集中繞組永磁電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及有永久磁體的同步電機(jī)領(lǐng)域，具體為一種集中繞組永磁電機(jī)。一種集中繞組永磁電機(jī)，包括電機(jī)軸(1)、輻射環(huán)(2)、電機(jī)定子鐵心(3)和電機(jī)電樞繞組(4)，其特征是：輻射環(huán)(2)箍在電機(jī)軸(1)外，電機(jī)定子鐵心(3)套在輻射環(huán)(2)外，電機(jī)定子鐵心(3)和輻射環(huán)(2)之間留有間隙，導(dǎo)線逐匝地繞在繞組槽(31)內(nèi)形成9個電機(jī)電樞繞組(4)。本發(fā)明額定輸出功率高，生產(chǎn)過程自動化程度高，生產(chǎn)效率高，適用范圍廣。
【專利說明】集中繞組永磁電機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及有永久磁體的同步電機(jī)領(lǐng)域，具體為一種集中繞組永磁電機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]永磁電機(jī)是一種三相同步電機(jī)，包括定子、用永久磁鋼制成的轉(zhuǎn)子等部件，永磁電機(jī)無電勵磁繞組，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高、功率因數(shù)高等優(yōu)點，主要用于要求響應(yīng)快速、調(diào)速范圍寬、定位準(zhǔn)確的高性能伺服傳動系統(tǒng)中。永磁電機(jī)設(shè)計沿用常規(guī)三相同步電機(jī)的設(shè)計方法，采用每極每相槽數(shù)q為整數(shù)的多槽分布繞組設(shè)計，以減少電樞反應(yīng)磁場中的諧波磁場在轉(zhuǎn)子磁極表面產(chǎn)生的附加渦流損耗和磁滯損耗。例如:6極電機(jī)定子槽數(shù)選定為18槽或36槽或27槽(q取分布繞組的3/2)。采用分布繞組設(shè)計的永磁電機(jī)繞組跨距多為I?5，定子繞組電阻值的50%?80%由繞組端部連線引起，永磁電機(jī)總損耗的大約2/3為繞組電阻發(fā)熱損耗。電機(jī)內(nèi)部損耗值決定了電機(jī)溫升，也就限制了電機(jī)的額定輸出功率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種額定輸出功率高，生產(chǎn)過程自動化程度高，生產(chǎn)效率高的電機(jī)，本發(fā)明公開了一種集中繞組永磁電機(jī)。
[0004]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案達(dá)到發(fā)明目的:
[0005]一種集中繞組永磁電機(jī)，包括作為電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛的電機(jī)軸、輻射環(huán)、電機(jī)定子鐵心和電機(jī)電樞繞組，其特征是:
[0006]輻射環(huán)箍在電機(jī)軸外，電機(jī)定子鐵心套在輻射環(huán)外，電機(jī)定子鐵心和輻射環(huán)之間留有間隙，電機(jī)軸、輻射環(huán)和電機(jī)定子鐵心這三者的中心軸線重合，電機(jī)定子鐵心的內(nèi)側(cè)壁上開有和電機(jī)定子鐵心中心軸線平行的繞組槽，繞組槽的數(shù)量為9個，繞組槽沿著電機(jī)定子鐵心內(nèi)孔截面的圓周方向平均分布，即9個繞組槽把電機(jī)定子鐵心內(nèi)孔的截面平均分成9段，導(dǎo)線逐匝地繞在繞組槽內(nèi)形成9個電機(jī)電樞繞組，每個電機(jī)電樞繞組有個接線端,各繞組槽內(nèi)電機(jī)電樞繞組的繞向都相同，任選一個電機(jī)電樞繞組設(shè)為I號，按給定的編號方向?qū)⒏鱾€電機(jī)電樞繞組依次設(shè)為I號?9號，編號方向為順時針方向或逆時針方向，每個繞組槽內(nèi)的一個電機(jī)電樞繞組都有電流流入端a端和電流流出b端，各個電機(jī)電樞繞組的接線方式為:
