CN107276355A - 一种永磁低速直驱同步电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种永磁低速直驱同步电动机。该电动机包括外转子、内定子，外转子由铝壳、转子铁芯和磁钢，内定子由定子铁芯、三相绕组组成，定转子槽极比为39/44，定子绕组采用多极多槽分数槽绕组结构，转子磁钢采用优化了角度的V型结构。本发明具有较好的低速性能，低力矩波动，高功率密度，高力矩体积比，工艺性好。

Description

一种永磁低速直驱同步电动机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种永磁低速直驱同步电动机。
背景技术
工矿企业所用的驱动系统中，低速大转矩负载占有较大比例，目前主要采用的是工频异步电动机或其它高速电动机，配备减速箱。这样就存在减速器失效、故障、维护、损耗、噪声、寿命等问题。
我国现在大量使用的永磁同步电动机和无刷直流电动机，配以合适的驱动器，在较高转速时，基本能达到较好的工作状态，但普遍在低速开环运行(低于20转/分)时出现转速不稳、爬行、力矩波动大等问题。
极数少、槽数多的整数槽绕组，比较适合中高速运行的电机，但其不易形成正弦磁势和反电势，并且铁芯轭部尺寸较大，电机功率密度比较小。分数槽电机，槽数和极数的组合种类繁多，但根据目前定转子的齿槽配合、磁钢的极弧系数和磁钢的形状还不确定能得到比较理想的正弦波磁势和反电势，且在分析其电磁效果、齿槽效应、力矩波动、绕组连线方式、绕组短距和分布系数时，虽然目前有一些理论性较强的方法，却缺乏简单实用性的工具。
发明内容
本发明的目的是提出一种优化的高效永磁低速直驱同步电动机，具有低速大转矩等较佳的综合性能。
本发明的技术方案为：
该永磁低速直驱同步电动机，包括位于内侧的定子和位于外侧的转子，所述转子主要由转子铁芯和磁钢组成，所述磁钢嵌入转子铁芯内部，以V型结构排布一周；所述定子采用多极多槽分数槽绕组结构，定子冲片槽数为39，转子极数为44，所有齿槽按三相120°电气位置均分，三相对称绕组按单齿绕制在齿槽上。
在以上方案的基础上，本发明还做了如下重要优化：
A相绕组由第39,1,2,8,9,10,16,17,24,25,31,32,33齿槽组成；
C相绕组由第5,6,7,13,14,15,21,22,23,29,30,37,38齿槽组成；
B相绕组由第3,4,11,12,18,19,20,26,27,28,34,35,36齿槽组成；
从第1齿槽到第39齿槽，依次按以下方向进行绕制：
顺逆逆顺顺逆顺顺逆顺顺逆逆
顺逆逆顺顺逆顺顺逆顺顺逆逆
顺逆逆顺顺逆顺顺逆顺顺逆逆。
上述磁钢的V型结构中的夹角α＝122°。
上述磁钢的极弧系数γ2/γ1＝0.78±0.01。
每个齿槽内的两个原件之间保持距离W＝1～2mm。
上述转子铁芯的外侧设置有散热铝壳。
相比现有的技术方案，本发明具有以下有益效果：
本发明综合设计的定转子槽数、极数、磁钢形式以及绕组形式，实现了低速大转矩，可以应用在驱动系统中的直驱无减速系统，提高了驱动系统的可靠性、平稳性、维护性，传动效率增加，噪声振动降低，寿命增加。
本发明设计的多极多槽分数槽绕组，尤其适合低速直驱系统，低速脉动小，力矩波动小，磁密高，绕组利用率高，功率密度大。
附图说明
图1本发明的电机总体结构示意图。
图2转子结构示意图。
图3为图2中的细部放大示意图。
图4绕组星形电势矢量图。
图5定子冲片及绕组。
图6三相绕组分相及绕组系数。
附图标号说明：
1-定子；2-转子；201-磁钢；202-转子铁芯，203-散热铝壳。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
本实施例为一款外径为φ320mm，厚度为70mm的大转矩的多槽多极外转子永磁同步电动机，如图1所示，包括定子1和转子2。
定子冲片槽数为39，转子极数为44，有较高的最小公倍数，可以在不用斜槽的情况下最大限度降低齿槽转矩，得到稳定的电磁转矩。试验证明这种组合有很好的低速运行性能。具体地，绕组系数较高，齿槽效应较小，取39和44的最小公倍数，为39*44＝1716，即电动机的齿槽转矩波动1716次/圈，既减小了齿槽转矩数值，又减小了周期，有利于电动机在低速运行时，消除爬行、力矩波动、降低低速下限。
