基于非晶合金的一体化永磁无刷直流电动机制造技术

基于非晶合金的一体化永磁无刷直流电动机，其要点是：电动机本体和控制器均封装在上部壳体端盖和下部壳体端盖所包围的空间内，电枢线圈组由24个线包组成，定子铁心支架带24个线圈护套，定子铁心体是将一条长条形的一边切割有凹凸有序排列的铁基非晶合金带，按照阿基米德螺旋线紧密卷绕而成，成形后的定子铁心体带24个铁心凸极，转子铁心体为铁基非晶合金组成的圆柱体，钕铁硼永磁块以浅掩埋方式嵌入转子铁心体的圆柱体轴向平面中，并安装在轴套上，转动轴穿过轴套与转子铁心体形成一体，双核单片机和控制元件焊接在PCB板上，功率VMOS管通过定位装配孔固定在铝合金散热环上，结构紧凑，是一种新型节能永磁无刷直流电动机。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的基于非晶合金的一体化永磁无刷直流电动机，主要应用于航天航空、电动汽车、工业机器人、柔性制造系统、新型医疗设备、自动化设备、变速制冷技术和纺织机械众多工业部门。
技术介绍
永磁无刷直流电动机是最近三十年发展起来的新型电动机，与其它类型的电动机相比，它具有以下明显的优势：一是永磁无刷直流电动机没有机械电刷，而是利用电子换相，克服了串励/他励有刷直流电动机因机械电刷换相带来可靠性的问题；二是永磁体安装在转子上，电枢绕组装在定子上，结构简单，导热性能好，电动机产生的热量更容易散发出去，磁场损失也大大减少；三是它的效率与转速永远保持同步关系，不会发生失步和震荡现象；四是永磁无刷直流电动机的励磁来源于永磁体，所以不像交流异步电动机那样需要额外从电网吸取励磁电流，由于转子中无线圈绕组，因此转子上既无铜耗又无铁耗，效率比同容量异步电动机高10%左右，在节约能源、提高功率密度方面具有明显优势。总之，永磁无刷直流电动机结合了直流电动机与交流同步电动机的优点，既具备交流电动机结构简单、运行可靠的优点，又具备直流电动机重量轻、体积小、出力大、动态性能好和调速性能优良的特点，因而在当今国民经济各个领域广泛应用，已经显示出广阔的市场前景和强大生命力。
技术实现思路
技术问题虽然永磁无刷直流电动机具有结构简单、运行可靠、效率高、无励磁损耗、调速性能好和启动转矩较大的优点，但美中不足的是，永磁无刷直流电动机同样也存在以下的问题:1、一个完整的永磁无刷直流电动机系统必须是由电动机本体、转子位置传感器和控制器三部分组成，无刷直流电动机本体不能单独使用，它必须与转子位置传感器、控制器配合才能工作，由于传统的永磁无刷直流电动机与控制器之间连接的线束众多，包括电源线、多相相线和各种控制线，使用辨识非常麻烦，所以在使用上十分不方便。2、置于永磁无刷直流电动机本体内的霍尔位置传感器容易损坏, 由于霍尔位置传感器是嵌入胶封装在定子槽中，所以一旦损坏，难于维修, 而且用于位置传感器的霍尔元件温度特性不好, 在环境恶劣的条件下，容易导致电动机稳定性下降，大大影响了电动机的寿命。3、涉及到无刷直流电动机制造的电工钢片、导电材料，基本上仍沿袭采用传统的硅钢片、普通漆包线，导致铁损和铜损较大，另外，定子铁心加工工艺十年一贯制，基本上是采取多片硅钢片叠加成型的方法，生产效率有待提高，所以，无刷直流电动机的节能降耗仍有很大的提升空间。因此，如何让永磁无刷直流电动机能像三相交流异步电动机一样可以直接加电即可驱动使用，如何实现无刷直流电动机及控制器的机电一体化，如何去除霍尔位置传感器、实现转子的定位有效控制，如何进一步提高永磁无刷直流电动机的高效节能等级，诸如此类的问题，已经成为当前研究永磁无刷直流电动机的技术热点。技术方案为此，本专利技术提出了一种基于非晶合金的一体化永磁无刷直流电动机设计方案，适合额定功率不小于350W的永磁无刷直流电机，其中所述采用的非晶合金材料，是由80%的铁（Fe）、20%的硅（Si）和硼（B）类金属元素所组成，这种非晶合金材料具有长程无序、短程有序的结构特征，由此材料组成的电动机铁心，具有优良的高磁通密度、低磁致伸缩系数和高效磁导率性能，是一种有别于硅钢片的电动机用绿色功能材料。本专利技术所述的一体化设计包括三个方面，其一是电动机本体与控制器采用一体化拓扑结构，即电动机本体与控制器同时装置在同一个电动机壳体内，而不是分开安装再连接使用；其二是定子铁心体不再分别是由多片硅钢片重叠组成，而是由一条铁基非晶合金带按照阿基米德螺旋线一次性卷绕成型；其三转子铁心体不再分别是由多片硅钢片重叠组成，而是由铁基非晶合金圆柱体构成，并在轴向方向嵌入钕铁硼永磁块。