电机及其定位结构研究探讨

电机及其定位结构研究探讨

王长泉，叶文标

浙江露通机电有限公司，浙江省绍兴市312000

摘要：电机是现代工业生产和生活中不可或缺的设备之一，其作用是将电能转化为机械能，并进行控制。电机的定位结构则是电机内部的定子和转子结构，其作用是将电能转化为机械能并进行控制。电机拥有广泛的应用领域且对现代工业生产和生活起着关键性作用。然而现存的定位装置存在位置控制精度不够高以及性能偏差较大等问题，因此现设计了一种电机及其定位结构，取消了安装支架的设置，且提高了定子铁芯与定位板之间的精准度。

关键词：电机；定位结构；精准度；

前言

电机是现代工业生产的基础之一，它将电能转化为机械能，实现工业生产和生活中的各种运动控制。电机的定子是一个不动的磁场产生器，通常由线圈和铁芯组成。电机的转子则是一个旋转的磁场响应器，通常由磁性材料制成。电机的定位结构通过定子和转子之间的磁场作用来将电能转化为机械能，并通过控制电流和磁场的大小和方向来实现对电机运动的控制。电机的定位结构在电机的效率和性能方面起着重要作用。定子和转子之间的磁场作用直接影响电机的输出功率和转矩，同时定位结构的设计和制造质量也会影响电机的运行稳定性和寿命。因此，电机的定位结构在电机设计和制造中具有重要意义。电机的应用领域非常广泛，涉及工业生产和生活中的各个方面。电机广泛应用于机械制造、交通运输、能源开采、家电等领域。其中，电机在工业制造中的应用尤为重要，在机床、冶金、化工、矿山等行业中扮演着至关重要的角色。此外，在现代家庭生活中，电机也扮演着重要的角色，如电视、洗衣机、空调等家电都需要电机来实现其功能。

在电机行业中，多数无刷电机需要一个传感器（板）来侦测电机转子中的磁铁位置，达到电机的良好运转性能，因传感器需要跟定子铁心的径向和轴向位置精准定位，然而，目前一般使用一个安装支架来实现彼此的对位连接，由于三者之间相互配合存在零件尺寸误差和安装过程偏差，位置精度无法有效得到控制，导致电机经常因为传感器信号不良而性能偏差较大，甚至发生电机停机无法启动。因此，针对上述技术问题，现设计了一种电机及其定位结构，取消了安装支架的设置，且提高了定子铁芯与定位板之间的精准度。

1.背景技术

电机及其定位结构是现代工业生产中不可或缺的基础设备，其背后涉及多种技术和学科的进步与发展。首先，电机的发展离不开电学和磁学的进步，电学的发展使得人们能够更好地理解电和磁的关系，从而实现了电磁感应和电动力学的研究，磁学的进步则有助于人们更好地掌握磁场的特性和作用，为电机的磁场设计和优化提供了基础。其次，电机的发展也离不开材料科学和加工技术的进步。电机中使用的磁性材料、导电材料和绝缘材料等都需要具备一定的物理性质和机械性能，而材料科学的发展使得人们能够更好地掌握材料的性质和应用。此外，加工技术的进步也使得电机的制造更加精细和高效。最后，计算机科学和控制理论的进步也推动了电机的发展，计算机科学的发展使得电机的设计、模拟和优化更加智能和高效，同时控制理论的进步也有助于人们更好地控制电机的运行和实现多种运动控制。

2.结构装置及其原理简介

如图1、2所示，现设计的这种电机用定位结构，包括定子铁芯和定位板，定子铁芯用于套设在转子组件外周，定子铁芯设有多个定位脚，多个定位脚沿定子铁芯周向间隔设置，定位脚一端与定子铁芯端部连接，定位脚另一端与定位板连接，定位板用于安装传感器。定子铁芯包括内圈、多个骨架和多个齿片，骨架一端连接内圈，骨架另一端连接齿片，骨架沿内圈周向辐射设置，骨架与齿片一一对应设置，齿片的端部设有定位脚。其次，定位脚则设有定位销，定位板设有供定位销穿过的通孔，定位脚包括第一连接部和与第一连接部相连的第二连接部，第一连接部与定子铁芯端部连接，第二连接部与定位板平行设置，定位销垂直设置在第二连接部朝向定位板的一面，定子铁芯包覆有包塑体，包塑体包覆在骨架的外周，内圈和齿片远离骨架的一面暴露在包塑体之外。包塑体的材质为绝缘材料，包塑体通过注塑工艺一体成型。齿片与相邻齿片之间具有槽口，槽口用于与传感器对应设置。

在电机用的定位结构中，定位脚将定子铁芯直接与定位板连接，定子铁芯直接通过定位脚安装在定位板上，取消了安装支架的设置，简化了结构的同时提高了定子铁芯与定位板之间的精准度。定位脚可与定子铁芯一体加工成型，定子铁芯用于套设在转子组件外周，定子铁芯设有多个定位脚，多个定位脚沿定子铁芯周向间隔设置，定位脚一端与定子铁芯端部连接，定位脚另一端与定位板连接，定位板用于安装传感器。定位脚将定子铁芯直接与定位板连接，定子铁芯直接通过定位脚安装在定位板上，取消了安装支架的设置，提高了定子铁芯与定位板之间的精准度。定位脚可与定子铁芯一体加工成型。

