電動(dòng)車用大功率奇數(shù)分?jǐn)?shù)槽電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于大功率無(wú)刷直流電機(jī)與永磁同步電機(jī)，具體設(shè)及一種電動(dòng)車用大 功率、奇數(shù)分?jǐn)?shù)槽，單雙層繞組無(wú)刷直流電機(jī)及永磁同步電機(jī)
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)現(xiàn)行的電動(dòng)車上使用的電機(jī)大多數(shù)是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)及永磁同步電機(jī)。對(duì)于 電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)電機(jī)，如果是無(wú)刷直流電機(jī)，就其功率大小來(lái)分類，1. 5kwW下的小功率電機(jī)，一 般是偶數(shù)分?jǐn)?shù)槽電機(jī)，其中，又W12槽8極、每極每相槽數(shù)q= 1/2的分?jǐn)?shù)槽電機(jī)最為普 遍；從1. 5kw到120kw之間的大功率電機(jī)，一般都采用整數(shù)槽電機(jī)，每極每相槽數(shù)q在1與 4之間。而對(duì)于一般的永磁同步電機(jī)，絕大多數(shù)也采用整數(shù)槽電機(jī)。在大功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)中， 不論是無(wú)刷直流電機(jī)還是永磁同步電機(jī)，如果是整數(shù)槽磁路結(jié)構(gòu)，都不可避免的要采用定 子斜槽或轉(zhuǎn)子斜極的復(fù)雜工藝來(lái)降低齒槽轉(zhuǎn)矩。其次，整數(shù)槽電機(jī)由于必須采用定子斜槽 或轉(zhuǎn)子斜極，霍爾電路中的轉(zhuǎn)子位置在軸向斜線上，位置信息不是超前就是滯后，控制器開(kāi) 關(guān)電路難W找到最佳導(dǎo)通角，影響電機(jī)的性能。分?jǐn)?shù)槽磁路結(jié)構(gòu)的分?jǐn)?shù)槽電機(jī)，它的最大特 點(diǎn)是；與整數(shù)槽電機(jī)比較，齒槽轉(zhuǎn)矩大為降低，避開(kāi)了定子斜槽或轉(zhuǎn)子斜極的復(fù)雜工藝，而 且，霍爾電路中的轉(zhuǎn)子位置在軸向直線上，控制器開(kāi)關(guān)電路很容易找到最佳導(dǎo)通角，有利于 電機(jī)的性能發(fā)揮。
[0003] 分?jǐn)?shù)槽電機(jī)，槽和極的組合種類繁多，有槽和極的基本組合與槽和極的非基本組 合，目前用于電動(dòng)車的小功率分?jǐn)?shù)槽電機(jī)，一般是采用集中繞組的基本組合，線圈節(jié)距y= 1，每個(gè)齒上繞一個(gè)線圈，電機(jī)的槽數(shù)和極數(shù)接近，每極每相槽數(shù)q大于0、小于等于1/2。但 該類基本組合的分?jǐn)?shù)槽電機(jī)由于槽數(shù)和極數(shù)接近，如果要做成大功率電機(jī)，隨著電機(jī)的鐵 巧外徑的加大，為改善散熱條件，電機(jī)的槽數(shù)必然會(huì)增加，從而帶來(lái)極數(shù)的增加，而極數(shù)的 增加，會(huì)使控制器開(kāi)關(guān)動(dòng)作的頻率增加，當(dāng)控制器開(kāi)關(guān)動(dòng)作的頻率增加到一定程度，就會(huì)大 幅度增加控制器和電機(jī)鐵巧的損耗，提高溫升，降低效率。因此，在基本組合的分?jǐn)?shù)槽電機(jī) 中，一般都是小功率電機(jī)，它不適合于大功率、高轉(zhuǎn)速的電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在槽與極的非基 本組合中，線圈節(jié)距y為大于1的整數(shù)，每極每相槽數(shù)q為大于1/2的分?jǐn)?shù)。非基本組合的 分?jǐn)?shù)槽電機(jī)，槽數(shù)可W大于極數(shù)，槽數(shù)可W很多，極數(shù)可W很少，因此，該類分?jǐn)?shù)槽電機(jī)可W 與整數(shù)槽電機(jī)一樣做成大功率電機(jī)。
