建定子磁路的外转子无刷直流电机。

背景技术

无刷直流电机因为取消了机械换向器和滑动导电的碳刷而大大缩短了轴向长度，也减轻了日常维护工作，延长了电机的使用寿命。无刷直流电机既具有普通直流电机调速方便、适合牵引用途的优良特性，又具有交流电机结构简单、运行可靠的优点。它将电子线路与电机融为一体，将先进的电子技术应用于电机领域。参见图5，无刷直流电机包括电机本体100、转子位置传感器610和电子换向电路600三大部分。图中直流电源通过电子换向电路600向电机本体100的定子绕组供电，电机本体100永磁转子的旋转位置由转子位置传感器610检测并提供信号，去控制电子换向电路600中电力电子开关电路640各开关器件导通或截止，从而控制电机本体100的转子旋转。为适应较大功率的牵引用途以及调节速度的需要，所述导通或截止还再要使用脉冲宽度调制，即PWM处理，使得输入电机本体100定子绕组的电压可以按照转速要求进行调节，并且可以一并实施正弦-脉宽调制S-PWM电流基本上是正弦波。以便更进一步降低损耗和减少噪音。

现有技术外转子无刷直流电机，是将嵌有集中绕组的定子置于近轴位置，而将内面贴有高磁能积钕铁硼合金永磁体的钢质杯形结构作为外转子，从而进一步降低了电机的轴向长度，同时也使转子能承受更高的转速。所以外转子无刷直流电机在薄型风扇、电力助动车等领域获得了广泛应用。

为进一步提高外转子无刷直流电机单位重量和单位体积的功率，就需要继续提高它的额定转速，这意味着所述电子换向电路输入电机定子绕组的电流会有更高频率，会远超过300～400Hz的频率范围，会令现有技术电机定子所用硅钢叠片材料因铁损太大而无法胜任。如所周知，非晶态合金是利用快速凝固技术制造的新型材料，具有优异的软磁性能，即高饱和磁感应强度、高导磁率、低矫顽力、高电阻率和极低的涡流效应，因此，所述非晶态合金的优点是铁损很小。利用非晶态合金的上述特点，现有技术采用非晶态合金替代传统的硅钢片、坡莫合金以及铁氧体来制造电机的磁路部分，有效克服了现有技术电机的上述缺点。中国发明专利申请200810007282.2就公开了一种非晶合金定子铁芯的制备方法，即将非晶合金带材切片，并经过叠片、退火、粘结和切割等处理而制成一个完整的电机定子。

但是，在工业应用中，所述非晶态合金材料是将钢水直接铸造成0.03毫米厚度的带状材料。由于制造非晶态合金带材存在技术局限性，使得所述带材的宽度目前最大只能达到84mm，如果采用上述专利申请公开的定子铁芯制备方法制造外转子无刷直流电机，其定子铁芯只能做得很小，其最大直径不会超过84mm，只能适用于需要微型或者部分小型电机的场合，不能满足电力助动车和电动汽车等的牵引电动机或者其它应用场合的要求，大大制约了以非晶态合金构建定子磁路的各种牵引电机的发展势头。

用非晶态合金构建定子磁路来制造外转子无刷直流牵引电机，有着巨大的技术优势。首先，外转子是一个钢质杯形结构，其内面粘贴钕铁硼合金永磁体，能承受很大的离心力，从而可以设计出几十千瓦功率、额定转速达10,000r.p.m.的电机。其次，定子在近轴部位，径向尺寸不大，有利于采用材料宽度受限制(不大于84mm)的市售非晶态合金层叠棒制做定子磁路结构，以适应高额定转速的400Hz～1kHz中频驱动电流，而本发明提出的“基于模块化方式构建定子磁路”的电机结构设计，可以拼接制造出直径远大于84mm的非晶态合金叠片定子结构，从而可批量生产更大功率的外转子无刷直流牵引电机。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出一种基于模块化方式构建定子磁路的外转子无刷直流电机，使产生磁场的定子的尺寸不再受到非晶态合金带材的宽度限制，从而可以按实际需求制造相应体积的外转子无刷直流电机。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

设计、制造一种基于模块化方式构建定子磁路的外转子无刷直流电机，包括电机外壳，各磁极上绕有集中绕组的定子，以及内面粘贴有永磁体磁极的杯形结构外转子，在所述定子轴向一端的外方固定有电子换向电路板，该电路板上设置有转子位置传感器；所述转子杯形结构之底端紧配合或者借助联结键固定在电机轴上；尤其是，所述定子之铁芯部分包括N块互相联结拼合成圆环状柱体的非晶态合金定子模块，所述定子模块是由非晶态合金片层叠、压紧，然后切割成具有径向厚度t的瓦片状弧形柱面体，该柱面体内壁切割有轴向槽位，形成适合缠绕集中绕组的各凸极；此处N≥2。