CN214900408U

CN214900408U - 一种10极18槽结构永磁电机

Info

Publication number: CN214900408U
Application number: CN202121366063.0U
Authority: CN
Inventors: 解伟; 施振川; 曾铮; 郑庆圭; 叶曦; 陈祥林; 林晓刚
Original assignee: Quanzhou Institute of Equipment Manufacturing
Current assignee: Quanzhou Institute of Equipment Manufacturing
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2021-06-18
Publication date: 2021-11-26
Anticipated expiration: 2031-06-18

Abstract

本实用新型公开了一种10极18槽结构永磁电机，包括定子、转子和18个绕组线圈；定子包括定子铁芯和均匀分布于定子铁芯上的18个定子齿；转子包括转子铁芯和分布于转子铁芯上的10个磁极；18个绕组线圈绕线连接形成六相绕组，六相绕组分为两套绕组，第一套绕组包括Au、Bv和Cw，第二套绕组包括Dx、Ey和Fz，两套绕组以按照AFz、BDy、CEx和Uvw组的方式相连接，第一套绕组形成由Au、Bv和Cw组成的星形绕组，第二套绕组形成由Dx、Ey和Fz组成的三角形绕组或星形绕组。这样，减少绕组端部长度，改变两套绕组的并联接线结构，实现电机内部六相运行，提高绕组系数，抑制齿槽转矩，提高槽满率，增强槽散热能力。

Description

一种10极18槽结构永磁电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，更具体地说涉及一种10极18槽结构永磁电机。

背景技术

现有外径120mm、10极的永磁电机多采用12槽或24槽结构，10极12槽结构最小公倍数小，齿槽转矩大，而且槽数相对较少，散热能力较差；而10极24槽结构为分布式绕组结构，槽满率低，绕组端部较长，无效铜耗多，降低了永磁电机效率；故为减少齿槽转矩和绕组端部长度，永磁电机采用10极18槽结构，但10极18槽结构的绕组系数较低，限制了永磁电机的输出功率。

有鉴于此，本实用新型人在此基础上进行深入研究，遂有本案的产生。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种10极18槽结构的永磁电机，其能够抑制齿槽转矩，减少绕组端部长度，提高槽满率及增强散热，并且，还可以额外提高永磁电机的容错能力，以确保永磁电机就可以高功率输出。

为达到上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种10极18槽结构永磁电机，包括定子、转子和18个绕组线圈；所述定子包括定子铁芯和18个定子齿，18个所述定子齿均匀分布于所述定子铁芯上，18个所述绕组线圈分别对应所述定子齿；所述转子包括转子铁芯和10个磁极，10个所述磁极均匀分布于所述转子铁芯上；18个所述绕组线圈按集中绕组的方式绕线连接以形成六相绕组，所述六相绕组分为两套绕组，第一套绕组包括Au、Bv和Cw，第二套绕组包括Dx、Ey和Fz，两套所述绕组以按照AFz、BDy、CEx和Uvw组的方式相连接，以使所述第一套绕组形成由Au、Bv和Cw组成的星形绕组，所述第二套绕组形成由Dx、Ey和Fz组成的三角形绕组或星形绕组。

所述第一套绕组上每个所述定子齿上的所述绕组线圈的匝数为N1匝，所述第二套绕组上每个定子齿上的所述绕组线圈的匝数为N2匝；

在所述第一套绕组形成星形绕组，所述第二套绕组形成三角形绕组时，所述N1匝和所述N2匝的关系为

在所述第一套绕组和所述第二套绕组分别形成星形绕组时，所述N1匝和所述N2匝的关系为N1/N2＝1/(2cosπ/36)。

在所述第一套绕组形成星形绕组，所述第二套绕组形成三角形绕组时，所述第一套绕组和所述第二套绕组的线电压相等，并且，Dx绕组以所述Au绕组为中心对称布置，所述Ey绕组以所述Bv绕组为中心对称布置，所述Fz绕组以所述Cw绕组为中心对称布置。

所述Au绕组与所述Dx绕组间的相位差为90°，所述Bv绕组和所述Ey绕组的相位差为90°，所述Cw绕组和所述Fz绕组的相位差为90°。

所述Au绕组的两端分别为A端和u端，所述Bv绕组的两端分别为B端和v端，所述Cw绕组的两端分别为C端和w端，所述Dx绕组的两端分别为D端和x端，所述Ey绕组的两端分别为E端和y端，所述Fz绕组的两端分别为F端和z端，所述A端和所述F端，所述B端和所述D端，以及所述C端和所述E端分别连接在三相电源上。

在所述第一套绕组和所述第二套绕组分别形成星形绕组时，所述第一套绕组和所述第二套绕组的线电压相等，并且，所述Au绕组与所述Dx绕组间的相位差为90°，所述Bv绕组和所述Ey绕组的相位差为90°，所述Cw绕组和所述Fz绕组的相位差为90°。

