CN112865457A - 分磁结构的少槽多极永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分磁结构的少槽多极永磁同步电机，包括定子铁心和转子，所述转子为内转子或外转子，所述定子铁心的每个定子齿的齿顶处形成有顶部齿隙，所述顶部齿隙扩大了所述齿顶与所述转子之间的气隙，由所述顶部齿隙的底部向齿根延伸形成有根部齿隙，所述顶部齿隙和所述根部齿隙将所述定子齿分隔成左单元齿和右单元齿，使得左单元齿和右单元齿之间齿中部分的磁路断开。本发明通过齿根间隙，切断了原闭合齿结构上位于齿中部分造成无效耦合的磁路，使得磁路保持在齿顶部分的闭合，从而提高线圈感应强度，提高电机效率。

Description

分磁结构的少槽多极永磁同步电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其是一种分磁结构的少槽多极永磁同步电机。

背景技术

近极槽永磁同步电机由于定子铁心的定子齿数与转子的极数相近，非常适合低速大转矩场所的应用，其存在的缺陷是，由于低速需求，需要增加转子磁极数，定子齿数也同比例地对应增加，造成绕线困难。为满足低速大转矩的应用需求，可将永磁同步电机设计成少槽多极式的结构，即定子齿数远小于转子极数。但是其存在的缺点是由于定子齿数减少造成定子齿顶部较宽，与转子极弧长度相近，使得永磁体产生的磁链有相当一部分经过定子齿顶部直接闭合，形成漏磁磁路，从而产生无效转矩，降低了永磁体利用率。定子齿顶部漏磁也使得定子齿顶部过早进入饱和状态，进一步削弱电机转矩输出。为了解决上述问题，现有技术中，在定子齿的齿顶位置设置“齿顶齿隙”，打断闭合的漏磁磁路，从而解决定子齿顶部过早进入饱和状态、电机转矩输出被削弱的问题。

上述的“齿顶齿隙”的存在虽然能够解决漏磁的问题，如图1所示，由于“齿顶齿隙”将定子齿的齿顶分隔成两部分，在某一通电周期内，某相绕组所在的定子齿具有方向不同的磁场，会在定子齿的齿中部分上形成无效耦合，削弱线圈感应磁场强度，造成电机效率下降。

发明内容

针对现有技术中存在的缺点，本发明提供了一种分磁结构的少槽多极永磁同步电机，解决由于定子齿中部分磁路无效耦合造成的线圈感应磁场强度降低的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种分磁结构的少槽多极永磁同步电机，包括定子铁心和转子，所述转子为内转子或外转子，所述定子铁心的每个定子齿的齿顶处形成有顶部齿隙，所述顶部齿隙扩大了所述齿顶与所述转子之间的气隙，由所述顶部齿隙的底部向齿根延伸形成有根部齿隙，所述顶部齿隙和所述根部齿隙将所述定子齿分隔成左单元齿和右单元齿，使得左单元齿和右单元齿之间齿中部分的磁路断开。

其进一步技术方案为：

所述顶部齿隙的宽度大于所述根部齿隙的宽度，且所述顶部齿隙的根部位置与相邻定子齿之间齿槽的槽底位置对应。

每个所述定子齿的所述顶部齿隙及其两侧的左单元齿、右单元齿分别与所述转子上三个相邻的磁极相对应。

所述顶部齿隙位于齿顶端面沿圆周方向的宽度，为所述定子齿的齿顶端面沿圆周方向宽的0.2-0.5。

所述根部齿隙沿定子齿径向延伸，所述根部齿隙的宽度为0.2-1.0mm。

所述顶部齿隙、根部齿隙位于所述定子齿的中央。

所述定子铁心的定子齿数为S，所述转子的磁极数为2P，S和2P的取值同时满足以下条件：

S＝3n，7n＜2P＜11n，P为整数，2P/S≠整数，S*2P＞[S，2P]，[S，2P]/2P/3＝整数，

其中，n为大于等于2的整数，[S，2P]为S和2P的最小公倍数。

所述顶部齿隙呈U形、V形、R、内凹弧形、梯形、矩形中的一种或几种组合。

本发明的有益效果如下：

本发明通过齿根间隙将具有齿顶间隙的定子齿的齿中直至齿根部分分离，切断了原闭合齿结构上位于齿中部分造成无效耦合的磁路，使得磁路保持在齿顶部分的闭合，从而提高线圈感应强度，提高电机效率。

本发明的电机定子和转子的定子齿和转子磁极比，使定子齿与转子磁极之间形成的磁场沿圆周方向分布均匀，使转子径向受力平衡，有效防止电机振动避免异噪，提高了电机的使用寿命。