如图2、图3所示，转子由磁钢201、转子铁芯202和散热铝壳203组成。其中，磁钢采用嵌入式V型结构，起到了增加气隙磁密的作用。该V型磁钢结构中，根据计算和试验验证，综合考虑反电势波形质量和磁钢用量，优化得到V型结构中的夹角α＝122°，磁钢的极弧系数γ2/γ1＝0.78±0.01，此时电动机的反电势波形最接近正弦，有利于消除电机运行时的力矩波动。
根据本发明确定的39槽定子、44极转子，三相对称绕组按单齿绕制在齿槽上，将所有槽进行三相120°电气位置均分，按照常规的绕组形式就能制作出电动机。
本发明确定如图4所示三相绕组分配方式：
A相绕组由第39,1,2,8,9,10,16,17,24,25,31,32,33齿组成
C相绕组由第5,6,7,13,14,15,21,22,23,29,30,37,38齿组成
B相绕组由第3,4,11,12,18,19,20,26,27,28,34,35,36齿组成。
同时确定如图5的绕线方式，从齿1到齿39，按：
顺逆逆顺顺逆顺顺逆顺顺逆逆
顺逆逆顺顺逆顺顺逆顺顺逆逆
顺逆逆顺顺逆顺顺逆顺顺逆逆
进行绕制。
如图6所示，该最佳绕组形式能形成最大磁势的分组方式，绕组系数达到最大，绕组利用率最大，改善了反电势波形，提高了电动机效率。图6为A相绕组的13个线圈，其中上半部分的31,8,24,1,17,33,10齿是顺时针绕组，下半部分的2,25,9,32,16,29齿是逆时针绕组。具体汇总如表1：
表1绕组分相及绕组绕制方式
按图6，本发明提出该绕组形式的分布系数计算实用方法：
将所有属于该相的原件的磁势矢量在第1齿上进行投影，求出其矢量和，再平均，即得绕组的分布系数：
其中：β＝360/39＝9.23°
本发明还将定子绕组的每个原件边在每个槽里都留有一定距离W＝1～2mm，既利于绕组绝缘，又在定子中形成一个通风通道，这样非常利于绕组的通风散热，提高电机的功率密度。
本实施例的电动机，经测试得到的主要技术数据如下：
额定电压：60V
额定电流：3A
额定转速：4r/min
额定转矩：140Nm
额定温升：75K
空载电流：0.09A
不通电齿槽转矩：0.26Nm
结果证明本发明在低速大转矩的应用上是完全可行的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些变型和改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种永磁低速直驱同步电动机，包括位于内侧的定子和位于外侧的转子，所述转子主要由转子铁芯和磁钢组成，其特征在于：所述磁钢嵌入转子铁芯内部，以V型结构排布一周；所述定子采用多极多槽分数槽绕组结构，定子冲片槽数为39，转子极数为44，所有齿槽按三相120°电气位置均分，三相对称绕组按单齿绕制在齿槽上。
2.根据权利要求1所述的永磁低速直驱同步电动机，其特征在于：
A相绕组由第39,1,2,8,9,10,16,17,24,25,31,32,33齿槽组成；
C相绕组由第5,6,7,13,14,15,21,22,23,29,30,37,38齿槽组成；
B相绕组由第3,4,11,12,18,19,20,26,27,28,34,35,36齿槽组成；
从第1齿槽到第39齿槽，依次按以下方向进行绕制：
顺逆逆顺顺逆顺顺逆顺顺逆逆
顺逆逆顺顺逆顺顺逆顺顺逆逆
顺逆逆顺顺逆顺顺逆顺顺逆逆。
3.根据权利要求1所述的永磁低速直驱同步电动机，其特征在于：所述磁钢的V型结构中的夹角α＝122°。
4.根据权利要求4所述的永磁低速直驱同步电动机，其特征在于：所述磁钢的极弧系数γ2/γ1＝0.78±0.01。
5.根据权利要求1所述的永磁低速直驱同步电动机，其特征在于：每个齿槽内的两个原件之间保持距离W＝1～2mm。
6.根据权利要求1所述的永磁低速直驱同步电动机，其特征在于：所述转子铁芯的外侧设置有散热铝壳。
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