CN111953109A - 双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机 - Google Patents

双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机 Download PDF

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Abstract

双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机，涉及电机领域。本发明是为了解决现有三相整数槽单层绕组线圈两个有效边在同一平面内绝缘特性差，分数槽集中绕组的绕组因数小、转矩密度低，电枢磁动势谐波含量高、转子永磁体涡流损耗大，绕组封装在导热系数低的环氧树脂里、散热性差、导致定子结构强度降低的问题。本发明定子的绕组基板为圆环形，绕组线圈为环扇形，多个绕组线圈均套在绕组基板上，使得绕组线圈的两个有效边分别位于绕组基板的两侧，多个绕组线圈沿绕组基板的周向均匀排列，绕组线圈环面与绕组基板环面之间夹角为锐角，绕组线圈节距等于极距。

Description

双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机
技术领域
本发明属于电机领域，尤其涉及轴向磁场永磁同步电机的定子。
背景技术
轴向磁场永磁同步电机作为一种现代高性能伺服电机和大力矩直接驱动电机，具有峰值转矩高、过载能力强、转矩波动小、转矩/重量比大、效率高、功率因数高、低速运行平稳、振动小、噪声低、轴向尺寸短、结构紧凑、可以制成多气隙组合式结构进一步提高转矩等特点，在数控机床、机器人、飞轮储能系统、高速离心机、电动车辆、全电舰船、水下航行器等动力系统中具有广阔的应用前景。
现有技术中的轴向磁场永磁同步电机绕组类型有两种：整数槽单层绕组和分数槽集中绕组。图10所示为三相整数槽单层绕组的结构示意图。该种结构的整数槽单层绕组每个线圈的两个有效边在同一平面内，线圈端部重叠，绝缘特性差；定子加工制造工艺性差、加工成型后维护困难。而分数槽集中绕组的绕组因数小、转矩密度低，电枢磁动势谐波含量高，转子永磁体涡流损耗大；绕组完全封装在导热系数低的环氧树脂里，散热性能差，定子温升高后，环氧树脂变软，定子结构强度降低。
发明内容
本发明是为了解决现有三相整数槽单层绕组线圈两个有效边在同一平面内绝缘特性差，分数槽集中绕组的绕组因数小、转矩密度低，电枢磁动势谐波含量高、转子永磁体涡流损耗大，绕组封装在导热系数低的环氧树脂里、散热性差、导致定子结构强度降低的问题，现提供双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机。
本发明包括以下两种方案：
第一种方案：双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机，包括：一个定子和两个转子，两个转子分别位于定子的两侧、且定子与转子之间形成气隙，转子包括转子铁心和多个永磁体，多个永磁体均固定在转子铁心气隙侧，多个永磁体呈环形均匀排布、且所形成的环形与转子铁心同轴；
定子包括mj个绕组线圈1和绕组基板2，其中m为绕组相数，j为正整数，绕组基板2为圆环形，绕组线圈1为环扇形，多个绕组线圈1均套在绕组基板2上，使得绕组线圈1的两个有效边分别位于绕组基板2的两侧，多个绕组线圈1沿绕组基板2的周向均匀排列，绕组线圈1环面与绕组基板2环面之间夹角为锐角，绕组线圈1节距等于极距。
上述第一种方案中，定子为液体冷却结构，定子还包括冷却管道3，冷却管道3为环形管道，冷却管道3套接在绕组基板2的外圆周上、且二者同轴，冷却管道3位于绕组线圈1和绕组基板2之间、且多个绕组线圈1均与冷却管道3相接触。
上述第一种方案中，定子还包括冷却管道3，冷却管道3为环形管道，冷却管道3套接在多个绕组线圈1构成的环形阵列外圆周处、且多个绕组线圈1均与冷却管道3的内圆周面相接触，冷却管道3与多个绕组线圈1构成的环形阵列同轴。
上述第一种方案中，定子为自然传导冷却结构，定子还包括热传导部件，热传导部件为环形，热传导部件套接在多个绕组线圈1构成的环形阵列外圆周处、且多个绕组线圈1均与热传导部件的内圆周面相接触，热传导部件与多个绕组线圈1构成的环形阵列同轴。
上述第一种方案中，绕组基板2的内环面上设有磁性条。
第二种方案：双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机，包括：一个定子和两个转子，两个转子分别位于定子的两侧、且定子与转子之间形成气隙，转子包括转子铁心和多个永磁体，多个永磁体均固定在转子铁心气隙侧，多个永磁体呈环形均匀排布、且所形成的环形与转子铁心同轴；