[0007]I號電機(jī)電樞繞組的a端、4號電機(jī)電樞繞組的a端和7號電機(jī)電樞繞組的a端依次連接；本組連接作為U相的第I端；2號電機(jī)電樞繞組的b端、5號電機(jī)電樞繞組的b端和8號電機(jī)電樞繞組的b端依次連接；本組連接作為U相的第2端；
[0008]2號電機(jī)電樞繞組的a端、5號電機(jī)電樞繞組的a端和8號電機(jī)電樞繞組的a端依次連接；本組連接作為V相的第I端；3號電機(jī)電樞繞組的b端、4號電機(jī)電樞繞組的b端和6號電機(jī)電樞繞組的b端依次連接；本組連接作為V相的第2端；
[0009]3號電機(jī)電樞繞組的a端、6號電機(jī)電樞繞組的a端和9號電機(jī)電樞繞組的a端依次連接；本組連接作為W相的第I端；4號電機(jī)電樞繞組的b端、7號電機(jī)電樞繞組的b端和I號電機(jī)電樞繞組的b端依次連接；本組連接作為W相的第2端；
[0010]2號電機(jī)電樞繞組的b端、5號電機(jī)電樞繞組的b端、8號電機(jī)電樞繞組的b端、3號電機(jī)電樞繞組的b端、4號電機(jī)電樞繞組的b端、6號電機(jī)電樞繞組的b端、4號電機(jī)電樞繞組的b端、7號電機(jī)電樞繞組的b端和I號電機(jī)電樞繞組的b端依次連接作為星點；
[0011]I號電機(jī)電樞繞組的a端、2號電機(jī)電樞繞組的a端、3號電機(jī)電樞繞組的a端作為接線端子；
[0012]相鄰的電機(jī)電樞繞組之間襯有緣層；
[0013]電機(jī)軸、輻射環(huán)，電機(jī)定子鐵心和電機(jī)電樞繞組都設(shè)于機(jī)殼內(nèi)，機(jī)殼的兩端各設(shè)一個端蓋，電機(jī)軸的兩端通過軸承設(shè)于兩個端蓋的中心處，端蓋和機(jī)殼之間，以及電機(jī)軸和兩個端蓋之間都予以密封。
[0014]所述的集中繞組永磁電機(jī)，其特征是:輻射環(huán)采用具有高磁能積的鐵釹硼永磁材料燒結(jié)而成。
[0015]所述的集中繞組永磁電機(jī)，其特征是:還包括傳感器，傳感器選用增量式編碼器、絕對值型編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器中的任意一種，傳感器設(shè)于機(jī)殼內(nèi)，傳感器的轉(zhuǎn)軸和電機(jī)軸以中心軸線重合的方式固定連接，傳感器的外側(cè)用外蓋板蓋住。
[0016]本發(fā)明的工作原理如下:
[0017]永磁電機(jī)同屬于三相同步電機(jī)類，但是集中繞組不能應(yīng)用于普通的三相同步電機(jī)上，這是因為集中繞組電樞反應(yīng)磁勢波形含有豐富的諧波磁勢，這些諧波磁勢除了偶數(shù)次、三次和三的整數(shù)倍數(shù)次不存在以外，其余諧波如:5、7、11、13、17、19、23、25、29、31、35、37等次數(shù)的諧波均存在于電機(jī)的氣隙中。




r


I O S X S —
[0018]設(shè):電樞反應(yīng)磁勢F(X)=2 ,且可用傅里葉級數(shù)表示


%

一 I —< X < π
I 2
為:F(x)= ZaV cosvxdx，則以上各次諧波對應(yīng)磁勢分量幅值可用下式表示:

V ?I
2『S 4 4 4av=- F(X)Cosvxdx,于是可以得出j!=—，a5=—? a7=—,......電機(jī)氣隙中各次諧波磁

π 5π 7π
通密度與電機(jī)氣隙密度的倒數(shù)成正比，即式中為空氣磁導(dǎo)率(高斯制中μ O=D^ δ為電機(jī)氣隙值。
