CN101982930B - 高效率三相无槽永磁电机 - Google Patents

Abstract

高效率三相无槽永磁电机，属于电机领域。本发明解决了现有无槽电机的绕组因数低、功率密度低、损耗大以及温升高的缺点。当电机为圆筒型旋转电机时，电枢铁心为圆环形，固定在电枢铁心临近转子侧的线圈骨架由一个薄壁筒和薄隔板构成，多个薄隔板以电枢铁心的轴线为对称轴呈辐射状均匀分布固定在薄壁筒内，相邻两个薄隔板之间形成行线槽，绕组中的每个线圈的节距均为线圈骨架中相邻四个薄隔板之间的距离，3p个线圈中的半数端部弯曲线圈依次相邻嵌放在薄隔板所形成的行线槽内，且其两端均向定子铁心侧弯曲，其余线圈依次相邻嵌放在其余薄隔板所形成的行线槽内，其中相邻两个平线圈的相邻线圈有效段位于同一个端部弯曲线圈的两个有效段内。

Description

高效率三相无槽永磁电机

技术领域

本发明是涉及一种高效率三相无槽永磁电机，属于电机领域。

背景技术

无槽结构永磁无刷电机集永磁、无刷、无槽于一体，从根本上解决了传统齿槽结构永磁同步电机出力低、力矩波动大、磁滞和涡流损耗大、磁饱和、噪音大、效率低和响应慢等问题。通过采用永磁体励磁，取消了转子上的励磁线圈，高效节能；无刷结构实现了无电刷、无换向器、无火花、功率重量比高；采用无槽结构，绕组分布空间大，散热好，电枢铜耗小，铁芯不饱和，铁耗(涡流、磁滞损耗)小，消除齿槽效应，消除齿槽力矩波动，电枢绕组电感小，系统响应快，同时无槽绕组结构气隙大，可大幅度降低电枢反应的影响，使电机具有运行平稳、过载能力强、噪音低、工作可靠等特点。

图8所示为传统的无槽结构永磁同步电机的结构示意图。该电机为8极6线圈结构，绕组为集中分数槽绕组，6个线圈在圆筒形定子铁心内表面均布。该绕组的优点是端部不相重叠，因此绕组的端部短，绝缘特性好，电机的工艺简单、制造容易。但是该类型绕组的绕组因数低，导致电机的功率密度低、损耗大、温升高。

发明内容

为了解决现有无槽电机的绕组因数低、功率密度低、损耗大以及温升高的缺点，本发明提出一种高效率三相无槽永磁电机。

本发明所述的一种高效率三相无槽永磁电机为圆筒型旋转电机，它由电枢、转子以及气隙构成；电枢由电枢铁心、绕组和线圈骨架组成，电枢铁心为圆环形，线圈骨架由一个薄壁筒和6p块薄隔板构成，p为电机转子永磁体的极对数，p≥2，所述薄壁筒与电枢铁心同轴，并固定在所述电枢铁心的临近转子侧，薄隔板为长条形，各薄隔板以电枢铁心的轴线为对称轴呈辐射状均匀分布固定在薄壁筒的靠近转子侧的侧壁上，并且所有薄隔板所在平面相交于电枢铁心的轴线，相邻的两个薄隔板之间形成贯穿于定子铁心轴向长度的行线槽，绕组由3p个线圈形成，每个线圈的节距相同，均为线圈骨架中相邻四个薄隔板之间的距离，所述3p个线圈中有3p/2个端部弯曲线圈和3p/2个平线圈，所述3p/2个端部弯曲线圈依次相邻嵌放在薄隔板所形成的行线槽内，并且每个端部弯曲线圈的两端均向定子铁心侧弯曲，所述3p/2个平线圈依次相邻嵌放在其余薄隔板所形成的行线槽内，其中相邻两个平线圈的相邻线圈有效段位于同一个端部弯曲线圈的两个有效段内，在所有相连的端部弯曲线圈和平线圈的端部之间插入绕组层间绝缘层，3p个线圈被环氧树脂灌封在线圈骨架内。

