CN111478540A - 一种永磁电机集中绕组调制方法和可调制式绕组 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电机设计领域，特别涉及到永磁电机的电枢绕组设计技术。其提供的绕组中的每一相通过绕在每个齿上的线圈的相互抵消作用实现灵活的电枢磁场极数的变化。其方案为：每个线圈都绕在一个定子齿上；每一相绕组均由若干个绕在一个齿上的线圈按照一定的联结规律串联和并联组成；不论转子磁极为多少，该绕组能始终保持节距为1的单齿绕的集中式绕组。
Description
技术领域
本发明属于电机设计领域，特别涉及到永磁电机的电枢绕组设计技术。
背景技术
永磁电机以其灵活多变、高效节能等特点得到广泛应用。在诸多领域取代了异步电机或直流电机及其传统的减速或增速机构，实现了直接驱动，提高了传动系统效率。随着永磁电机应用领域的扩大，要求永磁电机在满足多种转速和转矩需求的同时，必须适应不同的安装尺寸。例如在低速大转矩的这一类内转子永磁电机中，转子内径有时要求与其它装置配合，因此需要较大的尺寸，这样就造成了这类电机的结构实际上是一个内径较大且中空的形状。为了实现低转速，这种电机的极数较多，而且多采用极槽数相近的集中式绕组形式。
采用极槽数相近的绕组形式的电机具有诸多优势，例如能够提供较高的转矩密度，恰当的选择极数与槽数，可以有效削弱齿槽转矩，减小转矩波动。极槽数相近的电机可以采用集中式绕组形式，这种绕组形式的端部较短，可以为扁平式的永磁电机节省更多的绕组端部长度，从而大大降低绕组用量，减少铜损耗，提高电机效率。
近极槽配合时每对极下的平均槽数与分布式绕组相比要少得多，当电机内径较大和极数不多时，槽数较少，使得槽形宽度和槽距较大。造成绕组线圈宽度过大，绕组端部长度过大，增加了绕组铜用量，失去极槽数相近集中式绕组的优势。
近年来，基于磁齿轮的磁场调制原理，逐步衍生出的磁场调制式电机中很重要的一类电机称为游标电机，以其可以实现转矩密度的提高等效果，近年来得到越来越多的关注。这类电机也只有一层气隙，类似于普通的永磁电机，为生产制造创造了便利条件。这类电机必须满足以下三个条件：
1、两个磁场的极对数相同；2、两个磁场的旋转方向及其旋转速度都相同既两磁场保持相对静止；3、两个磁场轴线之间不能共线。
根据这三个条件，可以得到电枢磁场的转速及其极对数的相应表达式，可以得到电枢磁场极对数与励磁磁场极对数和磁场调制模块(定子齿数)。因为游标电机的磁场调制模块由定子齿代为实现。
Z＝pr±ps (1)
Gr＝－pr/ps (2)
Z——定子齿数
ps——电枢磁动势极对数
pr——励磁磁动势极对数
Gr——传速比
n——电机转速
f——定子电流频率
根据以上公式可见，基于磁场调制原理的游标电机的定子槽的数量有更多选择，若将基于这种磁场调制原理的定子槽数选择的灵活性，应用在形状为扁平低速大转矩永磁电机中，可以改善极槽数较少的集中绕组的性能。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的缺陷，尤其适用于低速大转矩永磁同步电动机的调制式集中绕组，不论转子磁极为多少，该绕组能始终保持集中式，即节距为1的单齿绕的集中式绕组。当转子磁极数、定子电枢的极数与定子槽数的关系可以符合公式(1)时候，则该电机呈现调制特性。当以上三种参数的关系不符合公式(1)时，则该电机不呈现调制特性。本发明提供的绕组中的每一相通过绕在每个齿上的线圈的相互抵消作用实现灵活的电枢磁场极数的变化。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，其特征在于，每个线圈都绕在一个定子齿上；每一相绕组均由若干个绕在一个齿上的线圈按照一定的联结规律串联和并联组成；不论转子磁极为多少，该绕组能始终保持节距为1的单齿绕的集中式绕组。
进一步地，当转子磁极数、定子电枢的极数与定子槽数的关系可以符合调制规律公式Z＝pr±ps(1)时，则该电机呈现调制特性；
当转子磁极数、定子电枢的极数与定子槽数这三种参数的关系不符合调制规律公式(1)时，电机不呈现调制特性。
绕组中的每一相通过绕在每个齿上的线圈的相互抵消作用实现灵活的电枢磁场极数的变化。
进一步地，每个线圈都始终绕在一个定子齿上。
进一步地，定子槽数是(传统)分数槽集中绕组所需槽数的整数倍(定子槽数多)。
进一步地，定子槽内可安放单层或双层绕组。
进一步地，定子齿数是相数的整数倍，但是不再受电枢极数的限制。
与现有技术相比本发明有益效果。
本发明充分利用了集中绕组的优势，使得线圈尺寸减小，而使绕组端部实现最短。减小电机轴向长度。打破普通集中绕组齿数与极数必须相近的规律，定子槽数与转子极数通过一定规律的组合可以实现磁场调制功能。并且可以改善普通集中绕组的永磁电机磁路不对称的问题。减少漏感。提高凸极率，增加电机的磁阻转矩，进而提高电机的过载能力。本发明通过以上的优势可减小电机体积、尤其是低速大转矩磁同步电动机的体积。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1传统集中绕组形式的永磁电机示例(10极12槽)。
