一种低损耗的低速永磁同步电机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种低损耗的低速永磁同步电机，其包括转子和定子，所述电机极槽配合比为5∶6；所述定子包括定子铁芯和定子绕组；所述定子铁芯的齿数为S＝2nm，m为相数，n为大于等于2的偶数；所述定子绕组为多相绕组，每相绕组至少由一个线圈单元构成；所述线圈单元是由相邻两个齿上的绕向相同的单齿半绕组构成，且所述线圈单元的两个齿上的单齿半绕组的末端是相连的，每两个相邻线圈单元的相邻的两齿上的单齿半绕组的引线同为输出端或者同为输入端。本实用新型专利技术的低速永磁同步电机能够有效地降低电机损耗、降低齿槽转矩，提高电机效率。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电机，特别是一种低损耗的低速永磁同步电机。
技术介绍
永磁电机因其具有寿命长、维护简便等优点，随着电子技术的迅速发展越来越广 泛地应用在，例如风力发电、混合动力汽车、航空、电子设备、采矿等
现有的低速永磁同步发电机或电动机，主要由定子、转子、轴承以及机壳等构成。 定子一般由硅钢片叠装成定子铁芯，在其铁芯槽内为定子绕组。其中定子绕组一般均采用 分布式绕组，其存在下线复杂、制造周期长的问题，由于线圈端部长，导致定子铜耗高。为 了解决分布式绕组下线复杂的问题，现有技术中也有采用集中绕组形式的永磁电机，例如 CN101227108A公开了一种集中绕组结构的多相同步电机，它的电枢绕组为多相对称集中绕 组。然而，当该同步电机当齿数较多时，每相的相邻的两个铁芯齿上的线圈绕向相反或者每 隔m-1个齿上的线圈绕向相反，这样无疑给嵌线和接线带来不便。而且，齿槽转矩高是现有 低速永磁同步电机普遍存在的问题，特别是对于低速电机会严重影响电机运行性能。现有低速永磁同步电机的转子包括转子体和磁钢，磁钢的安装有表面式、内置式 和爪极式。对于转子而言，若采用表面式磁路结构，一般还需对永磁体进行绑扎或者在永磁 体外面加一非导磁合金钢护套，前者所用碳纤维绑扎材料是热的不良导体，不利于转子散 热，后者所用护套为导电体，会产生涡流损耗。另外，这种绑扎或护套的设计，使得电机的有 效气隙增大，主磁路和漏磁系数的增加，从而降低了永磁材料的利用率和电机的出力进而 会降低电机的效率。其中永磁体一般均为整体结构，其涡流损耗高。正是由于现有永磁同 步电机的转子和定子存在上述问题，不仅影响电机的效率还加剧电机的温升，因此为了降 低电机温升、不致永磁体退磁、影响电机性能，需要配置强制冷却系统。因此，一种能够降低铜耗、简化安装工艺、降低涡流损耗、进而降低温升电机，提高 效率的永磁同步电机成为本领域技术人员追求的目标。
技术实现思路
本技术的目的在于解决现有永磁同步电机定子铜耗高、齿槽转矩大、接线复 杂的技术问题。本技术的另一目的在于解决现有永磁同步电机的定子绕组嵌线不便的问题。本技术的又一目的是解决现有永磁同步电机转子永磁体与定子之间气隙不 均勻的导致的高次谐波电动势高损耗高的问题。本技术的又一目的是解决现有永磁同步电机转子永磁体存在涡流损耗高的 问题。本技术所采取的技术方案为一种低转子损耗的多极永磁同步电机，其包 括转子和定子，所述定子包括定子铁芯和定子绕组；其特征在于，所述电机极槽配合比为 5 6;所述定子铁芯的齿数为S = 2nm，m为相数，η为大于等于2的偶数；所述定子绕组为多相绕组，每相绕组至少由一个线圈单元构成；所述线圈单元是由相邻两个齿上的绕向相 同的单齿半绕组构成，且所述线圈单元的两个齿上的单齿半绕组的末端是相连的，每两个 相邻线圈单元的相邻的两齿上的单齿半绕组的引线同为输出端或者同为输入端。作为优选，所述定子绕组中相邻的m个线圈单元构成一个多相绕组单元，所述2nm 个齿上的nm个线圈单元构成η个多相绕组单元；所述一个多相绕组单元或者两个、两个以 上多相绕组单元串连、并联或者混联构成至少一套独立的多相绕组。作为优选，所述η个多相绕组单元构成η套独立的多相绕组，其中η/2套偶数多相 绕组并联、η/2套奇数多相绕组并联；或者180度对称位置的多相绕组并联。作为优选，所述i个相邻的多相绕组单元串联构成一套独立的多相绕组，η个多相 绕组单元构成n/i套独立的多相绕组，其中n/2i套偶数的多相绕组并联、n/2i套奇数多相 绕组并联，i为能整除η的自然数。作为优选，所述η个多相绕组单元串联构成一套独立的多相绕组。