CN109546764A - 一种单元组合式可模块化电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单元组合式可模块化电机，该电机由第一类定子模块单元（1）、第二类定子模块单元（2）和转子（3）组成，第一类定子模块单元（1）和第二类定子模块单元（2）呈圆弧形，每一个第一类定子模块单元（1）内含有15个相同的定子电枢齿（1.1），每一个第二类定子模块单元（2）内含有12个相同的定子电枢齿（2.1）。两类定子模块单元中均采用分数槽集中绕组，每一个第一类定子模块单元（1）中含有15个完全相同的电枢绕组线圈（1.2），每一个第二类定子模块单元（2）中含有12个完全相同的电枢绕组线圈（2.2）。转子（3）包括转子铁心（3.1）和永磁体（3.2）。本发明具备可模块化、转矩密度高、转矩脉动小、转子温升低和效率高的优势。

Description

一种单元组合式可模块化电机
技术领域
本发明涉及一种单元组合式可模块化电机，属于电机技术领域。
背景技术
分数槽集中绕组近年来被广泛应用于电机设计与制造行业中。相比其它电机，采用分数槽集中绕组的电机由于其较短的绕组端部和互不重叠的电枢线圈而展现出高效率、高转矩密度、高容错能力、制造成本低和易于模块化的优势。
极槽配合的选取是设计分数槽集中绕组电机的核心问题之一，不同极槽配合的分数槽集中绕组电机之间的电磁性能大不相同。广泛的研究表明，没有哪一种极槽配合方案能囊括所有的优点，不同的极槽配合之间往往存在优势互补的关系。因此，在选取分数槽集中绕组电机的极槽配合方案时，往往需要面对不同电磁性能之间的取舍问题，本领域的技术人员。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单元组合式可模块化电机，通过采用两种齿槽数不同的定子模块单元，将两种15槽5对极与12槽5对极两种极槽配合方案结合到一台电机中，以达到高转矩密度、低转矩脉动、低转子温升和高效率的目的。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种单元组合式可模块化电机，其特征在于：所述电机由第一类定子模块单元、第二类定子模块单元和转子组成；第一类定子模块单元和第二类定子模块单元呈圆弧形，第一类定子模块单元和第二类定子模块单元首尾相接地交替分布在整个360度圆周上，构成整台单元组合式可模块化电机的定子。
作为本发明的一种改进，所述整台单元组合式可模块化电机所包含的第一类定子模块单元的个数与第二类定子模块单元的个数相等；每一个第一类定子模块单元内含有15个相同的定子电枢齿，每一个第二类定子模块单元内含有12个相同的定子电枢齿；第一类定子模块单元和第二类定子模块单元中均采用分数槽集中绕组，每一个第一类定子模块单元中含有15个完全相同的电枢绕组线圈，每一个第二类定子模块单元中含有12个完全相同的电枢绕组线圈；转子包括转子铁心和永磁体。
作为本发明的一种改进，所述第一类定子模块单元与第二类定子模块单元所对应的圆弧角度相等。
作为本发明的一种改进，整台单元组合式可模块化电机所包含的第一类定子模块单元和第二类定子模块单元的总数N是可变的，第一类定子模块单元与第二类定子模块单元所对应的圆弧角度均为360/N度（机械角度）。随着N的变化，第一类定子模块单元与第二类定子模块单元所对应的圆弧角度也发生对应的变化，为360/N度（机械角度）。
作为本发明的一种改进，所述转子的极对数等于整台单元组合式可模块化电机所包含的第一类定子模块单元和第二类定子模块单元总数N的5倍。
上述技术方案通过采用两种齿槽数不同的定子模块单元，将两种15槽5对极与12槽5对极两种极槽配合方案结合到一台电机中。单元组合式可模块化电机融合了上述两种极槽配合的优点，具备转矩密度高、转矩脉动小、转子温升低和效率高的优势。
相对于现有技术，本发明的优点如下：该电机通过采用两种齿槽数不同的定子模块单元，将两种15槽5对极与12槽5对极两种极槽配合方案结合到一台电机中。单元组合式可模块化电机融合了上述两种极槽配合的优点，具备可模块化、转矩密度高、转矩脉动小、转子温升低和效率高的优势。
附图说明
图1为单元组合式可模块化电机结构及其绕组排列示意图；（仅展示一个第一类定子模块单元和一个第二类定子模块单元）；
图2为第一类定子模块单元和第二类定子模块单元中所含电枢绕组的磁动势频谱。
