本發(fā)明涉及永磁同步電機(jī)生產(chǎn)，特別是一種定子模塊化低速大容量直驅(qū)永磁同步電機(jī)及加工方法。

背景技術(shù)：

1、永磁電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩、高轉(zhuǎn)矩密度、高效率和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單等顯著優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電、家用電器、高端設(shè)備、工業(yè)伺服等各個(gè)行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。永磁電機(jī)的容量與轉(zhuǎn)速范圍都很大，容量可以從微型到大型，轉(zhuǎn)速可以從極低速到超高速，不需要中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)直接滿足不同轉(zhuǎn)速的負(fù)載需求，因此永磁電機(jī)作為直驅(qū)電機(jī)非常有優(yōu)勢。例如，在高速領(lǐng)域，電主軸采用永磁電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸，具有體積小、效率高、精度高的優(yōu)勢；飛輪儲(chǔ)能直接把永磁電機(jī)與飛輪同軸連接，同時(shí)作為電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。在低速領(lǐng)域，直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用了大型的低速永磁同步電機(jī)，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)直接帶動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)；抽油機(jī)、攪拌機(jī)、磨煤機(jī)等將低速永磁同步電機(jī)直接與負(fù)載相連接，驅(qū)動(dòng)負(fù)載低速運(yùn)行。這些直驅(qū)系統(tǒng)，由于采用永磁電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)，取消了齒輪、皮帶等中間環(huán)節(jié)，不僅簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提升了系統(tǒng)效率，而且提高了系統(tǒng)的可靠性，尤其對于減速比大的應(yīng)用場合。

2、攪拌機(jī)通常是一種需要低速大轉(zhuǎn)矩的設(shè)備，應(yīng)用場所非常廣泛，例如化工、醫(yī)藥、食品、建筑等行業(yè)，這些設(shè)備容量大，工作時(shí)間長，耗電量巨大，雖然目前很多設(shè)備進(jìn)行了變頻驅(qū)動(dòng)的技術(shù)改造，也有的設(shè)備進(jìn)一步采用了永磁同步電機(jī)來替代感應(yīng)電機(jī)，提升了系統(tǒng)效率，但是中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的損耗仍然存在，此時(shí)如果采用低速永磁同步電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)就可以消除這些損耗，提升系統(tǒng)效率，節(jié)約用電，給用戶帶來經(jīng)濟(jì)效益。

3、低速大容量永磁同步電機(jī)的工作原理與普通的永磁同步電機(jī)相同，詳細(xì)如下所述：定子為電樞部分，三相電樞繞組通入交流電時(shí)，會(huì)在氣隙中產(chǎn)生電樞磁場。同時(shí)，轉(zhuǎn)子永磁磁極在氣隙中產(chǎn)生勵(lì)磁磁場。上述電樞磁場與永磁勵(lì)磁磁場共同構(gòu)成氣隙磁場。起動(dòng)時(shí)，定子輸入低頻電流，產(chǎn)生低速行波磁場，把轉(zhuǎn)子磁極牽入同步，電樞磁場和永磁磁場相對靜止，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。隨著電源頻率提升，轉(zhuǎn)子速度提升，直到額定轉(zhuǎn)速，針對攪拌機(jī)等應(yīng)用，由于運(yùn)行轉(zhuǎn)速很低(每分鐘幾十轉(zhuǎn))，低速大容量永磁同步電機(jī)極數(shù)很多，直徑很大，成本對于推廣應(yīng)用非常重要，為了降低成本，設(shè)計(jì)易于加工的模塊化結(jié)構(gòu)非常重要。

4、永磁同步電機(jī)主要有以下幾種類型：面貼式結(jié)構(gòu)和嵌入式結(jié)構(gòu)，面貼式結(jié)構(gòu)把永磁體貼在實(shí)心轉(zhuǎn)子表面，具有結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，易于斜極，控制簡單等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩密度較低，嵌入式結(jié)構(gòu)把永磁體嵌入轉(zhuǎn)子疊片鐵心內(nèi)，具有轉(zhuǎn)矩密度高、易于弱磁擴(kuò)速等優(yōu)點(diǎn)，但也存在控制復(fù)雜、轉(zhuǎn)子斜極困難等缺點(diǎn)，面貼式與嵌入式結(jié)構(gòu)的電樞繞組可以采用三相疊繞組，也可以采用端部非重疊繞組，前者電機(jī)氣隙磁場諧波小，繞組端部長，加工困難；后者氣隙磁場的諧波較大，但繞組端部短，易于加工，可靠性高。