所述Au绕组的两端分别为A端和u端，所述Bv绕组的两端分别为B端和v端，所述Cw绕组的两端分别为C端和w端，所述Dx绕组的两端分别为D端和x端，所述Ey绕组的两端分别为E端和y端，所述Fz绕组的两端分别为F端和z端；其中，两套绕组的中性点均连接共同中性点，所述共同中性点为u端、v端、w端、x端、y端和z端的共同连接点；所述A端和D端之间、所述B端和所述E端之间和所述C端和F端之间分别连接有电容，三相电源分别连接所述D端和第一个所述电容，所述E端和第二个所述电容以及所述F端和第三个所述电容。

采用上述结构后，本实用新型具有如下有益效果：采用10极18槽结构，减少了绕组端部长度，在不增加控制器和驱动器成本的基础上，改变两套绕组的并联接线结构，实现电机内部六相运行，提高绕组系数，抑制齿槽转矩，提高槽满率，增强槽散热能力，同时在某个绕组线圈(如绕组线圈u)出现故障时，可以停用一套绕组(Au、Bv和Cw)，另一套绕组(Dx、Ey和Fz)继续运行，实现三相平衡运行，以降低容量维持稳定运行，提高永磁电机的容错能力，最终确保永磁电机高功率输出。

附图说明

图1为本实用新型10极18槽结构永磁电机的剖视图；

图2为本实用新型10极18槽结构永磁电机中定子齿磁动势相位图；

图3为本实用新型10极18槽结构永磁电机中六相绕组内部绕组线圈接线图；

图4为实施例一中六相绕组端子连接示意图；

图5为实施例二中六相绕组电动势星形图；

图6为实施例二中六相绕组电路接线图。

图中：

1-定子铁芯；2-转子铁芯。

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。

一种10极18槽结构永磁电机，如图1-3所示，包括定子、转子和18个绕组线圈，定子包括定子铁芯1和18个定子齿，18个定子齿沿定子铁芯1的周向均匀间隔布置，18个绕组线圈与18个定子齿分别一对一配设，即18个绕组线圈分别绕设于对应的定子齿上；转子包括转子铁芯2和10个磁极，10个磁极分别沿转子铁芯2的周向均匀间隔布置。18个绕组线圈按常规的集中绕组的方式绕线连接以形成六相绕组，本实施例中六相绕组分别为Au、Bv、Cw、Dx、Ey和Fz，六相绕组分成两套绕组，第一套绕组包括Au、Bv和Cw，第二套绕组包括Dx、Ey和Fz，两套绕组以按照AFz、BDy、CEx和Uvw组连接的方式相连接，以使第一套绕组形成由Au、Bv和Cw组成的星形绕组，第二套绕组形成由Dx、Ey和Fz组成的三角形绕组或星形绕组。

在本实施例中，以各个定子齿沿定子铁芯1的周向依次设置成定子齿T1、T2、……、T18，第一套绕组的各个定子齿分别为定子齿T1、T4、T7、T10、T13和T16，第二套绕组的各个定子齿分别为定子齿T2、T3、T5、T6、T8、T9、T11、T12、T14和T15；定子齿T1上的绕组线圈和T10上的绕组线圈串接以形成Au绕组，即A相绕组；定子齿T7上的绕组线圈和T16上的绕组线圈串接以形成Bv绕组，即B相绕组；定子齿T13上的绕组线圈和定子齿T4上的绕组线圈串接以形成Cw绕组，即C相绕组；定子齿T2上的绕组线圈反向串接定子齿T18上的绕组线圈，定子齿T18上的绕组线圈反向串接定子齿T11上的绕组线圈，定子齿T11上的绕组线圈串接定子齿T9上的绕组线圈，以形成Dx绕组，即D相绕组；定子齿T8上的绕组线圈反向串接定子齿T6上的绕组线圈，定子齿T6上的绕组线圈反向串接定子齿T17上的绕组线圈，定子齿T17上的绕组线圈串接定子齿T15上的绕组线圈，以形成Ey绕组，即E相绕组；定子齿T14上的绕组线圈反向串接定子齿T12上的绕组线圈，定子齿T12上的绕组线圈反向串接定子齿T5上的线圈绕组，定子齿T5上的线圈绕组串接定子齿T3上的绕组线圈，以形成Fz绕组，即F相绕组。其中，每套绕组中，每两相之间的相位差为120°电角度。