其次，定子铁芯包括内圈、多个骨架和多个齿片，骨架一端连接内圈，骨架另一端连接齿片，骨架沿内圈周向辐射设置，骨架与齿片一一对应设置，齿片的端部设有定位脚。定位脚设有定位销，定位板设有供定位销穿过的通孔。定位销与通孔的配合，使定位脚与定位板精准连接。定位脚包括第一连接部和与第一连接部相连的第二连接部，第一连接部与定子铁芯端部连接，第二连接部与定位板平行设置。第一连接部与定子铁芯上齿片的端部连接，第二连接部与定位板平行设置，定位销垂直设置在第二连接部朝向定位板的一面，确保第一定位板上的定位销垂直向下插入定位板上的通孔。定子铁芯包覆有包塑体，包塑体包覆在骨架的外周，内圈和齿片远离骨架的一面暴露在包塑体之外。骨架包覆有包塑体之后增加绝缘效果，在包塑体外侧缠绕线圈绕组。包塑体的材质为绝缘材料，包塑体通过注塑工艺一体成型。齿片与相邻齿片之间具有槽口，槽口用于与传感器对应设置。定位板上的传感器通过槽口感应定子铁芯内圈里转子磁铁的位置，槽口中心线与传感器中心线之间的夹角可根据需要设置。

3.不同类型电机及其定位结构的优缺点分析

不同类型的电机和定位结构有各自的优缺点。对于直流电机来说，其定位结构包括电枢和磁极。直流电机的优点是速度调节范围广，响应速度快，转矩大，适用于高速和高精度的运动控制。然而，直流电机的碳刷磨损严重，需要经常更换。此外，直流电机的能效较低，噪音较大。而交流电机的定位结构通常由定子和转子组成，其往往具有结构简单，制造成本低等优点，因而适用于低速和低精度的运动控制。然而，交流电机的速度调节范围较窄，响应速度较慢，转矩较小。此外，交流电机的效率和功率因数较低。步进电机的定位结构包括定子和转子。步进电机的优点是精度高，速度稳定，有很好的定位精度和重复性，适用于要求精度高的运动控制。然而，步进电机的噪音较大，转矩较小，不能承受过载。

最后，无刷电机的定位结构包括定子和转子，与传统有刷电机相比，无刷电机的优点是效率高、噪音小、寿命长，并且不需要碳刷。无刷电机的缺点是价格较高，需要驱动电路才能工作。除了不同类型电机的优缺点外，电机定位结构也会影响电机的性能表现。例如，电机的定子和转子之间的空气间隙大小会影响电机的效率和转矩，定子和转子的材料和制造工艺也会影响电机的性能和寿命。在实际应用中，需要根据电机的使用场景和需求来选择合适的电机类型和定位结构。例如，对于需要高精度运动控制的场景，步进电机可能更加适合，而对于需要高效率和长寿命的场景，则无刷电机可能更好。同时，定位结构的优化和改进也可以进一步提升电机的性能和应用范围。

4.电机定位结构未来发展前景

随着科学技术的不断进步和人们需求的不断提高，电机定位结构也在不断发展和改进。首先，当下的热点便是推动电机定位结构走向智能化，未来的电机将不仅能够实现高效、高精度的运动控制，还能够通过智能化技术实现自主学习、自适应控制等功能。例如，电机可以根据不同的工作环境和负载条件自动调整控制参数，实现更加优化的运动控制效果。更加轻量化和紧凑化也是未来发展前景之一，随着机器人和智能制造等领域的快速发展，对电机小型化、轻量化和紧凑化的需求越来越高。未来的电机将会采用新的材料和制造工艺，实现高强度、高刚度和轻量化的结构设计，从而可以满足不同场景下的需求。其次则是更加环保和节能，电机是工业生产中的重要设备，其能耗占到了很大一部分。未来的电机将会采用新的材料、新的制造工艺和新的控制技术，实现更高的能量转换效率和更低的能耗。此外，电机的生产和使用过程也会更加环保，采用可回收材料和再生能源等方式来减少对环境的影响。结语

不同类型电机及其定位结构为电机的应用提供了更多的选择和发展空间，未来电机的发展将在不断的创新和进步中推动着各个领域技术的发展。

参考文献

[1] 无铁心永磁同步直线电机电磁设计研究[A]. 张婷婷；崔皆凡.,2018

[2] 永磁同步直线电动机推力的优化[A]. 韦福东；崔皆凡.,2017

[3] 微机电系统中永磁直线电机结构设计与优化[J]. 解宗梁；许京娟.,2021(23)

[4] 直线电机驱动技术及其应用. 廖沛霖；龚文均；罗静；康津.重庆科技学院学报（自然科学版）,2013