专利名称：一种低损耗的低速永磁同步电机的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及一种电机，特别是一种低损耗的低速永磁同步电机。
背景技术：
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、采矿等技术领域。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。
发明内容本实用新型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。本实用新型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。本实用新型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。本实用新型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。本实用新型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。本实用新型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，本实用新型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，本实用新型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，本实用新型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，本实用新型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，本实用新型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，本实用新型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。本实用新型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%，致使采用本实用新型技术方案的3MW发电机的转子损耗只有17千瓦，电机的效率 高达97%，降低损耗的同时也降低电机温升，无需另设强制冷却装置，仅靠自然通风冷却即可。
图1是本实用新型低损耗的低速永磁同步电机的结构示意图；图2是本实用新型低损耗的低速永磁同步电机的转子端面局部示意图；图3是本实用新型低损耗的低速永磁同步电机的转子局部俯视图；图4是本实用新型低损耗的低速永磁同步电机的转子上的极靴的结构示意图；图5是本实用新型低损耗的低速永磁同步电机的定子绕组示意图；图6是本实用新型低损耗的低速永磁同步电机的定子绕组示意图；图7是本实用新型低损耗的低速永磁同步电机的定子绕组示意图；图8是本实用新型低损耗的低速永磁同步电机的定子绕组示意图。
具体实施方式
实施例一，参见图1，图中展示了本实用新型所述的低损耗的低速永磁同步电机， 其包括转子100和定子200，所述定子200包括机壳203、定子铁芯201和定子绕组202，转 子100包括转子体101、转轴102，所述电机极槽配合比为5 6，其中定子铁芯201上具有 48个齿2001、2002、……2048 (图2示)，而转子表面具有40对永磁体112 ；定子结构具体 参见图2，包括定子铁芯201和定子绕组202，本实施例中，电机相数m为3，定子铁芯201上 具有用于线圈嵌套的齿2001、2002、2003……、2047、2048，齿数为48，S = 2nm，η为8 ；每相 绕组由一个线圈单元构成，本实用新型中，线圈单元al是由相邻两个齿(例如齿2001、齿 2002)上的绕向相同的单齿半绕组1和单齿半绕组2构成；线圈单元bl是由半绕组3和
5半绕组4构成；……线圈单元c8由半绕组47和48构成，其中每一个线圈单元的中的两个 单齿半绕组1和半绕组2的末端是连为一体的，两者是在绕制时一次绕制而成，即每一个线 圈单元是由两个一次绕制而成的、同向的、末端相连的单齿半绕组齿构成，由此，48个个齿 上具有M个线圈单元(al、bl、cl，a2、b2、c2……，a8、b8、c8)。每两个相邻线圈单元的相 邻的两齿上的单齿半线圈的引线同为输入端或者同为输出端，如线圈单元al的两个半绕 组1、2，如果1为输入端，2为输出端(接星点)，则与之相邻的线圈单元bl的相邻的半绕组 3为输出端)(接星点)，而与之相邻的线圈单元a8的半绕组48则为输入端(接引线端)。 其他线圈单元依次类推。每一个线圈单元构成三相绕组中的一相，每相邻的3个线圈单元 构成一个三相绕组单元；48个齿上的M个线圈单元构成8个三相绕组单元(al、bl、cl)； (a2、b2、c2)；……(a8、b8、c8)；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。本实施例中的具体联接方式请参见图3。 定子铁芯201的齿槽宽度比为1，即齿宽和槽宽相等，利于线圈安装。参见图3，本实施例中给出了 8个三相绕组单元的一种具体的连接方式，将图1中 的8个三相绕组单元(aUbUcl) ； (a2.b2.c2)；……(a8.b8.c8)分别构成一套独立的三
相绕组，即为(A1、B1、C1)，(A2、B2、C2) ； (A3、B3、C3) ； (A4、B4、C4)，......(A8、B8、C8)。这
8个独立的三相绕组，可以均并联使用。也可以其中偶数并联、奇数并联，即三相绕组(Al、
Bi、Cl)，(A3、B3、C3)，(A5、B5、C5)，(A7、B7、C7)并联；(A2、B2、C2) ； (A4、B4、C4)，......
