CN102124631B - 大直径型方波三相永磁直流电机及其装配方法 - Google Patents

Abstract

一种大直径型方波三相永磁直流电机及其装配方法。转子铁芯上的磁极数为2P。定子铁芯的槽数为Z。定子铁芯的Z个齿中包括Z/2个大齿(6)和Z/2个小齿。在相邻两个大齿(6)之间的轭部各设有一个锲入槽(11)。每个小齿铁芯(8)通过其尾部锲入一个锲入槽(11)而形成每个小齿。每个大齿(6)占圆周电角度150°～234°。每个小齿加上其两侧两个槽口占圆周电角度90°～6°。一个大齿(6)与一个小齿的电角度之和为240°。三相绕组分别绕在Z/2个大齿(6)上，每相有Z/6个集中绕组。装配时，先在大齿(6)上分别绕制绕组，再嵌入小齿。该种电机绕制方便，可用作力矩电动机，或者用作风力发电机。

Description

大直径型方波三相永磁直流电机及其装配方法

技术领域

本发明涉及大直径永磁电机，更具体地说，涉及一种大直径型方波三相永磁直流电机及其装配方法。这种电机可用作力矩电动机、还可用作风力发电机。

背景技术

永磁电动机根据驱动电流及反电势波形可分为正弦波和方波两大类。一般将正弦波永磁电动机称为永磁同步电动机(PMSM)，或称为正弦波交流伺服电动机。另一类方波永磁电动机则称为方波无刷直流电动机(BLDCM)。

永磁电机是可逆的既可用作电动机也可用作发电机。方波永磁发电机的出力比正弦波永磁发电机大π/2，即1.57倍。

80年代期间，方波永磁电动机获得了普遍应用，方波永磁电动机的外特性和有刷直流电动机基本相同，控制比较简单，但其最大的缺点是存在较大的原理性换向力矩波动，对此，研究人员提出了多种补偿措施，但实际应用效果不理想。

由于正弦波永磁电动机的力矩波动则远小于方波永磁电动机，90年代期间，在精密伺服驱动应用场合，方波永磁电动机逐渐被正弦波永磁电动机所替代，目前已经成为现今工业应用的主流。然而，正弦波永磁电动机会导致控制系统复杂性大幅增高和成本大幅增加，更重要的是电动机的力能指标大幅下降。

另一方面，传统方波无刷直流电动机及其控制技术被公认已经成熟，由于前述缺陷，导致其被限定在要求不高的场合应用，国内外对其研究已经很少。

理想电动机应具有体积小、力矩大且力矩波动小、效率高且成本低等特点。但是现实世界中，往往只能兼顾并不能全面满足这种理念。通常设计高性能伺服电动机时，优先顺序为运动控制性能、功率、尺寸、效率和价格。伺服电动机必须克服齿槽效应，具有小的定位力矩、力矩波动或者速度波动，能在低速、大力矩下连续平稳驱动。

产生的力矩波动的原因很多。一般认为，主要原因是：齿槽效应产生的定位力矩，气隙磁场的非正弦分布和三相电流非正弦。齿槽效应直接产生与齿、槽数相关的定位力矩波动；气隙磁场的非正弦分布产生反电势(MMF)谐波与电流谐波产生谐波力矩；因此，伺服电动机的力矩波动是由：各次定位力矩和谐波力矩构成的。其主要谐波次数与齿数、槽数、极数及其互乘数、倍乘数、差拍数有关。

本发明涉及的大极电机又叫集中绕组电机，它具有绕组端部小、铜耗小、结构简单、生产成本低等特点，近十年内发展很快。通常定义每极每相槽数q＝S/(2Pm)的值小于或等于1/2的电机为大极电动机或集中绕组电机，其中S是槽数，m是相数，P是极对数。如图1所示是一个8极9槽大极三相永磁无刷电动机。其中有4个N极、4个S极间隔排列，共8个极；对应设有9个槽，每个槽中装有相邻两个绕组的各一半。例如最上部的N极正对一个齿，其左侧是A+绕组、右侧是A-绕组。其中，槽距电角度为：

