CN113964963A - 一种皮带机用永磁直驱滚筒假分数槽电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种皮带机用永磁直驱滚筒假分数槽电机，包括定子、转子，所述定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子铁芯包括定子槽和定子轭，所述定子绕组嵌绕在定子上，所述转子包括转子筒体与永磁体，所述皮带机用永磁直驱滚筒假分数槽电机的每极每相槽数为假分数，所述若干永磁体沿圆周方向均匀分布在所述转子筒体的内壁，所述定子铁芯设置有若干均匀分布的定子槽，所述定子铁芯外圆与所述永磁体一端之间留有气隙。相比较于整数槽和真分数槽，在同等条件下，假分数槽的槽极配比磁钢涡流耗损小于真分数槽；在同等条件下，假分数槽的定子槽数小于整数槽。在一定程度上提高了电机的运行性能，降低了工艺成本，提高了槽满率。

Description

一种皮带机用永磁直驱滚筒假分数槽电机
技术领域
本发明属于永磁电机领域，具体涉及一种皮带机用永磁直驱滚筒假分数槽电机。
背景技术
现有皮带机用的永磁直驱电动滚筒的带速通常为1.0-5.0m/s，直径范围为500-2000mm，其对应的转速一般为30-120rpm范围内，属于低速大扭矩电机范围，此转速范围内永磁直驱电动滚筒一般为多极，才能保证变频器的工作频率在正常范围内。因此皮带机用的多极的永磁直驱电动滚筒有两种选择：一种是真分数槽的槽极配比，另一种是整数槽的槽极配比。现有技术中，当使用真分数槽的永磁直驱滚筒电机，会存在转子和磁钢涡流损耗大易导致磁钢发生热退磁现象。当使用整数槽的永磁直驱滚筒电机，又会存在定子槽数过多，绝缘占比大，槽利用率低等问题，工艺复杂。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种皮带机用永磁直驱滚筒假分数槽电机，通过采用假分数槽的槽极配比，可有效改善低速大扭矩电机使用真分数槽时，会存在转子和磁钢涡流损耗较大(易导致磁钢发生热退磁现象)，当使用整数槽的槽极配比，又会存在定子槽数过多，绝缘占比大，槽利用率低等问题。
本发明的技术方案如下：
包括定子、转子，所述定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子铁芯包括定子槽和定子轭，所述定子绕组嵌绕在定子上，所述转子包括转子筒体与永磁体，所述皮带机用永磁直驱滚筒假分数槽电机的每极每相槽数为假分数，所述若干永磁体沿圆周方向均匀分布在所述转子筒体的内壁，所述定子铁芯设置有若干均匀分布的定子槽，所述定子铁芯外圆与所述永磁体一端之间留有气隙。
在本发明提供的电机的定子中，每极每相槽数q为真分数时为真分数槽的槽极配比，每极每相槽数q为整数时为整分数槽的槽极配比，所述每极每相槽数可表示为：
Figure BDA0003324940680000021
式中，q为每极每相槽数，Z为定子槽数，p为极对数，m为相数。
在本发明提供的电机的定子中，所述每极每相槽数q为假分数时，电机每个极距内的槽数也是假分数，每个极距为三个相互相隔60度电角度的相带，每个相带内的槽数也是假分数。
在本发明提供的电机的定子中，若所述每极每相槽数q为假分数时，则所述每极每相槽数q为假分数的定子槽数小于每极每相槽数q为整数时的定子槽数，且大于每极每相槽数q为真分数时的定子槽数。
在本发明提供的电机的定子中，所述定子绕组为双层绕组。
在本发明提供的电机的定子中，所述定子槽槽型为半开口平底槽，定子槽槽口宽度为5mm-10mm。
在本发明提供的电机的定子中，所述气隙为0.5mm-3mm。
本发明具有以下有益效果：
1.假分数槽相比较于真分数槽，在极对数一定以及其他相同情况下，假分数槽槽极配比的槽数大于真分数槽槽极配比的槽数，但假分数槽的磁钢涡流损耗明显小于真分数槽的磁钢涡流损耗。
2.假分数槽相比较于整数槽，在极对数一定以及其他相同情况下，假分数槽槽极配比的槽数小于整数槽槽极配比的槽数，在一定程度上提高了电机的运行性能，降低了工艺成本，提高了槽满率，降低了绝缘占比。
