三相对称印制绕组的利记博彩app
【专利摘要】本实用新型的三相对称印制绕组，应用于高精度、高动态性能的伺服驱动电机。由4M（M为正整数）片的包含3N（N为≥4的正整数）根导体的导体片重叠而成，各片之间由绝缘坯布粘结，相邻的两片构成一组，每组中两片导体片中的导体的外端头相互均匀交叉错开；一组中的两片导体片中的导体的两两对齐的内端头联通，两组中导体片中的导体的两两对齐的外端头联通；根据60°相带三相绕组的规律在最上层和最下层的各6根导体断开后获得的6个分布式绕组，记为U+，U-，V+，V-，W+，W-，U+与U-相串联得到U相绕组，V+与V-相串联得到V相绕组，W+与W-相串联得到W相绕组，三个相绕组的末端连接在一起。
【专利说明】三相对称印制绕组
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及三相永磁同步电机,具体是三相永磁同步电机的三相对称印制绕组。
【背景技术】
[0002]目前，公知的有齿有槽三相永磁同步电机由于定位转矩和气隙磁密畸变等先天缺陷，会使电机转矩波动，产生振动和噪声，出现转速波动，使电机不能平稳运行，影响电机的性能。同时使电机产生不希望的振动和噪声。在变速驱动中，当转矩脉动频率与定子或转子的机械共振频率一致时，定位转矩产生的振动和噪声将被放大。定位转矩的存在同样影响了电机在速度控制系统中的低速性能和位置控制系统中的高精度定位。
[0003]有齿有槽三相永磁同步电机的定位转矩主要包括齿槽定位转矩、定转子双凸极结构产生的定位转矩等。永磁同步电机的电枢铁心为了安放定子绕组必定存在齿槽，由于齿槽的存在，引起气隙的不均匀，一个齿距内的磁通相对集中于齿部，使得气隙磁导不是常数。当采用定转子双凸极结构时也会导致气隙磁导不是常数的后果。当转子旋转时，气隙磁场的贮能就发生变化，产生齿槽转矩，这个转矩是不变的，它与转子位置有关，因而随着转子位置发生变化，就引起转矩脉动。它与转子的结构尺寸、定子齿槽的结构、气隙的大小、磁极的形状和磁场分布等有关,而与绕组如何放置在槽中和各相绕组中馈入多少电流等因素无关。齿槽转矩是有齿有槽永磁电机的固有现象，它是在电枢绕组不通电的状态下，由永磁体产生的磁场同电枢铁心的齿槽作用在圆周方向产生的转矩。它的产生来自于永磁体与电枢齿之间的切向力，使永磁电动机的转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势，试图将转子定位在某些位置，由此趋势产生的一种振荡转矩。
[0004]在永磁同步电动机中，公知的理论是:当电枢电流波形是正弦波，电动机反电动势波形也设计为正弦波形，产生的电磁转矩就是恒定的，不存在电磁转矩的任何波动。因此电动机的性能在很大程度上取决于每相反电动势波形，而反电动势波形则最终由气隙磁场波形所确定。为提高电机系统的效率、比功率，减小转矩波动，一般将电动机气隙磁场波形设计为正弦波。因此在电动机本体的设计中，首先存在的问题就是电动机气隙磁场的正弦化设计问题。
[0005]但是由于定子开槽，永磁磁极产生的气隙磁场波形会发生畸变，每相绕组反电动势由放置在槽中的、数量较少的导体切割气隙磁场而感应产生的反电动势线性相加得到，导致每相绕组反电动势波形包含较大的谐波分量，这些谐波分量与正弦波的电枢电流相互作用会产生电磁转矩的较大波动。
[0006]目前，用来解决转矩波动的措施主要有采用斜槽或斜极、分数槽法、闭口槽法和磁钢形状优化法等，但是收效甚小且引起更复杂的制造工艺。目前一种新结构的永磁同步电动机是采用轴向磁场、绕线盘式三相绕组，避免了定子开槽，从而能较大程度地减少转矩脉动。但是所采用的绕线盘式三相绕组是由数量为几十个的、事先用线模集中绕制好的多匝线圈按一定规律连接并用塑料固封得到，其缺点是散热性能差、工艺复杂。由于每相绕组包含的线圈数量少、导体的几何位置不能按需做优化设计，导致绕线盘式三相绕组的每相绕组反电动势包含较大的谐波分量，引起较大的转矩脉动。
