專利名稱：：低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷電機(jī)的分?jǐn)?shù)槽繞組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于永磁無刷電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體的說，本發(fā)明涉及永磁無刷電機(jī)中多相多極的繞組節(jié)距為1槽距的分?jǐn)?shù)槽繞組。
背景技術(shù)：
：無刷電機(jī)是二十世紀(jì)五十年代隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型直流電機(jī)，應(yīng)用范圍越來越廣，不僅局限在微型高速驅(qū)動(dòng)電機(jī)領(lǐng)域，在中小型低速大轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中也顯露其優(yōu)良特性。無刷電機(jī)的繞組通常采用三相星型繞組，最少的磁極數(shù)是2極，對(duì)應(yīng)的槽數(shù)最少為6槽，若為4極，則為12槽等等，即槽數(shù)通常是磁極的3(相數(shù))倍(葉金虎等《無刷直流電動(dòng)機(jī)》，科學(xué)出版社(第一版)1982.1，pp17-20);在低速無刷電機(jī)系統(tǒng)中，多數(shù)釆用多極結(jié)構(gòu)或多相多極結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)低速平穩(wěn)的大轉(zhuǎn)矩輸出。但是，隨著磁極和相數(shù)的增加，一定尺寸的電機(jī)槽數(shù)就增加幾倍，受機(jī)械工藝的限制，磁極和相數(shù)也不能過多，所以，低速大轉(zhuǎn)矩的特性受到一定的限制。由于傳統(tǒng)的分?jǐn)?shù)槽繞組的工藝復(fù)雜性，且槽數(shù)遠(yuǎn)大與磁極數(shù)，所以分?jǐn)?shù)槽繞組多數(shù)在大型水輪發(fā)電機(jī)中和特殊用途的交流電機(jī)中采用，多數(shù)電機(jī)都不采用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于無刷電機(jī)中的繞組節(jié)距為1槽距的分?jǐn)?shù)槽繞組，該分?jǐn)?shù)槽繞組可實(shí)現(xiàn)槽數(shù)與磁極數(shù)相近，可應(yīng)用于低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷電機(jī)中。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷電機(jī)的分?jǐn)?shù)槽繞組，包括定子鐵芯的結(jié)構(gòu)為無槽結(jié)構(gòu)，該繞組的線圈設(shè)置在定子鐵芯的端面上，與轉(zhuǎn)子上N、S極交替排布的磁極相對(duì)應(yīng)，所述繞組的節(jié)距為l槽距，雙層疊繞，在一個(gè)相帶內(nèi)分布Q個(gè)串聯(lián)繞組構(gòu)成一相繞組，其他相繞組按電機(jī)相序依次循環(huán)排布；其特征在于，磁極數(shù)P與鐵芯槽數(shù)Z及相數(shù)M和Q滿足如下條件1)當(dāng)Q為奇數(shù)時(shí)，鐵芯槽數(shù)Z:QXMXK，磁極數(shù)P-Z士K;其中Q-1、3、5、7、9、......，相數(shù)M=2、3、4、5、6、7、8、9、10、......，K為自然數(shù)l、2、3、4、5、......；2)當(dāng)Q為偶數(shù)時(shí)，鐵芯槽數(shù)Z:QXMXK，磁極數(shù)P:Z土2K;其中Q=2、4、6、8、10、……，相數(shù)M:2、3、4、5、6、7、8、9、10、......，K為自然數(shù)l、2、3、4、5、......。上述技術(shù)方案中，所述磁極為釹鐵硼永磁材料制成的磁極，永磁磁極轉(zhuǎn)子可以是內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子或端面轉(zhuǎn)子。上述技術(shù)方案中，所述的低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷電機(jī)的分?jǐn)?shù)槽繞組，可安裝在永磁無刷電動(dòng)機(jī)或永磁無刷發(fā)電機(jī)中。本發(fā)明可以適用各種尺寸和功率等級(jí)的低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷電機(jī)。由于線圈節(jié)距為1槽距，電機(jī)繞組的端部長度可以顯著縮短，即可以節(jié)省繞組材料(同時(shí)由于電機(jī)軸向長度縮短等又可以節(jié)省結(jié)構(gòu)材料)又節(jié)能(減少電機(jī)銅損耗及附加損耗)；同時(shí)繞組的制作工藝簡單，可以直接手工嵌繞或自動(dòng)嵌線機(jī)嵌線，適宜大批量工業(yè)化生產(chǎn)。