定子为模块化结构、包括多个定子模块，每个定子模块均包括mj个绕组线圈1和绕组基板2，其中m为绕组相数，j为正整数，绕组基板2和绕组线圈1的外轮廓均为环扇形，多个绕组线圈1均套在绕组基板2上，使得绕组线圈1的两个有效边分别位于绕组基板2的两侧，多个绕组线圈1沿绕组基板2的周向均匀排列，绕组线圈1环面与绕组基板2平面之间夹角为锐角，绕组线圈1节距等于极距，多个定子模块首尾相接形成环形。
上述第二种方案中，定子为液体冷却结构，每个定子模块还包括冷却管道3，冷却管道3为弧形管道，冷却管道3固定在绕组基板2的外圆弧上、且二者同轴，冷却管道3位于绕组线圈1和绕组基板2之间、且多个绕组线圈1均与冷却管道3相接触。
上述第二种方案中，定子为液体冷却结构，每个定子模块还包括冷却管道3，冷却管道3为弧形管道，冷却管道3固定在多个绕组线圈1构成的弧形外圆弧处、且多个绕组线圈1均与冷却管道3的内圆弧面相接触，冷却管道3与多个绕组线圈1构成的弧形同轴。
上述第二种方案中，定子为自然传导冷却结构，每个定子模块还包括热传导部件，热传导部件为弧形，热传导部件固定在多个绕组线圈1构成的弧形外圆弧处、且多个绕组线圈1均与热传导部件的内圆弧面相接触，热传导部件与多个绕组线圈1构成的弧形同轴。
上述第二种方案中，绕组基板2的内弧面上设有磁性条。
上述两种方案中，绕组基板2均为非磁性高强度材料。
上述两种方案中，定子均采用环氧树脂灌封。
上述两种方案中，转子均为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构、或Halbach永磁体阵列结构。
本发明所述双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机为轴向磁场结构，定子绕组与支撑结构、冷却结构高度集成，该电机的绕组因数高、转矩密度高、转矩波动低；电枢线圈排列精度与机械强度高，绕组绝缘性能与冷却效果好，定子制造容易。
附图说明
图1为具体实施方式一所述双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机的定子结构示意图；
图2为具体实施方式一所述双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机的绕组相对于永磁体的位置示意图；
图3为具体实施方式一所述双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机的转子结构示意图；
图4为具体实施方式一所述双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机的结构示意图；
图5为具体实施方式二所述双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机的定子结构示意图；
图6为具体实施方式二所述双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机的结构示意图；
图7为具体实施方式三所述双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机的定子结构示意图；
图8为具体实施方式三所述双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机中冷却管道的结构示意图；
图9为具体实施方式三所述双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机的结构示意图；
图10为背景技术所述三相整数槽单层绕组的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1、图2、图3和图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机，包括：一个定子和两个转子，两个转子分别位于定子的两侧、且定子与转子之间形成气隙。转子包括转子铁心和8块永磁体，8块永磁体均固定在转子铁心气隙侧，8块永磁体N极与S极交替并呈环形均匀排布，8块永磁体所形成的环形与转子铁心同轴，两个转子上相互正对的两块永磁体充磁方向相同。转子为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构、或Halbach永磁体阵列结构。