反相接线后为20°，分布系数为：

$K_{d1}=\frac{\sin \left(\frac{3\×20}{2}\right)}{3\sin \frac{20}{2}}=0.960$

节距系数为：

$K_{p1}=\sin (\frac{8}{9}\×90)=0.985$

绕组系数：

K_w1＝K_d1K_p1＝0.946

主要定位力矩次数：

K_C＝极×槽/C＝8×9/1＝72

上述公式中，C是极、槽数的最小公约数。该次数Kc与极数的比是8/72＝1/9，即定位力矩的次数为基波的9倍。一般认为各次定位力矩的幅值与次数的数值成反比，或认为各次定位力矩的幅值不大于每相基波力矩的1/9。因此齿槽配合的设计原则是：要求最低次定位力矩的次数相对于基波力矩的次数尽可能大。齿槽配合还会影响电机的材料利用率，即绕组系数，要求绕组系数接近1。

几种“大极电机”的绕组系数和定位力矩次数

	8极9槽	10极9槽	14极15槽	16极15槽	20极21槽	22极21槽
							绕组系数	0.945	0.945	0.957	0.957	0.953	0.953
主要定位力矩次数	72	90	210	240	420	462
							相对于基波力矩的倍数	9	9	15	15	21	21

公开号CN101030721A的发明专利申请中，公开了极、槽数值没有公约数的齿槽配合方案(例如：21槽26极，33槽38极或40极)。另外申请人科勒摩根公司的公开号CN1856921A发明专利申请公开了槽与磁极的比值大于0.75且小于1.0的永磁电动机(例如：36槽46极，30槽38极)。这类永磁电动机以获得正弦型气隙磁场和较小的定位力矩为目标，可惜这类仅仅利用齿槽配合的方法效果很有限，其齿槽效应产生的定位力矩仍比较大，一般只能达到额定力矩的(5～1)％水平。

上述“大极电机”已经在不同场合获得应用。然而单纯通过齿槽配合来减小定位力矩的作用仍不能满足伺服电机的要求。于是又产生了大量通过均匀化气隙磁阻来进一步减小定位力矩的方法，包括：1)无铁芯永磁电机；2)无齿槽永磁电机；3)定子斜槽或永磁转子斜极；4)减小定子槽口；5)永磁体表面削角、正弦化、不均匀气隙、永磁体短距等导致气隙磁场正弦化；6)定子的齿槽不等距分布；7)定子采用每极每相分数槽；8)增加每极槽数；9)加大气隙；10)降低磁负荷。

上述方法都有其利弊，例如：加大气隙、降低磁负荷、采用无铁芯永磁电机和无齿槽永磁电机的方法，导致电机电磁负荷和功率密度下降，并导致气隙磁场正弦化；采用定子斜槽或永磁转子斜极或定子采用每极每相分数槽方法，使生产成本提高，材料利用率下降，并导致气隙磁场正弦化。减小定子槽口使漏磁增加导致损耗变大。采用永磁体表面削角、正弦化、不均匀气隙、永磁体短距等导致气隙磁场正弦化。通常采用定子的齿槽不等距分布的目的也是使得气隙磁场正弦化，上述方法对正弦波伺服电机是传统的有效方法。但传统的方法均不适用于方波伺服电机。

实用新型专利ZL 200720070700.3中，公开一种不等宽结构的低波动永磁无刷电机，其中，定子齿的齿宽大于或小于相邻齿的齿宽或者所述定子槽的槽宽大于或小于相邻槽的槽宽；或者所述转子铁芯的磁极宽度大于或小于相邻磁极的宽度或者所述转子铁芯磁极间的间距大于或小于相邻磁极间的间距。一般来讲采用不同的大小齿(不等宽齿)定子铁芯设计，可能对定位力矩的次数和幅值产生影响，设计不当，将反而导致更大的定位力矩。该实用新型专利还附加转子铁芯磁极不等宽方法，其代价是产生了电机反电势不对称。该实用新型专利还附加定子铁芯的齿内表面为偏心的方法，其代价也是产生了电机反电势不对称。电机反电势不对称对于伺服电机是致命缺陷，该实用新型专利的目标是性能较低的小功率调速驱动电机。

