[發(fā)明專(zhuān)利]采用四層短距分布繞組的低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610221192.8
• 申請(qǐng)日: 2016-04-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105762952B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳益廣;韓柏然;魏娟;鄭再平;郭喜斌;閆海媛;趙曾武
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué);北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H02K1/16
• 分類(lèi)號(hào): H02K1/16;H02K1/27;H02K3/12;H02K3/28;H02K21/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 李麗萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電氣工程領(lǐng)域，涉及一種采用四層短距分布繞組的低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)

目前，永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)定子繞組大多采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組或雙層短距分布繞組。

永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)具有效率高、功率密度高和動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的特點(diǎn)，永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，隨之對(duì)永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的要求越來(lái)越大。為了提高永磁同步伺服電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，在提高電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的同時(shí)，要盡可能地不要使電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也隨之增大。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與轉(zhuǎn)子直徑的四次方成正比，與轉(zhuǎn)子軸向長(zhǎng)度的一次方成正比，因此電機(jī)的轉(zhuǎn)子直徑就必須小。而在一些轉(zhuǎn)子軸向長(zhǎng)度也受限的應(yīng)用場(chǎng)合，由于不能增大轉(zhuǎn)子直徑，電機(jī)的磁負(fù)荷已經(jīng)達(dá)到較高水平時(shí)，則只有增大定子繞組電負(fù)荷以提高永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的輸出。

目前，永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)定子繞組大多采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組或采用雙層短距分布繞組。輸出轉(zhuǎn)矩和工作轉(zhuǎn)速都較低的永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)定子繞組大多采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組；輸出轉(zhuǎn)矩和工作轉(zhuǎn)速都較高的功率較大的永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)定子繞組大多采用雙層短距分布繞組。

