CN114465391A - 多相永磁直流电机 - Google Patents

多相永磁直流电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多相永磁直流电机，包括定子和转子，定子上具有定子绕组和定子齿槽，定子齿槽沿定子周向等分为多个定子齿槽等分段，每个定子齿槽等分段对应定子绕组的一相，每相定子绕组由三股独立导线从起始齿槽沿顺时针方向采用波形并绕绕法绕满整个定子齿槽等分段得到第一层绕组，然后通过折返回绕方式得到后续层绕组，最后一层绕组在绕至终止齿槽时结束。本发明的有益效果是：定子绕组结构设计提高了电机绕组的槽满率，减小了电机温升，提高了电机功率密度；使得绕线简单，层次分明，提高了绕线工作效率；使得定子绕组不存在各相定子绕组的端部导线重叠的现象以及同一齿槽内会有不同相的绕线的现象，解决了相间绝缘短路系统风险。

Description

多相永磁直流电机
技术领域
本发明涉及永磁直流电机技术领域，特别是一种多相永磁直流电机。
背景技术
现有技术的定子绕组都为分数槽集中绕线方案，分数槽集中绕线方案槽满率达不到理想值，会导致电机在高转速时，有电机转矩小，易发热的现象。
同时，分数槽集中绕线方案绕线复杂，不利于提高绕线效率。
另外，分数槽集中绕线的定子绕组存在各相定子绕组的端部导线重叠的现象以及同一齿槽内会有不同相的绕线的现象，增加了相间绝缘短路系统风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种多相永磁直流电机，提高电机性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多相永磁直流电机，包括定子和转子，定子上具有定子绕组和定子齿槽，定子齿槽沿定子周向等分为多个定子齿槽等分段，每个定子齿槽等分段对应定子绕组的一相，每相定子齿槽等分段内的齿槽数N为6的倍数并且N≥12，每相定子齿槽等分段内的齿槽沿定子周向顺时针方向依次为1、2、3、4、5、6…N2、N1、N号齿槽，每相定子绕组具有至少2层绕组，各相定子绕组的层数相同，当每相定子绕组的层数为偶数时，定子齿槽等分段的1、2、3号齿槽为对应相定子绕组的起始齿槽，4、5、6号齿槽为对应相定子绕组的终止齿槽，每相定子绕组由三股独立导线从起始齿槽沿顺时针方向采用波形并绕绕法绕满整个定子齿槽等分段得到第一层绕组，然后三股独立导线通过折返回绕方式得到后续层绕组，最后一层绕组的三股独立导线在绕至终止齿槽时结束，当每相定子绕组的层数为奇数时，定子齿槽等分段的1、2、3号齿槽为对应相定子绕组的起始齿槽，N2、N1、N号齿槽为对应相定子绕组的终止齿槽，每相定子绕组由三股独立导线从起始齿槽沿顺时针方向采用波形并绕绕法绕满整个定子齿槽等分段得到第一层绕组，然后三股独立导线通过折返回绕方式得到后续层绕组，最后一层绕组的三股独立导线在绕至终止齿槽时结束，每相定子绕组的三股独立导线分别为第一导线、第二导线和第三导线，第一导线的绕入起始齿槽的头端为绕组的输入端，第三导线的绕入终止齿槽的尾端为绕组的输出端，第一导线的尾端与第二导线的绕入起始齿槽的头端串联，第二导线的尾端与第三导线的头端串联。
进一步限定，定子绕组的相数为3相或6相，每相定子绕组的层数为2层。
进一步限定，定子绕组采用星形接线方式或三角形接线方式进行接线。
为最大程度地利用齿槽内面积，进一步限定，定子齿槽为矩形齿槽，定子齿槽的宽度与各股独立导线的直径一致，用于使定子齿槽内的各股独立导线沿定子径向一字排布。