上述直线电机，既可以是外转子结构，还可以是内转子结构。

本发明所提供的另一种高效率三相无槽永磁直线电机是平板电机，它由初级、次级以及气隙构成；电机的次级为双边结构，每边次级由轭板和永磁体构成，初级位于两个次级板之间，初级包括线圈、线圈骨架和初级输出板；线圈骨架由一薄板和若干薄隔板1构成，所述薄板与次级平行，薄隔板为长条形，各薄隔板沿动子运动方向等间隔垂直于薄板、并固定在所述薄板上，相邻的两个薄隔板之间形成一个行线槽，3倍行线槽的槽距等于次级极距，所有线圈的形状相同，均是由两个直边和两个端部构成，所述两个端部均向线圈的一侧弯曲，线圈的两个直边之间的距离为线圈节距，该线圈节距等于次级极距，半数线圈的端部向上弯曲放置，其余半数线圈的端部向下弯曲放置，端部向下弯曲的所有线圈依次相邻嵌放到线圈骨架的行线槽中，所有端部向上弯曲的线圈依次相邻嵌入剩余的行线槽内，并且每个端部向下弯曲的线圈的两个直边分别嵌入相邻的两个端部向上弯曲的线圈内的行线槽内，所述线圈内的行线槽是指该线圈的两个直边之间的行线槽，端部向上弯曲的线圈的端部与端部向下弯曲的线圈的端部之间插有绕组层间绝缘，通过环氧树脂灌封使得线圈骨架与所有线圈固定在一起，位于线圈骨架一端的所有线圈端部嵌入初级输出板内，并且所述初级输出板与线圈骨架固定连接。

本发明通过采用整数槽集中绕组，提高了电机的绕组因数。通过采用线圈骨架，不但提高了线圈定位精度，保证了绕组相间和绕组与铁心之间的绝缘性能，还提高了电机的输出转矩和定位精度，进而降低了电机的转矩波动；通过采用特殊的线圈成型方法，减小了绕组端部、绕组电阻和绕组铜耗，提高了电机效率和功率密度。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的圆筒型的高效率三相无槽永磁电机的初级端部结构示意图，图2是在嵌入所有端部弯曲的线圈之后的初级端部结构示意图，图3是图1中次级部分展开立体结构示意图。图4具体实施方式三所述的绕组线圈结构示意图，图5是具体实施方式三所述的直线电机的初级结构示意图，图6所示是具体实施方式三所述的直线电机的次级结构示意图，图7是具体实施方式三所述的直线电机的结构示意图。图8是背景技术中涉及的现有三相无槽永磁电机的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式所述的一种高效率三相无槽永磁电机为圆筒型旋转电机，它由电枢、转子以及气隙构成；电枢由电枢铁心2、绕组和线圈骨架组成，电枢铁心2为圆环形，线圈骨架由一个薄壁筒5和6p块薄隔板1构成，p为电机转子永磁体的极对数，p≥2，所述薄壁筒5与电枢铁心2同轴，并固定在所述电枢铁心2的临近转子侧，薄隔板1为长条形，各薄隔板1以电枢铁心2的轴线为对称轴呈辐射状均匀分布固定在薄壁筒5的靠近转子侧的侧壁上，并且所有薄隔板1所在平面相交于电枢铁心2的轴线，相邻的两个薄隔板1之间形成贯穿于定子铁心轴向长度的行线槽6，绕组由3p个线圈形成，每个线圈的节距相同，均为线圈骨架中相邻四个薄隔板1之间的距离，所述3p个线圈中有3p/2个端部弯曲线圈4和3p/2个平线圈3，所述3p/2个端部弯曲线圈4依次相邻嵌放在薄隔板1所形成的行线槽6内，并且每个端部弯曲线圈4的两端均向定子铁心侧弯曲，所述3p/2个平线圈3依次相邻嵌放在其余薄隔板1所形成的行线槽6内，其中相邻两个平线圈3的相邻线圈有效段位于同一个端部弯曲线圈4的两个有效段内，在所有相连的端部弯曲线圈4和平线圈3的端部之间插入绕组层间绝缘层，3p个线圈被环氧树脂灌封在线圈骨架内。