本发明的少槽多极的设计适用于低速大转矩的应用领域，通过齿隙扩大了气隙，降低了对定子齿主磁场产生的影响，可有效防止漏磁，提高了永磁体的利用率降低了转矩脉动。

本发明的电机可用于直驱皮带线滚筒，替代传统的异步电机交流减速箱电滚筒，无需使用减速机等设备即可满足低速输出的需求，极大地优化了滚筒结构。

附图说明

图1为现有技术中同步电机带绕组分布的电气结构示意图。

图2为本发明的一种实施形式的结构示意图。

图3为图2的带绕组分布的电气结构示意图。

图4为本发明的第二种实施形式的带绕组分布的电气结构示意图。

图中：1、定子铁心；2、转子；3、齿顶端面；11、右单元齿；12、左单元齿；13、顶部齿隙；14、根部齿隙；21、S磁极；22、N磁极。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的结构示意图。

如图2所示，本实施例的分磁结构的少槽多极永磁同步电机，包括定子铁心1和转子2，转子2为内转子或外转子，转子2包括如图所示的S磁极21、N磁极22，定子铁心1的每个定子齿的齿顶处形成有顶部齿隙13，顶部齿隙13扩大了齿顶与转子2之间的气隙，由顶部齿隙13的底部向齿根延伸形成有根部齿隙14，顶部齿隙13和根部齿隙14将定子齿分隔成左单元齿12和右单元齿11，使得左单元齿12和右单元齿11之间的磁路断开。

上述实施例中，顶部齿隙13的宽度大于根部齿隙14的宽度，且顶部齿隙13的根部位置与相邻定子齿之间齿槽的槽底位置对应。

上述实施例中，每个定子齿的所述顶部齿隙13及其两侧的左单元齿12、右单元齿11分别与所述转子2上三个相邻的磁极相对应。即每个定子齿11两侧的左单元齿12、右单元齿11可以同时分别对应转子2上间隔的两个N磁极22，中间的顶部齿隙13即对应转子2的S磁极21，或两侧的左单元齿12、右单元齿11同时对应转子2上间隔的两个S磁极21，中间的顶部齿隙13则对应转子2的N磁极22。可避免同一定子齿同时对应转子上相邻的“N极S极N极”，或“S极N极S极”，防止在齿顶上耦合形成无效磁场。

作为优选例，顶部齿隙13位于齿顶端面3沿圆周方向的宽度为所述定子齿的齿顶端面3沿圆周方向宽的0.2-0.5。

作为优选例，根部齿隙14沿定子齿径向延伸，根部齿隙14的宽度为0.2-1.0mm。

作为优选例，顶部齿隙13、根部齿隙14位于定子齿的中央。

如图3所示，为上述实施例的第一种实施形式的9齿24极外转子电机，如图所示沿顺时针方向三相绕组排布方式为A-B-C-A-B-C-A-B-C的形式，在一个通电周期内，其中一相绕组(例如图中所示C相)不带电，其他两相带电绕组(例如图中所示AB相)分别形成两两间隔的结构，电流方向如图中“×”、“·”所示，可得出各左单元齿12和右单元齿11的感应磁极，由图可知，缠绕C相绕组的定子齿的左单元齿12和右单元齿11中通过的磁场方向(磁力线如图中虚线和箭头所示)相反，但是由于根部齿隙14的存在，使得两个反向磁路被分隔开，使磁路最大限度的通过齿顶部分，从而解决如图1所示的现有技术中不存在根部齿隙14结构的定子齿上两个反向磁路在定子齿的齿中部分进行无效耦合，所导致主磁场(定子转子间在齿顶形成的磁场)被削弱的问题。

上述实施例中，定子铁心1的定子齿数为S，转子2的磁极数为2P，S和2P的取值同时满足以下条件：

S＝3n，7n＜2P＜11n，P为整数，2P/S≠整数，S*2P＞[S，2P]，[S，2P]/2P/3＝整数，

其中，n为大于等于2的整数，[S，2P]为S和2P的最小公倍数。n取特定值时，对应的S有唯一确定的数值，根据上述公式得出对应的2P的值，从而得出满足在上述条件约束下的槽极比。