进一步限定，各股独立导线为扁平导线或圆导线。
进一步限定，转子上装配有磁钢，转子的磁钢极对数为aN/6，其中a为相数。
本发明的有益效果是：本发明的定子绕组结构更大程度地提高了电机绕组的槽满率，减小了电阻值及电负荷，减小了电机温升，提高了电机功率密度；各相定子绕组绕在对应的定子齿槽等分段内的设计，使得绕线简单，层次分明，提高了绕线工作效率；各相定子绕组绕在对应的定子齿槽等分段内的设计，使得定子绕组不存在各相定子绕组的端部导线重叠的现象以及同一齿槽内会有不同相的绕线的现象，解决了相间绝缘短路系统风险；同时，定子绕组的多相设计改善了电机动态性能，削弱了换相转矩波动。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
图1为本发明的实施例1的A相定子绕组的展开图；
图2为本发明的实施例1的定子绕组的展开图；
图3为本发明的实施例2的A相定子绕组的展开图；
图4为本发明的实施例3的A相定子绕组的展开图；
图5为本发明的实施例4的定子绕组的展开图；
图中，1.定子齿槽，1-1.A相定子齿槽等分段，1-2.B相定子齿槽等分段，1-3.C相定子齿槽等分段，1-4.X相定子齿槽等分段，1-5.Y相定子齿槽等分段，1-6.Z相定子齿槽等分段，2-1.第一导线，2-2.第二导线，2-3.第三导线，3.输入端，4.输出端。
具体实施方式
实施例1，如图1和2所示，一种多相永磁直流电机，具体为三相永磁直流轮毂电机，定子绕组的相数为3相，定子齿槽等分段内的齿槽数N＝12，一个定子上一共具有36个齿槽，每相定子绕组的层数为偶数，具体都为2层绕组。
该三相永磁直流轮毂电机包括定子和转子，定子上具有定子绕组和定子齿槽1，该定子绕组的相数为3，分别为A相、B相和C相，定子齿槽1沿定子周向等分为3个定子齿槽等分段，每个定子齿槽等分段对应定子绕组的一相，分别是A相定子齿槽等分段1-1、B相定子齿槽等分段1-2和C相定子齿槽等分段1-3，每相定子齿槽等分段内的齿槽数N为6的倍数并且N≥12，在本实施例1中，N为12，每相定子齿槽等分段内的齿槽沿定子周向顺时针方向依次为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12号齿槽，每相定子绕组都具有2层绕组，定子齿槽等分段的1、2、3号齿槽为对应相定子绕组的起始齿槽，4、5、6号齿槽为对应相定子绕组的终止齿槽，每相定子绕组由三股独立导线从起始齿槽沿顺时针方向采用波形并绕绕法绕满整个定子齿槽等分段得到第一层绕组，然后三股独立导线通过折返回绕方式得到第二层绕组，第二层绕组的三股独立导线在绕至终止齿槽时结束。
每相定子绕组的三股独立导线分别为第一导线2-1、第二导线2-2和第三导线2-3，三股独立导线的绕入起始齿槽的一端为头端，三股独立导线的绕入终止齿槽的另一端为尾端，第一导线2-1的头端为绕组的输入端3，第三导线2-3的尾端为绕组的输出端4，第一导线2-1的尾端与第二导线2-2的头端串联，第二导线2-2的尾端与第三导线2-3的头端串联。
定子绕组采用星形接线方式进行接线。定子齿槽1为矩形齿槽，定子齿槽1的宽度与各股独立导线的直径一致，用于使定子齿槽1内的各股独立导线沿定子径向一字排布。各股独立导线为扁平导线或圆导线。
结合附图1对定子绕组的A相定子绕组的结构进行进一步说明：