[0019]基波與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子上不會產(chǎn)生任何損耗，其他諧波均會在轉(zhuǎn)子表面上產(chǎn)生損耗，損耗的數(shù)值大小與氣隙值平方的倒數(shù)成正比，本發(fā)明中的輻射環(huán)采用高磁能積永磁材料的制成，其回復(fù)磁導(dǎo)率μ d=l.05，只比空氣的磁導(dǎo)率高5%，在工程上，可以作為氣隙近似計算。電樞反應(yīng)磁場對應(yīng)磁通密度計算時，必須計及永磁材料的厚度，本發(fā)明中的此項計算采用的氣隙值是對應(yīng)的普通三相同步電機(jī)氣隙值得15倍，而轉(zhuǎn)子表面的發(fā)熱損耗是對應(yīng)的普通三相同步電機(jī)的+?此外，本發(fā)明中的輻射環(huán)所采用的高磁能積永磁材料的電阻率是普通鋼材的15倍，在同樣諧波磁通密之下的損耗也只有普通三相同步電機(jī)的
77β因而，集中繞組在永磁電機(jī)上的使用，其諧波磁場在轉(zhuǎn)子表面和在永磁材料實體內(nèi)引15
起的損耗在工程允許范圍之內(nèi)，不會影響永磁電機(jī)的正常使用。
[0020]本發(fā)明中，電機(jī)電樞繞組電阻值是分布繞組電機(jī)的*甚至更低，因而影響電機(jī)溫升的主要損耗是電機(jī)電樞繞組4的I2r，損耗降低至分布繞組電機(jī)的一半甚至更少，因此在相同溫升限制的條件下，輸出功率得到顯著提高。
[0021]本發(fā)明由脈沖寬度調(diào)制(即Pulse Width Modulat1n，簡稱PWM)波驅(qū)動器供電，電機(jī)定子須有良好的接地螺釘，以提高電機(jī)安全運行的等級。
[0022]本發(fā)明中的輻射環(huán)采用的高磁能積永磁材料在專用充磁工具的配合下完成3對磁極的整體充磁操作。
[0023]本發(fā)明采用先進(jìn)的注塑工藝，環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源的等級得到提升。
[0024]本發(fā)明中的電機(jī)電樞繞組采用高效率自動繞線機(jī)作業(yè)，提高了勞動生產(chǎn)率，降低了制造材料成本。
[0025]本發(fā)明中機(jī)殼和端蓋之間設(shè)有O形密封圈和骨架徑向密封圈，防護(hù)等級為IP65、IP67或IP68，滿足了有冷卻液噴射環(huán)境下的數(shù)控機(jī)床的使用要求，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。
[0026]本發(fā)明還可根據(jù)不同需求安裝各種不同的反饋元件。如:增量式編碼器、絕對值型編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等。
[0027]本發(fā)明的有益效果是:額定輸出功率高，生產(chǎn)過程自動化程度高，生產(chǎn)效率高，適用范圍廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明的截面示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明的主視方向的半剖視圖；
[0030]圖3是本發(fā)明的左視圖；
[0031]圖4是本發(fā)明的右視圖；
[0032]圖5是本發(fā)明中電機(jī)電樞繞組的接線展開示意圖；
[0033]圖6是帶有傳感器的本發(fā)明的主視方向的半剖視圖。

【具體實施方式】
[0034]以下通過具體實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0035]實施例1
[0036]一種集中繞組永磁電機(jī)，包括作為電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛的電機(jī)軸1、輻射環(huán)2、電機(jī)定子鐵心3和電機(jī)電樞繞組4，如圖1?圖5所示，具體結(jié)構(gòu)是:
