CN214281173U - 一种电动滚筒用少槽多极永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电动滚筒用少槽多极永磁同步电机，包括定子铁心和转子，所述定子铁心的定子齿的齿顶处形成有齿隙，所述齿隙扩大了所述齿顶与所述转子之间的气隙，所述齿隙将定子齿的齿顶部分分隔成左右两个齿单元，所述转子为内转子或外转子；所述定子铁心的槽数为S，所述转子的磁极数为2P，满足以下条件：S＝3n，7n＜2P＜11n，2P为偶数，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。本实用新型改善了电机定子和转子的槽极比，进而改善绕组的电气结构，使定子齿与转子磁极之间形成的磁场沿周向均匀分布，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。

Description

一种电动滚筒用少槽多极永磁同步电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，尤其是一种电动滚筒用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槽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，需要增加极数，槽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，即定子槽数远小于转子磁极数。但是其存在的缺点是由于槽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，现有技术采用在定子齿的齿顶位置设置“齿隙”的方法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。

目前常规的设计思路是将槽数设计为3以及3的倍数，极数则设置为槽数的3倍加减1，例如9槽28极电机，即定子齿槽为9，转子磁瓦或磁环磁极为28，此设计结构降低了电机的转速，又减小了槽数，从而减少铁损，还能增加电机扭矩。但也存在一定缺陷，从电气要求角度看，如图1所示为9槽28极电机，由于该特定的槽极比，造成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上的三相绕组有两相绕组通电，因此在定子齿与转子磁极之间形成的闭合磁力线沿周向分布不均，造成转子沿径向受力不平衡，导致电机振动产生异噪。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺点，本实用新型提供了一种电动滚筒用少槽多极永磁同步电机，调整槽极比，进而改善绕组分布和电气配合结构，使定子齿与转子磁极之间形成的闭合磁力线沿周向均匀分布，从而解决了转子径向受力不平衡的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种电动滚筒用少槽多极永磁同步电机，包括定子铁心和转子，所述定子铁心的定子齿的齿顶处形成有齿隙，所述齿隙扩大了所述齿顶与所述转子之间的气隙，所述齿隙将定子齿的齿顶部分分隔成左右两个齿单元，所述转子为内转子或外转子；所述定子铁心的槽数为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。

其进一步技术方案为：

每个所述定子齿的所述齿隙及其两侧的齿单元分别与所述转子上三个相邻的磁极相对应。

所述齿隙位于所述定子齿的齿顶中央。

所述齿隙位于所述定子齿的齿顶端面上沿圆周方向的宽度，为所述齿顶端面沿圆周方向宽的1/5-1/2，所述齿隙沿径向的深度大于1mm。

所述齿隙呈U形、V形、R、内凹弧形、梯形、矩形中的一种或几种组合。

所述转子采用磁瓦或磁环结构。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型改善了电机定子和转子的槽极比，进而改善绕组的电气结构，使定子齿与转子磁极之间形成的闭合磁场沿周向均匀分布，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。

本实用新型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。

本实用新型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为现有技术中少槽多极永磁同步电机带绕组分布的电气原理示意图。

图2为本实用新型的第一种实施形式的结构示意图。

图3为本实用新型的第二种实施形式的结构示意图。

图4为本实用新型的第三种实施形式的结构示意图。

图5为本实用新型的第四种实施形式下带绕组分布的电气原理示意图。

图6为本实用新型的第五种实施形式下带绕组分布的电气原理示意图。

图7为本实用新型的第六种实施形式下带绕组分布的电气原理示意图。

图中：1、定子铁心；2、转子；3、齿顶端面；11、定子齿；111、齿隙；112、齿单元；21、S磁极；22、N磁极。

具体实施方式

以下结合附图说明本实用新型的结构示意图。

本实施例的电动滚筒用少槽多极永磁同步电机，如图2-图4所示，包括定子铁心1和转子2，本实施例的转子2为可以为如图2和图3所示的内转子形式，或者为如图4所示的外转子形式；本实施例的转子2采用磁瓦(磁钢)或冲磁磁环结构，包括沿周向间隔均匀设置的S磁极21和N磁极22。

本实施例的定子铁心1的槽数为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，2P为偶数，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]代表S和2P的最小公倍数。

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

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。本实施例所述的槽数即为定子齿数。

如图2所示为本实施例的第一种实施形式：n＝2，2P＝20时，6槽20极的内转子结构；

如图3所示为本实施例的第二种实施形式：n＝4，2P＝40时，12槽40极的内转子结构；

如图4所示为本实施例的第三种实施形式：n＝4，2P＝40时，12槽40极的外转子结构；

如图5所示为本实施例的第四种实施形式：n＝3，2P＝24时，9槽24极的外转子电机；

如图6所示为本实施例的第五种实施形式：n＝2，2P＝16时，6槽16极的外转子电机。

如图7所示为本实施例的第六种实施形式：n＝3，2P＝30时，9槽30极的外转子电机。

本实施例的定子铁心1的定子齿11的齿顶处形成有齿隙111，齿隙111扩大了齿顶与转子2之间的气隙，齿隙111将定子齿11的齿顶部分分隔成左右两个齿单元112；

本实施中，每个所述定子齿11的所述齿隙111及其两侧的齿单元112分别与所述转子2上三个相邻的磁极位置对应。

作为一种优选实施方式，齿隙111位于定子齿11的齿顶中央。

作为一种优选实施方式，如图2所述，齿隙111位于定子齿11的齿顶端面3上沿圆周方向的宽度，为齿顶端面3沿圆周方向宽的1/5-1/2，齿隙111沿径向的深度大于1mm。