在附图1中，A相定子绕组的三股独立导线的头端按照第一导线2-1、第三导线2-3和第二导线2-2顺序分别绕入1、2、3号齿槽并从1、2、3号齿槽开始沿顺时针方向采用波形并绕绕法绕至10、11、12号齿槽，绕满整个定子齿槽等分段得到第一层绕组，在第一层绕组中，第一导线2-1依次绕入1、6、7、12号齿槽，第三导线2-3依次绕入2、5、8、11号齿槽，第二导线2-2依次绕入3、4、9、10号齿槽；
在第一层绕组绕完后，10、11、12号齿槽内的第二导线2-2、第三导线2-3和第一导线2-1折返回绕，绕入9、8、7号齿槽，再绕至4、5、6号齿槽时结束，在第二层绕组中，第一导线2-1依次绕入7、6号齿槽，第三导线2-3依次绕入8、5号齿槽，第二导线2-2依次绕入9、4号齿槽。
绕入1号齿槽的第一导线2-1的头端为绕组的输入端3，绕入5号齿槽的第三导线2-3的尾端为绕组的输出端4，绕入6号齿槽的第一导线2-1的尾端与绕入3号齿槽的第二导线2-2的头端串联，绕入4号齿槽的第二导线2-2的尾端与绕入2号齿槽的第三导线2-3的头端串联。
定子绕组的B相定子绕组和C相定子绕组的结构与A相相同，区别在于绕在不同的定子齿槽等分段，即B相定子绕组绕在B相定子齿槽等分段1-2上，C相定子绕组绕在C相定子齿槽等分段1-3上。
本实施例1的三相永磁直流轮毂电机的转子上装配有磁钢，转子的磁钢极对数与每相定子齿槽等分段内的齿槽数N相关，转子的磁钢极对数为aN/6，其中a为多相永磁直流电机的相数，本实施例1的相数a＝3，转子的磁钢极对数为3N/6＝6。
实施例2，如图3所示，一种多相永磁直流电机，和实施例1相比基本相同，区别在于：每相定子绕组的三股独立导线的头端按照第三导线2-3、第一导线2-1和第二导线2-2顺序分别绕入1、2、3号齿槽分别绕入1、2、3号齿槽并从1、2、3号齿槽开始沿顺时针方向采用波形并绕绕法绕至10、11、12号齿槽，绕满整个定子齿槽等分段得到第一层绕组，在第一层绕组中，第三导线2-3依次绕入1、6、7、12号齿槽，第一导线2-1依次绕入2、5、8、11号齿槽，第二导线2-2依次绕入3、4、9、10号齿槽；
在第一层绕组绕完后，10、11、12号齿槽内的第二导线2-2、第一导线2-1和第三导线2-3折返回绕，绕入9、8、7号齿槽，再绕至4、5、6号齿槽时结束，在第二层绕组中，第三导线2-3依次绕入7、6号齿槽，第一导线2-1依次绕入8、5号齿槽，第二导线2-2依次绕入9、4号齿槽。
绕入2号齿槽的第一导线2-1的头端为绕组的输入端3，绕入6号齿槽的第三导线2-3的尾端为绕组的输出端4，绕入5号齿槽的第一导线2-1的尾端与绕入3号齿槽的第二导线2-2的头端串联，绕入4号齿槽的第二导线2-2的尾端与绕入1号齿槽的第三导线2-3的头端串联。
实施例3，如图4所示，一种多相永磁直流电机，具体为三相永磁直流电机，定子绕组的相数为3相，定子齿槽等分段内的齿槽数N＝12，一个定子上一共具有36个齿槽，每相定子绕组的层数为奇数，具体都为3层绕组。
