一种无刷电机的制作方法

本发明涉及一种无刷电机，属于电机技术领域。

背景技术：

随着永磁材料性能的不断提高，无刷电机在汽车行业得到越来越广泛地应用。汽车行业对无刷电机有特殊的要求，1）安装位置很有限，并且电机质量要轻，还要求电机有一定的输出功率，即电机的功率密度要大；2）低齿槽转矩的无刷电机来提升舒适性和平稳性；3）电机成本要低；4）转动惯量要小。

在无刷电机设计中，最大的困难是电机的功率密度不能满足eps（电动助力转向系统）的要求和电机齿槽转矩大。影响无刷电机功率密度和齿槽转矩的因素很多又复杂，一旦某个电磁参数选取不当，就有可能降低无刷电机功率密度，增加电机齿槽转矩，导致其无法更好的适用于在现代传统汽车、新能源汽车和智能无人驾驶汽车的助力转向系统和电动刹车系统上。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供一种齿槽转矩和转动惯量更低，最高转速裕度和功率密度更高的无刷电机，以便更好的应用于现代传统汽车、新能源汽车和智能无人驾驶汽车的助力转向系统和电动刹车系统。

本发明的技术方案是：一种无刷电机，包括定子、设于定子中心的转子和固定转子的转轴，定子包括由定子组块拼接形成的环形定子铁芯，每个定子组块上沿径向向内成型有用于缠绕线圈的定子齿；而转子包括转子铁芯和固定其上呈圆周等角度间隔分布的转子磁极；其特征在于各定子齿的内表面为偏心圆弧面，其偏心圆弧的中心相对环形定子铁芯的中心的偏心距为l，所有偏心圆弧的中心位于以环形定子铁芯的中心为圆心l为半径的圆上；而转子磁极为插入式，每段转子铁芯上开有供对应的转子磁极插入的插孔，同时转子铁芯外圆周上对应每个插孔均成型径向朝外的凸部，这种凸部的外轮廓形状均为相同的对称形状，包括顶弧段和对称连于顶弧段两侧的直线段，而圆周上相邻凸部的直线段之间通过底弧段相连。

进一步的，本发明中所述偏心距l为5mm~6mm。

进一步的，本发明中转轴上沿其轴向设有两段以上等间距分布的所述转子铁芯，相邻的转子铁芯之间相错设置。

更进一步的，本发明中当所述转子铁芯为三段以上时，相邻两段转子铁芯的相错角度都是相同的。

进一步的，本发明中单个所述转子铁芯上的转子磁极数量为8个或10个或14个。

进一步的，本发明中所述顶弧段和底弧段为同心圆弧段（均为径向向外凸出的圆弧段），并且顶弧段的电角度为85°（也即顶弧段对应的圆心角，圆心为转子铁芯的中心），而底弧段的电角度为4.5°（也即底弧段对应的圆心角，圆心为转子铁芯的中心）。

更进一步的，本发明中所述顶弧段的圆弧半径减去底弧段的圆弧半径=0.5mm。

进一步的，本发明中所述转子磁极为方形磁钢。

进一步的，本发明中转子铁芯上沿轴向还开有围绕其中心呈圆周等角度间隔分布的若干定位通孔。定位通孔的设计可用于多段转子铁芯相错角度装配时的定位，也可作为减重部，用以减轻转子铁芯乃至整个转子的重量，减小转子的转动惯量。

更进一步的，本发明中所述定位通孔的数量与转子磁极数量相同。

本发明与现有技术相比的优点是：

1）本发明通过优化的定子齿内圆表面和转子铁芯结构，使得电机气隙磁场波形呈正弦分布，在满足电机性能的前提下进一步减小了电机的齿槽转矩，降低了转子转动惯量，提高了电机功率密度，保证了其工作稳定性和可靠性，从而更好的适用在现代传统汽车、新能源汽车和智能无人驾驶汽车用助力转向系统和电动刹车系统上。

2）本发明采用内嵌转子磁极的方式进一步提高了转子最高转速裕度，提高了电机工作性能。

3）本发明结构简单，工艺成本较低，适宜推广。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明一种具体实施例的主视图；