(A8、B8、C8)并联分别使用。本实施例的连接方式，一方面可以使不同的独立三相系统单独 工作，当同时工作时，其中一套独立的三相绕组失效，不影响整机的继续运行。采用对称方 式连接使轴承受力均衡，电机运行平稳。参见图4，图4为转子的局部示意图，在转子100表面设有永磁体112和极靴113。 参见图4、5，极靴113沿转子体101表面周向均勻间隔成列地设置，参见图6，在极靴113的 外周面的两侧分别设有向外延伸的突出部1131，从而在相邻的极靴113之间形成一通道， 用于插入并固定永磁体112。由此，将永磁体112成列地固定在转子体101的表面。参见图6，其中极靴113包括一安装孔1132和一固定孔1133，所述安装孔1132沿 平行于转子轴向贯通地设在极靴113的中心，从端面或截面看，极靴113的安装孔1132的 形状为拱形，所述固定孔1133自所述极靴113的下面向所述安装孔1132垂直贯通设置。 本实施例中，固定孔1133为轴向贯通的长条状通孔，更便于安装。参见图4、5，在所述极靴 113的安装孔1132内设有一轴向延伸贯通轴向极靴113的极靴固定杆114，极靴固定杆114 通过螺钉117将所述极靴113固定在所述转子体101上。在转子体101的端部永磁体112 的外端面设有固定端片115，用于轴向固定永磁体112，极靴固定杆114的两端部具有向上 90°弯折的固定端1145，固定端片115固定在极靴固定杆114的固定端1145 ；固定端片115 的上端对应极靴安装孔1132的位置具有一 V字形开口。本实用新型将极靴113的安装孔 1132设计为通孔形式，并且固定端片115在安装孔1132的位置有开口，从而利于通风散热。为了防止漏磁，在极靴113、永磁体112与所述转子体101之间设有极靴绝缘体 116。为了进一步利于磁场的分布，极靴113的外周面为向外突出的曲面状，本实施例中，永磁体112为四层磁性材料粘接构成，由此可以有效地降低涡流损
耗，提高效率。[0044]本实用新型由于电机极槽配合比为5 6，定子绕组202采用半线圈形式，永磁体 112通过极靴113固定，从而能够大大降低定子绕组在转子中所引起的损耗，并且通过极靴 113能使磁场的分布均勻、降低涡流损耗，能有效地抑制高次谐波，且极靴113的特定结构 使转子通风散热效果更好，同时降低了转子和定子之间的气隙，提高了电机效率。故本实 用新型所述的电机具有损耗低、温升低、效率高、无需另设冷却装置的优点。实施例二，参见图7，图中给出了与实施例一的图3中展示的不同的定子绕组连接 方式将8个三相绕组单元中的第一组三相绕组单元(al、bl、cl)和第二组三相绕组单元 (a2、b2、c2)串联，第三组三相绕组单元(a3、b3、c3)和第四组三相绕组单元(a4、b4、c4) 串联，第五组和第六组串联，第七组和第八组串联，如此构成四套独立的三相绕组。结合图2 和图7，以其中第一组为例说明其联接方式。为了描述清楚，将线圈单元al的左边一端定义 为首端、右边一端定义为末端，依次线圈单元bl与al相邻一端为首端、另一端为末端(以 下实施例相同)。三相绕组单元(al、bl、cl)中的线圈单元al的首端、bl的末端、cl的首 端分别连接引出端，线圈单元al的末端连接三相绕组单元(a2、l32、C2)的线圈单元a2的末 端；线圈单元bl的首端连线圈单元1^2的首端，线圈单元cl的末端连线圈单元c2的末端， 由此，构成一个独立的三相绕组(Al、Bi、Cl)，以此类推，构成另三个独立的三相绕组(A2、 B2、C2) ； (A3、B3、C3) ； (A4、B4、C4) ；4个独立的三相绕组可以均为并联使用；或者将三相绕 组(Al、Bi、Cl)和三相绕组(A3、B3、C3)并联，三相绕组(A2、B2、C2)和三相绕组((A4、B4、 C4)并联。