该三相永磁直流电机包括定子和转子，定子上具有定子绕组和定子齿槽1，该定子绕组的相数为3，分别为A相、B相和C相，定子齿槽1沿定子周向等分为3个定子齿槽等分段，每个定子齿槽等分段对应定子绕组的一相，分别是A相定子齿槽等分段1-1、B相定子齿槽等分段1-2和C相定子齿槽等分段1-3，每相定子齿槽等分段内的齿槽数N为6的倍数并且N≥12，在本实施例1中，N为12，每相定子齿槽等分段内的齿槽沿定子周向顺时针方向依次为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12号齿槽，每相定子绕组都具有3层绕组，定子齿槽等分段的1、2、3号齿槽为对应相定子绕组的起始齿槽，10、11、12号齿槽为对应相定子绕组的终止齿槽，每相定子绕组由三股独立导线从起始齿槽沿顺时针方向采用波形并绕绕法绕满整个定子齿槽等分段得到第一层绕组，然后三股独立导线通过折返回绕方式得到第二层绕组，再次折返回绕进行第三层绕组的绕组，第三层绕组的三股独立导线在绕至终止齿槽时结束。
每相定子绕组的三股独立导线分别为第一导线2-1、第二导线2-2和第三导线2-3，三股独立导线的绕入起始齿槽的一端为头端，三股独立导线的绕入终止齿槽的另一端为尾端，第一导线2-1的头端为绕组的输入端3，第三导线2-3的尾端为绕组的输出端4，第一导线2-1的尾端与第二导线2-2的头端串联，第二导线2-2的尾端与第三导线2-3的头端串联。
定子绕组采用星形接线方式进行接线。定子齿槽1为矩形齿槽，定子齿槽1的宽度与各股独立导线的直径一致，用于使定子齿槽1内的各股独立导线沿定子径向一字排布。各股独立导线为扁平导线或圆导线。
结合附图4对定子绕组的A相定子绕组的结构进行进一步说明：在附图4中，A相定子绕组的三股独立导线的头端按照第一导线2-1、第三导线2-3和第二导线2-2顺序分别绕入1、2、3号齿槽并从1、2、3号齿槽开始沿顺时针方向采用波形并绕绕法绕至10、11、12号齿槽，绕满整个定子齿槽等分段得到第一层绕组，在第一层绕组中，第一导线2-1依次绕入1、6、7、12号齿槽，第三导线2-3依次绕入2、5、8、11号齿槽，第二导线2-2依次绕入3、4、9、10号齿槽；
在第一层绕组绕完后，10、11、12号齿槽内的第二导线2-2、第三导线2-3和第一导线2-1折返回绕，沿逆时针方向同样采用波形并绕绕法先绕入9、8、7号齿槽，再绕入4、5、6号齿槽、然后绕入3、2、1号齿槽，得到第二层绕组，在第二层绕组中，第一导线2-1依次绕入7、6、1号齿槽，第三导线2-3依次绕入8、5、2号齿槽，第二导线2-2依次绕入9、4、3号齿槽；
在第二层绕组绕完后，3、2、1号齿槽内的第二导线2-2、第三导线2-3和第一导线2-1折返回绕，沿顺时针方向同样采用波形并绕绕法先绕入4、5、6号齿槽，再绕入9、8、7号齿槽、然后绕入10、11、12，得到第三层绕组，在第三层绕组中，第一导线2-1依次绕入6、7、12号齿槽，第三导线2-3依次绕入5、8、11号齿槽，第二导线2-2依次绕入4、9、10号齿槽；
绕入1号齿槽的第一导线2-1的头端为绕组的输入端3，绕入11号齿槽的第三导线2-3的尾端为绕组的输出端4，绕入12号齿槽的第一导线2-1的尾端与绕入3号齿槽的第二导线2-2的头端串联，绕入10号齿槽的第二导线2-2的尾端与绕入2号齿槽的第三导线2-3的头端串联。
定子绕组的B相定子绕组和C相定子绕组的结构与A相相同，区别在于绕在不同的定子齿槽等分段，即B相定子绕组绕在B相定子齿槽等分段1-2上，C相定子绕组绕在C相定子齿槽等分段1-3上。
实施例4，如图5所示，一种多相永磁直流电机，具体为六相永磁直流电机，定子绕组的相数为6相，定子齿槽等分段内的齿槽数N＝12，一个定子上一共具有72个齿槽，每相定子绕组的层数为偶数，具体都为2层绕组。
