CN107359712B - 绕组模块化永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种绕组模块化永磁电机，包括定子、转子和气隙。定子由定子铁心、电枢绕组、永磁体和导磁小齿组成。定子铁心内部开大槽，面向气隙的槽口间隔安装永磁体和导磁小齿，永磁体和导磁小齿的弧长均为τ。永磁体的充磁方向均相同。每相单个有效线圈的正负绕组设置在相邻的两个大槽内。同相的N个线圈按照单个线圈绕制方法依次绕制在相邻的2N个大槽内。同相绕组所在的槽之间的齿均为第一齿。不同相绕组之间的齿为第二齿。转子由转子铁心和间隙组成，相邻转子铁心之间弧长间距为2τ。定子和转子之间形成气隙。该电机采用同相绕组模块化结构设计，简化绕组结构，缩短绕组端部长度，提高绕组利用率并提高转矩密度。

Description

绕组模块化永磁电机
技术领域
本发明属电机领域，特别涉及到一种绕组模块化永磁电机。
背景技术
基于高性能永磁体的永磁电机，具有高功率密度、高功率因数等优点。但是已有的永磁同步电机，永磁体普遍安装在转子上，永磁体用量大，使得电机成本显著增高。此外，在一些低速应用场合，为提高永磁电机的输出转矩，普遍采用多极数多槽数的分数槽绕组结构，这使得此类电机绕组的槽数多，绕组工艺复杂，绕组利用率低。而采用少槽结构的永磁电机，又普遍存在转矩脉动大问题。
发明内容
本发明为解决现有永磁同步电机永磁体用量大，加工装配工艺复杂问题，转矩脉动大问题，提出一种绕组模块化永磁电机。
本发明的具体技术方案如下：
绕组模块化永磁电机，它包括定子1、转子2和气隙3。定子由定子铁心1-1、电枢绕组1-2、永磁体1-3和导磁小齿1-4组成。定子铁心1-1内部开大槽1-1-5，面向气隙3的槽口间隔安装永磁体1-3和导磁小齿1-4，永磁体1-3和导磁小齿1-4的弧长均为。永磁体1-3的充磁方向均相同。每个槽口永磁体1-3的块数为Q(Q≥1)，导磁小齿1-4的块数为P(P≥0)，Q与P之和为奇数。
每相电枢绕组单个有效线圈的正负绕组1-2-1设置在相邻的两个大槽1-1-5内。同相的不同线圈1-2-1和1-2-2(N个)按照单个线圈绕制方法依次绕制在相邻的2N个大槽1-1-5内。同相绕组所在大槽1-1-5之间的齿均为第一齿1-1-1。不同相绕组所在的大槽1-1-5之间的齿为第二齿1-1-3。第一齿齿顶1-1-2宽度的弧长为S1＝Kτ(K为偶数)，第二齿齿顶1-1-4宽度的弧长为S2＝(M±2/3)τ(M为整数)。
转子由转子铁心2-1和间隙2-2组成，相邻转子铁心之间间距的弧长为2。定子和转子之间形成气隙3。
工作原理：
永磁体1-3发出的磁通，经气隙4、转子铁心2-1、导磁小齿1-4、定子铁心1-1形成串联磁通闭合回路，并与电枢绕组1-2匝链。随着转子运动，定子和转子相对位置变化，磁链大小发生变化，在电枢绕组1中产生感应反电势，在电枢绕组1中通入相应的电流，电机即输出转矩。
为实现同相绕组模块化，确保每相绕组的多个线圈的相位相同，设置同相绕组所在大槽之间的第一齿齿顶1-1-2的弧长为S1＝Kτ(K为偶数)，而每个大槽槽口永磁体1-3和导磁小齿1-4的弧长均为，且两者个数之和为奇数。因此，单个线圈的正负绕组之间的相位差得以保证为180°的奇数倍，而同相的不同个线圈之间的相位差为360°的整数倍，即同相位。通过设置不同相绕组之间的第二齿齿顶1-1-4宽度的弧长为S2＝(M±2/3)τ(M为整数)，使三相绕组之间电角度互差120°。从而实现绕组模块化结构，使电机绕组结构简单，实现模块化，易于减小绕组端部，减化绕组连接工艺，使电机易于实现容错并提高可靠性。
本发明的优点是：
1、本发明中，每相绕组的多个线圈设置在相邻的槽内，有利于减小绕组端部长度，绕组外部接线容易，从而提高绕组利用率及电机可靠性；
2、本发明中，转子仅为导磁的铁心及相关支撑结构，转子结构简单可靠。
3、本发明中，定子槽口可以灵活设置永磁体和导磁铁心数量，以满足不同应用场合对调磁、过载等性能及成本要求；
4、本发明易于实现各相模块化设计及应用，各相之间电磁耦合小，易于实现容错控制，有利于提高电机的可靠性。
附图说明
图1为实施例1绕组模块化永磁电机的二维结构图；
图2为定子的二维结构示意图；
图3为定子铁心和导磁小齿的二维结构示意图；
图4为转子的二维结构示意图；
图5为实施例2绕组模块化永磁电机的二维结构示意图；
图中，1：定子；2：转子；3：气隙；1-1：定子铁心；1-2：电枢绕组；1-3：永磁体；1-4：导磁小齿；1-1-1：第一齿；1-1-2：第一齿齿顶；1-1-3：第二齿；1-1-4：第二齿齿顶；1-1-5：大槽；2-1：转子铁心；2-2：间隙；3：气隙。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明
实施方式一：
如图1、2、3、4所示，本实施方式的绕组模块化永磁电机，它包括定子1、转子2和气隙3。定子由定子铁心1-1、电枢绕组1-2、永磁体1-3和导磁小齿1-4组成。定子铁心1-1内部开大槽1-1-5，面向气隙3的槽口间隔安装永磁体1-3和导磁小齿1-4，永磁体1-3和导磁小齿1-4的弧长均为。永磁体1-3的充磁方向均相同。每个槽口永磁体1-3的块数为2块，导磁小齿1-4的块数为1块，两个永磁体1-3之间为导磁小齿，永磁体1-3与导磁小齿1-4的块数之和为奇数。
每相电枢绕组单个有效线圈的正负绕组1-2-1设置在相邻的两个大槽1-1-5内。同相的不同线圈1-2-1和1-2-2(N个)按照单个线圈绕制方法依次绕制在相邻的2N个大槽1-1-5内。同相绕组所在大槽1-1-5之间的齿均为第一齿1-1-1。不同相绕组所在的大槽1-1-5之间的齿为第二齿1-1-3。第一齿齿顶1-1-2宽度的弧长为S1＝Kτ(K选取为2)，第二齿齿顶1-1-4宽度的弧长为S2＝(M±2/3)τ(M选取为1)。
转子由转子铁心2-1和间隙2-2组成，相邻转子铁心之间间距的弧长为2。定子和转子之间形成气隙3。
实施方式二：
如图5所示，本实施例与实施例一的区别是：该电机每个槽口永磁体1-3的块数为1块，导磁小齿1-4的块数为0块，第一齿齿顶1-1-2宽度的弧长为S1＝Kτ(K选取为4)，第二齿齿顶1-1-4宽度的弧长为S2＝(M±2/3)τ(M选取为4)。通过减少永磁体用量降低电机成本，同时电机装配工艺更加简单。