具体地，齿隙111呈U形、V形、R、内凹弧形、梯形、矩形等中一种或几种组合。即一个定子铁心1上各定子齿11齿顶位置的齿隙111可以相同，也可以不同。

齿隙111的结构和尺寸可根据实际需要进行调整，不限于以上结构，只要满足增加气隙要求即可。

转子2为磁瓦或磁环结构。

具体地，转子2采用各向异性多极充磁铁氧体磁环或磁瓦。

具体地，磁环或磁瓦采用铷铁硼、铁氧体或稀土材质。

本实施例的电动滚筒用少槽多极永磁同步电机设计齿隙111的目的是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。本实施例的每个定子齿11两侧的齿单元112可以同时分别对应转子2上间隔的两个N磁极22，中间的齿隙111即对应转子2的S磁极21，或两侧的齿单元112同时对应转子2上间隔的两个S磁极21，中间的齿隙111则对应转子2的N磁极22；由于齿隙111扩大了气隙，磁场较弱，对定子齿11主磁场产生较小的影响，可以有效防止漏磁。

本实施例的电动滚筒用少槽多极永磁同步电机，槽数为S，转子2的磁极数为2P的配比设计合理，才使得定位齿11与转子2磁极形成特殊的位置对应关系，同时形成特定的、合理的绕组缠绕形式和电气结构。

如图1所示，为现有技术中9槽28极外转子电机在某一通电周期内，定子三相绕组的通电状态和转子与定子齿间闭合磁力线的分布情况，相邻的三个定子齿11为一组，共三组，分别缠绕三相绕组，为了满足该设计结构下的槽极配，如图所示沿顺时针方向三相绕组排布方式为A-A-A-B-B-B-C-C-C的形式，工作时，由图可知，位于右侧的三个定子齿上缠绕的其中一相绕组(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，电流方向如图中“×”、“·”所示，由此可得出各齿单元112的感应极性，由图可知该结构下，无法确保每个定子齿11的齿单元112分别和转子2上同极的两个磁极对应，各定子齿11与转子2的磁极之间形成的磁场(图中闭合圆圈所示)沿周向分布是不均匀的，造成转子2沿径向受力不平衡，转子2受偏摆力如图1中箭头方向所示，导致电机振动产生异噪。

如图5所示，为本实施例的第四种实施形式之9槽24极外转子电机，某一通电周期内，定子三相绕组的通电状态和转子与定子齿间闭合磁力线的分布情况，每间隔两个的定子齿11为一组共三组，分别缠绕三相绕组，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的结构，电流方向如图中“×”、“·”所示，由此可得出各齿单元112的感应极性，由图可知该结构可确保每个定子齿11的齿单元112分别和转子2上同极的两个磁极对应，使定子齿11与转子2的磁极之间形成的磁场(图中闭合圆圈所示)沿周向分布是很均匀的，因而转子2沿径向受力平衡，极大地改善了电机振动和异噪，提高了使用寿命。

同理，如图6所示，为本实施例的第五种实施形式之6槽16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)不通电，其他两相绕组(例如图中所示A、B相)通电，可知该结构可确保定子齿11与转子2的磁极之间形成的磁场(图中闭合圆圈所示)沿周向分布是很均匀的，因而转子2沿径向受力平衡。

同理，如图7所示，为按照本实施例的槽极比方案设计的第六种实施形式之9槽30极外转子电机，在某个通电周期内，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)通电，可得出各齿单元112的磁极，由图可知该结构可确保定子齿11与转子2的磁极之间形成的磁场(图中闭合圆圈所示)沿周向分布是很均匀的，因而转子2沿径向受力平衡。

本实施例的其他实施形式均满足绕组均匀分布的条件，满足本实用新型设计条件的槽极比的电机的绕组分布均匀，因此均具有较好的电气结构和较优的转子受力特点和结构性能，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。

Claims (6)

1.一种电动滚筒用少槽多极永磁同步电机，包括定子铁心(1)和转子(2)，所述定子铁心(1)的定子齿(11)的齿顶处形成有齿隙(111)，所述齿隙(111)扩大了所述齿顶与所述转子(2)之间的气隙，所述齿隙(111)将定子齿(11)的齿顶部分分隔成左右两个齿单元(112)，其特征在于，所述转子(2)为内转子或外转子；所述定子铁心(1)的槽数为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。

2.根据权利要求1所述的电动滚筒用少槽多极永磁同步电机，其特征在于，每个所述定子齿(11)的所述齿隙(111)及其两侧的齿单元(112)分别与所述转子(2)上三个相邻的磁极相对应。

3.根据权利要求2所述的电动滚筒用少槽多极永磁同步电机，其特征在于，所述齿隙(111)位于所述定子齿(11)的齿顶中央。

4.根据权利要求1所述的电动滚筒用少槽多极永磁同步电机，其特征在于，所述齿隙(111)位于所述定子齿(11)的齿顶端面(3)上沿圆周方向的宽度，为所述齿顶端面(3)沿圆周方向宽的1/5-1/2，所述齿隙(111)沿径向的深度大于1mm。

5.根据权利要求1所述的电动滚筒用少槽多极永磁同步电机，其特征在于，所述齿隙(111)呈U形、V形、R、内凹弧形、梯形、矩形中的一种或几种组合。

6.根据权利要求1所述的电动滚筒用少槽多极永磁同步电机，其特征在于，所述转子(2)采用磁瓦或磁环结构。

Images