對(duì)于一定尺寸的永磁無刷電機(jī)而言，隨著永磁磁極的增多，可使導(dǎo)磁軛磁密降低，減少了用鐵量，使電機(jī)重量減輕；同時(shí)對(duì)瓦型(內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子磁體)永磁體的曲率半徑加大，可用長方體代替，降低了永磁體的加工成本。圖1是分布數(shù)Q=l時(shí)的三相繞組展開中繞組的排布規(guī)律是槽數(shù)Z:QXMXK(M表示相數(shù)即J^3，K為自然數(shù)1、2、3、4、5、6、……)為3、6、9、12、15、18時(shí)，則磁極數(shù)P:Z士K取值為2、4、6、8、10、12……(當(dāng)取"一"時(shí)，為短距)，或取值為4、8、12、16、20、24……(當(dāng)取"+"時(shí)，為長距)圖2是分布數(shù)Q=2時(shí)的三相繞組展開中繞組的排布規(guī)律是槽數(shù)Z二QXMXK(M表示相數(shù)即i^3，K為自然數(shù)1、2、3、4、5、6、......)為6、12、18、24、30、36......時(shí)，則磁極數(shù)P=Z±2K取值為4、8、12、16、20、24……(當(dāng)取"一"時(shí)，為短距)，或取值為8、16、24、32、40、48……(當(dāng)取"+"時(shí)，為長距)圖3是分布數(shù)Q=3時(shí)的三相繞組展開中繞組的排布規(guī)律是槽數(shù)Z:QXMXK(M表示相數(shù)即M:3，K為自然數(shù)1、2、3、4、5、6、……)為9、18、27、36、45、54……時(shí)，則磁極數(shù)P二Z土K取值為8、16、24、32、40、48……(當(dāng)取"一"時(shí)，為短距)，或取值為10、20、30、40、50、60……(當(dāng)取"+"時(shí)，為長距)圖4是分布數(shù)Q=4時(shí)的三相繞組展開中繞組的排布規(guī)律是槽數(shù)Z-QXMXK(M表示相數(shù)即M:3，K為自然數(shù)1、2、3、4、5……)為12、24、36、48、60時(shí)，則磁極數(shù)P-Z土2K取值為10、20、30、40、50……(當(dāng)取"一"時(shí)，為短距)，或取值為14、28、42、56、70……(當(dāng)取"+"時(shí)，為長距)圖5是電動(dòng)汽車輪轂電動(dòng)機(jī)局部結(jié)構(gòu)6是永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的局部結(jié)構(gòu)7小功率永磁無槽端面(平面)轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)繞組表面示意圖具體實(shí)施方式下面以最常見的三相(即M:3)無刷電機(jī)為例說明本發(fā)明的永磁磁極數(shù)(P)與鐵芯槽數(shù)(Z)及相數(shù)(M)和分布數(shù)(Q)的規(guī)律(多相電機(jī)依次類推)當(dāng)分布數(shù)Q為奇數(shù)1、3、5、7、9、……時(shí)，電機(jī)的鐵芯槽數(shù)Z:MXQXK，磁極數(shù)P:Z士K，其中K為自然數(shù)1、2、3、4、5、，磁極數(shù)P-Z+K時(shí)為長距繞組，P:Z-K時(shí)為短距繞組。當(dāng)M、Q取值確定后，槽數(shù)與極數(shù)按照一定的規(guī)律分布，下面以表格的形式給出幾個(gè)例子。表l中是M-3，Q=l時(shí)的槽數(shù)與極數(shù)的關(guān)系，表2中是M:3，Q=3時(shí)的槽數(shù)與極數(shù)的關(guān)系，表3中是M:3，0=5時(shí)的槽數(shù)與極數(shù)的關(guān)系。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表3同理，當(dāng)M:3，Q=7、9……時(shí)，以上述的3個(gè)例子類推可以得到相應(yīng)的槽數(shù)與極數(shù)的關(guān)系。當(dāng)分布數(shù)Q為偶數(shù)2、4、6、8、10、……時(shí)，電機(jī)的鐵芯槽數(shù)Z:MXQXK，磁極數(shù)P:Z士2K，磁極數(shù)P=Z+2K時(shí)為長距繞組，P=Z-2K時(shí)為短距繞組。當(dāng)M、Q取值確定后，槽數(shù)與極數(shù)按照一定的規(guī)律分布，下面同樣以表格的形式給出幾個(gè)例子。表4中是M二3，9=2時(shí)的槽數(shù)與極數(shù)的關(guān)系，表5中是f^3，9=4時(shí)的槽數(shù)與極數(shù)的關(guān)系。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表4K值1234567891011…鐵芯槽數(shù)z1224364860728496108120132…磁極數(shù)P短距102030405060708090100110…長距14284256708498112126140154…表5同理，當(dāng)M:3，Q-6、8……時(shí)，以上述2個(gè)例子類推可以得到相應(yīng)的槽數(shù)與極數(shù)的關(guān)系。