实用新型内容
[0007]解决永磁同步电动机的转矩脉动问题的关键是采用轴向磁场，同时采用无需定子开槽的、每相反电动势的谐波分量很小的三相对称绕组。该三相对称绕组必须是由数量很多的、空间位置不同且容易优化导体坐标(对导体的形状即空间坐标进行优化)的导体构成。显然现有的绕线盘式三相绕组不能满足这些要求。为了解决现有技术不能解决的问题，本实用新型提供一种三相对称印制绕组，以满足上述要求。
[0008]本实用新型的三相对称印制绕组，其由4M片的包含3N根导体的导体片重叠而成，各片之间由绝缘坯布粘结，相邻的两片构成一组，每组中两片导体片中的导体的外端头相互均匀交叉错开；一组中的两片导体片中的导体的两两对齐的内端头联通，依次两组导体片中的分属于不同组的导体的两两对齐的外端头联通；根据60°相带三相绕组的规律在最上层和最下层的各6根导体断开后获得的6个分布式绕组，记为U+，U-, V+，V-, W+，W-,U+与U-相串联得到U相绕组，V+与V-相串联得到V相绕组，W+与W-相串联得到W相绕组，三个相绕组的末端连接在一起；
[0009]N为大于等于4的正整数；
[0010]M为正整数。
[0011]作为优选，N为21?91，M为I?3。
[0012]所述的导体片中的3N根导体，形状相同且绕轴心均匀分布。
[0013]所述的导体片中的导体的形状由衔接的五段构成:从内向外依次为直线段一渐开线或圆弧段一直线段一渐开线或圆弧段一直线段。此外，导体的形状还可以是其它各种形状，只要确保每组中两片导体片中的导体的外端头相互均匀交叉错开即可。导体的形状最简单的一种就是为偏离轴心的直线段。
[0014]导体的形状经过按照使得反电动势谐波分量产生的转矩脉动降为最小的要求进行的优化。对导体形状的优化设计方法包括公知的各种成熟的最优化设计理论:如罚函数法或复合形法。
[0015]所述的导体片中的导体材料选用为厚度为0.1mnT0.5mm的铜、铝、铜合金或铝合金。
[0016]上述三相对称印制绕组的特点是:
[0017]1.每相绕组的导体数量多，例如导体片上导体数等于3N=153，即N=51，采用4层结构，则每相绕组的导体数为3NX 4 (层)/3-12/3=4 (N-1) =200，每极每相导体数为多达5 ；
[0018]2.上述构成每相绕组的导体的空间位置都互不相同，是真正意义上的分布式绕组；
[0019]3.由于上述2个特点，很容易通过对导体的形状(包括对配套的电机圆柱永磁体磁极半径、磁极分布半径等)参数进行优化来达到每相反电动势谐波分量最小的目标；
[0020]4.因为导体片上的导体数为3N，所制作的三相印制绕组不论在空间上还是在电气上都是严格对称的；
[0021]5.因为多层导体片是利用绝缘坯布粘接成型，并且所有导体都是均匀分布而非集中，所以本实用新型的三相印制绕组更有利于散热，具有更高的功率体积比。
[0022]本实用新型的三相印制绕组的每相反电动势中引起转矩波动的谐波分量总和可控制在0.5%(相对于基波)以内，由此引起的转矩波动可控制在0.65%以内，远远小于其它类型绕组的3%?10%的转矩波动。即使不进行优化，其产生转矩脉动的反电动势谐波分量总和为3.728%，也只是其它类型绕组的转矩波动的下限值。经过优化设计后，产生转矩脉动的反电动势谐波分量总和降为0.4496%。
[0023]采用本实用新型三相对称印制绕组的永磁同步电动机，由于转矩脉动非常小，保证了电机在速度控制系统中的低速性能和位置控制系统中的高精度定位。
[0024]本实用新型制作的三相对称印制绕组将广泛应用于高精度、高动态性能的伺服驱动应用领域，具有很好的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是印制绕组冲片图。
[0026]图2是冲片与坯布示意图。
[0027]图3是组片制作示意图。