3.采用分数槽可增加绕组的分布系数，使空载反电势波形的正弦性得到改善，同时可以有效的降低齿槽转矩。由于分数槽电机的机距不是齿距角的整数倍，则不同极下的齿槽所属的磁场位置不同，产生的齿槽转矩相位不同而相互抵消，不是正弦波趋势，因此，分数槽电机可以有效降低齿槽转矩，但增加了谐波次数。
综上所述，假分数槽的槽极配比在磁钢涡流的耗损上优于真分数槽，在槽数、电机性能、工艺方面优于整数槽。
附图说明
图1为皮带机用永磁直驱滚筒假分数槽电机结构示意图；
图2为假分数槽电机每极每相槽数为3/2时的涡流损耗示意图；
图3为真分数槽电机每极每相槽数为3/8时的涡流损耗示意图；
图中所示：转子筒体1、定子2、永磁体3、转子4、定子槽2-1、定子轭2-2。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供的一种皮带机用永磁直驱滚筒假分数槽电机，包括定子(图中未示出)、转子4，定子包括定子铁芯2和定子绕组(图中未示出)，定子铁芯包括定子槽2-1和定子轭2-2，定子绕组(图中未示出)嵌绕在定子上，转子4包括转子筒体1与永磁体3，皮带机用永磁直驱滚筒假分数槽电机的每极每相槽数为假分数，永磁体3沿圆周方向均匀分布在转子筒体1的内壁，定子铁芯2设置有若干均匀分布的定子槽2-1，定子铁芯2外圆与永磁体3一端之间留有气隙。
如图1所示的永磁体结构为内置磁体结构，且每个磁极只有一块永磁体。实际上，永磁体的结构可以是表面贴装式结构，即转子内表面光滑，将永磁体制成瓦片结构镶嵌在转子的内表面；永磁体的结构也可以是表面插入式结构，转子内表面有凸起燕尾结构，用于插入转子永磁体；转子永磁体的结构也可以是其他的内置式磁极，比如V型结构、U型结构和W型结构等。
在本实施例中，每极每相槽数q为真分数时为真分数槽的槽极配比，每极每相槽数q为整数时为整分数槽的槽极配比，所述每极每相槽数可表示为：
Figure BDA0003324940680000041
式中，q为每极每相槽数，Z为定子槽数，p为极对数，m为相数，对某一具体的发电机，发电机定子的槽数和转子的磁极数都已确定，发电绕组由A、B、C三相组成，则每一相在定子中所占的槽数是对等的，各1/3；对应于转子的每个磁极，各相在每个磁极下对应所占的定子槽数也是相等的。每极每相槽数q，即在每个磁极下，每一相应该占有的槽数。
当q为整数时，则称绕组为整数槽绕组；q为分数时，则称绕组为分数槽绕组，本发明的绕组为假分数槽绕组，即分子大于或者等于分母的分数，如q＝3，则表示一个磁极下，A、B、C三相在定子槽中各占有三槽。如q＝3/2表示一个磁极下，A、B、C三相在定子槽中各占有3/2槽，也即是分数槽。可是，一个定子槽是不可能分开为分数的，这就表示，每2个磁极下，A、B、C三相在定子槽中各占有3槽，各相磁极下对应的总的槽数还是相等的。
在本实施例中，每极每相槽数q为假分数时，电机每个极距内的槽数也是假分数，每个极距为三个相互相隔60度电角度的相带，每个相带内的槽数也是假分数。
在本实施例中，若每极每相槽数q为假分数时，则所述每极每相槽数q为假分数的定子槽数小于每极每相槽数q为整数时的定子槽数，且大于每极每相槽数q为真分数时的定子槽数。
在本实施例中，定子绕组为双层绕组。
采用每极每相槽数q＝3/2、极数2P＝32、相数为3时的永磁直驱滚筒假分数槽电机与真分数槽永磁直驱滚筒电机、整数槽永磁直驱滚筒电机对比参数如下：
1)真分数槽永磁直驱滚筒电机：极数2P＝32，每极每相槽数q＝3/8，则槽数Z＝36；
2)假分数槽永磁直驱滚筒电机：极数2P＝32，每极每相槽数q＝3/2，则槽数Z＝144；
3)整数槽永磁直驱滚筒电机：极数2P＝32，每极每相槽数q＝2，则槽数Z＝192；
如图2所示，同极同功率同带速同滚筒途径的条件下假分数槽q＝3/2的永磁直驱滚筒电机的磁钢涡流耗损最高值在76瓦左右，最低值在60瓦左右，且在0.45S内完成两个周期性循环。
如图3所示，同极同功率同带速同滚筒途径的条件下真分数槽q＝3/8的永磁直驱滚筒电机的磁钢涡流耗损最高值在2500瓦左右，最低值在1800瓦左右，且在0.45S内完成五个周期性循环。