定子采用环氧树脂灌封。定子包括24个绕组线圈1和绕组基板2。绕组基板2为圆环形，绕组线圈1为环扇形。三相绕组的24个绕组线圈1均套在绕组基板2上，使得绕组线圈1的两个有效边分别位于绕组基板2的两侧。24个绕组线圈1沿绕组基板2的周向均匀排列，绕组线圈1环面与绕组基板2环面之间夹角为锐角，绕组线圈1节距等于极距。绕组基板2的内环面上设有磁性条，以增大绕组的漏抗。绕组基板2为非磁性高强度材料。
本实施方式所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机既可以为双转子、单定子结构，又可以为多转子、多定子结构；既可以为电动机，又可以为发电机。
具体实施方式二：参照图5和图6具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机作进一步说明，本实施方式中，定子为液体冷却结构，定子还包括冷却管道3，冷却管道3为环形管道，冷却管道3套接在绕组基板2的外圆周上、且二者同轴，冷却管道3位于绕组线圈1和绕组基板2之间、且多个绕组线圈1均与冷却管道3相接触。
具体实施方式三：参照图7、图8和图9具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机作进一步说明，本实施方式中，定子为液体冷却结构，定子还包括冷却管道3，冷却管道3为环形管道，冷却管道3套接在多个绕组线圈1构成的环形阵列外圆周处、且多个绕组线圈1均与冷却管道3的内圆周面相接触，冷却管道3与多个绕组线圈1构成的环形阵列同轴。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机作进一步说明，本实施方式中，定子为自然传导冷却结构，定子还包括热传导部件，热传导部件为环形，热传导部件套接在多个绕组线圈1构成的环形阵列外圆周处、且多个绕组线圈1均与热传导部件的内圆周面相接触，热传导部件与多个绕组线圈1构成的环形阵列同轴。热传导部的外圆周与电机的机壳相连。
具体实施方式五：本实施方式所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机，包括：一个定子和两个转子，两个转子分别位于定子的两侧、且定子与转子之间形成气隙。转子包括转子铁心和8块永磁体，8块永磁体均固定在转子铁心气隙侧，8块永磁体N极与S极交替并呈环形均匀排布，8块永磁体所形成的环形与转子铁心同轴，两个转子上相互正对的两块永磁体充磁方向相同。转子为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构、或Halbach永磁体阵列结构。
定子采用环氧树脂灌封。定子为模块化结构、包括多个定子模块，每个定子模块均包括3j个绕组线圈1和绕组基板2，其中j为正整数，
绕组基板2和绕组线圈1的外轮廓均为环扇形，3j个绕组线圈1均套在绕组基板2上，使得绕组线圈1的两个有效边分别位于绕组基板2的两侧，3j个绕组线圈1沿绕组基板2的周向均匀排列，绕组线圈1环面与绕组基板2平面之间夹角为锐角，绕组线圈1节距等于极距，多个定子模块首尾相接形成环形。绕组基板2的内弧面上设有磁性条，以增大绕组的漏抗。绕组基板2为非磁性高强度材料。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式五所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机作进一步说明，本实施方式中，定子为液体冷却结构，每个定子模块还包括冷却管道3，冷却管道3为弧形管道，冷却管道3固定在绕组基板2的外圆弧上、且二者同轴，冷却管道3位于绕组线圈1和绕组基板2之间、且多个绕组线圈1均与冷却管道3相接触。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式五所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机作进一步说明，本实施方式中，定子为液体冷却结构，每个定子模块还包括冷却管道3，冷却管道3为弧形管道，冷却管道3固定在多个绕组线圈1构成的弧形外圆弧处、且多个绕组线圈1均与冷却管道3的内圆弧面相接触，冷却管道3与多个绕组线圈1构成的弧形同轴。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式五所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机作进一步说明，本实施方式中，定子为自然传导冷却结构，每个定子模块还包括热传导部件，热传导部件为弧形，热传导部件固定在多个绕组线圈1构成的弧形外圆弧处、且多个绕组线圈1均与热传导部件的内圆弧面相接触，热传导部件与多个绕组线圈1构成的弧形同轴。热传导部件的外弧与电机机壳相连。