5、現(xiàn)有授權(quán)公告號(hào)為cn220307013u的中國專利公開了一種模塊化定子永磁同步電機(jī)，每個(gè)定子鐵芯結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)定子鐵芯環(huán)繞結(jié)構(gòu)相同的電樞繞組，定子齒靠近凸極式轉(zhuǎn)子的表面貼永磁體，每個(gè)定子齒兩側(cè)表面分別嵌繞電樞繞組，電樞繞組采用三相繞組結(jié)構(gòu)；電樞繞組的形狀為條狀，凸極式轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軛和轉(zhuǎn)子齒，轉(zhuǎn)子軛沿圓周方向均勻分布若干個(gè)轉(zhuǎn)子齒，具有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低、加工簡單的優(yōu)點(diǎn)，可以被廣泛運(yùn)用于伺服電機(jī)、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。

6、但是上述方案中定子鐵心裝配位置較為隨機(jī)，無法確定最佳的轉(zhuǎn)子定子配合位置關(guān)系，導(dǎo)致電機(jī)應(yīng)用在需要低速大容量的場景時(shí)無法保證最優(yōu)運(yùn)行效率，存在較大的精度誤差，同時(shí)加工難度較高，導(dǎo)致成本高效率慢，對于轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與永磁體渦流問題無法解決，最后無法根據(jù)裝配好的電機(jī)數(shù)據(jù)模型對后續(xù)電機(jī)設(shè)計(jì)裝配進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，具有局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本技術(shù)的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會(huì)做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

2、鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出了本發(fā)明。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種定子模塊化低速大容量直驅(qū)永磁同步電機(jī)，包括定子與轉(zhuǎn)子，所述電機(jī)采用近槽配合結(jié)構(gòu)，從外到內(nèi)依次安裝有定子、轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸，所述定子包括模塊化電樞鐵心和端部非重疊三相電樞繞組；所述定子還包括外殼、定子鐵心和電樞繞組，所述定子鐵心由多段模塊化鐵心組合而成，所述定子鐵心分段位置為各個(gè)槽和齒中央，各個(gè)多段模塊化鐵心通過設(shè)于軛部的固定鍵條連接到電機(jī)外殼上；所述轉(zhuǎn)子的永磁磁極上的永磁體采用多極分段結(jié)構(gòu)，所述永磁體分段錯(cuò)位貼在轉(zhuǎn)子背鐵上，各個(gè)所述永磁體采用分段斜極方式排列。

4、作為本發(fā)明所述定子模塊化低速大容量直驅(qū)永磁同步電機(jī)的一種優(yōu)選方案，其中：所述定子鐵心采用模塊化結(jié)構(gòu)，分段位置為所述槽中間或所述齒中間，分段數(shù)為預(yù)設(shè)值，由加工需求來決定，相鄰定子鐵心的段之間留有安裝間隙。

5、作為本發(fā)明所述定子模塊化低速大容量直驅(qū)永磁同步電機(jī)的一種優(yōu)選方案，其中：每段所述定子鐵心的軛部設(shè)有3～5個(gè)固定鍵條，通過所述固定鍵條將定子鐵心直接連接在外殼，所述固定鍵條通過高強(qiáng)度螺栓與所述外殼相連。

6、作為本發(fā)明所述定子模塊化低速大容量直驅(qū)永磁同步電機(jī)的一種優(yōu)選方案，其中：所述電機(jī)支持的最小單元為6槽5極結(jié)構(gòu)和3槽2極結(jié)構(gòu)。

7、作為本發(fā)明所述定子模塊化低速大容量直驅(qū)永磁同步電機(jī)的一種優(yōu)選方案，其中：所述定子鐵心采用開口槽，扁線成型繞組嵌套在每個(gè)定子的齒上，槽口再采用不導(dǎo)磁槽楔或磁性槽楔壓緊。

