CN101227108A - 集中绕组结构的多相同步电机 - Google Patents

Abstract

集中绕组结构的多相同步电机，本发明涉及电机领域，它解决了传统多相永磁同步电机由齿槽效应引起的定位转矩较大和电机的性能体积比低的问题，以及绕组端部长、铜耗大、绝缘复杂、成本高的缺点。它的电枢绕组为多相对称集中绕组，每相绕组由至少一个线圈，每个线圈绕在一个电枢铁心的齿上；电机的电枢铁心齿距τ_t与极距τ_p之间满足关系mkτ_t＝(mk±1)τ_p，齿数为S＝nm，磁极数为P＝2i，其中m、k、i、n均为自然数，m为电机的相数，m≥3；当S与P为互质数，把S个铁心齿沿周向均分为m组，每相邻的n个齿属于一相，当S与P存在最大公约数j时，把nm个铁心齿均分为mj份，每相邻的n/j个齿属于一相或每隔m－1个齿上的绕组属于一相。它的工艺简单，绕组的端部短，绝缘容易，电机的效率高、成本低。

Description

集中绕组结构的多相同步电机

技术领域

本发明涉及电机领域，具体涉及一种集中绕组结构多相同步电机。

背景技术

传统的多相永磁同步电机的结构如图3、图4所示。该电机的每极每相槽数(齿数)必须为大于等于1的整数，即 $\frac{S}{\mathrm{Pm}}\≥n,$ 或 $\frac{S}{P}\≥\mathrm{nm},$ (S为电机的齿数，P为电机的极数，m为电机的相数，m≥3；S、P、m、n均为自然数)，这种结构称为整数槽结构，即电机的每极每相槽数为整数。整数槽结构的永磁同步电机存在的主要问题是：一方面，当电机的外径较小、槽数较少时，由齿槽效应引起的定位转矩较大；另一方面，电机的性能体积比低，这主要是由于当电机应用在低速运行领域时，需要采用多极数结构，但是如果电机的外径较小，则很难提高电机的槽数与极数，当电机的极距τ_p选择得小时，会使电枢铁心齿距τ_t很小，这会降低电枢齿的强度，即电机的齿距τ_t和极距τ_p的选择不容易都达到最好效果；并且由于整数槽绕组的各相绕组端部相互交叉，使得绕组端部长、铜耗大、绕组绝缘复杂，也使制造成本高。

发明内容

本发明为了解决传统多相永磁同步电机由齿槽效应引起的定位转矩较大和电机的性能体积比低的问题，以及整数槽绕组的各相绕组端部相互交叉，使得绕组端部长、铜耗大、绕组绝缘复杂，也使制造成本高的缺点，而提出一种集中绕组结构的多相同步电机。

本发明由定子、转子和气隙组成，定子由机壳1、电枢铁心2和电枢绕组3组成；转子由永磁体4、永磁体磁轭5和转轴6组成，电枢绕组3为多相对称集中绕组，每相绕组由至少一个线圈组成，每个线圈绕在一个电枢铁心2的齿上；电机的电枢铁心2的齿距τ_t与转子永磁体的极距τ_p之间满足mkτ_t＝(mk±1)τ_p关系，其中m、k均为自然数，m为电机的相数，m≥3；电机电枢铁心的齿数为S＝nm，n为自然数，转子永磁体所形成的磁极数为P＝2i，i为自然数；当S与P为互质数，即不存在公约数时，把S个铁心齿沿周向均分为m组，每相邻的n个齿属于一相，n＝1时，1个齿上绕1个线圈构成一相绕组；若n＞1，则每相的相邻两个铁心齿上线圈的绕向相反，共n个线圈串联在一起构成一相绕组；当S与P存在最大公约数j时，把nm个铁心齿均分为mj份，每相邻的n/j个齿属于一相或每隔m-1个齿上的绕组属于一相，n＝1时，1个齿上绕1个线圈构成一相绕组的一个绕组单元，若n＞1，则每相的相邻两个铁心齿上的线圈绕向相反或每隔m-1个齿上的线圈绕向相反，n/j个线圈串联在一起构成一相绕组的一个绕组单元，然后把属于同一相的j个绕组单元串联、并联或混联，构成多相对称绕组中的一相，其它两相绕组的构成相同。

本发明提出一种集中绕组结构的多相同步电机，在原圆周长度上增加永磁体的数量，减小了永磁体的宽度，从而减小永磁体轭部厚度，而且绕组端部长度缩短，使绕组相间绝缘简单，从而可以提高电机单位体积的输出转矩，并可以减小电机的定位转矩和损耗。该电机减小了由齿槽效应引起的定位转矩问题，又能够兼顾电机的齿距τ_t和极距τ_p的选取问题；另外本发明的电机的制造工艺简单，绕组的端部短、电机的效率高、成本低，大大提高了电机的性能。

