[发明专利]一种永磁电机集中绕组调制方法和可调制式绕组

说明书

本发明属于电机设计领域，特别涉及到永磁电机的电枢绕组设计技术。其提供的绕组中的每一相通过绕在每个齿上的线圈的相互抵消作用实现灵活的电枢磁场极数的变化。其方案为：每个线圈都绕在一个定子齿上；每一相绕组均由若干个绕在一个齿上的线圈按照一定的联结规律串联和并联组成；不论转子磁极为多少，该绕组能始终保持节距为1的单齿绕的集中式绕组。

技术领域

本发明属于电机设计领域，特别涉及到永磁电机的电枢绕组设计技术。

背景技术

永磁电机以其灵活多变、高效节能等特点得到广泛应用。在诸多领域取代了异步电机或直流电机及其传统的减速或增速机构，实现了直接驱动，提高了传动系统效率。随着永磁电机应用领域的扩大，要求永磁电机在满足多种转速和转矩需求的同时，必须适应不同的安装尺寸。例如在低速大转矩的这一类内转子永磁电机中，转子内径有时要求与其它装置配合，因此需要较大的尺寸，这样就造成了这类电机的结构实际上是一个内径较大且中空的形状。为了实现低转速，这种电机的极数较多，而且多采用极槽数相近的集中式绕组形式。

采用极槽数相近的绕组形式的电机具有诸多优势，例如能够提供较高的转矩密度，恰当的选择极数与槽数，可以有效削弱齿槽转矩，减小转矩波动。极槽数相近的电机可以采用集中式绕组形式，这种绕组形式的端部较短，可以为扁平式的永磁电机节省更多的绕组端部长度，从而大大降低绕组用量，减少铜损耗，提高电机效率。

近极槽配合时每对极下的平均槽数与分布式绕组相比要少得多，当电机内径较大和极数不多时，槽数较少，使得槽形宽度和槽距较大。造成绕组线圈宽度过大，绕组端部长度过大，增加了绕组铜用量，失去极槽数相近集中式绕组的优势。

近年来，基于磁齿轮的磁场调制原理，逐步衍生出的磁场调制式电机中很重要的一类电机称为游标电机，以其可以实现转矩密度的提高等效果，近年来得到越来越多的关注。这类电机也只有一层气隙，类似于普通的永磁电机，为生产制造创造了便利条件。这类电机必须满足以下三个条件：

1、两个磁场的极对数相同；2、两个磁场的旋转方向及其旋转速度都相同既两磁场保持相对静止；3、两个磁场轴线之间不能共线。

根据这三个条件，可以得到电枢磁场的转速及其极对数的相应表达式，可以得到电枢磁场极对数与励磁磁场极对数和磁场调制模块(定子齿数)。因为游标电机的磁场调制模块由定子齿代为实现。

Z＝p_r±p_s (1)

G_r＝－p_r/p_s (2)

Z——定子齿数

p_s——电枢磁动势极对数

p_r——励磁磁动势极对数

G_r——传速比

n——电机转速

f——定子电流频率

根据以上公式可见，基于磁场调制原理的游标电机的定子槽的数量有更多选择，若将基于这种磁场调制原理的定子槽数选择的灵活性，应用在形状为扁平低速大转矩永磁电机中，可以改善极槽数较少的集中绕组的性能。

发明内容

本发明就是针对现有技术存在的缺陷，尤其适用于低速大转矩永磁同步电动机的调制式集中绕组，不论转子磁极为多少，该绕组能始终保持集中式，即节距为1的单齿绕的集中式绕组。当转子磁极数、定子电枢的极数与定子槽数的关系可以符合公式(1)时候，则该电机呈现调制特性。当以上三种参数的关系不符合公式(1)时，则该电机不呈现调制特性。本发明提供的绕组中的每一相通过绕在每个齿上的线圈的相互抵消作用实现灵活的电枢磁场极数的变化。