实施例三，参见图8，图中给出了与实施例一的图3以及实施例二图7中展示的不 同的定子绕组连接方式将第一、二、三、四组三相绕组单元(al、bl、cl)、(a2、b2、c2)、(a3、 b3、c3) ； (a4、b4、c4)串连为一个独立的三相绕组(Al、Bi、Cl)，将第五、六、七、八组三相绕 组单元(a5、b5、c5)、(a6、b6、c6)、(a7、b7、c7) ； (a8、b8、c8)串连为一个独立的三相绕组 (A2、B2、C2)；以第一个三相绕组(AUBUCl)为例三相绕组单元(aUbUcl)中的线圈单 元al的首端、bl的末端、cl的首端分别连接引出端，al的末端连接三相绕组单元(a2、b2、 c2)的线圈单元a2的末端；线圈单元bl的首端连线圈单元1^2的首端，线圈单元cl的末端 连线圈单元c2的末端；线圈单元a2的首端线圈单元a3的首端，线圈单元1^2的末端连接 线圈单元b3的末端，线圈单元c2的首端连接线圈单元c3的首端；线圈单元a3的末端连接 线圈单元a4是末端，b3的首端连接线圈单元b4的首端，线圈单元c3的末端连接c4的末 端，线圈单元a4的首端、b4的末端、c4的首端接星点，由此构成一个独立的三相对称单齿半 绕组(A1、B1、C1)，另一独立三相绕组与之相同。显然，本实用新型的定子绕组不限于上述连接方式，还可以将所有三相绕组单元 全部串联，构成一个独立的三相绕组。还可以改变电机定子的齿数、转子的极对数，得到更 多的实施方式。本实用新型旨在提供一种电机极槽配合比为5 6，定子绕组为单齿半绕 组，齿槽宽度比为1，通过极靴固定永磁体的低转子损耗的多极永磁同步电机。本领域普通 技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或 等效，都将落入本实用新型的保护范围之内。
权利要求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3 = 211111，111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。
2.根据权利要求1所述的低损耗的低速永磁同步电机，其特征在于，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。
3.根据权利要求2所述的低损耗的低速永磁同步电机，其特征在于，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。
4.根据权利要求3所述的低损耗的低速永磁同步电机，其特征在于，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。
5.根据权利要求3所述的低损耗的低速永磁同步电机，其特征在于，所述η个多相绕组 单元串联构成一套独立的多相绕组。
6.根据权利要求1-5其中任一项所述的低损耗的低速永磁同步电机，其特征在于，所 述定子铁芯的齿槽宽度比为1，即槽宽和齿宽相同。
7.根据权利要求1-5其中任一项所述的低损耗的低速永磁同步电机，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。
8.根据权利要求7所述的低转子损耗的永磁同步电机，其特征在于所述极靴包括一 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。
9.根据权利要求8所述的低转子损耗的永磁同步电机，其特征在于在所述极靴的安 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。
10.根据权利要求9所述的低转子损耗的永磁同步电机，其特征在于在所述转子体端 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。
11.根据权利要求7所述的低转子损耗的永磁同步电机，其特征在于所述极靴的突出 部设在极靴的外周面的两端。
12.根据权利要求7所述的低转子损耗的永磁同步电机，其特征在于所述极靴的外周 面为向外突出的曲面状。
13.根据权利要求7所述的低转子损耗的永磁同步电机，其特征在于所述永磁体为两 层、两层以上磁性材料粘接构成。
专利摘要本实用新型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。
文档编号H02K1/27GK201918863SQ20102060614
公开日2011年8月3日 申请日期2010年11月15日 优先权日2010年11月15日
发明者史人杰, 汉斯·鲁道夫·西格里斯特 申请人:Hrs风电技术有限公司