需说明的是，本实用新型适用于10极18槽及以10极18槽为基本单元的永磁电机，即定子包括定子铁芯和18N定子齿，相应地，磁极为10N，N为大于或者等于1的整数。

下面对第一套绕组和第二套绕组的接法进行详细描述。

实施例一

如图3-4所示，本实施例中，第一套绕组形成由Au、Bv和Cw组成的星形绕组，第二套绕组形成由Dx、Ey和Fz组成的三角形绕组。

以第一套绕组上的每个定子齿(T1、T4、T7、T10、T13和T16)上所绕的绕组线圈的匝数为N1匝，第二套绕组上的每个定子齿(T2、T3、T5、T6、T8、T9、T11、T12、T14和T15)所绕的绕组线圈的匝数为N2匝，本实施例中N1和N2的数学关系为：

即N1为N2的1.39倍，以确保第一套绕组和第二套绕组的线电压相等，但相电压不相等，即A相绕组的引出线与B相绕组的引出线之间的电压、B相绕组的引出线与C相绕组的引出线间的电压，A相绕组的引出线与C相绕组的引出线间的电压，D相绕组的引出线与E相绕组的引出线间的电压，E相绕组的引出线与F相绕组的引出线间的电压以及D相绕组的引出线与F相绕组的引出线间的电压均相等。如图4所示，上述的Dx绕组以Au绕组为中心对称布置，上述的Ey绕组以Bv绕组为中心对称布置，上述的Fz绕组以Cw绕组为中心对称布置。其中，A相绕组的两端分别为A端和u端，B相绕组的两端分别为B端和v端，C相绕组的两端分别为C端和w端，D相绕组的两端分别为D端和x端，E相绕组的两端分别为E端和y端，F相绕组的两端分别为F端和z端，A相绕组的A端和F相绕组的F端，B相绕组的B端和D相绕组的D端，以及C相绕组的C端和E相绕组的E端分别连接在三相电源上，即六相绕组并联布置，以实现永磁电机内部六相同时运行，且同时工作，即星形-三角形双绕组在内部形成六相运行。

在本实施例中，A相绕组与D相绕组间的相位差为90°，B相绕组和E相绕组的相位差为90，C相绕组和F相绕组的相位差90。

本实施例中，按常规计算可知，第一套绕组的绕组分布系数为1，第二套绕组的绕组系数为0.9848，与传统的三相10极18槽集中绕组相比，提高了绕组系数。

本实施例中，永磁电机的定子采用18槽结构，转子采用10极结构，定子的槽数和转子的极数的最小公倍数为90，极大降低齿槽转矩，并且采用集中式绕组，永磁电机轴向尺寸缩短，从而缩小永磁电机的体积，制造更加方便。

这样，本实施例中采用两套绕组匝数配比设计，在不增加控制器和驱动器成本的基础上，即不改变控制器和驱动器，实现永磁电机的内部六相同时运行，提高了绕组系数，降低了转矩脉动，并且，保留了10极18槽集中绕组端部短、散热好和齿槽转矩小的优点。

实施例二

如图3所示和如图5-6所示，本实施例中第一套绕组形成由Au、Bv和Cw组成的星形绕组，第二套绕组形成由Dx、Ey和Fz组成的星形绕组。

以第一套绕组上的每个定子齿(T1、T4、T7、T10、T13和T16)上所绕的绕组线圈的匝数为N1匝，第二套绕组上的每个定子齿(T2、T3、T5、T6、T8、T9、T11、T12、T14和T15)所绕的绕组线圈的匝数为N2匝，本实施例中N1和N2的数学关系为：N1/N2＝1/(2cosπ/36)，即N1为N2的0.502倍，以确保两套绕组的线电压相等。如图5所示，第一套绕组和第二套绕组的线电压均相等，即A相绕组的引出线与B相绕组的引出线之间的电压、B相绕组的引出线与C相绕组的引出线间的电压，A相绕组的引出线与C相绕组的引出线间的电压，D相绕组的引出线与E相绕组的引出线间的电压，E相绕组的引出线与F相绕组的引出线间的电压以及D相绕组的引出线与F相绕组的引出线间的电压均相等。其中，A相绕组与D相绕组间的相位差为90°，B相绕组和E相绕组的相位差为90°，C相绕组和F相绕组的相位差为90°。

进一步说，如图5-6所示，A相绕组的两端分别为A端和u端，B相绕组的两端分别为B端和v端，C相绕组的两端分别为C端和w端，D相绕组的两端分别为D端和x端，E相绕组的两端分别为E端和y端，F相绕组的两端分别为F端和z端。两套绕组的中性点均连接共同中性点，u端、v端、w端、x端、y端和z端相互连接，此共同中性点指的是u端、v端、w端、x端、y端和z端的共同连接点，此中性点指的是星形绕组的公共点；并且，在A端与D端之间、B端和E端之间、C端和F端之间分别通过电容连接，即三个电容，本实施例中各电容均为1-100uF，这三个电容的参数相同，以调整相应相的相位差保持在90°，确保永磁电机六相绕组同时工作。且三相电源分别连接D端和第一个电容C1的正极、E端和第二个电容C1的正极以及F端和第三个电容C1的正极。