发明内容

本发明要解决现有方波永磁电动机和正弦波永磁电动机所存在的问题，提出一种新原理、新结构、高性能、低成本的大极方波永磁电机。

本发明的技术方案是，提供一种大直径型方波三相永磁直流电机，所述电动机的转子铁芯上装有多对永磁体，定子的槽中装有三相绕组，其中，定子铁芯上的槽数Z、转子铁芯上的磁极数2P之间有下表所示的对应关系，对应于Z个定子槽，相应有Z个齿，其中包括Z/2个大齿、Z/2个小齿：

Z/6个集中绕组，所述集中绕组和齿的排列次序是：大齿上A相集中绕组→小齿→大齿上B相集中绕组→小齿→大齿上C相集中绕组→小齿，依此类推；其中，所述定子铁芯中包括大齿铁芯和Z/2个独立的小齿铁芯，每相邻两个大齿之间的轭部设有一个锲入槽，共有Z/2个锲入槽，每个所述小齿铁芯通过其尾部锲入在所述大齿铁芯的其中一个锲入槽中，进而形成Z/2个小齿。

本发明的优选方案中，所述定子铁芯上相邻大齿与小齿之间的槽的槽口宽度为0.1～3.0mm；每个大齿占圆周电角度150°～234°，每个小齿加上其两侧槽口占圆周电角度90°～6°，且一个大齿与一个小齿的电角度之和等于240°。为进一步减小定位力矩，更优选的方案是，每个大齿占圆周电角度195°～205°，每个小齿加上其两侧槽口占圆周电角度45°～35°。

本发明的另一优选方案中，所述定子铁芯上相邻大齿与小齿之间的槽的槽口宽度为0.1～3.0mm；当Z/2为偶数时，所述大齿中Z/4个为占圆周电角度224°±2°的第一大齿，另Z/4个为占圆周电角度192°±2°的第二大齿；每个小齿加上其两侧槽口占圆周电角度32°±2°；所述各齿之间的排列次序是：第一大齿→小齿→第二大齿→小齿，依此类推；且相邻一组第一大齿、小齿、第二大齿、小齿占圆周电角度之和为480°。

本发明中，所述大齿铁芯可以是一体式的整体大齿铁芯；或者由Z/2个相同结构的单体大齿铁芯组成，相邻两个单体大齿铁芯之间在该两个大齿的定子槽中心线处相互拼接。

本发明中，所述转子铁芯上各个永磁体N、S磁极相间排列，所述永磁体是径向充磁的瓦形磁钢、或者是平行充磁的瓦形磁钢，所述瓦形磁钢为等半径瓦形磁钢或削角瓦形磁钢；所述定子与转子之间的物理气隙为1～4mm；所述转子铁芯上的永磁体的极距为(1～0.8)×πD/4，其中D是转子外径；其中还包括由霍尔位置传感器制成的转子位置传感器，所述霍尔位置传感器的磁敏感方向与转子法线方向相一致，安装于定子支架上，并与转子永磁体外圆之间保持1～3mm的气隙。

本发明中，可将属于同一相的Z/6个集中绕组按圆周顺序依次串联后再引出，形成一组A-A′、B-B′、C-C′三相绕组。针对Z/6的结果双数的电机，还可将属于同一相的Z/6个集中绕组先两两并联成Z/12个并联单元，再依次串联后引出，形成一组A-A′、B-B′、C-C′三相绕组。也可将属于同一相的Z/6个集中绕组分别单独引出，形成Z/6组A-A′、B-B′、C-C′三相绕组。

本发明还提供一种针对前述电机的装配方法，其中，当所述大齿铁芯为一体式的整体大齿铁芯时，在制成所述大齿铁芯后，先对大齿做绝缘处理，再用绕线机在Z/2个大齿上绕制集中绕组，然后将Z/2个所述小齿铁芯分别嵌入所述大齿铁芯的Z/2个锲入槽中，即构成每相具有Z/6个集中绕组的定子铁芯。

本发明还提供一种针对前述电机的另一装配方法，其中，当所述大齿铁芯由Z/2个单体大齿铁芯组成时，先分别对各个单体大齿铁芯做绝缘处理，再用绕线机分别在各个单体大齿铁芯上绕制集中绕组，然后再将Z/2个单体大齿铁芯与三个小齿铁芯按A相单体大齿铁芯→小齿铁芯→B相单体大齿铁芯→小齿铁芯→C相单体大齿铁芯→小齿铁芯的顺序，依次装配，构成具有Z/2个集中绕组的定子铁芯。