本实施方式所述的直线电机，既可以是外转子结构，还可以是内转子结构。

参见图1所示，是一种内转子结构的直线电机的端部示意图。图3是图1中部分展开立体结构示意图。在叠放线圈时，首先将端部弯曲的线圈都嵌放在行线槽6内，每个线圈的两个有效段之间有两个行线槽6，当所有端部弯曲的线圈嵌放完毕之后，电机端部参见图2所示。然后，再将平线圈3依次嵌放在其它空的行线槽6内，由于端部弯曲的线圈的端部是朝向定子侧弯曲的，所以，端部弯曲的线圈和直线圈的端部不产生交叉，所以，可以在端部弯曲线圈4的端部和平线圈3的端部之间插入层间绝缘，最后，向已经嵌入有线圈的线圈支架用环氧树脂灌封，使所述线圈支架与所有线圈成为一体。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的高效率三相无槽永磁电机的进一步限定，本实施方式在定子铁心的临近转子侧沿轴向均匀分布开有多个骨架定位槽，所述定位筋嵌入到定位槽中，使得线圈骨架固定于定位筋与骨架定位槽之间。

本实施方式增加了用于固定线圈骨架的装置，使得线圈骨架能够稳定的固定在定子铁心上。

具体实施方式三：本实施方式所述的一种高效率三相无槽永磁直线电机是平板电机，它由初级、次级以及气隙构成；电机的次级为双边结构，每边次级由轭板和永磁体构成，初级位于两个次级板之间，初级包括线圈、线圈骨架和初级输出板；线圈骨架由一薄板和若干薄隔板构成，所述薄板与次级平行，薄隔板为长条形，各薄隔板沿动子运动方向等间隔垂直于薄板、并固定在所述薄板上，相邻的两个薄隔板之间形成一个行线槽，3倍行线槽的槽距等于次级极距，所有线圈的形状相同，均是由两个直边和两个端部构成，所述两个端部均向线圈的一侧弯曲，线圈的两个直边之间的距离为线圈节距，该线圈节距等于次级极距，半数线圈的端部向上弯曲放置，其余半数线圈的端部向下弯曲放置，端部向下弯曲的所有线圈依次相邻嵌放到线圈骨架的行线槽中，所有端部向上弯曲的线圈依次相邻嵌入剩余的行线槽内，并且每个端部向下弯曲的线圈的两个直边分别嵌入相邻的两个端部向上弯曲的线圈内的行线槽内，所述线圈内的行线槽是指该线圈的两个直边之间的行线槽，端部向上弯曲的线圈的端部与端部向下弯曲的线圈的端部之间插有绕组层间绝缘，通过环氧树脂灌封使得线圈骨架与所有线圈固定在一起，位于线圈骨架一端的所有线圈端部嵌入初级输出板内，并且所述初级输出板与线圈骨架固定连接。

本实施方式所述的线圈叠加后的结构参见图4所示，所有线圈端部都是弯曲的，并且弯曲方向不同，因此没有交叉和重叠现象。该种结构的绕组中位于两侧的两个线圈内仅有一个相邻线圈的有效段。

线圈骨架与初级输出板固定连接后的状态参见图5所示，所述初级输出板与线圈固定架固定连接，除了有增加线圈固定架的强度意外，还有引出线圈端部的电气连接引出端的作用，实现线圈与外部的电气连接。

图6所示是本实施方式所述的次级的结构，图7所示直线电机的整体结构示意图。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一或三所述的高效率三相无槽永磁电机中的线圈骨架的材料做的进一步限定，所述线圈骨架采用绝缘材料制作。

一股采用绝缘特性好的非金属材料构成，例如可以采用玻璃钢、绝缘树脂等材料。

所述线圈骨架主要起到隔离和固定的作用，因此所述线圈采用强度高的材料制作，以达到固定和支撑的作用。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式三所述的高效率三相无槽永磁电机的初级结构的进一步限定，本实施方式中的初级为水冷结构。

具体可将绕组表面采用真空浸漆，所述薄板作成水冷腔体，初级绕组固定于该水冷腔体内。

所述水冷腔体形成冷却水的水路。

水冷式的初级结构，能够实现对初级绕组的均匀、高效冷却。

上述各种实施方式中的线圈，可以采用先成型、后嵌放的工艺，还可以采用先嵌放到骨架槽中，然后整形的工艺。

Claims (7)