该实施例4和实施例1相比基本相同，区别在于：定子绕组的相数为6相，分别分别为A相、B相、C相、X相、Y相和Z相，一个定子上一共具有72个齿槽，定子齿槽1沿定子周向等分为6个定子齿槽等分段，每个定子齿槽等分段对应定子绕组的一相，分别是A相定子齿槽等分段1-1、B相定子齿槽等分段1-2、C相定子齿槽等分段1-3、X相定子齿槽等分段1-4、Y相定子齿槽等分段1-5和Z相定子齿槽等分段1-6。转子的磁钢极对数为6N/6，具体为转子的磁钢极对数为12。
该实施例4的每相定子绕组的结构与实施例1的每相定子绕组的结构相同。
上述实施例1的多相永磁直流电机具体为三相永磁直流轮毂电机，轮毂电机为外转子电机，本发明的多相永磁直流电机还可以是内转子电机；在上述实施例1～4中，每相定子齿槽等分段内的齿槽数N为12，实际每相定子齿槽等分段内的齿槽数N还可以为18、24、30、36等等；在实施例1～4中定子绕组采用星形接线方式进行接线，定子绕组还可以采用三角形接线方式进行接线。

Claims (6)

1.一种多相永磁直流电机，包括定子和转子，定子上具有定子绕组和定子齿槽(1)，其特征是：所述定子齿槽(1)沿定子周向等分为多个定子齿槽等分段，每个定子齿槽等分段对应定子绕组的一相，每相定子齿槽等分段内的齿槽数N为6的倍数并且N≥12，
每相定子齿槽等分段内的齿槽沿定子周向顺时针方向依次为1、2、3、4、5、6…N2、N1、N号齿槽，每相定子绕组具有至少2层绕组，各相定子绕组的层数相同，
当每相定子绕组的层数为偶数时，定子齿槽等分段的1、2、3号齿槽为对应相定子绕组的起始齿槽，4、5、6号齿槽为对应相定子绕组的终止齿槽，每相定子绕组由三股独立导线从起始齿槽沿顺时针方向采用波形并绕绕法绕满整个定子齿槽等分段得到第一层绕组，然后三股独立导线通过折返回绕方式得到后续层绕组，最后一层绕组的三股独立导线在绕至终止齿槽时结束，
当每相定子绕组的层数为奇数时，定子齿槽等分段的1、2、3号齿槽为对应相定子绕组的起始齿槽，N2、N1、N号齿槽为对应相定子绕组的终止齿槽，每相定子绕组由三股独立导线从起始齿槽沿顺时针方向采用波形并绕绕法绕满整个定子齿槽等分段得到第一层绕组，然后三股独立导线通过折返回绕方式得到后续层绕组，最后一层绕组的三股独立导线在绕至终止齿槽时结束，
每相定子绕组的三股独立导线分别为第一导线(2-1)、第二导线(2-2)和第三导线(2-3)，第一导线(2-1)的绕入起始齿槽的头端为绕组的输入端(3)，第三导线(2-3)的绕入终止齿槽的尾端为绕组的输出端(4)，第一导线(2-1)的尾端与第二导线(2-2)的绕入起始齿槽的头端串联，第二导线(2-2)的尾端与第三导线(2-3)的头端串联。
2.根据权利要求1所述的多相永磁直流电机，其特征是：所述的定子绕组的相数为3相或6相，每相定子绕组的层数为2层。
3.根据权利要求1所述的多相永磁直流电机，其特征是：所述的定子绕组采用星形接线方式或三角形接线方式进行接线。
4.根据权利要求1所述的多相永磁直流电机，其特征是：所述的定子齿槽(1)为矩形齿槽，定子齿槽(1)的宽度与各股独立导线的直径一致，用于使定子齿槽(1)内的各股独立导线沿定子径向一字排布。
5.根据权利要求1所述的多相永磁直流电机，其特征是：所述的各股独立导线为扁平导线或圆导线。
6.根据权利要求1所述的多相永磁直流电机，其特征是：所述的转子上装配有磁钢，转子的磁钢极对数为aN/6，其中a为相数。
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