一種無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁雙定子電機(jī)是隨著優(yōu)異的磁性能的永磁材料釹鐵硼的發(fā)展而得以發(fā)展起來(lái) 的一種新型電機(jī)。目前常用的結(jié)構(gòu)形式有盤(pán)式、同心式兩種。盤(pán)式雙定子永磁電機(jī)的研宄最 為廣泛，有多種結(jié)構(gòu)形式，采用雙定子中間轉(zhuǎn)子組成的雙定子雙氣隙結(jié)構(gòu)可使電機(jī)獲得最 小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和最優(yōu)的散熱條件。在同體積永磁體情況下，不但改善了極面下氣隙磁密的 均勻性，而且采用雙邊永磁體結(jié)構(gòu)比單邊永磁體結(jié)構(gòu)的氣隙磁密可高出10%左右。但這種 電機(jī)會(huì)由于軸向產(chǎn)生磁拉力使電機(jī)發(fā)生震顫，影響其運(yùn)行的穩(wěn)定性，所以一般應(yīng)用在小功 率場(chǎng)合。同心式結(jié)構(gòu)的雙定子電機(jī)是在單定子永磁電機(jī)基礎(chǔ)上增加了一套內(nèi)定子，轉(zhuǎn)子做 成空心杯形，轉(zhuǎn)子在內(nèi)外定子之間旋轉(zhuǎn)。其中無(wú)鐵芯轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，杯型轉(zhuǎn)子采用不導(dǎo)磁材料， 通過(guò)滾軸固定在兩邊支架上，轉(zhuǎn)子在內(nèi)外定子之間旋轉(zhuǎn)。永磁體安裝在轉(zhuǎn)子上，并加永磁體 護(hù)套以確保其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的可靠性。對(duì)于小型多極電機(jī)，電機(jī)的定子槽數(shù)較少，存在著磁動(dòng) 勢(shì)空間諧波較大的缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大、轉(zhuǎn)矩密度低等問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高次諧波含量小，諧波漏抗小的交流無(wú)鐵芯 雙定子電機(jī)。
[0004] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0005] 一種無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)，包括內(nèi)定子、外定子和轉(zhuǎn)子，所述內(nèi)定子和外定子的槽數(shù) 均為Z，極對(duì)數(shù)均為P，所述外定子上布置有相互串聯(lián)的繞組線圈節(jié)距分別為yJPy2的兩 套繞組，所述第一套繞組線圈節(jié)距yi與第二套繞組線圈節(jié)距72不相等、且同一套繞組線圈 的兩個(gè)線圈邊的相位差為90~270度電角度。
[0006] 所述外定子上線圈邊的相位差通過(guò)線圈節(jié)距yJPy2的取值確定，則yi的取值 滿足公式dJini+JT/^UJipyi/zUJTni+SJT/%其中化為自然數(shù)；y2的取值滿足公式： 2Jrn2+Jr/2〈2Jrpy2/z〈2Jrn2+3JT/2,其中n2為自然數(shù)。
[0007] 所述內(nèi)定子上布置有相互串聯(lián)的兩套繞組，該繞組線圈節(jié)距與所述外定子上繞組 線圈節(jié)距相同。
[0008] 所述外定子上兩套繞組線圈的匝數(shù)分別為&和N2，則內(nèi)定子上兩套繞組線圈的匝 數(shù)N3和N4分別滿足關(guān)系式：N3= N2/K，其中K為正整數(shù)。
[0009] 所述轉(zhuǎn)子為杯狀無(wú)鐵芯結(jié)構(gòu)，杯體由高強(qiáng)度非鐵磁材料制作而成，所述轉(zhuǎn)子上均 勻布置有徑向充磁的永磁體，所述轉(zhuǎn)子永磁體的兩個(gè)徑向面分別直接面向內(nèi)、外電機(jī)氣隙。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所述的無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)，依據(jù)諧波原理，將現(xiàn)有的 單節(jié)距等匝數(shù)的定子繞組改為雙節(jié)距不等匝數(shù)的定子繞組，從而減小了定子繞組磁動(dòng)勢(shì)諧 波中與基波相近的諧波的磁動(dòng)勢(shì)幅值，因此使用本發(fā)明的線圈分布方法的定子繞組具有氣 隙密諧波含量較低的優(yōu)點(diǎn)，使得電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度增大、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)降低。通過(guò)永磁體的設(shè)置減少 了原有電機(jī)的輔助器件，提高了電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)性能。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為本發(fā)明無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)工作原理示意圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)的第一種實(shí)施方式的槽號(hào)相位圖與三相槽號(hào)相 位分布圖；
