CN111342575A - 一种永磁电机 - Google Patents

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刘东旭
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Abstract

一种永磁电机，属于电机领域。包括定子和转子，定子包含多个定子齿，相邻定子齿之间形成定子槽，定子齿上缠绕N套绕组，且每个定子槽内均容纳该N套绕组，每套绕组包括M相绕组，每相绕组包括Z个线圈，每个定子槽内容纳有2N个线圈边，其中每两个线圈边来自于一套绕组，2N个线圈边中至少有一个线圈边与其位于同一套绕组的另一个线圈边为不同相。本发明采用一种绕组形式来替代斜极与斜槽，从而实现降低转矩波动，并且本发明不产生轴向力，从而提升了电机的可靠性和使用寿命。

Description

一种永磁电机
技术领域
本发明涉及电机领域，尤其涉及一种永磁电机。
背景技术
现有电机为了降低电机的转矩波动达到降低电机的振动噪音的目的，通常采用斜极或者斜槽的方式，但是这会增加电机的制造成本和结构的复杂性，而且斜极与斜槽会不同程度地引入电机的轴向力，这会给电机轴承带来额外的负荷，尤其是针对大功率低速永磁电机，其所产生的轴向力将是巨大的，这将严重降低轴承的使用寿命和电机的可靠性。
发明内容
为解决现有电机降低转矩波动采用的方式会给电机轴承带来额外的负荷从而降低电机寿命及可靠性的问题，本发明提供了一种永磁电机。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种永磁电机，包括定子和转子；定子包含多个定子齿，且定子齿为平行齿，相邻定子齿之间形成梯形定子槽，定子齿上缠绕线圈形成N套绕组，且每个定子槽内均容纳该N套绕组，定子及绕组整体由环氧树脂真空灌封，定子槽底和靠近定子槽底的槽侧壁在加工下线前预先凃设导热胶，定子槽内还设置至少一组测温元件，用以根据测温元件的温度值控制各套绕组中电流的差值，以实现不同负载下各套绕组的温度差不超过8摄氏度，每套绕组包括M相绕组，每相绕组包括Z个线圈，每个定子槽内容纳有2N个线圈边，其中每两个线圈边来自于一套绕组，2N个线圈边中至少有一个线圈边与其位于同一套绕组的另一个线圈边为不同相；位于同一套绕组中的任意两相绕组在空间上相差360°/M电角度，任意两套绕组中对应的任意一相绕组在空间上相差L×α电角度，其中α≤360k±180°/M，N、M、Z、k、L均为常数，优选的α≤360k±90°/M，N为大于等于2的整数，L为小于N的常数。
N套绕组顺序排列，其中第一套绕组相对于其他套绕组更靠近该定子槽的槽口，第N套绕组相对于其他套绕组更靠近该定子槽的定子槽底；每套绕组的控制器使用同一个转子位置信号作为输入，来控制各自的电流大小，转子位置信号可以由安装在转子上的位置传感器获取，也可以由各套绕组的控制器计算得到，第N套绕组中可输入的最大电流有效值大于等于第一套绕组中可输入的最大电流有效值；
当转子旋转时，转子从第一套绕组的其中一相绕组轴线依次经过各套绕组的该相绕组轴线，直至第N套绕组的该相绕组轴线；邻近两套绕组的该相绕组轴线相差X个槽距，X为常数；
每套绕组单独连接对应的变频器，使得每套绕组能单独通电驱动转子旋转，也可以N套绕组共同通电驱动转子旋转；
当N套绕组共同通电驱动转子时，同一定子齿上的N套绕组各自的对应的线圈所产生的磁场在时间上存在相位差电角度，这使得磁场不能同时达到各自的最大值，且位于一个定子齿上的N套绕组各自的对应的线圈所产生的该相位差电角度存在差异，其中最大的该相位差电角度≤90°电角度；同时各套绕组中对应的任意一相绕组的电流的幅值相同，各套绕组中的该相绕组的电流之间存在时间相位差，该时间相位差不能被180°整除；
当每套绕组单独通电驱动转子时所产生的转矩之和大于N套绕组共同通电驱动转子时所产生的转矩，每套绕组单独通电的电流有效值之和等于N套绕组共同通电时的总电流，且为了降低转矩波动，每套绕组对应的控制策略可以不同，例如其中一套绕组的控制方式采用谐波注入。
本发明的有益效果是：采用一种绕组形式来替代斜极与斜槽，从而实现降低转矩波动，并且本发明不产生轴向力，从而提升了电机的可靠性和使用寿命。
附图说明
图1为本发明定子及绕组的部分结构示意图；
图2为本发明定子及绕组的部分示意图；
图3为本发明的转矩波动图。
图中1.定子轭，2.定子齿，3.定子槽，4.定子槽底，5.第二套绕组，6.第一套绕组，7.导热胶。
具体实施方式
本实施例的永磁电机包括定子和转子；转子磁极数量为10Y个，Y为常数；如图1所示，定子包含相连的定子轭1和多个定子齿2，且定子齿2为平行齿，相邻定子齿2之间形成梯形定子槽3，且定子槽3的数量为12Y个，定子齿2上缠绕线圈形成两套绕组，且每个定子槽3内均容纳该两套绕组，定子及绕组整体由环氧树脂真空灌封，定子槽底4和靠近定子槽底4的槽侧壁在加工下线前预先凃设导热胶7，定子槽3内还设置至少一组测温元件，用以根据测温元件的温度值控制各套绕组中电流的差值，以实现不同负载下各套绕组的温度差不超过8摄氏度，每套绕组包括三相绕组，每相绕组包括两个线圈，每个定子槽3内容纳有四个线圈边，其中每两个线圈边来自于一套绕组，四个线圈边中有一个线圈边与其位于同一套绕组的另一个线圈边为不同相；位于同一套绕组中的任意两相绕组在空间上相差120°电角度，两套绕组中对应的任意一相绕组在空间上相差L×α电角度，其中α≤360k±30°，L为小于N的正整数，k为非负整数。
两套绕组顺序排列，其中第一套绕组6更靠近该定子槽3的槽口，第二套绕组5更靠近该定子槽的定子槽底4，第二套绕组5的有效导体横截面积大于等于第一套绕组6的有效导体横截面积，第二套绕组5由方形铝排绕制而成，第一套绕组6由长方形铜排绕制而成；每套绕组的控制器使用同一个转子位置信号作为输入，来控制各自的电流大小，转子位置信号可以由安装在转子上的位置传感器获取，也可以由各套绕组的控制器计算得到，第二套绕组5中可输入的最大电流有效值大于等于第一套绕组6中可输入的最大电流有效值；
第一套绕组6中的三相绕组分别为A1、B1、C1，第二套绕组5的三相绕组分别为A2、B2、C2，如图2所示，当转子旋转时，转子先经过第一套绕组6的A1相绕组轴线，再经过第二套绕组5的A2相绕组轴线，A1相绕组轴线和A2相绕组轴线相差5个槽距；图中A21、C21、Z21、Z11、C11、B11等为线圈，图中点和叉是电流的正方向，曲线箭头为对应线圈的绕线方向，定子齿2上线圈的绕制方向可以是相同的，然后通过线圈的端部连接以实现电流的正方向规定；
每套绕组单独连接对应的变频器，使得每套绕组能单独通电驱动转子旋转，也可以两套绕组共同通电驱动转子旋转；
当两套绕组共同通电驱动转子时，同一定子齿2上的两套绕组各自的对应的线圈所产生的磁场在时间上存在相位差电角度，例如线圈A21产生的磁场与线圈A11产生的磁场在时间上的相位差电角度≤30°，这使得其各自的磁场不能同时达到各自的最大值，且该两套绕组各自的对应的线圈所产生的该相位差电角度存在差异，其中最大的该相位差电角度≤90°电角度；同时各套绕组中对应的任意一相绕组的电流的幅值相同，各套绕组中的该相绕组的电流之间存在时间相位差，该时间相位差不能被180°整除，电流之间的时间相位差取值原则为：随着转子转动，每一套绕组的电流相对转子位置的控制角相同，使得每一套绕组的电流在共同驱动转子时都实现Id＝0控制或最大转矩比电流控制；
当每套绕组单独通电驱动转子时所产生的转矩之和大于两套绕组共同通电驱动转子时所产生的转矩，每套绕组单独通电的电流有效值之和等于两套绕组共同通电时的总电流，且为了降低转矩波动，每套绕组对应的控制策略可以不同，例如其中一套绕组的控制方式采用谐波注入。
如图3所示，两套绕组共同通电驱动转子时，由于两套绕组的定子磁场存在相互叠加，从而降低了电机的转矩波动达到仅为0.9％，但是此时并不产生轴向力；当每套绕组单独通电驱动转子时，由于任意一套绕组均分布在每个定子槽3中，因此即使是单套绕组运行的情况，也不会存在磁场分布不均的情况，因此，即使是单套绕组运行也可以获得较低的转矩波动。
以上所述，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披露的技术范围内，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 (8)