图2采用本发明绕组永磁电机(示例一)(10极48槽)。
图3传统集中式绕组与示例一的绕组线圈对比图。
图4传统集中式绕组(10极12槽)一对极的接线图。
图5示例一(10极48槽)绕组的一对极的接线图。
图6传统集中绕组形式(10极12槽)的永磁电机的电气接线图。
图7示例一(10极48槽)的电气接线图。
图8采用本发明绕组的具有调制功能的永磁电机(示例二)。(具有调制功能的86极48槽)。
图9示例二的空载气隙磁密波形。
图10示例二空载气隙磁密波形的各次谐波。
图11示例二的定子绕组单独在气隙中产生的磁密波形的各次谐波。
图12示例二的负载气隙磁密波形的各次谐波。
图1、2、8中，1为定子，2为线圈，3为转子。
具体实施方式
永磁电机调制式集中绕组。其特征在于：每一相绕组均由若干个绕在一个齿上的线圈按照一定的联结规律串联和并联组成。每个线圈都绕在一个定子齿上。定子槽内安放单层或双层的电枢绕组。定子与转子之间有一层气隙。转子磁极提供的永久磁场与定子电枢绕组的旋转磁场在气隙中耦合，从而实现电能到机械能的转换。
如图1-12所示，下面结合附图对本发明做进一步的说明：
本发明提供了一种集中绕组，可在多种定子槽数选择下实现多种电枢极数。可实现调制功能，且调制比更多。本发明的这种集中绕组分两种，分别为可调制的集中绕组和不可调制的集中绕组。图8所示的示例二为本发明的可调制的集中绕组，本发明绕组由绕在每一个定子齿(1)上的线圈(2)串联或并联而成。转子(3)上的磁极对数与定子齿数与定子绕组的极对数满足调制规律公式(1)时，则该电机呈现调制特性。如图8的示例二所示。其绕组排布如图7所示；其空载气隙磁密波形如图9所示；空载气隙磁密波形各次谐波如图10所示；定子绕组单独作用在气隙中的磁密波形的各次谐波如图11所示；负载的气隙合成磁场的各次谐波如图12所示。可见示例二通过采用本发明的绕组(如图7所示)，通过一定规律的串联和并联以后，不仅利用了48个齿的调制作用，而且仅通过绕在每一个齿上的绕组即可实现了5对极的定子电枢磁场(如图11)。并且可实现调制功能。实现了转速比为5/43倍的降速运行。当供电频率为10Hz时，其输出转速为14转。而若不采用本发明的绕组的游标电机，则必须采用分布式绕组，其端部较大，而且定子齿数必须与电枢极对数满足一定的规律。本发明绕组的优势在于不仅可以使得线圈尺寸最小，绕组端部最短。而且，定子齿数更灵活，可实现的变比更多。如示例二所示的48槽若要实现5对极，常规绕组是无法实现的，因此传统游标电机不会出现5/43的减速比，除非有空槽出现。
本发明的集中绕组也可以不实现调制功能，即不符合公式(1)的规律，但必须转子磁极数等于定子电枢的极数，而与定子槽数无关。电机不呈现调制特性(如图2的示例一所示)。与其对比的传统方案为图1所示。
图1为传统的集中绕组永磁电机的半模型示意图。转子磁极对数为5；绕组极对数也为5。定子齿数为12。如附图1所示，齿的宽度较大，因此造成每个线圈的宽度和长度都较大。如图3所示，总长度为437mm。
图2所示为采用本发明的集中绕组的永磁电机—示例一，与图1的转子极对数相同，也为5。定子齿数为48，若要实现电机同步运行则需要采用分布式绕组。由于分布式绕组跨距较大，线圈端部轴向长度依然很大。采用本发明的集中式绕组后，通过绕在每个齿(1)上的线圈的串并联，通过绕组磁动势的相互抵消作用，仍然可以实现极对数为5的定子绕组。每个线圈如附图3所示，尺寸大幅度缩小，进而大大缩小了电机的轴向长度。
同样，由于定子齿数继续增加，定子绕组可以实现更多的极对数，同样仍然可以实现5对极。若转子极对数仍然保持5对极不变，则永磁电机能够保持同步运行，并且仍使用集中绕组。传统集中式绕组一对极的接线图如图4所示，采用本发明绕组的示例一绕组的一对极的接线图如图5所示，传统集中绕组形式的永磁电机的电气接线图如图6所示，采用本发明绕组的示例一的电气接线图如图7所示。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种永磁电机集中绕组调制方法和可调制式绕组，其特征在于，每个线圈都绕在一个定子齿上；每一相绕组均由若干个绕在一个齿上的线圈按照一定的联结规律串联和并联组成；不论转子磁极为多少，该绕组能始终保持节距为1的单齿绕的集中式绕组。
2.根据权利要求1所述的一种永磁电机集中绕组调制方法和可调制式绕组，其特征在于：当转子磁极数、定子电枢的极数与定子槽数的关系可以符合调制规律公式Z＝pr±ps(1)时，则该电机呈现调制特性；
当转子磁极数、定子电枢的极数与定子槽数这三种参数的关系不符合调制规律公式(1)时，电机不呈现调制特性；
绕组中的每一相通过绕在每个齿上的线圈的相互抵消作用实现灵活的电枢磁场极数的变化。
3.根据权利要求1所述的一种永磁电机集中绕组调制方法和可调制式绕组，其特征在于：每个线圈都始终绕在一个定子齿上。
4.根据权利要求1所述的一种永磁电机集中绕组调制方法和可调制式绕组，其特征在于：定子槽数是分数槽集中绕组所需槽数的整数倍。