具体实施方式
为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式进一步介绍本发明。
实施例1：如图1所示为一台包含四个第一类定子模块单元和四个第二类定子模块单元的单元组合式可模块化电机结构及其绕组排列示意图，仅绘出一个第一类定子模块单元和与之相邻的一个第二类定子模块单元。该电机由第一类定子模块单元1、第二类定子模块单元2和转子3组成。第一类定子模块单元1和第二类定子模块单元2呈圆弧形，且它们所对应的圆弧角度是相等的，该方案中为45度。每一个第一类定子模块单元1内含有15个相同的定子电枢齿1.1，而每一个第二类定子模块单元2内含有12个相同的定子电枢齿2.1。两类定子模块单元首尾相接地交替分布在整个360度圆周上，构成整台单元组合式可模块化电机的定子。整台单元组合式可模块化电机所包含的第一类定子模块单元1的个数与第二类定子模块单元2的个数相等（本例中为四个）。第一类定子模块单元1和第二类定子模块单元2中均采用分数槽集中绕组，每一个第一类定子模块单元1中含有15个完全相同的电枢绕组线圈1.2，每一个第二类定子模块单元2中含有12个完全相同的电枢绕组线圈2.2。转子3包括转子铁心3.1和永磁体3.2。转子3的极对数等于整台单元组合式可模块化电机所包含的第一类定子模块单元1和第二类定子模块单元2总数的5倍（本例中的转子为40对极）。
图2为第一类定子模块单元和第二类定子模块单元中所含电枢绕组的磁动势频谱，图中的5次谐波为工作谐波。第二类定子模块单元的磁动势非工作谐波含量远小于第一类定子模块单元的磁动势非工作谐波含量，因此，第二类定子模块单元的加入能有效降低整台电机的转子温升。第一类定子模块单元磁动势中的25次和35次谐波含量极低，能有效避免电磁转矩脉动的产生，因此，第一类定子模块单元的加入能有效平抑整台电机的转矩脉动。第一类定子模块单元磁动势的工作谐波幅值大于第二类定子模块单元，因此，第一类定子模块单元能弥补第二类定子模块单元转矩出力的不足，提高整台单元组合式可模块化电机的转矩密度。两类定子单元模块同时使用，取长补短，可令单元组合式可模块化电机在实现定子模块化前提下，在转子温升、转矩脉动和转矩密度之间达到均衡。
需要说明的是，上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上做出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种单元组合式可模块化电机，其特征在于：所述电机由第一类定子模块单元（1）、第二类定子模块单元（2）和转子（3）组成；第一类定子模块单元（1）和第二类定子模块单元（2）呈圆弧形，第一类定子模块单元（1）和第二类定子模块单元（2）首尾相接地交替分布在整个360度圆周上，构成整台单元组合式可模块化电机的定子。
2.根据权利要求1所述的单元组合式可模块化电机，其特征在于：所述整台单元组合式可模块化电机所包含的第一类定子模块单元（1）的个数与第二类定子模块单元（2）的个数相等；每一个第一类定子模块单元（1）内含有15个相同的定子电枢齿（1.1），每一个第二类定子模块单元（2）内含有12个相同的定子电枢齿（2.1）；第一类定子模块单元（1）和第二类定子模块单元（2）中均采用分数槽集中绕组，每一个第一类定子模块单元（1）中含有15个完全相同的且跨距为120度电角度的电枢绕组线圈（1.2），每一个第二类定子模块单元（2）中含有12个完全相同的且跨距为150度电角度的电枢绕组线圈（2.2）；转子（3）包括转子铁心（3.1）和永磁体（3.2）。
3.根据权利要求1所述的单元组合式可模块化电机，其特征在于，所述第一类定子模块单元（1）与第二类定子模块单元（2）所对应的圆弧角度相等。
4.根据权利要求1所述的单元组合式可模块化电机，其特征在于：整台单元组合式可模块化电机所包含的第一类定子模块单元（1）和第二类定子模块单元（2）的总数N是可变的，第一类定子模块单元（1）与第二类定子模块单元（2）所对应的圆弧角度均为360/N度。
5.根据权利要求4所述的单元组合式可模块化电机，其特征在于：所述转子（3）的极对数等于整台单元组合式可模块化电机所包含的第一类定子模块单元（1）和第二类定子模块单元（2）总数N的5倍。
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