[0013] 圖3為本發(fā)明無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)的第一種實(shí)施方式外定子的三相繞組接線圖；
[0014] 圖4為本發(fā)明無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)的第一種實(shí)施方式內(nèi)定子的三相繞組接線圖；
[0015] 圖5為本發(fā)明無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)的第二種實(shí)施方式的槽號(hào)相位圖與三相槽號(hào)相 位分布圖；
[0016] 圖6為本發(fā)明無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)的第二種實(shí)施方式的外定子的三相繞組接線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0018] 如圖1所示，本發(fā)明所述的無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)，包括內(nèi)定子2、外定子1和轉(zhuǎn)子，外 定子包括線圈槽12和設(shè)置在線圈槽12內(nèi)的線圈11，該線圈11由兩套繞組相互串聯(lián)組成； 內(nèi)定子2包括線圈槽22和設(shè)置在線圈槽22內(nèi)的線圈21，該線圈21由兩套繞組相互串聯(lián)組 成；在內(nèi)定子2和外定子1之間的轉(zhuǎn)子上均勾布置有徑向充磁的永磁體4,該轉(zhuǎn)子永磁體4 的兩個(gè)徑向面分別直接面向內(nèi)、外電機(jī)氣隙處。所述轉(zhuǎn)子為杯狀無(wú)鐵芯結(jié)構(gòu)，杯體由高強(qiáng)度 非鐵磁材料制作而成。
[0019] 外定子1和內(nèi)定子2中的繞組均采用雙節(jié)距不等匝繞組方法，兩種節(jié)距的線圈的 匝數(shù)可以按照繞組磁動(dòng)勢(shì)的基波和諧波的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般選取內(nèi)、外定子的槽數(shù)相等， 內(nèi)、外定子繞組的結(jié)構(gòu)方式相同，僅在匝數(shù)上同比例調(diào)整。匝數(shù)調(diào)整是依據(jù)內(nèi)、外定子承擔(dān) 的功率不同進(jìn)行的。
[0020] 實(shí)施例1 :選取一臺(tái)極數(shù)為2P= 22的無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)，選取內(nèi)、外定子槽數(shù)均 為Z= 30,其槽號(hào)相位圖與三相槽號(hào)相位分布如圖2所示。顯然定子繞組采用的是60°相 帶連接，繞組的分布系數(shù)較高。
[0021] 首先布置外定子繞組，所述外定子上線圈邊的相位差通過(guò)線圈節(jié)距yJPy2的取 值確定，則取值滿足公式：2 31111+31/2〈2 31口71/2〈2 31111+3 31/2，其中111為自然數(shù)；72的 取值滿足公式：2Jrn2+Jr/2〈2Jrpy2/z〈2Jrn2+3JT/2,其中巧為自然數(shù)。即2Jrpy/z對(duì)2JT 取余數(shù)的值趨近于JT，23Ipy2/Z對(duì)231取余數(shù)的值趨近于31，以保證同一套繞組線圈的兩 個(gè)線圈邊的相位差為90~270度電角度，以趨近180度為佳。通過(guò)上述公式選擇其中一個(gè) 線圈的節(jié)距7 1=1，對(duì)應(yīng)的線圈匝數(shù)1=124相槽號(hào)為：1、4、-8、12、15、-16、-19、23、27、 30,各槽號(hào)按照順序依次串聯(lián)連接，這里正槽號(hào)表示按選定的正向依次連接，負(fù)槽號(hào)表示線 圈反向連接。選擇另外一個(gè)線圈的節(jié)距y2= 4,對(duì)應(yīng)的線圈匝數(shù)\= 24,槽號(hào)同上，僅線圈 節(jié)距、匝數(shù)不同，依次串聯(lián)連接。之后把兩組線圈串聯(lián)，構(gòu)成完整的A相繞組。B、C兩相的 連接方式與A相相同。外定子繞組接線方式如圖3所示其中上標(biāo)為線圈匝數(shù)，下標(biāo)為線圈 跨距?？梢钥闯?，外定子繞組采用兩種不同的線圈節(jié)距，線圈的匝數(shù)也不相同。內(nèi)定子繞組 的各相槽號(hào)、連接方式均與外定子相同，兩者的差別僅在繞組的匝數(shù)，A相節(jié)距yi= 1，內(nèi)定 子上繞組對(duì)應(yīng)的線圈匝數(shù)N/K= 12/2 = 6,節(jié)距yi= 4,對(duì)應(yīng)的線圈匝數(shù)1/1( = 24/2 = 12,顯然這里匝數(shù)比例系數(shù)取為K= 2。內(nèi)定子繞組連接方式如圖4所示。