为了改善定子绕组的嵌线接线，提高功效，所述定子铁芯的齿槽宽度比为1，即槽 宽和齿宽相同。为了利于气隙磁场分布，所述转子包括永磁体、极靴和转子体；所述极靴沿转子体 表面周向均勻间隔成列地设置，所述相邻列极靴之间成列地设有永磁体，所述极靴的两侧 面分别设有用于压紧两侧永磁体的突出部；所述永磁体通过其两侧相邻的极靴固定在所述 转子体表面上。作为优选，所述极靴的固定最好是在极靴内设一安装孔和一固定孔，所述安装孔 平行于转子轴向地设在所述极靴的中心，所述固定孔自所述极靴下面向所述安装孔垂直贯 通设置。这样可以避免固定螺钉裸露在外，特别是使极靴的外周的厚度均勻，使得气隙均 勻，有利于磁场分布。为了极靴固定方便，最好在所述极靴的安装孔内设有一轴向延伸贯通轴向极靴的 极靴固定杆，所述极靴固定杆通过螺钉将所述极靴固定在所述转子体上。同时，为了永磁体在轴向上固定牢固，作为优选，在所述转子体端部永磁体的外端 面设有用于轴向固定永磁体的固定端片，所述固定端片固定在所述极靴固定杆的端部；所 述永磁体固定端片的上端对应极靴安装孔的位置具有一 V字形开口。作为优选，所述极靴用于固定永磁体的突出部设在极靴的外周面的两端。从而在 相邻的极靴之间形成一个安装槽，使永磁体可以方便地插入其中。其中应说明的是本实用 新型所述的极靴的外周面是指极靴安装到转子体上后其外表面形成的圆周面。为了进一步改善磁场的分布，作为优选，所述极靴的外周面为向外突出的曲面状。为了进一步减少涡流损耗，最好所述永磁体为两层、两层以上磁性材料粘接构成。本技术由于采用上述技术方案，电机极槽配合比为5 6，能够降低齿槽转 矩中的6次谐波，由此降低齿槽转矩，改善电机运行性能；电机的定子绕组为对称单齿半绕 组，能够有效地降低定子铜耗，通过改变相邻的绕组单元的接线方向，使每一个单齿半绕组 绕向相同，在制作时，可以一次绕制一个线圈单元，并一次性嵌入到两个齿槽上，减少了两 个半绕组之间的接线工作，简化了安装工艺，因此，本技术与现有的集中绕组相比，使 得布线更简单、简洁，提高了电机的装配工效，大大缩短了制作工期，降低了生产成本。同 时，本技术的每一个线圈单元是由两个相邻两个齿上的半绕组构成，相对于单齿全绕组的一个线圈匝数减少一半，从而相对于单齿全绕组每一个齿上绕组产生的热量降低一 半，转子上的涡流损耗也大大降低，由此，提高电机的效率。进一步，本技术综合考虑了降低齿槽转矩和方便嵌线的两方面因素，选择电 机定子的齿槽宽度比为1，同时使嵌线更加容易，达到最佳的优化设计。进一步，本技术所述转子采用特定的永磁体的布置固定结构，即永磁体间隔 地设在转子体的表面，并通过极靴加以固定，由此可以改善磁场分布，降低涡流损耗。同时， 由于采用单齿半绕组和永磁体极靴布置方式，与传统的永磁体表面式、内置式和爪极式安 装方式相比较，不仅提高了磁体安装效率，还提高了电机的可靠性，而且减小了定转子间的 有效气隙，并使气隙均勻，能有效削弱高次谐波电动势，抑制高次谐波，增加了电机的出力 并相应提高电机的效率。进一步，本技术将永磁体分为多层结构，能够进一步降低了涡流损耗，提高电 机效率。进一步，本技术将极靴的外周形状为弧状、使得其厚度更均勻，有效削弱高 次谐波电动势，有利于改善感应电动势波形。本技术的定子绕组选用单齿半绕组的结构，电机极槽配合比为5 6，并配合 特定的永磁体的布置固定结构，以及极靴的结构，相对于全绕组方式使转子部分的损耗降 低50%，致使采用本技术技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种低损耗的低速永磁同步电机，其包括转子和定子，所述定子包括定子铁芯和定子绕组；其特征在于，所述电机极槽配合比为５∶６；所述定子铁芯的齿数为Ｓ＝２ｎｍ，ｍ为相数，ｎ为大于等于２的偶数；所述定子绕组为多相绕组，每相绕组至少由一个线圈单元构成；所述线圈单元是由相邻两个齿上的绕向相同的单齿半绕组构成，且所述线圈单元的两个齿上的单齿半绕组的末端是相连的，每两个相邻线圈单元的相邻的两齿上的单齿半绕组的引线同为输出端或者同为输入端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯·鲁道夫·西格里斯特，史人杰，
申请(专利权)人：HRS风电技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：VG