1.一种永磁电机，包括定子和转子，定子包含多个定子齿，相邻定子齿之间形成定子槽，其特征在于，定子齿上缠绕N套绕组，且每个定子槽内均容纳该N套绕组，每套绕组包括M相绕组，每相绕组包括Z个线圈，每个定子槽内容纳有2N个线圈边，其中每两个线圈边来自于一套绕组，2N个线圈边中至少有一个线圈边与其位于同一套绕组的另一个线圈边为不同相，其中N、M、Z均为常数。
2.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述同一套绕组中的任意两相绕组在空间上相差360°/M电角度。
3.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述任意两套绕组中对应的任意一相绕组在空间上相差L×α电角度，其中α≤360k±180°/M，其中k为常数，L为常数。
4.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述N套绕组顺序排列，其中第一套绕组相对于其他套绕组更靠近该定子槽的槽口，第N套绕组相对于其他套绕组更靠近该定子槽的定子槽底，第N套绕组中可输入的最大电流有效值大于等于第一套绕组中可输入的最大电流有效值。
5.根据权利要求4所述的永磁电机，其特征在于，所述转子旋转时，转子从第一套绕组的其中一相绕组轴线依次经过各套绕组的该相绕组轴线，直至第N套绕组的该相绕组轴线。
6.根据权利要求4所述的永磁电机，其特征在于，所述N套绕组共同通电驱动转子时，同一定子齿上的N套绕组各自的对应的线圈所产生的磁场在时间上存在相位差电角度，且位于一个定子齿上的N套绕组各自的对应的线圈所产生的该相位差电角度存在差异，其中最大的该相位差电角度≤90°电角度。
7.根据权利要求4所述的永磁电机，其特征在于，所述N套绕组共同通电驱动转子时，各套绕组中对应的任意一相绕组的电流的幅值相同，各套绕组中的该相绕组的电流之间存在时间相位差，该时间相位差不能被180°整除。
8.根据权利要求4所述的永磁电机，其特征在于，所述每套绕组单独通电驱动转子时所产生的转矩之和大于N套绕组共同通电驱动转子时所产生的转矩，每套绕组单独通电的电流有效值之和等于N套绕组共同通电时的总电流。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113036972A (zh) * 2021-03-16 2021-06-25 浙江大学 风力发电系统
CN113048021A (zh) * 2021-03-16 2021-06-29 浙江大学 风力发电系统

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