圖1、2、3、4為三相(M=3時(shí))繞組的不同參數(shù)下的展開圖，同理可以得出兩相(M=2)、四相(M=4)、五相(M=5)等等一系列的繞組展開圖，根據(jù)電機(jī)的設(shè)計(jì)要求，采用不同的槽數(shù)與極數(shù)的配合，達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果。對(duì)于無槽結(jié)構(gòu)的無刷電機(jī)而言，文中的槽數(shù)為虛槽數(shù)。實(shí)施例1電動(dòng)車用輪轂電機(jī)的分?jǐn)?shù)槽繞組圖5為電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)局部結(jié)構(gòu)示意圖，其中分?jǐn)?shù)槽繞組形式及連接參照?qǐng)D3和表2，該繞組的線圈嵌放在定子鐵芯槽中，與轉(zhuǎn)子上N、S極交替排布的磁極相對(duì)應(yīng)，所述繞組的繞組節(jié)距為1槽距，雙層疊繞，在一個(gè)相帶內(nèi)分布3個(gè)(即分布數(shù)9=3)串聯(lián)繞組構(gòu)成一相繞組，其他相繞組按電機(jī)相序依次循環(huán)排布。本實(shí)施例中的磁極數(shù)P與鐵芯槽數(shù)Z及相數(shù)M和分布數(shù)Q滿足條件1)當(dāng)分布數(shù)Q為奇數(shù)時(shí)，鐵芯槽數(shù)Z^QXMXK，磁極數(shù)P二Z士K;其中Q-1、3、5、7、9、……，相數(shù)M=2、3、4、5、6、7、8、9、10、……，K為自然數(shù)l、2、3、4、5、......。參考圖5，本實(shí)施例中內(nèi)定子鐵芯3采用電機(jī)用硅鋼片疊制而成，在其圓周面上均勻分布有72個(gè)槽。永磁磁極2采用釹鐵硼長方體磁鋼，N、S磁極交替均布，磁極總數(shù)為64。外轉(zhuǎn)子機(jī)殼1采用導(dǎo)磁材料制作。本實(shí)施例中的電機(jī)為外轉(zhuǎn)子有槽結(jié)構(gòu)的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，三相多極的分?jǐn)?shù)槽繞組，低速大轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動(dòng)車輪，最大功率可達(dá)20kW，電壓400V，轉(zhuǎn)速800rpm，過載能力3-5倍。7實(shí)施例2風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分?jǐn)?shù)槽繞組圖6為永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的局部結(jié)構(gòu)示意圖，分?jǐn)?shù)槽繞組形式及連接參照?qǐng)D4及表5，該繞組的線圈嵌放在定子鐵芯槽中，與轉(zhuǎn)子上N、S極交替排布的磁極相對(duì)應(yīng)，所述繞組的繞組節(jié)距為l槽距，雙層疊繞，在一個(gè)相帶內(nèi)分布4個(gè)(即分布數(shù)Q-4)串聯(lián)繞組構(gòu)成一相繞組，其他相繞組按電機(jī)相序依次循環(huán)排布。本實(shí)施例中的磁極數(shù)P與鐵芯槽數(shù)Z及相數(shù)M和分布數(shù)Q滿足條件2)當(dāng)分布數(shù)Q為偶數(shù)時(shí)，鐵芯槽數(shù)Z二QXMXK，磁極數(shù)P二Z土2K;其中Q=2、4、6、8、10、……，相數(shù)M:2、3、4、5、6、7、8、9、10、……，K為自然數(shù)l、2、3、4、5、……。如圖6所示，本實(shí)施例中的內(nèi)定子鐵芯3采用電機(jī)用硅鋼片疊制而成，在其圓周面上均勻分布有108個(gè)槽。永磁磁極2采用釹鐵硼長方體磁鋼，N、S磁極交替均布，磁極總數(shù)為90。外轉(zhuǎn)子機(jī)殼1采用導(dǎo)磁材料制作。本實(shí)施例中的發(fā)電機(jī)為有槽結(jié)構(gòu)的外轉(zhuǎn)子永磁無刷風(fēng)力發(fā)電機(jī)，三相多極的分?jǐn)?shù)槽繞組，低速直接驅(qū)動(dòng)扇葉，功率1-500kW，轉(zhuǎn)速100rpm。實(shí)施例1和實(shí)施例2中的兩類外轉(zhuǎn)子電機(jī)(電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī))也很容易實(shí)現(xiàn)常規(guī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)或無槽結(jié)構(gòu)，這是本專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解的。