8、作為本發(fā)明所述定子模塊化低速大容量直驅(qū)永磁同步電機(jī)的一種優(yōu)選方案，其中：所述轉(zhuǎn)子的永磁磁極采用多極結(jié)構(gòu)，所述永磁體采用瓦片型結(jié)構(gòu)，所述永磁體的極數(shù)大于等于60極時(shí)，轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速在40r/min以下，所述永磁體采用分段斜極方式，面貼式永磁磁極的段數(shù)在5段以上。

9、作為本發(fā)明所述定子模塊化低速大容量直驅(qū)永磁同步電機(jī)的一種優(yōu)選方案，其中：所述的轉(zhuǎn)子內(nèi)部采用輪輻結(jié)構(gòu)，所述輪輻結(jié)構(gòu)用于支撐與通風(fēng)。

10、本發(fā)明還公開了一種加工方法，應(yīng)用于定子模塊化低速大容量直驅(qū)永磁同步電機(jī)上，所述加工方法的步驟如下：

11、s1、對定子鐵心進(jìn)行分段設(shè)計(jì)加工，將定子鐵心的片進(jìn)行疊壓固定形成鐵心模塊，各個(gè)定子鐵心模塊間通過固定鍵條連接，將多個(gè)鐵心模塊通過高強(qiáng)度螺栓與外殼固定連接；

12、s2、加工磁性開口槽楔，采用嵌入工藝將槽楔牢固安裝到槽口中，使用自動(dòng)繞線機(jī)一次完成一相繞組的繞制，完成繞制后將各個(gè)繞組依次嵌入鐵心槽中，并完成接線，最后使用浸漆工藝進(jìn)行絕緣處理；

13、s3、進(jìn)行磁場優(yōu)化與仿真，通過電磁場仿真技術(shù)優(yōu)化定子鐵心模塊的磁場分布，利用有限元方法可以求解電機(jī)內(nèi)部的磁場分布，得到磁通密度和磁場強(qiáng)度的詳細(xì)矢量場。

14、作為本發(fā)明所述定子模塊化低速大容量直驅(qū)永磁同步電機(jī)加工方法的一種優(yōu)選方案，其中：還包括，s4、根據(jù)仿真結(jié)果確定各個(gè)永磁體的尺寸和位置并安裝至轉(zhuǎn)子上，永磁磁極采用多極面貼式分段結(jié)構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)子表面，永磁體采用分段斜極方式安裝。

15、作為本發(fā)明所述定子模塊化低速大容量直驅(qū)永磁同步電機(jī)加工方法的一種優(yōu)選方案，其中：還包括，s5、對組裝好的電機(jī)進(jìn)行調(diào)試，通過特定的工裝設(shè)備，將已加工完成的定子和轉(zhuǎn)子組裝在一起，確保同軸度，連接定子繞組并檢查電氣絕緣性能，進(jìn)行無負(fù)載和負(fù)載調(diào)試，檢測電機(jī)的性能參數(shù)，并與電磁場仿真結(jié)果進(jìn)行對比，對比結(jié)果信息反饋至電磁仿真模型中，對后續(xù)加工的轉(zhuǎn)子及永磁體的設(shè)置參數(shù)進(jìn)行修正。

16、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的定子鐵心采用了模塊化結(jié)構(gòu)，分段位置靈活可變，大大減小了定子鐵心的加工難度，適用于需要低速大轉(zhuǎn)矩的直驅(qū)應(yīng)用場合，轉(zhuǎn)子磁極采用模塊化結(jié)構(gòu)，在軸向方向由永磁塊拼接而成，降低了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與永磁體渦流，本發(fā)明采用端部非重疊的三相電樞繞組，扁線成型繞組嵌套在每一個(gè)齒上，槽滿率高，加工方便，成本低，通過該加工方法對電機(jī)進(jìn)行改進(jìn)獲得改進(jìn)方案，保障運(yùn)行效率，磁場優(yōu)化與仿真技術(shù)確保了電機(jī)的電磁性能達(dá)到最佳，智能化裝配與調(diào)試工藝保證生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，通過反饋機(jī)制使得電機(jī)性能和參數(shù)精度提高，從而滿足低轉(zhuǎn)速大容量的使用場景要求。