CN109494895A - 一种模块化电机定子 - Google Patents

Abstract

一种模块化电机定子，由若干个定子模块组装而成，每个定子模块包括定子齿、定子槽和电枢绕组，定子齿包括容错齿、空齿和绕组齿，容错齿位于定子模块的两端，与绕组齿相邻；相邻的两个空齿之间间隔三个绕组齿；电机定子包含一套三相对称交流绕组，每个定子模块中，定子槽数为12的倍数，电枢绕组为绕在绕组齿上的单层绕组，线圈数为定子槽数的一半，每个线圈的跨距为2个槽距，线圈端部重叠部分不连续，每个定子模块均包含三相线圈，构成三相对称系统。本发明定子模块均包含三相对称绕组线圈，便于不同模块之间的接线，单个模块发生故障不会影响整机的三相对称，增加的定子的容错性和稳定性，便于故障定子模块的维修和更换。

Description

一种模块化电机定子

技术领域

本发明属于电机技术领域，尤其是涉及一种模块化电机定子。

背景技术

电枢绕组的绕组结构在电机设计中极为重要，影响电枢绕组中产生的感应电动势大小，进而影响电机的输出转矩和输出功率大小。电机绕组结构的选择需要考虑到电机的极槽数，相间绝缘，端部长度等因素。一种新型的跨距为2的定子电枢绕组结构在电机极槽数比接近1：2的情况下能够达到很大的绕组系数，同时具有很好的相间绝缘能力，以及较短的端部长度。

由于上述绕组结构存在着不穿过绕组线圈的定子齿，因此该定子存在着模块化的可能。

现有的定子模块中包含的槽数常常选择槽数最小的情况，比如选择包含槽数为4的定子模块。但是这种定子模块存在着较为严重的问题，一是模块中不能全部包含全部三相线圈，无法构成三相系统，增加了各个模块间的绕组连接的困难，二是在槽数很多的大型电机中，该定子模块会使得整个定子需要的模块数量变多，增加了制造和运输的成本，同时不便于定子的组装，三是当一个定子模块发生损坏后，电机出现三相不平衡，严重时会缺相运行，产生很大的转矩波动。

基于上述绕组结构的定子，本发明提出了一种新型的模块化定子，该定子模块包含的电枢绕组线圈数量为6的倍数，包含一套三相绕组中的各相线圈，构成三相对称系统，便于各个模块之间绕组线圈的连接，在单个模块出现故障后不影响别的模块的运行，且由于每个模块均是三相对称，电机不会出现三相不平衡的现象，除此之外，也便于对损坏模块的更换与维修。

发明内容

本发明提供了一种模块化电机定子，可以实现每个模块中都具有三相线圈，使得每个模块都是一个三相对称系统。

本发明的技术方案如下：

一种模块化电机定子，由若干个定子模块组装而成，每个定子模块包括定子齿、定子槽、定子轭和电枢绕组，

所述定子齿包括容错齿、空齿和绕组齿，所述容错齿位于定子模块的两端，与绕组齿相邻；相邻的两个空齿之间间隔三个绕组齿；；

所述电机定子包含一套三相对称交流绕组，每个定子模块中，定子槽数为12的倍数，电枢绕组为绕在绕组齿上的单层绕组，线圈数为定子槽数的一半，每个线圈的跨距为2个槽距，线圈端部重叠部分不连续，每个定子模块均包含三相线圈，构成三相对称系统。

每个定子模块中包含的定子槽数的数量为12的倍数，具体的数值选择应当根据实际电机的大小与槽数的多少选择合适的值使得定子模块的大小和数量合适。

本发明的模块化定子通过如下技术方案实现：

1)根据电机的槽数是否为12的倍数判断电机能否采用此种定子模块。

2)根据电机大小及定子槽数多少以及实际的生产需求确定每个模块中包含的槽数和齿数，包括定子模块的空齿数，绕组齿数和容错齿数。

3)在绕组齿上进行绕组线圈的缠绕，并根据三相分布进行模块内绕组的连接，分别接出三相的引线。

本发明的模块化电机定子在组装时，将相邻的两个定子模块的容错齿相互固定连接。所述容错齿可以为硅钢片、非导磁隔离层或者硅钢片与非导磁隔离层的混合结构。

作为优选，所述空齿的尺寸和结构与所述绕组齿相同。相同的尺寸结构可以最大提高定子槽的面积，在槽满率一定的情况下可以减少绕组的电阻，在绕组铜耗一定的情况下可以增加绕组中的电流，进而提高电机的转矩。

作为优选，所述容错齿的宽度为绕组齿的一半，使得定子组装完成后，相邻的两个容错齿固定后的宽度与绕组齿的宽度相同。可以近似认为两个容错齿固定后与空齿完全相同，可以最大提高定子槽的面积，在槽满率一定的情况下可以减少绕组的电阻，在绕组铜耗一定的情况下可以增加绕组中的电流，进而提高电机的转矩。

作为优选，相邻线圈分别属于三相中的不同相。在此种电枢绕组结构下，线圈的分相由电机的极槽数决定相邻的线圈属于三相中的不同相，即电机的极槽数接近于1:2，电枢绕组能够实现最大的绕组系数，进而提高电机的转矩。