例如，n＝2，2P＝16或2P＝20；n＝3，2P＝24或2P＝30；n＝4，2P＝32或2P＝40。

上述实施例中的定子齿数和转子磁极数的比例设置，能够保证绕组具有特定的缠绕形式从而形成特定的电气结构。

工作时，在单个通电周期内定子铁心1上的三相绕组有两相绕组通电，如图3所示，沿顺时针方向三相绕组排布方式为A-B-C-A-B-C-A-B-C的形式，在一个通电周期内，其中一相绕组(例如图中所示C相)不带电，其他两相绕组(例如图中所示A、B相)带电，三相绕组分别形成两两间隔的结构，电流方向如图中“×”、“·”所示，由图可知在该齿极比结构下形成的电气结构，使得定子齿与转子磁极2所形成的磁场沿周向方向均匀分布。

同样地，如图4所示，为上述实施例的第二种实施形式之9齿30极外转子电机，如图所示，沿顺时针方向三相绕组排布方式为A-B-C-A-B-C-A-B-C的形式，在一个通电周期内，其中一相绕组(例如图中所示C相)不带电，其他两相绕组(例如图中所示A、B相)带电，三相绕组分别形成两两间隔均匀排布的结构，电流方向如图中“×”、“·”所示，由此可得出各左齿单元12和右单元齿11的感应极性，由图可知在该齿极比结构下形成的电气结构，使得使定子与转子磁极之间形成的磁场(磁力线如图中闭合圆圈所示)沿圆周方向分布均匀，因而转子2沿径向受力平衡。

上述实施例的满足定子齿数和磁极数比例条件的其他实施形式，其绕组结构与以上两种具体举例的绕组分布结构、电气结构类似，因为使得转子受力均匀，实际生产和应用情况表明，可用于直驱皮带线滚筒设备，广泛适用于皮带线、交叉带分拣以及输送线等物流运输作业领域，极大地改善了电机振动和异噪，提高了使用寿命。

上述实施例中，根部齿隙14的目的是将定子齿分隔成两部分，其具体形状、尺寸可根据实际情况设计。顶部齿隙13呈U形、V形、R、内凹弧形、梯形、矩形中的一种或几种组合。转子2采用各向异性多极充磁铁氧体磁环或磁瓦。磁环或磁瓦采用铷铁硼、铁氧体或稀土材质。

Claims (8)

1.一种分磁结构的少槽多极永磁同步电机，包括定子铁心(1)和转子(2)，所述转子(2)为内转子或外转子，其特征在于，所述定子铁心(1)的每个定子齿的齿顶处形成有顶部齿隙(13)，所述顶部齿隙(13)扩大了所述齿顶与所述转子(2)之间的气隙，由所述顶部齿隙(13)的底部向齿根延伸形成有根部齿隙(14)，所述顶部齿隙(13)和所述根部齿隙(14)将所述定子齿分隔成左单元齿(12)和右单元齿(11)，使得左单元齿(12)和右单元齿(11)之间齿中部分的磁路断开。

2.根据权利要求1所述的分磁结构的少槽多极永磁同步电机，其特征在于，所述顶部齿隙(13)的宽度大于所述根部齿隙(14)的宽度，且所述顶部齿隙(13)的根部位置与相邻定子齿之间齿槽的槽底位置对应。

3.根据权利要求1所述的分磁结构的少槽多极永磁同步电机，其特征在于，每个所述定子齿的所述顶部齿隙(13)及其两侧的左单元齿(12)、右单元齿(11)分别与所述转子(2)上三个相邻的磁极相对应。

4.根据权利要求3所述的分磁结构的少槽多极永磁同步电机，其特征在于，所述顶部齿隙(13)位于齿顶端面(3)沿圆周方向的宽度，为所述定子齿的齿顶端面(3)沿圆周方向宽的0.2-0.5。

5.根据权利要求4所述的分磁结构的少槽多极永磁同步电机，其特征在于，所述根部齿隙(14)沿定子齿径向延伸，所述根部齿隙(14)的宽度为0.2-1.0mm。

6.根据权利要求4所述的分磁结构的少槽多极永磁同步电机，其特征在于，所述顶部齿隙(13)、根部齿隙(14)位于所述定子齿的中央。

7.根据权利要求1-6之一所述的分磁结构的少槽多极永磁同步电机，其特征在于，所述定子铁心(1)的定子齿数为S，所述转子(2)的磁极数为2P，S和2P的取值同时满足以下条件：

S＝3n，7n＜2P＜11n，P为整数，2P/S≠整数，S*2P＞[S，2P]，[S，2P]/2P/3＝整数，

其中，n为大于等于2的整数，[S，2P]为S和2P的最小公倍数。

8.根据权利要求1所述的分磁结构的少槽多极永磁同步电机，其特征在于，所述顶部齿隙(13)呈U形、V形、R、内凹弧形、梯形、矩形中的一种或几种组合。

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