由上述方案可知，本发明中的小齿是嵌入式结构，先不装小齿，留出空间使集中绕组的绕制非常方便，即使机器自动绕线也能保证85％以上的槽满率。作为电动机时，其出力比传统正弦波永磁伺服电机大33％，绕组端部比传统正弦波永磁伺服电机小3倍以上，所以铜耗大幅度减少。该电机采用三相方波电流驱动时，能产生平稳的力矩，其力矩波动指标与正弦波永磁伺服电机相当。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中的8极9槽电机的定、转子剖面结构示意图；

图2A是本发明一个优选实施例中电机的定、转子展开结构示意图；

图2B是本发明另一实施例中有第一、第二两种大齿时电机的定、转子展开结构示意图；

图3是本发明一个优选实施例中电机总装结构示意图；

图4A是图2A所示实施例中的定子齿、槽角度分布示意图；

图4B是图2B所示实施例中的定子齿、槽角度分布示意图；

图5A是一体式的整体大齿铁芯的展示结构示意图；

图5B是小齿铁芯的结构示意图；

图5C是一体式的整体大齿铁芯与多个小齿铁芯的配合结构示意图；

图6是由另一实施例分块式定子铁芯的结构示意图；

图7是本发明一个实施例中将多个集中绕组先两两并联再依次串联的示意图。

具体实施方式

图3示出了本发明一个优选实施例中电动机的总装结构，这种电机的主要部件包括转轴30、转子1、定子2等，转子1与定子2之间的物理气隙5为1～4mm。其中采用霍尔位置传感器作为转子位置传感器，霍尔位置传感器的磁敏感方向与转子法线方向相一致，安装在定子支架20上，并与转子磁钢(即永磁体)外圆之间保持1～3mm的气隙。

本发明中，定子铁芯上的槽数Z、转子铁芯上的磁极数2P之间有下表所示的对应关系，其中，槽数为234时，磁极数为156；槽数为264时，磁极数为176；槽数为300时，磁极数为200；对应于Z个定子槽，相应有Z个齿，其中包括Z/2个大齿、Z/2个小齿：

以下描述中，以Z＝276为例，此时磁极数为2P＝184。对于齿、槽、磁极等部件之间的配合结构，如果画成与实物对应的圆环结构将无法清楚显示，所以这里画成了图2所示的展开式结构，即相当于把圆环结构的定子2内圈、转子1外圈分别展开了。其中，在转子铁芯上装有92对184个永磁体，即184个磁极，它们按图2所示的N、S相间排列，以产生气隙磁场。具体实施时，永磁体可以是径向充磁的瓦形磁钢、或者是平行充磁的瓦形磁钢。转子铁芯上的永磁体的极距为(1～0.8)×πD/4，其中D是转子外径。

同时，定子铁芯的槽数Z＝276，对应有276个槽、276个齿；如图5C所示，定子槽4的槽口的宽度(即相邻大齿与小齿下端部之间的间隙)为0.1～3mm；276个齿中包括138个大齿、138个小齿，并在圆周内按大齿→小齿→大齿→小齿的次序循环排布。

本实施例中，三相绕组包括(Z/2＝276/2)＝138个集中绕组，分别用绕线机(定子集中绕组绕线机)直接绕在绝缘处理后的大齿上，集中绕组和齿的排列次序是：大齿上A相集中绕组→小齿→大齿上B相集中绕组→小齿→大齿上C相集中绕组→小齿，依此类推；可见，该电动机有138个集中绕组，A、B、C三相中每相各有(Z/6＝276/6)＝46个集中绕组。

从图4A可以看出，每个大齿占圆周电角度150°～234°，每个小齿加上其两侧槽口占圆周电角度90°～6°，且一个大齿与一个小齿的电角度之和等于240°。为进一步减小定位力矩，每个大齿最好占圆周电角度195°～205°，每个小齿加上其两侧槽口最好占圆周电角度45°～35°

从图4B可以看出，另一实施例中，当Z/2为偶数时，大齿中Z/4个为占圆周电角度224°±2°的第一大齿，另Z/4个为占圆周电角度192°±2°的第二大齿；每个小齿加上其两侧槽口占圆周电角度32°±2°；各齿之间的排列次序是：第一大齿→小齿→第二大齿→小齿→第一大齿→小齿→第二大齿→小齿，依此类推；且相邻一组第一大齿、小齿、第二大齿、小齿占圆周电角度之和为480°。