5.根据权利要求1所述的一种永磁电机集中绕组调制方法和可调制式绕组，其特征在于：定子槽内可安放单层或双层绕组。
6.根据权利要求1所述的一种永磁电机集中绕组调制方法和可调制式绕组，其特征在于：定子齿数是相数的整数倍，且不再受电枢极数的限制。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112968539A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-06-15 | 苏州博牛电气有限公司 | 一种48槽三相集中绕组式永磁电机 |
| CN115642730A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-01-24 | 南通大任永磁电机制造有限公司 | 一种多极槽组永磁电机及其控制方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB557968A (en) * | 1942-01-06 | 1943-12-14 | Arthur Mandl | Improvements in and relating to dynamo electric machines |
| CN101179248A (zh) * | 2006-11-10 | 2008-05-14 | 马龙汽车株式会社 | 电动机驱动装置及驱动方法 |
| US20080197741A1 (en) * | 2005-05-17 | 2008-08-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Electrical Machine Comprising a Winding System With Coil Groups |
| CN106253530A (zh) * | 2016-09-04 | 2016-12-21 | 华中科技大学 | 一种跨两齿集中绕组游标永磁电机 |
| WO2017101637A1 (zh) * | 2015-12-14 | 2017-06-22 | 新疆金风科技股份有限公司 | 电机定子、永磁发电机 |
| CN110380548A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-10-25 | 哈尔滨工业大学 | 集成式电气无级变速器的低谐波绕组排布方法 |
-
2020
- 2020-05-18 CN CN202010417892.0A patent/CN111478540A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB557968A (en) * | 1942-01-06 | 1943-12-14 | Arthur Mandl | Improvements in and relating to dynamo electric machines |
| US20080197741A1 (en) * | 2005-05-17 | 2008-08-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Electrical Machine Comprising a Winding System With Coil Groups |
| CN101179248A (zh) * | 2006-11-10 | 2008-05-14 | 马龙汽车株式会社 | 电动机驱动装置及驱动方法 |
| WO2017101637A1 (zh) * | 2015-12-14 | 2017-06-22 | 新疆金风科技股份有限公司 | 电机定子、永磁发电机 |
| CN106253530A (zh) * | 2016-09-04 | 2016-12-21 | 华中科技大学 | 一种跨两齿集中绕组游标永磁电机 |
| CN110380548A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-10-25 | 哈尔滨工业大学 | 集成式电气无级变速器的低谐波绕组排布方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112968539A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-06-15 | 苏州博牛电气有限公司 | 一种48槽三相集中绕组式永磁电机 |
| CN115642730A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-01-24 | 南通大任永磁电机制造有限公司 | 一种多极槽组永磁电机及其控制方法 |
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