[0022] 由于電機(jī)繞組為三相對(duì)稱分布繞組，因此A、B、C三相繞組的磁動(dòng)勢(shì)在相位上互差 120度電角度，而繞組系數(shù)完全相等。同時(shí)由于內(nèi)、外定子繞組分布方式相同，僅在匝數(shù)上有 區(qū)別，根據(jù)電機(jī)繞組理論，電機(jī)A相的繞組系數(shù)與電機(jī)外定子上A相的繞組系數(shù)相同，即電 機(jī)外定子上A相的繞組系數(shù)可以代表電機(jī)A相的繞組系數(shù)。同理，B、C兩相的繞組系數(shù)也 可以通過(guò)該方法計(jì)算。
[0023] 電機(jī)外定子上A相的磁動(dòng)勢(shì)及繞組系數(shù)計(jì)算公式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)，包括內(nèi)定子、外定子和轉(zhuǎn)子，所述內(nèi)定子和外定子的槽數(shù)均 為Z，極對(duì)數(shù)均為P，其特征在于：所述外定子上布置有相互串聯(lián)的繞組線圈節(jié)距分別為 yi 和y2的兩套繞組，所述第一套繞組線圈節(jié)距y i與第二套繞組線圈節(jié)距y 2不相等、且同一套 繞組線圈的兩個(gè)線圈邊的相位差為90~270度電角度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)，其特征在于：所述外定子上線圈邊 的相位差通過(guò)線圈節(jié)距yJP y 2的取值確定，則y 1的取值滿足公式：2 n n片Jr /2〈2 Jr Py1/ z〈2 Jr ni+3 JT/2,其中 Ii1為自然數(shù)；y 2的取值滿足公式：2 n 2+/2〈2 Jr py2/z〈2 Jr n2+3 JT/2， 其中n2為自然數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)，其特征在于：所述內(nèi)定子上布置有 相互串聯(lián)的兩套繞組，該繞組線圈節(jié)距與所述外定子上繞組線圈節(jié)距相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)，其特征在于：所述外定子上兩套繞 組線圈的匝數(shù)分別為NJPN2，所述內(nèi)定子上兩套繞組線圈的匝數(shù)NJPN 4分別滿足關(guān)系式： N3= N i/K，N4= N 2/K，其中K為正整數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)，其特征在于：所述轉(zhuǎn)子為杯狀無(wú)鐵 芯結(jié)構(gòu)，杯體由高強(qiáng)度非鐵磁材料制作而成，所述轉(zhuǎn)子上均勻布置有徑向充磁的永磁體，所 述轉(zhuǎn)子永磁體的兩個(gè)徑向面分別直接面向內(nèi)、外電機(jī)氣隙。
【專利摘要】本發(fā)明所述的一種無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)，包括內(nèi)定子、外定子和轉(zhuǎn)子，所述內(nèi)定子和外定子的槽數(shù)均為Z,極對(duì)數(shù)均為P,所述外定子上布置有相互串聯(lián)的繞組線圈節(jié)距分別為y1和y2的兩套繞組，所述第一套繞組線圈節(jié)距y1與第二套繞組線圈節(jié)距y2不相等、且同一套繞組線圈的兩個(gè)線圈邊的相位差為90～270度電角度。本發(fā)明所述的無(wú)鐵芯雙定子電機(jī)，依據(jù)諧波原理，將現(xiàn)有的單節(jié)距等匝數(shù)的定子繞組改為雙節(jié)距不等匝數(shù)的定子繞組，從而減小了定子繞組磁動(dòng)勢(shì)諧波中與基波相近的諧波的磁動(dòng)勢(shì)幅值。
【IPC分類】H02K1-12, H02K1-27, H02K16-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104868672
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510197989
【發(fā)明人】闞超豪, 汪晶, 任泰安, 儲(chǔ)國(guó)良, 朱曉威
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年4月23日