當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩和工作轉(zhuǎn)速都較高的功率較大的永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)需要增大定子繞組電負(fù)荷以提高永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的輸出時(shí)，則使得定子線(xiàn)圈的匝數(shù)和截面積增大較多，由于定子鐵心內(nèi)圓(也稱(chēng)之為定子鐵心內(nèi)腔)截面積小，定子鐵心嵌入幾個(gè)雙層短距分布繞組線(xiàn)圈的下元件邊后，這幾個(gè)雙層短距分布繞組線(xiàn)圈的上元件邊已經(jīng)將定子鐵心內(nèi)腔占滿(mǎn)，無(wú)法再嵌入后續(xù)的雙層短距分布繞組線(xiàn)圈的下元件邊了。給低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)制造帶來(lái)了工藝上的制約。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種采用四層短距分布繞組的低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)，以解決上述難題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的一種采用四層短距分布繞組的低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)，包括先后嵌入到定子鐵心槽中的兩套雙層短距分布繞組，兩套雙層短距分布繞組包括一套內(nèi)部雙層短距分布繞組和一套外部雙層短距分布繞組，該電動(dòng)機(jī)的定子鐵心上均勻布置有Z個(gè)齒和Z個(gè)槽，該電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上布置有兩對(duì)永磁磁極，所述兩對(duì)永磁磁極在轉(zhuǎn)子圓周上按照N極、S極依次相間的規(guī)律均勻布置；定子鐵心上的Z個(gè)槽中先后嵌入一套內(nèi)部雙層短距分布繞組和一套外部雙層短距分布繞組，所述內(nèi)部雙層短距分布繞組和外部雙層短距分布繞組的分相方法一樣；首先，在定子鐵心槽中嵌入內(nèi)部雙層短距分布繞組，然后，在定子鐵心槽中再嵌入外部雙層短距分布繞組，所述內(nèi)部雙層短距分布繞組和外部雙層短距分布繞組均是由Z個(gè)線(xiàn)圈構(gòu)成的三相雙層短距分布繞組；所述內(nèi)部雙層短距分布繞組每個(gè)線(xiàn)圈的匝數(shù)為N_c1，外部雙層短距分布繞組每個(gè)線(xiàn)圈的匝數(shù)為N_c2，且N_c1大于或等于N_c2；電機(jī)極距為Z/4個(gè)槽距，短距線(xiàn)圈跨距為y₁個(gè)槽距，且y₁小于Z/4；依據(jù)每個(gè)槽中導(dǎo)體切割永磁磁場(chǎng)所感應(yīng)出的永磁電動(dòng)勢(shì)繪制電動(dòng)勢(shì)星形圖，并按照60°電角度相帶分相原則進(jìn)行A、B、C三相繞組分相；分相結(jié)果是，每套雙層短距分布繞組每相至少連接成如下2條相繞組支路：一對(duì)磁極范圍內(nèi)每套雙層短距分布繞組有Z/6個(gè)線(xiàn)圈分別屬于A、B、C三相，所述的一對(duì)磁極范圍內(nèi)每套雙層短距分布繞組屬于某一相的Z/6個(gè)線(xiàn)圈中有q₁個(gè)線(xiàn)圈處于正相帶，(Z/6-q₁)個(gè)線(xiàn)圈處于負(fù)相帶；將某一對(duì)磁極范圍內(nèi)屬于某一套、某一相的處于正相帶的q₁個(gè)線(xiàn)圈正向依次串聯(lián)后，再與處于負(fù)相帶的(Z/6-q₁)個(gè)線(xiàn)圈依次反向串聯(lián)，從而構(gòu)成某一套、某一相繞組的一條相繞組支路；另一對(duì)磁極范圍內(nèi)同屬于上述某一套、某一相的處于正相帶的q₁個(gè)線(xiàn)圈正向依次串聯(lián)后，再與處于負(fù)相帶的Z/6-q₁個(gè)線(xiàn)圈依次反向串聯(lián)，從而構(gòu)成上述的某一套、某一相的另外一條相繞組支路；上述內(nèi)部雙層短距分布繞組共連接成A₁X₁、A₂X₂、B₁Y₁、B₂Y₂、C₁Z₁和C₂Z₂六條相繞組支路；外部雙層短距分布繞組共連接成A₃X₃、A₄X₄、B₃Y₃、B₄Y₄、C₃Z₃和C₄Z₄六條相繞組支路；將屬于A相內(nèi)部雙層短距分布繞組的A₁X₁相繞組支路與屬于A相外部雙層短距分布繞組A₄X₄相繞組支路同向串聯(lián)，即X₁與A₄連接形成A相繞組的第一并聯(lián)支路A₁X₄；將屬于A相外部雙層短距分布繞組的A₃X₃相繞組支路與屬于A相內(nèi)部雙層短距分布繞組A₂X₂相繞組支路同向串聯(lián)，即X₃與A₂連接形成A相繞組的第二并聯(lián)支路A₃X₂；將屬于B相內(nèi)部雙層短距分布繞組的B₁Y₁相繞組支路與屬于B相外部雙層短距分布繞組B₄Y₄相繞組支路同向串聯(lián)，即Y₁與B₄連接形成B相繞組的第一并聯(lián)支路B₁Y₄；將屬于B相外部雙層短距分布繞組的B₃Y₃相繞組支路與屬于B相內(nèi)部雙層短距分布繞組B₂Y₂相繞組支路同向串聯(lián)，即Y₃與B₂連接形成B相繞組的第二并聯(lián)支路B₃Y₂；將屬于C相第內(nèi)部雙層短距分布繞組的C₁Z₁相繞組支路與屬于C相外部雙層短距分布繞組C₄Z₄相繞組支路同向串聯(lián)，即Z₁與C₄連接形成C相繞組的第一并聯(lián)支路C₁Z₄；將屬于C相外部雙層短距分布繞組的C₃Z₃相繞組支路與屬于C相內(nèi)部雙層短距分布繞組C₂Z₂相繞組支路同向串聯(lián)，即Z₃與C₂連接形成C相繞組的第二并聯(lián)支路C₃Z₂；將屬于A、B、C三相繞組第一條并聯(lián)支路的尾端X₄、Y₄、和Z₄連接在一起形成星點(diǎn)N₂，構(gòu)成第一個(gè)Y接三相對(duì)稱(chēng)繞組；將屬于A、B、C三相繞組第二條并聯(lián)支路的尾端X₂、Y₂、和Z₂連接在一起形成星點(diǎn)N₁，構(gòu)成第二個(gè)Y接三相對(duì)稱(chēng)繞組；將第一個(gè)Y接三相對(duì)稱(chēng)繞組與第二個(gè)Y接三相對(duì)稱(chēng)繞組的首端連接起來(lái)，即將A₁與A₂、B₁與B₂和C₁與C₂連接起來(lái)構(gòu)成A、B、C三相對(duì)稱(chēng)繞組的的首端A、B、C，形成星點(diǎn)N₁和N₂互不連接的A、B、C三相各有兩條并聯(lián)支路的三相對(duì)稱(chēng)繞組，A、B、C三相對(duì)稱(chēng)繞組的首端連接到永磁同步伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的三相輸出端。