附图说明

图1为具体实施方式二的结构示意图；图2为具体实施方式三的结构示意图；图3和图4是传统的多相永磁同步电机的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式由定子、转子和气隙组成；定子由机壳1、电枢铁心2和电枢绕组3组成；转子由永磁体4、永磁体磁轭5和转轴6组成；电枢绕组3为多相对称集中绕组，每相绕组由至少一个线圈组成，每个线圈绕在一个电枢铁心2的齿上；电机的电枢铁心2的齿距τ_t与转子永磁体的极距τ_p之间满足mkτ_t＝(mk±1)τ_p关系，其中m、k均为自然数，m为电机的相数，m≥3；电机电枢铁心的齿数为S＝nm，n为自然数，转子永磁体所形成的磁极数为P＝2i，i为自然数；当S与P为互质数，即不存在公约数时，把S个铁心齿沿周向均分为m组，每相邻的n个齿属于一相(如A相)，n＝1时，1个齿上绕1个线圈构成一相绕组(如A相绕组)；若n＞1，则每相的相邻两个铁心齿上线圈的绕向相反，共n个线圈串联在一起构成一相绕组(如A相绕组)；当S与P存在最大公约数j时，把nm个铁心齿均分为mj份，每相邻的n/j个齿属于一相或每隔m-1个齿上的绕组属于一相(如A相)，n＝1时，1个齿上绕1个线圈构成一相绕组(如A相绕组)的一个绕组单元，若n＞1，则每相的相邻两个铁心齿上的线圈绕向相反或每隔m-1个齿上的线圈绕向相反，n/j个线圈串联在一起构成一相绕组(如A相绕组)的一个绕组单元，然后把属于同一相(如A相)的j个绕组单元串联、并联或混联，构成多相对称绕组(A、B、C相)中的一相(如A相绕组)，其它两相(B、C相)绕组的构成以此类推。电机既可以作成径向单定子结构，也可以作成径向双定子结构；电机的转子还可以为磁阻转子。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于电机转子为内嵌永磁体结构，电枢铁心2的齿数S＝12、转子永磁体为10极，即m＝3，k＝2，p＝10，因此6τ_t＝5τ_p；每相电枢绕组2由4个线圈构成，每个线圈都绕在电枢铁心2的齿上，电枢绕组2为三相绕组对称绕组，每隔两个电枢齿上的线圈属于同一相(如31和32属于A相)，这两个线圈(如31和32)的绕向相反，二者既可以串联，也可以并联，其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于电机转子为表面永磁体结构，电枢铁心2的齿数S＝12、转子永磁体为10极，即m＝3，k＝2，p＝10，因此6τ_t＝5τ_p。每相电枢绕组2由4个线圈构成，每个线圈都绕在电枢铁心2的齿上，电枢绕组2为三相绕组对称绕组，每相邻两个电枢齿上的线圈属于同一相(如31和32属于A相)，这两个线圈(如31和32)的绕向相反，二者既可以串联，也可以并联。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

Claims (1)

1.集中绕组结构的多相同步电机，它由定子、转子和气隙组成，定子由机壳(1)、电枢铁心(2)和电枢绕组(3)组成；转子由永磁体(4)、永磁体磁轭(5)和转轴(6)组成，电枢绕组(3)为多相对称集中绕组，每相绕组由至少一个线圈组成，每个线圈绕在一个电枢铁心(2)的齿上；其特征在于电机的电枢铁心(2)的齿距τ_t与转子永磁体的极距τ_p之间满足mkτ_t＝(mk±1)τ_p关系，其中m、k均为自然数，m为电机的相数，m≥3；电机电枢铁心的齿数为S＝nm，n为自然数，转子永磁体所形成的磁极数为P＝2i，i为自然数；当S与P为互质数，即不存在公约数时，把S个铁心齿沿周向均分为m组，每相邻的n个齿属于一相，n＝1时，1个齿上绕1个线圈构成一相绕组；若n＞1，则每相的相邻两个铁心齿上线圈的绕向相反，共n个线圈串联在一起构成一相绕组；当S与P存在最大公约数j时，把nm个铁心齿均分为mj份，每相邻的n/j个齿属于一相或每隔m-1个齿上的绕组属于一相，n＝1时，1个齿上绕1个线圈构成一相绕组的一个绕组单元，若n＞1，则每相的相邻两个铁心齿上的线圈绕向相反或每隔m-1个齿上的线圈绕向相反，n/j个线圈串联在一起构成一相绕组的一个绕组单元，然后把属于同一相的j个绕组单元串联、并联或混联，构成多相对称绕组中的一相，其它两相绕组的构成相同。

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