Claims (13)

1.双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机，包括：一个定子和两个转子，两个转子分别位于定子的两侧、且定子与转子之间形成气隙，转子包括转子铁心和多个永磁体，多个永磁体均固定在转子铁心气隙侧，多个永磁体呈环形均匀排布、且所形成的环形与转子铁心同轴；
其特征在于，定子包括mj个绕组线圈(1)和绕组基板(2)，其中m为绕组相数，j为正整数，
绕组基板(2)为圆环形，绕组线圈(1)为环扇形，多个绕组线圈(1)均套在绕组基板(2)上，使得绕组线圈(1)的两个有效边分别位于绕组基板(2)的两侧，多个绕组线圈(1)沿绕组基板(2)的周向均匀排列，绕组线圈(1)环面与绕组基板(2)环面之间夹角为锐角，绕组线圈(1)节距等于极距。
2.根据权利要求1所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，定子为液体冷却结构，定子还包括冷却管道(3)，冷却管道(3)为环形管道，冷却管道(3)套接在绕组基板(2)的外圆周上、且二者同轴，冷却管道(3)位于绕组线圈(1)和绕组基板(2)之间、且多个绕组线圈(1)均与冷却管道(3)相接触。
3.根据权利要求1所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，定子为液体冷却结构，定子还包括冷却管道(3)，冷却管道(3)为环形管道，冷却管道(3)套接在多个绕组线圈(1)构成的环形阵列外圆周处、且多个绕组线圈(1)均与冷却管道(3)的内圆周面相接触，冷却管道(3)与多个绕组线圈(1)构成的环形阵列同轴。
4.根据权利要求1所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，定子为自然传导冷却结构，定子还包括热传导部件，热传导部件为环形，热传导部件套接在多个绕组线圈(1)构成的环形阵列外圆周处、且多个绕组线圈(1)均与热传导部件的内圆周面相接触，热传导部件与多个绕组线圈(1)构成的环形阵列同轴。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，绕组基板(2)的内环面上设有磁性条。
6.双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机，包括：一个定子和两个转子，两个转子分别位于定子的两侧、且定子与转子之间形成气隙，转子包括转子铁心和多个永磁体，多个永磁体均固定在转子铁心气隙侧，多个永磁体呈环形均匀排布、且所形成的环形与转子铁心同轴；
其特征在于，定子为模块化结构、包括多个定子模块，每个定子模块均包括mj个绕组线圈(1)和绕组基板(2)，其中m为绕组相数，j为正整数，
绕组基板(2)和绕组线圈(1)的外轮廓均为环扇形，多个绕组线圈(1)均套在绕组基板(2)上，使得绕组线圈(1)的两个有效边分别位于绕组基板(2)的两侧，多个绕组线圈(1)沿绕组基板(2)的周向均匀排列，绕组线圈(1)环面与绕组基板(2)平面之间夹角为锐角，绕组线圈(1)节距等于极距，
多个定子模块首尾相接形成环形。
7.根据权利要求6所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，定子为液体冷却结构，每个定子模块还包括冷却管道(3)，冷却管道(3)为弧形管道，冷却管道(3)固定在绕组基板(2)的外圆弧上、且二者同轴，冷却管道(3)位于绕组线圈(1)和绕组基板(2)之间、且多个绕组线圈(1)均与冷却管道(3)相接触。
8.根据权利要求6所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，定子为液体冷却结构，每个定子模块还包括冷却管道(3)，冷却管道(3)为弧形管道，冷却管道(3)固定在多个绕组线圈(1)构成的弧形外圆弧处、且多个绕组线圈(1)均与冷却管道(3)的内圆弧面相接触，冷却管道(3)与多个绕组线圈(1)构成的弧形同轴。
9.根据权利要求6所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，定子为自然传导冷却结构，每个定子模块还包括热传导部件，热传导部件为弧形，热传导部件固定在多个绕组线圈(1)构成的弧形外圆弧处、且多个绕组线圈(1)均与热传导部件的内圆弧面相接触，热传导部件与多个绕组线圈(1)构成的弧形同轴。
10.根据权利要求6、7、8或9所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，绕组基板(2)的内弧面上设有磁性条。
11.根据权利要求1、2、3、4、6、7、8或9所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，绕组基板(2)为非磁性高强度材料。
12.根据权利要求1、2、3、4、6、7、8或9所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，定子采用环氧树脂灌封。
13.根据权利要求1、2、3、4、6、7、8或9所述的双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，转子为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构、或Halbach永磁体阵列结构。
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