其技术方案具体如下：基于非晶合金的一体化永磁无刷直流电动机，由电动机本体部分和控制器两部分组成，电动机本体部分包括：上部壳体端盖、下部壳体端盖、转动轴、出线孔、过线护圈、电枢线圈组、定子铁心支架、定子铁心体、转子铁心体、钕铁硼永磁块、上轴承、下轴承、轴套，控制器部分包括：PCB板、铝合金散热环、功率VMOS管、双核单片机、控制电缆线，其要点在于：电动机本体部分和控制器部分均封装在上部壳体端盖和下部壳体端盖所包围的空间内，所述的定子铁心支架是一个采用阻燃耐高温工程塑料的带24个线圈护套的圆环体，电枢线圈组由24个线包组成，每个线包分别套装在定子铁心支架的线圈护套上，所述的定子铁心体是先将一条长条形的铁基非晶合金带的一条长边上按照有序的间距，通过热切割机或用激光切割出铁心槽，形成具有凹凸有序排列的长条形铁基非晶合金带，然后将其按照阿基米德螺旋线紧密卷绕，成形后的定子铁心体是一个带有24个铁心凸极和铁心槽的空心圆柱体，再将定子铁心体上的24个铁心凸极分别插入定子铁心支架的24个线圈护套中，所述的转子铁心体为铁基非晶合金组成的圆柱体，16块环状的钕铁硼永磁块以浅掩埋方式嵌入转子铁心体轴向的圆柱体平面中，然后将转子铁心体嵌入紧密安装在轴套上，转动轴穿过轴套的中心，与转子铁心体形成一体，所述的控制器元件全部焊接在PCB板上，功率VMOS管采用直插式焊接安装，功率VMOS管的散热面通过定位装配孔用螺丝分别固定在铝合金散热环的功率VMOS管安装固定孔处，所述的铝合金散热环整体上为圆形，但是与功率VMOS管散热面相接触之处却呈平面，铝合金散热环上未安装功率VMOS管的一段开有圆弧缺口，铝合金散热环上带有四个定位凸头，所述的定子铁心支架上有四个定位凹槽，装配时，铝合金散热环通过其四个定位凸头刚好嵌入定子铁心支架的四个定位凹槽中。所述的电机上部壳体端盖和电机下部壳体端盖均为铝合金压铸件，电机上部壳体端盖上有一出线孔，出线孔中安装有过线护圈，控制电缆线的一端焊接在PCB板上，另一端穿过相嵌在出线孔中的过线护圈后引出，电机上部壳体端盖与电机下部壳体端盖之间分别通过四颗固定螺丝固定连成一体。所述的控制电缆线为8芯电缆线，分别代表电源正极（VCC）、地线（GND）、电机启动/停止（ENBL）、电机正反转（F/R）、制动信号(BRK) 、调速（SPEED），VD(+5V)、公共端（COM），其电机启动/停止（ENBL）线外接电机启动/停止开关，电机正反转（F/R）线外接电机正反转开关，制动信号(BRK)线外接制动信号开关踏板，所述的调速（SPEED），VD(+5V)与公共端（COM）外接调速转把。所述的双核单片机除了自带电机控制所必需的捕获/比较单元内核外,芯片内同时集成有高速乘除法运算单元（iMDU）和用于协调旋转矢量数字计算单元（iCORDIC）内核。所述电机上部壳体端盖中有支撑上轴承的上部壳体端盖内圆台阶，电机下部壳体端盖中有出轴孔和支撑下轴承的下部壳体端盖内圆台阶，在PCB板的中央位置有一个中心孔，转动轴的一端穿过PCB板的中心孔后套接上轴承，上轴承再镶嵌入上部壳体端盖内圆台阶内，转动轴的另一端套接下轴承，下轴承镶嵌入下部壳体端盖内圆台阶中，转动轴则从下部壳体端盖上的出轴孔伸出。组成电枢线圈组的24个线包均用无氧铜线（OFC）绕制。转子铁心体上浅掩埋的钕铁硼永磁块与定子铁心体上伸出的铁心凸极在位置上有如下的关系，即16块环状的钕铁硼永磁块所处的外环半径和内环半径分别与定子铁心体上所带的24个铁本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于非晶合金的一体化永磁无刷直流电动机，由电动机本体部分和控制器两部分组成，电动机本体部分包括：上部壳体端盖（1）、下部壳体端盖（2）、转动轴（3）、出线孔（5）、过线护圈（9）、电枢线圈组（12）、定子铁心支架（13）、定子铁心体（15）、转子铁心体（16）、钕铁硼永磁块（17）、上轴承（18）、下轴承（19）、轴套（24），控制器部分包括：PCB板（6）、铝合金散热环（14）、功率VMOS管（7）、双核单片机（8）、控制电缆线（30），其特征在于：电动机本体部分和控制器部分均封装在上部壳体端盖（1）和下部壳体端盖（2）所包围的空间内，所述的定子铁心支架（13）是一个采用阻燃耐高温工程塑料的带24个线圈护套