如图5A、图5B、图5C所示，其中的定子铁芯包括一个一体式的整体大齿铁芯9和138个小齿铁芯8；在大齿铁芯上设有138个大齿6，相邻两个大齿之间的轭部各设有一个锲入槽11，共有138个锲入槽；每个小齿铁芯8通过其尾部锲入在大齿铁芯9的其中一个锲入槽11中。

具体实施时，大齿铁芯9由多层大齿硅钢片组成，每一层大齿硅钢片的轭部和齿部设有定位盲孔12，多层大齿硅钢片通过这些盲孔铆压成整体结构。同样，每一个小齿铁芯8由多层小齿硅钢片组成；每一层小齿硅钢片10上也设有定位盲孔12，多层小齿硅钢片通过这些盲孔铆压成整体结构。本实施例中，大齿铁芯9与各个小齿铁芯8具有相同的硅钢片层数。

从图5A可以看出，其中的锲入槽11为内部大、口部小的燕尾形结构；相应地，图5B中每个小齿铁芯8的尾部也为燕尾形结构，可正好与锲入槽11咬合。

具体装配时，针对这种一体式的整体大齿铁芯，在制成大齿铁芯后，先对大齿做绝缘处理，再用绕线机在138个大齿上绕制集中绕组，然后将138个小齿铁芯分别嵌入大齿铁芯的138个锲入槽中，即构成每相具有46个集中绕组的定子铁芯。

为了使绕线更加方便，在图6所示的实施例中，将具有138个大齿的整体大齿铁芯9以相邻两个大齿之间的定子槽中心线(即各个锲入槽的中心线)为基准切分成138个部分，成为138个单体大齿铁芯。装配时，分别对这138个单体大齿铁芯做绝缘处理，再用绕线机分别在138个单体大齿铁芯上绕制集中绕组，然后将138个已绕制了集中绕组的大齿铁芯与138个小齿铁芯，按A相单体大齿铁芯→小齿铁芯→B相单体大齿铁芯→小齿铁芯→C相单体大齿铁芯→小齿铁芯的顺序，依次装配，构成具有138个集中绕组的定子铁芯。

其中，138个单体大齿铁芯的结构完全相同，便于加工生产，然后可任选138个单体大齿铁芯通过设置凸台、凹孔的方式扣合成一个完整的大齿铁芯，例如采用公告号为CN101371425A的专利中图6所示的卡扣结构。

完成了前述绕制、装配之后，可将属于同一相的46个集中绕组按圆周顺序依次串联后再引出，形成一组A-A′、B-B′、C-C′三相绕组。

另外，也可将属于同一相的46个集中绕组分别单独引出，形成46组A-A′、B-B′、C-C′三相绕组。

如图7所示，还可将属于同一相的双数个集中绕组先两两并联成Z/12个并联单元，再依次串联后引出，形成一组A-A′、B-B′、C-C′三相绕组。例如Z＝276时，同一相的276/6＝46个集中绕组，此时可先两两并联成23个并联单元，再依次串联后引出。需要注意的是，当包括第一、第二两种大齿时，应取两个第一大齿集中绕组并联、或两个第二大齿集中绕组并联的方式，从而保证两两并联的两个集中绕组的反电势相同。

本发明中，一个大齿与一个小齿的电角度之和等于240°，并采用电角度150°～234°范围的磁极覆盖技术，使气隙磁场具有120°电角度以上的平顶区；采用非均匀齿槽和磁平衡小齿，小齿电角度90°～6°使定位力矩减至最小。对于本方波三相永磁直流电机，磁极覆盖达120°以上时，绕组节距系数k_p1＝1。于是本方波三相永磁直流电机的绕组系数k_w1＝k_d1×k_p1＝1。更重要的是，磁极覆盖后导致电机的电枢反应呈全局增磁状态，从而大幅优化了电机的电枢反应。

本发明电机的控制器可采用全新概念的方波无刷电动机连续电流采样和闭环控制，其综合性能超越正弦波交流伺服系统。本方波三相永磁直流电机，可以替代现有的正弦波交流伺服电动机及其伺服单元，成为未来伺服电动机及其伺服单元的主要分支。

