[發明專利]三相對稱印制繞組

有效

• 申請號: 201410447787.6
• 申請日: 2014-09-04
• 公開（公告）號: CN104218711A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 黃植功
• 申請（專利權）人: 廣西師范大學
• 主分類號: H02K3/26
• 分類號: H02K3/26;H02K3/28;H02K15/04
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 巢雄輝

技術領域

本發明涉及三相永磁同步電機，具體是三相永磁同步電機的三相對稱印制繞組。

背景技術

目前，公知的有齒有槽三相永磁同步電機由于定位轉矩和氣隙磁密畸變等先天缺陷，會使電機轉矩波動，產生振動和噪聲，出現轉速波動，使電機不能平穩運行，影響電機的性能。同時使電機產生不希望的振動和噪聲。在變速驅動中，當轉矩脈動頻率與定子或轉子的機械共振頻率一致時，定位轉矩產生的振動和噪聲將被放大。定位轉矩的存在同樣影響了電機在速度控制系統中的低速性能和位置控制系統中的高精度定位。

有齒有槽三相永磁同步電機的定位轉矩主要包括齒槽定位轉矩、定轉子雙凸極結構產生的定位轉矩等。永磁同步電機的電樞鐵心為了安放定子繞組必定存在齒槽，由于齒槽的存在，引起氣隙的不均勻，一個齒距內的磁通相對集中于齒部，使得氣隙磁導不是常數。當采用定轉子雙凸極結構時也會導致氣隙磁導不是常數的后果。當轉子旋轉時，氣隙磁場的貯能就發生變化，產生齒槽轉矩，這個轉矩是不變的，它與轉子位置有關，因而隨著轉子位置發生變化，就引起轉矩脈動。它與轉子的結構尺寸、定子齒槽的結構、氣隙的大小、磁極的形狀和磁場分布等有關，而與繞組如何放置在槽中和各相繞組中饋入多少電流等因素無關。齒槽轉矩是有齒有槽永磁電機的固有現象，它是在電樞繞組不通電的狀態下，由永磁體產生的磁場同電樞鐵心的齒槽作用在圓周方向產生的轉矩。它的產生來自于永磁體與電樞齒之間的切向力，使永磁電動機的轉子有一種沿著某一特定方向與定子對齊的趨勢，試圖將轉子定位在某些位置，由此趨勢產生的一種振蕩轉矩。

在永磁同步電動機中，公知的理論是：當電樞電流波形是正弦波，電動機反電動勢波形也設計為正弦波形，產生的電磁轉矩就是恒定的，不存在電磁轉矩的任何波動。因此電動機的性能在很大程度上取決于每相反電動勢波形，而反電動勢波形則最終由氣隙磁場波形所確定。為提高電機系統的效率、比功率，減小轉矩波動，一般將電動機氣隙磁場波形設計為正弦波。因此在電動機本體的設計中，首先存在的問題就是電動機氣隙磁場的正弦化設計問題。

但是由于定子開槽，永磁磁極產生的氣隙磁場波形會發生畸變，每相繞組反電動勢由放置在槽中的、數量較少的導體切割氣隙磁場而感應產生的反電動勢線性相加得到，導致每相繞組反電動勢波形包含較大的諧波分量，這些諧波分量與正弦波的電樞電流相互作用會產生電磁轉矩的較大波動。

目前，用來解決轉矩波動的措施主要有采用斜槽或斜極、分數槽法、閉口槽法和磁鋼形狀優化法等，但是收效甚小且引起更復雜的制造工藝。目前一種新結構的永磁同步電動機是采用軸向磁場、繞線盤式三相繞組，避免了定子開槽，從而能較大程度地減少轉矩脈動。但是所采用的繞線盤式三相繞組是由數量為幾十個的、事先用線模集中繞制好的多匝線圈按一定規律連接并用塑料固封得到，其缺點是散熱性能差、工藝復雜。由于每相繞組包含的線圈數量少、導體的幾何位置不能按需做優化設計，導致繞線盤式三相繞組的每相繞組反電動勢包含較大的諧波分量，引起較大的轉矩脈動。

發明內容

解決永磁同步電動機的轉矩脈動問題的關鍵是采用軸向磁場，同時采用無需定子開槽的、每相反電動勢的諧波分量很小的三相對稱繞組。該三相對稱繞組必須是由數量很多的、空間位置不同且容易優化導體坐標（對導體的形狀即空間坐標進行優化）的導體構成。顯然現有的繞線盤式三相繞組不能滿足這些要求。為了解決現有技術不能解決的問題，本發明提供一種三相對稱印制繞組，以滿足上述要求。

本發明的三相對稱印制繞組，其由4M片的包含3N根導體的導體片重疊而成，各片之間由絕緣坯布粘結，相鄰的兩片構成一組，每組中兩片導體片中的導體的外端頭相互均勻交叉錯開；一組中的兩片導體片中的導體的兩兩對齊的內端頭聯通，兩組中導體片中的導體的兩兩對齊的外端頭聯通；根據60°相帶三相繞組的規律在最上層和最下層的各6根導體斷開后獲得的6個分布式繞組，記為U+，U-，V+，V-，W+，W-，U+與U-相串聯得到U相繞組，?V+與V-相串聯得到V相繞組，?W+與W-相串聯得到W相繞組，三個相繞組的末端連接在一起；

N為大于等于4的正整數；

M為正整數。

作為優選，N為21～91，M為1～3。

所述的導體片中的3N根導體，形狀相同且繞軸心均勻分布。

所述的導體片中的導體的形狀由銜接的五段構成：從內向外依次為直線段—漸開線或圓弧段—直線段—漸開線或圓弧段—直線段。此外，導體的形狀還可以是其它各種形狀，只要確保每組中兩片導體片中的導體的外端頭相互均勻交叉錯開即可。導體的形狀最簡單的一種就是為偏離軸心的直線段。