1.高效率三相无槽永磁电机，该电机是圆筒型旋转电机，它由电枢、转子以及气隙构成；电枢由电枢铁心(2)、绕组和线圈骨架组成，电枢铁心(2)为圆环形，线圈骨架由一个薄壁筒(5)和6p块薄隔板(1)构成，p为电机转子永磁体的极对数，p≥2，所述薄壁筒(5)与电枢铁心(2)同轴，并固定在所述电枢铁心(2)的临近转子侧，薄隔板(1)为长条形，各薄隔板(1)以电枢铁心(2)的轴线为对称轴呈辐射状均匀分布固定在薄壁筒(5)的靠近转子侧的侧壁上，并且所有薄隔板(1)所在平面相交于电枢铁心(2)的轴线，相邻的两个薄隔板(1)之间形成贯穿于电枢铁心轴向长度的行线槽(6)，绕组由3p个线圈形成，每个线圈的节距相同，均为线圈骨架中相邻四个薄隔板(1)之间的距离，所述3p个线圈中有3p/2个端部弯曲线圈(4)和3p/2个平线圈(3)，所述3p/2个端部弯曲线圈(4)依次相邻嵌放在薄隔板(1)所形成的行线槽(6)内，并且每个端部弯曲线圈(4)的两端均向电枢铁心侧弯曲，所述3p/2个平线圈(3)依次相邻嵌放在其余薄隔板(1)所形成的行线槽(6)内，其中相邻两个平线圈(3)的相邻线圈有效段位于同一个端部弯曲线圈(4)的两个有效段内，在所有相邻的端部弯曲线圈(4)和平线圈(3)的端部之间插入绕组层间绝缘层，3p个线圈被环氧树脂灌封在线圈骨架内。

2.根据权利要求1所述的高效率三相无槽永磁电机，其特征在于电枢铁心内侧沿轴向开有骨架定位槽，而骨架外周沿轴向有定位筋，所述定位筋嵌入到定位槽中。

3.高效率三相无槽永磁电机，该电机为平板电机，它由初级、次级以及气隙构成；电机的次级为双边结构，每边次级由轭板和永磁体构成，初级位于两个次级板之间，初级包括线圈、线圈骨架和初级输出板；线圈骨架由一薄板和若干薄隔板构成，所述薄板与次级平行，薄隔板为长条形，各薄隔板沿初级和次级的相对运动方向等间隔垂直于薄板、并固定在所述薄板上，相邻的两个薄隔板之间形成一个行线槽，3倍行线槽的槽距等于次级极距，所有线圈的形状相同，均是由两个直边和两个端部构成，所述两个端部均向线圈的一侧弯曲，线圈的两个直边之间的距离为线圈节距，该线圈节距等于次级极距，半数线圈的端部向上弯曲放置，其余半数线圈的端部向下弯曲放置，端部向下弯曲的所有线圈依次相邻嵌放到线圈骨架的行线槽中，所有端部向上弯曲的线圈依次相邻嵌入剩余的行线槽内，并且每个端部向下弯曲的线圈的两个直边分别嵌入相邻的两个端部向上弯曲的线圈内的行线槽内，所述线圈内的行线槽是指该线圈的两个直边之间的行线槽，端部向上弯曲的线圈的端部与端部向下弯曲的线圈的端部之间插有绕组层间绝缘，通过环氧树脂灌封使得线圈骨架与所有线圈固定在一起，线圈骨架与初级输出板固定连接。

4.根据权利要求1或3所述的高效率三相无槽永磁电机，其特征在于线圈骨架为绝缘材料制成。

5.根据权利要求1或3所述的高效率三相无槽永磁电机，其特征在于线圈骨架的材料为玻璃钢或者绝缘树脂。

6.根据权利要求3所述的高效率三相无槽永磁电机，其特征在于初级为水冷结构。

7.根据权利要求6所述的高效率三相无槽永磁电机，其特征在于绕组表面采用真空浸漆，所述薄板作成水冷腔体，初级绕组固定于该水冷腔体内。

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