本发明的电机可用作发电机，具有内阻小，电压调整率高等优点，这种电机特别适用于大型风力发电机，例如Z＝276时，同一相有276/6＝46个集中绕组，相当于46个相位和幅值相同的、独立的三相无刷永磁发电机，于是同一台电机通过绕组的串并联，可以实现不同转速、不同功率容量的兼容。

本发明在大极电机的基础上，发展了非对称槽大极电机。非对称槽大极电机的集中绕组系数为1，极/槽比为2/3，大极电机的齿数即为槽数，其中1/2的齿上有集中绕组，1/2的齿为无集中绕组的小齿，因此每极每相槽数q＝Z/(2P×M)＝1/9。非对称槽大极电机的绕组系数大，集中绕组数量很少，铜耗大幅减少，电机的电枢反应得到大幅改善，电机制造工艺大幅简化，

本发明大极电机的铁芯磁密比传统电机低，铁芯最高频率应不高于400Hz，因此，电机的最高转速n_max＝60f/P＝24000/p。

本发明的大极电机可应用于工业领域和民用领域，主要包括：

高精度数控机床、机器人、高精度测量设备；

大型难变形金属挤压机、立式旋压机、大型精密模锻设备；

重型数控机床(如五轴联动超重型数控锉铣床、五轴联动超重型螺旋桨叶片加工机床)、风电、冶金、汽车等制造业需要的高效、高精度成套装备；

轻合金材料(铝、镁)成形与加工成套设备、冲压自动线，精密铸件自动线，机器人焊装自动化成套装备，机器人喷装成套装备，总装自动化成套设备；

电子及通信设备制造业需要的高精、高速、成套制造设备，包括整机着装专用装备(全自动贴片机、高精度大尺寸全自动印刷机、元器件高速插装设备、线路板高速钻孔设备)，专用生产设备(光刻机、金属有机化学件外延、淀积、刻蚀系统)，以及其他广义的数控机械，比如纺织机械、印刷机械、包装机械、医疗设备；

半导体设备、塑料、橡胶机械、邮政机械、自动化生产线、各种专用设备等等领域。

工业机械手和机器人，例如焊接机器人、点胶机器人、搬运机器人、拿放机器人、插件机器人、包装机器人、化学生物分析机器人、医疗仪器机器人、运动仿真平台等；

航空航天和军事领域的各类控制系统和装备。

Claims (9)

1.一种大直径型方波三相永磁直流电机，所述电机的转子铁芯上装有多对永磁体，定子的槽中装有三相绕组，其特征在于，

其中，定子铁芯上的槽数Z、转子铁芯上的磁极数2P之间有下表所示的对应关系，对应于Z个定子槽，相应有Z个齿，其中包括Z/2个大齿、Z/2个小齿，且所述大齿、小齿之间间隔排列：

所述三相绕组包括Z/2个集中绕组，分别绕在Z/2个大齿上，每相有Z/6个集中绕组，所述集中绕组和齿的排列次序是：大齿上A相集中绕组→小齿→大齿上B相集中绕组→小齿→大齿上C相集中绕组→小齿，依此类推；

其中，所述定子铁芯中包括大齿铁芯和Z/2个独立的小齿铁芯，每相邻两个大齿之间的轭部设有一个锲入槽，共有Z/2个锲入槽，每个所述小齿铁芯通过其尾部分别锲入在所述大齿铁芯的其中一个锲入槽中，进而形成Z/2个小齿；

所述转子铁芯装于所述定子铁芯内部；所述定子铁芯上相邻大齿与小齿之间的槽的槽口宽度为0.1～3.0mm；每个大齿占圆周电角度150°～234°，每个小齿加上其两侧槽口占圆周电角度6°～90°，且一个大齿与一个小齿的电角度之和等于240°。

2.根据权利要求1所述的大直径型方波三相永磁直流电机，其特征在于，所述大齿铁芯是一体式的整体大齿铁芯；或者，所述大齿铁芯由Z/2个相同结构的单体大齿铁芯组成，相邻两个单体大齿铁芯之间在该两个大齿的定子槽中心线处相互拼接。