實(shí)施例3小功率永磁無槽端面(平面)轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)圖7小功率永磁無槽端面(平面)轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)繞組表面示意圖，分?jǐn)?shù)槽繞組形式及連接參照?qǐng)D3及表2，內(nèi)定子鐵芯3采用導(dǎo)磁材料制作(圓盤型)，無槽端面上粘接電機(jī)繞組，在其圓盤端面上均勻分布36等份，即36個(gè)虛槽4，每等份有雙層分布的繞組。永磁磁極2采用釹鐵硼扇型磁鋼，N、S磁極交替均布，磁極總數(shù)為32，與磁鋼扇面粘接的導(dǎo)磁材料構(gòu)成電機(jī)的轉(zhuǎn)子部件。該電機(jī)功率500W，無槽平面結(jié)構(gòu)，虛槽數(shù)Z-36，極數(shù)P-32，三相低速大轉(zhuǎn)距直流無刷電機(jī)。權(quán)利要求1、一種低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷電機(jī)的分?jǐn)?shù)槽繞組，所述繞組的繞組節(jié)距為1槽距，雙層疊繞，在一個(gè)相帶內(nèi)分布Q個(gè)串聯(lián)繞組構(gòu)成一相繞組，其他相繞組按電機(jī)相序依次循環(huán)排布；其特征在于，定子鐵芯的結(jié)構(gòu)為無槽結(jié)構(gòu)，在所述定子鐵芯的端面上均勻分布虛槽，該定子鐵芯的無槽端面上粘結(jié)電機(jī)繞組；并且磁極數(shù)P、鐵芯槽數(shù)Z、相數(shù)M和在一個(gè)相帶內(nèi)分布的串聯(lián)繞組的個(gè)數(shù)Q之間滿足如下條件1)當(dāng)Q為奇數(shù)時(shí)，鐵芯槽數(shù)Z＝Q×M×K，磁極數(shù)P＝Z±K；其中Q＝1、3、5、7、9、……，相數(shù)M＝2、3、4、5、6、7、8、9、10、……，K為自然數(shù)1、2、3、4、5、……；2)當(dāng)Q為偶數(shù)時(shí)，鐵芯槽數(shù)Z＝Q×M×K，磁極數(shù)P＝Z±2K；其中Q＝2、4、6、8、10、……，相數(shù)M＝2、3、4、5、6、7、8、9、10、……，K為自然數(shù)1、2、3、4、5、……；其中所述的鐵芯槽數(shù)為虛槽數(shù)。2、按權(quán)利要求1所述的低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷電機(jī)的分?jǐn)?shù)槽繞組，其特征在于，所述磁極為永磁材料制成的磁極，永磁磁極轉(zhuǎn)子是內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子或端面轉(zhuǎn)子。3、按權(quán)利要求2所述的低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷電機(jī)的分?jǐn)?shù)槽繞組，其特征在于，所述的永磁材料為釹鐵硼永磁材料。4、按權(quán)利要求1所述的低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷電機(jī)的分?jǐn)?shù)槽繞組，其特征在于，所述的定子鐵芯的無槽端面為圓盤型端面。5、按權(quán)利要求1所述的低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷電機(jī)的分?jǐn)?shù)槽繞組，其特征在于，所述的定子鐵芯由導(dǎo)磁材料制作。6、按權(quán)利要求l所述的低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷電機(jī)的分?jǐn)?shù)槽繞組，其特征在于，所述分?jǐn)?shù)槽繞組安裝在永磁無刷電動(dòng)機(jī)或永磁無刷發(fā)電機(jī)中。全文摘要本發(fā)明涉及永磁無刷電機(jī)中的分?jǐn)?shù)槽繞組，包括定子鐵芯的結(jié)構(gòu)為無槽結(jié)構(gòu)，該繞組的線圈設(shè)置在定子鐵芯的端面上，與轉(zhuǎn)子上N、S極交替排布的磁極相對(duì)應(yīng)，所述繞組的節(jié)距為1槽距，雙層疊繞；其特征在于，磁極數(shù)P與鐵芯槽數(shù)Z及相數(shù)M和分布數(shù)Q滿足如下條件1)當(dāng)分布數(shù)Q為奇數(shù)時(shí)，鐵芯槽數(shù)Z＝Q×M×K，磁極數(shù)P＝Z±K；其中K為自然數(shù)；2)當(dāng)分布數(shù)Q為偶數(shù)時(shí)，鐵芯槽數(shù)Z＝Q×M×K，磁極數(shù)P＝Z±2K；其中K為自然數(shù)。本發(fā)明適用各種尺寸和功率等級(jí)的低速大轉(zhuǎn)矩永磁無刷電機(jī)，由于線圈節(jié)距為1槽距，電機(jī)繞組的端部長度顯著縮短，既節(jié)省繞組材料又節(jié)能；同時(shí)本發(fā)明繞組的制作工藝簡單，適宜大批量工業(yè)化生產(chǎn)，還可以降低永磁體的加工成本。文檔編號(hào)H02K3/12GK101262151SQ20081008951公開日2008年9月10日申請(qǐng)日期2005年8月31日優(yōu)先權(quán)日2005年8月31日發(fā)明者王玉國,賈敬東申請(qǐng)人:北京中科三環(huán)高技術(shù)股份有限公司