[0037]輻射環(huán)2箍在電機(jī)軸I外，電機(jī)定子鐵心3套在輻射環(huán)2外，電機(jī)定子鐵心3和輻射環(huán)2之間留有間隙，電機(jī)軸1、輻射環(huán)2和電機(jī)定子鐵心3這三者的中心軸線重合，電機(jī)定子鐵心3的內(nèi)側(cè)壁上開有和電機(jī)定子鐵心3中心軸線平行的繞組槽31，繞組槽31的數(shù)量為9個，繞組槽31沿著電機(jī)定子鐵心3內(nèi)孔截面的圓周方向平均分布，即9個繞組槽31把電機(jī)定子鐵心3內(nèi)孔的截面平均分成9段，導(dǎo)線逐匝地繞在繞組槽31內(nèi)形成9個電機(jī)電樞繞組4，每個電機(jī)電樞繞組4有2個接線端，各繞組槽31內(nèi)電機(jī)電樞繞組4的繞向都相同，任選一個電機(jī)電樞繞組4設(shè)為I號,按給定的編號方向?qū)⒏鱾€電機(jī)電樞繞組4依次設(shè)為I號~9號,編號方向為順時針方向或逆時針方向，每個繞組槽31內(nèi)的一個電機(jī)電樞繞組4都有電流流入端a端和電流流出b端，各個電機(jī)電樞繞組4的接線方式如圖5所示，具體如下所述:
[0038]I號電機(jī)電樞繞組4的a端、4號電機(jī)電樞繞組4的a端和7號電機(jī)電樞繞組4的a端依次連接；本組連接作為U相的第I端；2號電機(jī)電樞繞組4的b端、5號電機(jī)電樞繞組4的b端和8號電機(jī)電樞繞組4的b端依次連接；本組連接作為U相的第2端；
[0039]2號電機(jī)電樞繞組4的a端、5號電機(jī)電樞繞組4的a端和8號電機(jī)電樞繞組4的a端依次連接；本組連接作為V相的第I端；3號電機(jī)電樞繞組4的b端、4號電機(jī)電樞繞組4的b端和6號電機(jī)電樞繞組4的b端依次連接；本組連接作為V相的第2端；
[0040]3號電機(jī)電樞繞組4的a端、6號電機(jī)電樞繞組4的a端和9號電機(jī)電樞繞組4的a端依次連接；本組連接作為W相的第I端；4號電機(jī)電樞繞組4的b端、7號電機(jī)電樞繞組4的b端和I號電機(jī)電樞繞組4的b端依次連接；本組連接作為W相的第2端；
[0041 ] 2號電機(jī)電樞繞組4的b端、5號電機(jī)電樞繞組4的b端、8號電機(jī)電樞繞組4的b端、3號電機(jī)電樞繞組4的b端、4號電機(jī)電樞繞組4的b端、6號電機(jī)電樞繞組4的b端、4號電機(jī)電樞繞組4的b端、7號電機(jī)電樞繞組4的b端和I號電機(jī)電樞繞組4的b端依次連接作為星點；
[0042]I號電機(jī)電樞繞組4的a端、2號電機(jī)電樞繞組4的a端、3號電機(jī)電樞繞組4的a端作為接線端子；
[0043]相鄰的電機(jī)電樞繞組4之間襯有緣層，
[0044]電機(jī)軸1、輻射環(huán)2，電機(jī)定子鐵心3和電機(jī)電樞繞組4都設(shè)于機(jī)殼內(nèi)，機(jī)殼的兩端各設(shè)一個端蓋，電機(jī)軸I的兩端通過軸承設(shè)于兩個端蓋的中心處，端蓋和機(jī)殼之間，以及電機(jī)軸I和兩個端蓋之間都予以密封。
[0045]本實施例中，輻射環(huán)2采用高磁能積鐵釹硼永磁材料燒結(jié)而成。
[0046]本實施例的工作原理如下:
[0047]永磁電機(jī)同屬于三相同步電機(jī)類，但是集中繞組不能應(yīng)用于普通的三相同步電機(jī)上，這是因為集中繞組電樞反應(yīng)磁勢波形含有豐富的諧波磁勢，這些諧波磁勢除了偶數(shù)次、三次和三的整數(shù)倍數(shù)次不存在以外，其余諧波如:5、7、11、13、17、19、23、25、29、31、35、37等次數(shù)的諧波均存在于電機(jī)的氣隙中。
[0048]設(shè):電樞反應(yīng)磁勢

【權(quán)利要求】