3.一种大直径型方波三相永磁直流电机，所述电机的转子铁芯上装有多对永磁体，定子的槽中装有三相绕组，其特征在于，

其中，定子铁芯上的槽数Z、转子铁芯上的磁极数2P之间有下表所示的对应关系，对应于Z个定子槽，相应有Z个齿，其中包括Z/2个大齿、Z/2个小齿，且所述大齿、小齿之间间隔排列：

所述三相绕组包括Z/2个集中绕组，分别绕在Z/2个大齿上，每相有Z/6个集中绕组，所述集中绕组和齿的排列次序是：大齿上A相集中绕组→小齿→大齿上B相集中绕组→小齿→大齿上C相集中绕组→小齿，依此类推；

其中，所述定子铁芯中包括大齿铁芯和Z/2个独立的小齿铁芯，每相邻两个大齿之间的轭部设有一个锲入槽，共有Z/2个锲入槽，每个所述小齿铁芯通过其尾部分别锲入在所述大齿铁芯的其中一个锲入槽中，进而形成Z/2个小齿；

所述转子铁芯装于所述定子铁芯内部；所述定子铁芯上相邻大齿与小齿之间的槽的槽口宽度为0.1～3.0mm；当Z/2为偶数时，所述大齿中Z/4个为占圆周电角度224°±2°的第一大齿，另Z/4个为占圆周电角度192°±2°的第二大齿；每个小齿加上其两侧槽口占圆周电角度32°±2°；所述各齿之间的排列次序是：第一大齿→小齿→第二大齿→小齿，依此类推；且相邻一组第一大齿、小齿、第二大齿、小齿占圆周电角度之和为480°。

4.根据权利要求1～3中任一项所述大直径型方波三相永磁直流电机，其特征在于，所述转子铁芯上各个永磁体N、S磁极相间排列，所述永磁体是径向充磁的瓦形磁钢、或者是平行充磁的瓦形磁钢，所述瓦形磁钢为等半径瓦形磁钢或削角瓦形磁钢；

所述定子与转子之间的物理气隙为1～4mm；

所述转子铁芯上的永磁体的极距为(1～0.8)×πD/4，其中D是转子外径；

其中还包括由霍尔位置传感器制成的转子位置传感器，所述霍尔位置传感器的磁敏感方向与转子法线方向相一致，安装于定子支架上，并与转子永磁体外圆之间保持1～3mm的气隙。

5.根据权利要求1～3中任一项所述大直径型方波三相永磁直流电机，其特征在于，属于同一相的Z/6个集中绕组按圆周顺序依次串联后再引出，形成一组A-A′、B-B′、C-C′三相绕组。

6.根据权利要求1～3中任一项所述大直径型方波三相永磁直流电机，其特征在于，针对Z/6的结果双数的电机，属于同一相的Z/6个集中绕组先两两并联成Z/12个并联单元，再依次串联后引出，形成一组A-A′、B-B′、C-C′三相绕组。

7.根据权利要求1-3中任一项所述大直径型方波三相永磁直流电机，其特征在于，属于同一相的Z/6个集中绕组分别单独引出，形成Z/6组A-A′、B-B′、C-C′三相绕组。

8.一种针对权利要求1-7中任一项所述的大直径型方波三相永磁直流电机的装配方法，其特征在于，当所述大齿铁芯为一体式的整体大齿铁芯时，在制成所述大齿铁芯后，先对大齿做绝缘处理，再用绕线机在Z/2个大齿上绕制集中绕组，然后将Z/2个所述小齿铁芯分别嵌入所述大齿铁芯的Z/2个锲入槽中，即构成每相具有Z/6个集中绕组的定子铁芯。

9.一种针对权利要求1-7中任一项所述的大直径型方波三相永磁直流电机的装配方法，其特征在于，当所述大齿铁芯由Z/2个单体大齿铁芯组成时，先分别对各个单体大齿铁芯做绝缘处理，再用绕线机分别在各个单体大齿铁芯上绕制集中绕组，然后再将Z/2个单体大齿铁芯与三个小齿铁芯按A相单体大齿铁芯→小齿铁芯→B相单体大齿铁芯→小齿铁芯→C相单体大齿铁芯→小齿铁芯的顺序，依次装配，构成具有Z/2个集中绕组的定子铁芯。

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