Claims (1)

1.绕组模块化永磁电机，它包括定子(1)、转子(2)和气隙(3)：定子由定子铁心(1-1)、电枢绕组(1-2)、永磁体(1-3)和导磁小齿(1-4)组成；定子铁心(1-1)内部开大槽(1-1-5)，面向气隙(3)的槽口间隔安装永磁体(1-3)和导磁小齿(1-4)，永磁体(1-3)和导磁小齿(1-4)的弧长均为τ，τ为电机的极距；永磁体(1-3)的充磁方向均相同；每个槽口永磁体(1-3)的块数为Q，Q≥1，导磁小齿(1-4)的块数为P，P≥0，Q与P之和为奇数；每相电枢绕组单个有效线圈的正负绕组(1-2-1)设置在相邻的两个大槽(1-1-5)内，同相的N个线圈按照单个线圈绕制方法依次绕制在相邻的2N个大槽(1-1-5)内；同相绕组所在的大槽(1-1-5)之间的齿均为第一齿(1-1-1)，不同相绕组所在的大槽(1-1-5)之间的齿为第二齿(1-1-2)，第一齿(1-1-1)的齿顶(1-1-2)宽度的弧长为S1＝Kτ，K为偶数，第二齿的齿顶(1-1-4)宽度的弧长为S2＝(M±2/3)τ，M为整数；转子由转子铁心(2-1)和间隙(2-2)组成，相邻转子铁心之间间距的弧长为2τ；定子和转子之间形成气隙(3)。
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