CN110994849B - 一种基于轴向无铁心电机的新型定子绕组结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于轴向无铁心电机的新型定子绕组结构，包括至少三个规格相同的单线圈，至少三个所述单线圈呈环形分布形成绕组；所述绕组的各个单线圈成环形非均匀方式排布。本发明专利针对于一种基于轴向无铁心电机的线圈特殊分布的新型定子绕组结构，能够有效地降低电机反电动势的各高次谐波，提高反电动势波形的正弦性。定子绕组的工艺简单、组装方便、成本低，提高了电机的工作效率、性价比还有加工制作的灵活性，有较好的机械强度和散热特性。

Description

一种基于轴向无铁心电机的新型定子绕组结构
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种基于轴向无铁心电机的新型定子绕组结构。
背景技术
无铁心电机是代表电机行业未来发展方向的一种新型特种电机，分为无铁心电动机和无铁心发电机，采用无铁心线圈、碳刷、无磁阻尼、稀土永磁电动技术，改变了传统电机运用硅钢片与绕线定子结构，结合电子智能变频技术，使电机系统效率提高到95％以上；传统的永磁同步电机，为提高有效空间绕组的利用率，总是将绕组设计成均匀分布。因此，大多数永磁同步电机绕组会因为磁路饱和而产生较大的高次谐波影响电机性能。新型的电机的永磁体Halbach(海尔贝克)阵列排列方式，不仅需要考虑永磁体块的尺寸、充磁和安装固定的工艺性，而且永磁体的加工和装配难度较大。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于轴向无铁心电机的新型定子绕组结构，能够有效地降低电机反电动势的各高次谐波，提高反电动势波形的正弦性。
本发明提出一种基于轴向无铁心电机的新型定子绕组结构，包括至少三个规格相同的单线圈，至少三个所述单线圈呈环形分布形成绕组；所述绕组的各个单线圈成环形非均匀方式排布。
优选的，绕组盘内首尾两个所述单线圈之间的夹角为θ，所述θ的夹角范围为1～30°度，绕组盘内除首尾以外的各个单线圈以360-θ角度环形阵列分布。
本发明还提出一种无铁心电机的新型定子绕组的线圈排布方法，方法步骤如下：组成绕组的各个单线圈成环形非均匀方式排布，其中首尾两个单线圈的夹角为θ余下的各个单线圈以360-θ角度环形均匀阵列分布。
另外本发明还提出一种基于上述定子绕组的线圈排布方法在无铁心轴向磁通PCB印制绕组和/或绕线式绕组中的应用。
本发明的有益效果为：
本发明针对于一种基于轴向无铁心电机的线圈特殊分布的新型定子绕组结构，能够有效地降低电机反电动势的各高次谐波，提高反电动势波形的正弦性。定子绕组的工艺简单、组装方便、成本低，提高了电机的工作效率、性价比还有加工制作的灵活性，有较好的机械强度和散热特性。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提出的一种基于轴向无铁心电机的新型定子绕组整体示意图；
图2为本发明提出的一种基于轴向无铁心电机的新型定子绕组结构的单线圈示意图。
图中：1、单线圈；11、导条；12、绝缘条(可以为绝缘材料或空气)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是三个或三个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1-2，一种基于轴向无铁心电机的新型定子绕组结构，包括至少三个规格相同的单线圈1，至少三个单线圈1呈环形分布形成绕组；绕组的各个单线圈1成环形非均匀方式排布。
绕组盘内首尾两个单线圈之间的夹角为θ，θ的夹角范围为1～30°，绕组盘内除首尾以外的各个单线圈1以360-θ角度环形阵列分布；
每个单线圈1由多根导条11组成，本发明对绕组结构进行设计，单线圈1的形状不受限制，单线圈1采用圆形、菱形或者梯形均能实现降低反电动势的各高次谐波幅值的功能，但是本实施例中优选的采用“扇形”状，其提高反电动势基波幅值。
进一步的，相邻两根导条11之间设置有绝缘条12，绝缘条12形成匝间绝缘，将电机绕组中电位不同的导体相互隔开，以免发生匝间短路。
本发明采用PCB印制绕组、绕线式等无铁心轴向磁通的定子绕组结构，以其扁平圆盘式的形态应用于盘式无铁心电机，设计了一种新型的绕组结构，能够有效地降低电机反电动势的各高次谐波，提高反电动势波形的正弦性，下面通过公式来进一步的描述本发明的绕组产生的谐波相电动势，并计算出两个单线圈1之间形成的夹角之间区域值；
首先本领域中的谐波相电动势有效值计算公式为：
Eφν＝4.44NkNνfνφν
其中kNν为第ν次谐波绕组系数，N为线圈匝数，φν为每极磁通量，fν为高次谐波电动势频率
kNν＝kyνkqν
经计算最终得出绕组系数的解析式为：(θ是电机绕组首尾两个单线圈1之间的夹角)
Figure BDA0002282795620000031
经计算可得：kNν在
Figure BDA0002282795620000041
内取到最小值，本发明对电机绕组的单线圈1进行特殊分布，使电机绕组首尾两个单线圈1之间的夹角
Figure BDA0002282795620000042
电机反电动势的各高次谐波幅值能够得到有效削弱，从而提高反电动势波形的正弦性。
本发明还提出一种无铁心电机的新型定子绕组的线圈排布方法，方法步骤如下：组成绕组的各个单线圈1成环形非均匀方式排布，其中首尾两个单线圈1的夹角为θ，余下的各个单线圈1以360-θ角度环形均匀阵列分布。
另外本发明还提出一种基于上述定子绕组的线圈排布方法在无铁心轴向磁通PCB印制绕组和/或绕线式绕组中的应用。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于轴向无铁心电机的新型定子绕组结构，其特征在于：包括设置于定子绕组盘内至少三个规格相同的单线圈，组成定子绕组的所述单线圈成环形非均匀方式排布，首尾两个所述单线圈之间的夹角为θ，所述θ的夹角范围为1～30°度，定子绕组盘内除首尾以外的各个单线圈以360-θ角度环形均匀阵列分布。
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