[0028]图4是绕组连接规律示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0030]本例的三相对称印制绕组，由4片(4M中的M=I)包含63 (3N中的N=21)根导体的导体片重叠而成。
[0031 ] 为了详细准确地描述产品，本例从产品制作的角度进行说明。
[0032]一、制作冲片:如图1所示，在一张厚度0.3mm的均匀的铜合金片上，利用冲模或化学腐蚀制作冲片1001。冲片1001上均匀分布有数量为3N的冲槽1002，这些冲槽1002绕轴心均匀分布、形状完全相同。3个小直径的定位孔1010、1011和1012位于左下角，3个大直径的定位孔1020、1021和1022位于右上角。冲槽1002的形状由衔接的五段构成:从内向外依次为直线段一渐开线段一直线段一渐开线段一直线段。
[0033]每张冲片1001中的两个冲槽1002之间的剩余部分称为导体。
[0034]所谓冲片即在一张导电材料的金属片上制作出冲槽后得到的导体片。
[0035]二、制作组片:如图2所示，将一片冲片1001翻转，此时的冲槽1002与图1的冲槽1002是互为镜像的。冲片1001的定位孔1010、1020套进夹具的定位销后呈水平放置，在该冲片上定位并放置绝缘坯布2001。如图3所示，再将一片图1的冲片1001的定位孔1010、1020套进定位销，利用夹具加压加热保温，利用绝缘坯布2001的粘接作用将两片冲片1001粘接在一起。此时两片冲片1001的导体内端头3001是两两对齐的(由于翻转叠放，渐开线或圆弧段的方向恰好相反，所以外端头3002并没有重叠对齐，而是相互均匀交叉错开)，利用夹具或冲模将导体内端头3001以内的部分去除，再将两两对齐的导体内端头(共有6N根导体1003内外端头)焊接起来，得到的部件称为组片。
[0036]三、制作闭合的印制绕组:在图3中，组片中两片冲片由于第一片是翻转的，所以两片冲片的外端头3002并没有重叠对齐，而是相互均匀交叉错开，组片在外端部共有6N个外端头3002。
[0037]取两个组片，在两个组片之间放置绝缘坯布，通过定位孔套入定位销使两个组片的外端头重叠对齐，利用夹具加压加热保温，利用绝缘坯布的粘接作用将两个组片粘接在一起。利用夹具或冲模将导体外端头3002以外的部分去除，再将两两对齐的导体外端头3002焊接起来，得到的部件称为闭合的印制绕组。
[0038]这样的闭合的印制绕组由4片冲片1001构成，共有12N根导体1003通过内外端头的焊接串联起来。为了弄清楚这个闭合的印制绕组中导体的连接规律，假设3N=63(N=21)，如图4所示，从绕组最上层起编号为第I层到第4层共4层。逆时针对第I层的3N=63根导体从01到63进行编号，与第I层某编号导体相连接的其它各层导体的编号后2位与第I层导体编号相同。如图4，不妨假设从第I层第63根导体63开始，通过外端头与第4层的导体4463连接，然后通过内端头与第3层的导体4363连接，再通过外端头与第2层的导体4263连接，最后通过内端头与第I层的导体25连接，接下来依次相连的导体为4425、4325、4225、50、4450、4350、4250、12、4412、4312、4212、37、4437、4337、4237、62，由此可见从第I层的第63根导体63开始，经过2个圆周回到与之相邻的第I层第62根导体62，不断地重复这种规律，直到将所有的导体都串联起来，形成一个闭合的印制绕组。