本发明的模块化电机定子和转子配合组装成完整电机。该模块化电机定子可设置成内定子或外定子结构。该电机的机械结构可以为直线，旋转或者两者的组合结构。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明模块化电机定子，电枢绕组为跨距为2的单层绕组，每个模块内的槽数为12的倍数，线圈数为6的倍数，第一，每个模块中的线圈均能构成独立的三相对称系统，每个模块可以引出3相的引线，不同模块之间的连接包括串联和并连方式可以直接从模块的引线进行连接。

2、本发明的模块化电机定子，每个模块中均包含对称的三相系统，在某个模块发生故障无法运行时，一方面不会影响其他模块的运行，另一方面其他模块的组合仍然是三相对称系统，电机不会缺相运行，极大地提高了电机的容错性。

3、本发明通过选择合适的模块数量，能够有效降低整个定子槽的模块数，既保留了模块化的优点，同时减少了电机定子的模块化数量，便于电机的制造，运输和装配，在电机模块出现故障后便于维修更换。

附图说明

图1为432定子槽电机，模块数量为18，每个模块内包含的槽数为24时的单个定子模块截面图；

图2为432定子槽电机，极数为180时的单个模块内的三相绕组分布图；

图3为432定子槽电机，模块数量为18，每个模块内包含的槽数为24时的两个定子模块截面图；

图4为432定子槽电机，模块数量为108，每个模块内包含的槽数为4时的单个定子模块截面图，(a)为模块包含两个不同相，(b)为模块包含两个相同相；

图5为432定子槽电机，模块数量为108，每个模块内包含的槽数为4时的整个定子截面图。

图6为432定子槽电机，模块数量为18，每个模块内包含的槽数为24时的整个定子截面图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

本实施例及附图只阐述了本发明电机具有432槽，模块数量为18，每个定子模块包含24槽的外转子旋转电机的情况，但本发明也适用于其他电机槽数、定子模块数以及其他种类电机的情况。

如图1所示，单个定子模块1包括容错齿2，空齿3，绕组齿4，电枢绕组5和定子槽6。容错齿2位于定子模块1的两端，与绕组齿4相邻；相邻的两个空齿3之间间隔三个绕组齿4，绕组齿4穿过电枢绕组5。电枢绕组5为三相对称的单层绕组，线圈数为定子槽数的一半，每个线圈的跨距为2个槽距，线圈端部重叠部分不连续。

相邻线圈分别属于三相中的不同相，如图2所示，该定子模块中共包含24槽，12个线圈，其中A、B、C三相均分别包含三个线圈，相邻的线圈属于不同的相。

定子模块1在组装成电机定子时，将相邻的两个定子模块的容错齿2相互固定连接。容错齿2可以为硅钢片、非导磁隔离层或者硅钢片与非导磁隔离层的混合结构，具体参见图3。本实施例将容错齿2的宽度为绕组齿4的一半，使得定子组装完成后，相邻的两个容错齿2固定后的宽度之和与绕组齿4的宽度相同。

为体现本发明的模块化定子的优点，与每个定子模块只包含4个定子槽的模块化电机定子进行对比，如图4中(a)和(b)所示，每个模块只包含4个定子槽，每个模块内只包含两个线圈，因此只能包含三相中的两相或者一相，无法构成三相对称系统，会曾加各个模块之间的连接的难度，同时在某个模块出现故障，别的模块运行的情况下，会出现三相不平衡的现象，严重时出现缺相运行，电机产生很大的转矩波动。

同时，由于所取得电机定子槽数为432槽，按照每个定子模块只包含4个槽计算，则一共有108个模块数，最后组装成的整个定子如图5所示。电机的定子模块过多，大大的增加了生产，运输和装配的困难。

如图6所示，本发明的18个定子模块组装后的整个定子每个定子模块中的线圈均能构成独立的三相对称系统，每个模块可以引出3相的引线，不同模块之间的连接包括串联和并连方式可以直接从模块的引线进行连接。

由于每个模块中均包含对称的三相系统，在某个模块发生故障无法运行时，一方面不会影响其他模块的运行，另一方面其他模块的组合仍然是三相对称系统，电机不会缺相运行，极大地提高了电机的容错性。

本发明的模块化电机定子通过选择合适的模块数量，能够有效降低整个定子槽的模块数，既保留了模块化的优点，同时减少了电机定子的模块化数量，便于电机的制造，运输和装配，在电机模块出现故障后便于维修更换。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种模块化电机定子，由若干个定子模块组装而成，每个定子模块包括定子齿、定子槽、定子轭和电枢绕组，其特征在于：

所述定子齿包括容错齿、空齿和绕组齿，所述容错齿位于定子模块的两端，与绕组齿相邻；相邻的两个空齿之间间隔三个绕组齿；

所述电机定子包含一套三相对称交流绕组，每个定子模块中，定子槽数为12的倍数，电枢绕组为绕在绕组齿上的单层绕组，线圈数为定子槽数的一半，每个线圈的跨距为2个槽距，线圈端部重叠部分不连续，每个定子模块均包含三相线圈，构成三相对称系统。

2.根据权利要求1所述的模块化电机定子，其特征在于，所述容错齿的宽度为绕组齿的一半。

3.根据权利要求1所述的模块化电机定子，其特征在于，所述空齿的尺寸和结构与所述绕组齿相同。

4.根据权利要求1所述的模块化电机定子，其特征在于，所述容错齿为硅钢片、非导磁隔离层或者硅钢片与非导磁隔离层的混合结构。

5.根据权利要求1所述的模块化电机定子，其特征在于，相邻线圈分别属于三相中的不同相。

6.根据权利要求1所述的模块化电机定子，其特征在于，所述电机定子为内定子或外定子。