1.一種集中繞組永磁電機(jī)，包括電機(jī)軸(I)、輻射環(huán)(2)、電機(jī)定子鐵心(3)和電機(jī)電樞繞組(4)，其特征是: 輻射環(huán)(2)箍在電機(jī)軸(I)外，電機(jī)定子鐵心(3)套在輻射環(huán)(2)外，電機(jī)定子鐵心(3)和輻射環(huán)(2)之間留有間隙，電機(jī)軸(I)、輻射環(huán)(2)和電機(jī)定子鐵心(3)這三者的中心軸線重合，電機(jī)定子鐵心(3)的內(nèi)側(cè)壁上開有和電機(jī)定子鐵心(3)中心軸線平行的繞組槽(31)，繞組槽(31)的數(shù)量為9個，繞組槽(31)沿著電機(jī)定子鐵心(3)內(nèi)孔截面的圓周方向平均分布，即9個繞組槽(31)把電機(jī)定子鐵心(3)內(nèi)孔的截面平均分成9段，導(dǎo)線逐匝地繞在繞組槽(31)內(nèi)形成9個電機(jī)電樞繞組(4)，每個電機(jī)電樞繞組(4)有2個接線端，各繞組槽(31)內(nèi)電機(jī)電樞繞組⑷的繞向都相同，任選一個電機(jī)電樞繞組⑷設(shè)為I號，按給定的編號方向?qū)⒏鱾€電機(jī)電樞繞組(4)依次設(shè)為I號?9號,編號方向為順時針方向或逆時針方向，每個繞組槽(31)內(nèi)的一個電機(jī)電樞繞組(4)都有電流流入端a端和電流流出b端，各個電機(jī)電樞繞組(4)的接線方式為: I號電機(jī)電樞繞組⑷的a端、4號電機(jī)電樞繞組⑷的a端和7號電機(jī)電樞繞組(4)的a端依次連接；本組連接作為U相的第I端；2號電機(jī)電樞繞組(4)的b端、5號電機(jī)電樞繞組⑷的b端和8號電機(jī)電樞繞組⑷的b端依次連接；本組連接作為U相的第2端； 2號電機(jī)電樞繞組⑷的a端、5號電機(jī)電樞繞組⑷的a端和8號電機(jī)電樞繞組(4)的a端依次連接；本組連接作為V相的第I端；3號電機(jī)電樞繞組(4)的b端、4號電機(jī)電樞繞組⑷的b端和6號電機(jī)電樞繞組⑷的b端依次連接；本組連接作為V相的第2端； 3號電機(jī)電樞繞組⑷的a端、6號電機(jī)電樞繞組⑷的a端和9號電機(jī)電樞繞組(4)的a端依次連接；本組連接作為W相的第I端；4號電機(jī)電樞繞組(4)的b端、7號電機(jī)電樞繞組⑷的b端和I號電機(jī)電樞繞組⑷的b端依次連接；本組連接作為W相的第2端； 2號電機(jī)電樞繞組⑷的b端、5號電機(jī)電樞繞組⑷的b端、8號電機(jī)電樞繞組⑷的b端、3號電機(jī)電樞繞組⑷的b端、4號電機(jī)電樞繞組⑷的b端、6號電機(jī)電樞繞組(4)的b端、4號電機(jī)電樞繞組⑷的b端、7號電機(jī)電樞繞組⑷的b端和I號電機(jī)電樞繞組(4)的b端依次連接作為星點； I號電機(jī)電樞繞組⑷的a端、2號電機(jī)電樞繞組⑷的a端、3號電機(jī)電樞繞組⑷的a端作為接線端子； 相鄰的電機(jī)電樞繞組(4)之間襯有緣層； 電機(jī)軸(I)、輻射環(huán)⑵，電機(jī)定子鐵心(3)和電機(jī)電樞繞組⑷都設(shè)于機(jī)殼(5)內(nèi)，機(jī)殼(5)的兩端各設(shè)一個端蓋￠)，電機(jī)軸(I)的兩端通過軸承設(shè)于兩個端蓋￠)的中心處，端蓋(6)和機(jī)殼(5)之間、以及電機(jī)軸⑴和兩個端蓋(6)之間都予以密封。
2.如權(quán)利要求1所述的集中繞組永磁電機(jī)，其特征是:輻射環(huán)(2)采用鐵釹硼永磁材料燒結(jié)而成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的集中繞組永磁電機(jī)，其特征是:還包括傳感器(7)，傳感器(7)選用增量式編碼器、絕對值型編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器中的任意一種，傳感器(7)設(shè)于機(jī)殼(5)內(nèi)，傳感器(7)的轉(zhuǎn)軸和電機(jī)軸(I)以中心軸線重合的方式固定連接，傳感器(7)的外側(cè)用外蓋板(71)蓋住。
【文檔編號】H02K1/16GK104167836SQ201310745092
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】王海彬, 周紹宗, 吳春年 申請人:上海優(yōu)積驅(qū)動技術(shù)有限公司