[0039]四、制作三相对称印制绕组:根据60°相带三相绕组的规律，一对磁极下的导体依次属于U+, W-, V+, U-, W+, V-,共有6个相带。把属于U+(或U-)的导体从闭合的绕组中分离出来即可得到U+(或U-)线圈，再把U+、U-线圈串联起来即可得到三相绕组的U相绕组。V相、W相与U相在空间上对称分布,从闭合的绕组中分尚出来并连接的方法与U相的相同。对于本例一层导体数量为3N=63，磁极的极对数为5，则每极每相导体数为2。如图4中，第I层的第62根导体62、第61根导体61属于U+相带，为了把U+的导体从闭合的绕组中分离出来，需要剪断第I层的第63根导体63，并从与之连接的第4层导体4463的外端头引出作为U+线圈的首端4001，图4中属于U+的第I层导体有25、50、15、37、62、24、49、14、36、61，其规律是按跨距为25根进行连接，最后从第I层的第61根导体61的外端头引出作为U+线圈的末端4002，并把与之连接的第4层导体4461剪断，至此得到了 U+线圈。运用同样的方法，剪断第I层导体编号为3N/3=63/3=21的导体，并从与之连接的第4层导体的外端头引出作为V+线圈的首端，从第I层导体编号为19的外端头引出作为V+线圈的末端，并剪断与之连接的第4层导体，即可得到V+线圈；剪断第I层导体编号为6N/3=42的导体，并从与之连接的第4层导体的外端头引出作为W+线圈的首端，从第I层导体编号为40的外端头引出作为W+线圈的末端，并剪断与之连接的第4层导体，即可得到W+线圈。
[0040]根据相带的顺序，V+之后就是U-，V+的末端是第I层编号为19的导体，绕组跨距为25，所以剪断第I层编号为19+25=44的导体，并从与之连接的第4层导体的外端头引出作为U-线圈的末端，由于U-之后是W+，第I层导体编号为42的导体已被剪断，因此从第I层编号为42-25=17的导体(同时剪断与之相连的第4层导体)引出作为U-的首端；运用同样的方法，剪断第I层编号为2的导体，并从与之连接的第4层导体的外端头引出作为V-线圈的末端，从第I层编号为38的导体(同时剪断与之相连的第4层导体)引出作为V-的首端；剪断第I层编号为23的导体，并从与之连接的第4层导体的外端头引出作为W-线圈的末端，从第I层编号为59的导体(同时剪断与之相连的第4层导体)引出作为W-的首端。
[0041]至此通过剪断第I层和第4层共12根导体，获得了 U+，W-，V+，U-, W+，V-共6个线圈，将U+线圈的末端和U-线圈的首端连接得到U相绕组，同法获得V相、W相绕组，最后将U、V、W连接成星形连接，得到对称的三相印制绕组。
【权利要求】
1.三相对称印制绕组，其特征是:其由41片的包含3^根导体的导体片重叠而成，各片之间由绝缘坯布粘结，相邻的两片构成一组，每组中两片导体片中的导体的外端头相互均匀交叉错开；一组中的两片导体片中的导体的两两对齐的内端头联通，依次两组导体片中的分属于不同组的导体的两两对齐的外端头联通；根据60。相带三相绕组的规律在最上层和最下层的各6根导体断开后获得的6个分布式绕组，记为肝，[-，^+, I，1+，1-，肝与口-相串联得到I相绕组，乂+与乂-相串联得到乂相绕组，1+与1-相串联得到评相绕组，三个相绕组的末端连接在一起； ?为大于等于4的正整数； 1为正整数。
2.根据权利要求1所述的三相对称印制绕组，其特征是:所述的导体片中的3^根导体，形状相同且绕轴心均匀分布。
3.根据权利要求1或2所述的三相对称印制绕组，其特征是4为21?91，1为1?3。
4.根据权利要求1所述的三相对称印制绕组，其特征是:所述的导体片中的导体的形状由衔接的五段构成:从内向外依次为直线段一渐开线或圆弧段一直线段一渐开线或圆弧段一直线段。
5.根据权利要求1所述的三相对称印制绕组，其特征是:所述的导体片中的导体的形状为偏离轴心的直线段。
6.根据权利要求1所述的三相对称印制绕组，其特征是:所述的导体片中的导体材料选用为厚度为0.1111111^0.5臟的铜、招、铜合金或招合金。
【文档编号】H02K3/26GK204168030SQ201420507668
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】黄植功 申请人:广西师范大学