本实施例中，N1和N2的数学关系为：N1/N2＝1/(2cosπ/36)，即，N1/N2＝0.502，这样，采用集中绕组匝数按N1/N2＝0.502的配比设计，以使两套绕组均形成电容移相电路，使永磁电机在三相电源下，双绕组在永磁电机的内部形成六相运行，以形成六个相位的电流，并产生六个相位的磁场，以使形成的旋转磁场更稳定，并且，提高了10极18槽永磁电机的绕组系数，降低了转矩脉动。

此外，在本实用新型中，某个绕组出现故障时，以u绕组为例，可以选择停用第一套绕组，即A相绕组、B相绕组和C相绕组停用，D相绕组、E相绕组和F相槽组继续实现三相平衡运行，以降低容量但仍维持稳定运行，以此提高永磁电机的容错能力，并保证永磁电机高功率输出，此功率相比常规三相10极18槽的永磁电机可提高25％。

以上所述仅为本实施例的优选实施例，凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化和修饰，均应属于本实用新型的权利要求范围。

Claims

1.一种10极18槽结构永磁电机，其特征在于：包括定子、转子和18个绕组线圈；所述定子包括定子铁芯和18个定子齿，18个所述定子齿均匀分布于所述定子铁芯上，18个所述绕组线圈分别对应所述定子齿；所述转子包括转子铁芯和10个磁极，10个所述磁极均匀分布于所述转子铁芯上；18个所述绕组线圈按集中绕组的方式绕线连接以形成六相绕组，所述六相绕组分为两套绕组，第一套绕组包括Au、Bv和Cw，第二套绕组包括Dx、Ey和Fz，两套所述绕组以按照AFz、BDy、CEx和Uvw组的方式相连接，以使所述第一套绕组形成由Au、Bv和Cw组成的星形绕组，所述第二套绕组形成由Dx、Ey和Fz组成的三角形绕组或星形绕组。

2.根据权利要求1所述的一种10极18槽结构永磁电机，其特征在于：所述第一套绕组上每个所述定子齿上的所述绕组线圈的匝数为N1匝，所述第二套绕组上每个定子齿上的所述绕组线圈的匝数为N2匝；

3.根据权利要求2所述的一种10极18槽结构永磁电机，其特征在于：在所述第一套绕组形成星形绕组，所述第二套绕组形成三角形绕组时，所述第一套绕组和所述第二套绕组的线电压相等，并且，Dx绕组以所述Au绕组为中心对称布置，所述Ey绕组以所述Bv绕组为中心对称布置，所述Fz绕组以所述Cw绕组为中心对称布置。

4.根据权利要求3所述的一种10极18槽结构永磁电机，其特征在于：所述Au绕组与所述Dx绕组间的相位差为90°，所述Bv绕组和所述Ey绕组的相位差为90°，所述Cw绕组和所述Fz绕组的相位差为90°。

5.根据权利要求3或4所述的一种10极18槽结构永磁电机，其特征在于：所述Au绕组的两端分别为A端和u端，所述Bv绕组的两端分别为B端和v端，所述Cw绕组的两端分别为C端和w端，所述Dx绕组的两端分别为D端和x端，所述Ey绕组的两端分别为E端和y端，所述Fz绕组的两端分别为F端和z端，所述A端和所述F端，所述B端和所述D端，以及所述C端和所述E端分别连接在三相电源上。

6.根据权利要求2所述的一种10极18槽结构永磁电机，其特征在于：在所述第一套绕组和所述第二套绕组分别形成星形绕组时，所述第一套绕组和所述第二套绕组的线电压相等，并且，所述Au绕组与所述Dx绕组间的相位差为90°，所述Bv绕组和所述Ey绕组的相位差为90°，所述Cw绕组和所述Fz绕组的相位差为90°。

7.根据权利要求6所述的一种10极18槽结构永磁电机，其特征在于：所述Au绕组的两端分别为A端和u端，所述Bv绕组的两端分别为B端和v端，所述Cw绕组的两端分别为C端和w端，所述Dx绕组的两端分别为D端和x端，所述Ey绕组的两端分别为E端和y端，所述Fz绕组的两端分别为F端和z端；其中，两套绕组的中性点均连接共同中性点，所述共同中性点为u端、v端、w端、x端、y端和z端的共同连接点；所述A端和D端之间、所述B端和所述E端之间和所述C端和F端之间分别连接有电容，三相电源分别连接所述D端和第一个所述电容，所述E端和第二个所述电容以及所述F端和第三个所述电容。