图2为图1实施例中定子的单独主视图（去除线圈）；

图3为图1实施例中转子的单独主视图；

图4为图3转子的立体结构示意图；

图5为本发明另一具体实施例的转子立体结构示意图。

其中：1、环形定子铁芯；1a、定子组块；1b、定子齿；2、转子铁芯；2a、插孔；2b、定位通孔；2c、装配孔；3、转子磁极；4、凸部；5、偏心圆弧面；6、线圈；r1、顶弧段；a、直线段；r2、底弧段；r、偏心圆弧半径；l、偏心圆弧的中心相对环形定子铁芯的中心的偏心距；o1、偏心圆弧的中心所在的圆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：结合图1~图4所示为本发明一种无刷电机的具体实施方式，其由定子、设于定子中心的转子和固定转子的转轴（图中省略）共同组成。其中定子具有由12个定子组块1a拼接形成的环形定子铁芯1，同常规技术一样，定子组块1a的左右两侧开有键和槽以便拼接。每个定子组块1a上沿径向向内成型有用于缠绕线圈6的定子齿1b，具体如图2所示，本发明的一个改进在于将各定子齿1b的内表面设计为偏心圆弧面5，且这种偏心圆弧面5的偏心圆弧的中心相对环形定子铁芯1的中心的偏心距为l，所有偏心圆弧的中心位于以环形定子铁芯1的中心为圆心l为半径的圆o1上。本实施例中所述偏心距l=5.482mm。

再来看转子，本发明中的转子同样由转子铁芯2和固定其上呈圆周等角度间隔分布的10个转子磁极3共同构成。同常规技术一样转子铁芯2中心设装配孔2c用于同转轴固连，且转轴上沿轴向仅设置一个转子铁芯2。结合图3所示，本发明中对于转子的改进为：将转子磁极3设计为插入式，每段转子铁芯2上开有供对应的转子磁极3插入的插孔2a，同时转子铁芯2外圆周上对应每个插孔2a均成型径向朝外的凸部4，这种凸部4的外轮廓形状均为相同的对称形状，由顶弧段r1和对称连于顶弧段r1两侧的直线段a构成，并且圆周上相邻凸部4的直线段a之间通过底弧段r2相连。

本实施例中，所述凸部4的顶弧段r1与底弧段r2为同心圆弧段，其中顶弧段r1的圆弧半径为21.5mm，电角度85°；而底弧段r2的圆弧半径为21mm，电角度4.5°。底弧段r2的圆弧半径与顶弧段r1的圆弧半径相差0.5mm。

本实施例中所述转子磁极3为方形磁钢。

同时，本实施例中转子铁芯2上沿轴向还开有围绕其中心呈圆周等角度间隔分布的10个定位通孔2b，每个定位通孔2b均与转子磁极3相对应。

本实施例的这种无刷电机，其电机相数为3，额定电压12v,额定电流80a,额定转速2010rpm，最高转速≥9400rpm，齿槽转矩≤20mn.m@30rpm，转矩脉动≤0.081n.m@30rpm&2.7n.m。

本发明由于通过优化的定子齿内圆表面和转子铁芯结构，使得电机气隙磁场波形呈正弦分布，在满足电机性能的前提下进一步减小了电机的齿槽转矩，降低了转子转动惯量，提高了电机功率密度，保证了其工作稳定性和可靠性，从而更好的适用在现代传统汽车、新能源汽车和智能无人驾驶汽车用助力转向系统和电动刹车系统上。

本发明采用内嵌转子磁极的方式进一步提高了转子最高转速裕度，提高了电机工作性能。

并且本发明结构简单，工艺成本较低，适宜推广。

实施例2：我们还提供本案另一实施例，该实施例中的转子是由沿转轴轴向设置的两段转子铁芯2及相应转子磁极3所构成，并且这两段转子铁芯2相错设置，相错角度为3°，具体如图5所示。本实施例其它完全同实施例1，完全可以参见其表述和图1~图4。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。