采用分数槽可增加绕组的分布系数，使空载反电势波形的正弦性得到改善，同时可以有效的降低齿槽转矩。由于分数槽电机的机距不是齿距角的整数倍，则不同极下的齿槽所属的磁场位置不同，产生的齿槽转矩相位不同而相互抵消，不是正弦波趋势，因此，分数槽电机可以有效降低齿槽转矩，但增加了谐波次数。
相比较于整数槽和真分数槽，在同等条件下，q＝3/2的假分数槽的永磁直驱滚筒电机磁钢涡流耗损小于真分数槽电机；在同等条件下，q＝3/2的假分数槽的永磁直驱滚筒电机定子槽数小于整数槽电机。在一定程度上提高了电机的运行性能，降低了工艺成本，提高了槽满率。
在本实施例中，定子槽槽型为半开口平底槽，定子槽槽口宽度为5mm-10mm，槽口宽度过小会造成漏磁严重，槽口宽度过大又会造成齿部严重饱和，优化电机性能中需要合理选择槽口宽度与齿宽的值，对于低速大转矩永磁直驱滚筒电机，通常采用平底槽，可有效提高铁芯利用率。
在本实施例中，气隙设置为0.5mm-3mm，气隙的大小，决定磁通量的大小，如果气隙较大的话，漏磁就多，那么电机的效率就会降低，如果气隙太小，就容易扫定子膛。因此，需要将气隙控制到一个合理的数值，才能达到最佳效果。
实施例2：
在本实施例中，采用每极每相槽数q＝6/5的假分数槽槽极配比，每5个磁极下，A、B、C三相在定子槽中各占有6槽，采用这种假分数槽槽极配比的电机，其定子槽数小于极数相同的整数槽电机，磁钢涡流耗损小于极数相同的真分数槽电机。
实施例3：
在本实施例中，采用每极每相槽数q＝9/5的假分数槽槽极配比，每5个磁极下，A、B、C三相在定子槽中各占有9槽，采用这种假分数槽槽极配比的电机，其定子槽数小于极数相同的整数槽电机，磁钢涡流耗损小于极数相同的真分数槽电机。
实施例4：
在本实施例中，采用每极每相槽数q＝5/4的假分数槽槽极配比，每4个磁极下，A、B、C三相在定子槽中各占有5槽，采用这种假分数槽槽极配比的电机，其定子槽数小于极数相同的整数槽电机，磁钢涡流耗损小于极数相同的真分数槽电机。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的，技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种皮带机用永磁直驱滚筒假分数槽电机，包括定子、转子，所述定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子铁芯包括定子槽和定子轭，所述定子绕组嵌绕在定子上，所述转子包括转子筒体与永磁体，所述皮带机用永磁直驱滚筒假分数槽电机的每极每相槽数为假分数，所述若干永磁体沿圆周方向均匀分布在所述转子筒体的内壁，所述定子铁芯设置有若干均匀分布的定子槽，所述定子铁芯外圆与所述永磁体一端之间留有气隙。
2.根据权利要求1所述的一种皮带机用永磁直驱滚筒假分数槽电机，其特征在于：每极每相槽数q为真分数时为真分数槽的槽极配比，每极每相槽数q为整数时为整分数槽的槽极配比，所述每极每相槽数可表示为：
Figure FDA0003324940670000011
式中，q为每极每相槽数，Z为定子槽数，p为极对数，m为相数。
3.根据权利要求1所述的一种皮带机用永磁直驱滚筒假分数槽电机，其特征在于：所述每极每相槽数q为假分数时，电机每个极距内的槽数也是假分数，每个极距为三个相互间隔60度电角度的相带，每个相带内的槽数也是假分数。
4.根据权利要求1所述的一种皮带机用永磁直驱滚筒假分数槽电机，其特征在于：若所述每极每相槽数q为假分数时，则所述每极每相槽数q为假分数的定子槽数小于每极每相槽数q为整数时定子槽数，且大于每极每相槽数q为真分数时定子槽数。
5.根据权利要求1所述的一种皮带机用永磁直驱滚筒假分数槽电机，其特征在于：所述定子绕组为双层绕组。
6.根据权利要求1所述的一种皮带机用永磁直驱滚筒假分数槽电机，其特征在于：所述定子槽槽型为半开口平底槽，定子槽槽口宽度为5mm-10mm。
7.根据权利要求1所述的一种皮带机用永磁直驱滚筒假分数槽电机，其特征在于：所述气隙为0.5mm-3mm。
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