（31）的圆环体，电枢线圈组（12）由24个线包组成，每个线包分别套装在定子铁心支架（13）的线圈护套（21）上，所述的定子铁心体（15）是先将一条长条形的铁基非晶合金带的一条长边上按照有序的间距，通过热切割机或用激光切割出铁心槽（20），形成具有凹凸有序排列的长条形铁基非晶合金带，然后将其按照阿基米德螺旋线紧密卷绕，成形后的定子铁心体（15）是一个带有24个铁心凸极（21）和铁心槽（20）的空心圆柱体，再将定子铁心体（15）上的24个铁心凸极（21）分别插入定子铁心支架（13）的24个线圈护套（31）中，所述的转子铁心体（16）为铁基非晶合金组成的圆柱体，16块环状的钕铁硼永磁块（17）以浅掩埋方式嵌入转子铁心体（16）轴向的圆柱体平面中，然后将转子铁心体（16）嵌入紧密安装在轴套（24）上，转动轴（3）穿过轴套（24）的中心，与转子铁心体（16）形成一体，所述的控制器元件全部焊接在PCB板（6）上，功率VMOS管（7）采用直插式焊接安装，功率VMOS管（7）的散热面通过定位装配孔（22）用螺丝分别固定在铝合金散热环（14）的功率VMOS管安装固定孔（25）处，所述的铝合金散热环（14）整体上为圆形，但是与功率VMOS管（7）散热面相接触之处却呈平面，铝合金散热环（14）上未安装功率VMOS管（7）的一段开有圆弧缺口（23），铝合金散热环（14）上带有四个定位凸头（27），所述的定子铁心支架（13）上有四个定位凹槽（26），装配时，铝合金散热环（14）通过其四个定位凸头（27）刚好嵌入定子铁心支架（13）的四个定位凹槽（26）中。...

【技术特征摘要】
1.基于非晶合金的一体化永磁无刷直流电动机，由电动机本体部分和控制器两部分组成，电动机本体部分包括：上部壳体端盖（1）、下部壳体端盖（2）、转动轴（3）、出线孔（5）、过线护圈（9）、电枢线圈组（12）、定子铁心支架（13）、定子铁心体（15）、转子铁心体（16）、钕铁硼永磁块（17）、上轴承（18）、下轴承（19）、轴套（24），控制器部分包括：PCB板（6）、铝合金散热环（14）、功率VMOS管（7）、双核单片机（8）、控制电缆线（30），其特征在于：电动机本体部分和控制器部分均封装在上部壳体端盖（1）和下部壳体端盖（2）所包围的空间内，所述的定子铁心支架（13）是一个采用阻燃耐高温工程塑料的带24个线圈护套（31）的圆环体，电枢线圈组（12）由24个线包组成，每个线包分别套装在定子铁心支架（13）的线圈护套（21）上，所述的定子铁心体（15）是先将一条长条形的铁基非晶合金带的一条长边上按照有序的间距，通过热切割机或用激光切割出铁心槽（20），形成具有凹凸有序排列的长条形铁基非晶合金带，然后将其按照阿基米德螺旋线紧密卷绕，成形后的定子铁心体（15）是一个带有24个铁心凸极（21）和铁心槽（20）的空心圆柱体，再将定子铁心体（15）上的24个铁心凸极（21）分别插入定子铁心支架（13）的24个线圈护套（31）中，所述的转子铁心体（16）为铁基非晶合金组成的圆柱体，16块环状的钕铁硼永磁块（17）以浅掩埋方式嵌入转子铁心体（16）轴向的圆柱体平面中，然后将转子铁心体（16）嵌入紧密安装在轴套（24）上，转动轴（3）穿过轴套（24）的中心，与转子铁心体（16）形成一体，所述的控制器元件全部焊接在PCB板（6）上，功率VMOS管（7）采用直插式焊接安装，功率VMOS管（7）的散热面通过定位装配孔（22）用螺丝分别固定在铝合金散热环（14）的功率VMOS管安装固定孔（25）处，所述的铝合金散热环（14）整体上为圆形，但是与功率VMOS管（7）散热面相接触之处却呈平面，铝合金散热环（14）上未安装功率VMOS管（7）的一段开有圆弧缺口（23），铝合金散热环（14）上带有四个定位凸头（27），所述的定子铁心支架（13）上有四个定位凹槽（26），装配时，铝合金散热环（14）通过其四个定位凸头（27）刚好嵌入定子铁心支架（13）的四个定位凹槽（26）中。2.根据权利要求1所述的基于非晶合金的一体化永磁无刷直流电动机，其特征在于：所述的电机上部壳体端盖（1）和电机下部壳体端盖（2）均为铝合金压铸件，电机上部壳体端盖（1）上有一出线孔（5），...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭希南，
申请(专利权)人：彭希南，
类型：发明
国别省市：湖南;43