[0004] 大功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)大多選擇高性能的電機(jī)，不僅要求高效率，還要求有最小的轉(zhuǎn)矩 波動(dòng)，最低的噪音。電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩是導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和噪音的主要因素。整數(shù)槽電機(jī)由于 采用了定子斜槽或轉(zhuǎn)子斜極，理論上它的齒槽轉(zhuǎn)矩的標(biāo)么值可W從1削減到零。分?jǐn)?shù)槽電 機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩雖然可W大幅度削減，但不會(huì)削減到零，比如q= 1/2的分?jǐn)?shù)槽電機(jī)，齒槽轉(zhuǎn) 矩只削減了 67%，q= 2/5的分?jǐn)?shù)槽電機(jī)，齒槽轉(zhuǎn)矩只削減了 83%，因此整數(shù)槽電機(jī)的齒槽 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和噪音比分?jǐn)?shù)槽電機(jī)相對(duì)較低。在非基本組合的分?jǐn)?shù)槽電機(jī)中，有一種奇數(shù) 分?jǐn)?shù)槽電機(jī)，它的齒槽轉(zhuǎn)矩可W削減到接近零，如21槽8極電機(jī)，q= 7/8,單元電機(jī)t= 1，齒槽轉(zhuǎn)矩的標(biāo)么值僅為0.048,而且，奇數(shù)分?jǐn)?shù)槽電機(jī)的槽數(shù)越多，齒槽轉(zhuǎn)矩的標(biāo)么值越 接近于零。該種奇數(shù)分?jǐn)?shù)槽電機(jī)理論上可w與整數(shù)槽電機(jī)一樣做成高性能的大功率驅(qū)動(dòng)電 機(jī)，同時(shí)又可W省去定子斜槽或轉(zhuǎn)子斜極的復(fù)雜工藝。然而由于電機(jī)的槽數(shù)是奇數(shù)，分配到 每相的槽數(shù)也是奇數(shù)，當(dāng)每相的槽數(shù)為奇數(shù)時(shí)，電機(jī)繞組不可W采用單層繞組，而采用真正 意義上的雙層繞組，借助傳統(tǒng)的槽電動(dòng)勢(shì)相量圖來(lái)設(shè)計(jì)繞組有一定困難，因?yàn)樵摲N奇數(shù)分 數(shù)槽電機(jī)在槽電動(dòng)勢(shì)相量圖中，正向電動(dòng)勢(shì)與反向電動(dòng)勢(shì)數(shù)量是不相等的，繞組線圈的兩 個(gè)正反電動(dòng)勢(shì)邊數(shù)量也是不相等的，無(wú)法連接成整數(shù)個(gè)線圈，而繞組方案中無(wú)論是單層繞 組還是雙層繞組，每相線圈的個(gè)數(shù)必須是整數(shù)，該給繞組方案的設(shè)計(jì)帶來(lái)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)奇數(shù)分?jǐn)?shù)槽非基本組合電機(jī)在設(shè)計(jì)繞組時(shí)所存在的 上述難題和缺陷，提供一種獨(dú)有的設(shè)計(jì)方案，將難W在實(shí)際中采用的奇數(shù)分?jǐn)?shù)槽非基本組 合電機(jī)應(yīng)用到高性能的大功率無(wú)刷直流和永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)中，W此來(lái)獲得生產(chǎn)工藝簡(jiǎn) 單、高性能的大功率奇數(shù)分?jǐn)?shù)槽電機(jī)。
[0006]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的；該電動(dòng)車用大功率奇數(shù)分?jǐn)?shù) 槽電機(jī)，為無(wú)刷直流電機(jī)或永磁同步電機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子；其特點(diǎn)是；所述定子鐵巧的槽 數(shù)是3的倍數(shù)的奇數(shù)；9槽、15槽、21槽、27槽、33槽、39槽、45槽、51槽、57槽......，所 述轉(zhuǎn)子磁鋼的極數(shù)采用與定子槽數(shù)匹配后為每極每相槽數(shù)q大于1/2、單元電機(jī)t= 1的4 極、8極、10極......；其中，不含9槽8極或10極、15槽10極和45槽10極；定子繞組為 單層繞組與雙層繞組W各種比例搭配的單、雙層繞組。
[0007]進(jìn)一步，所述定子繞組的單、雙層繞組滿足如下條件；在槽電動(dòng)勢(shì)相量星型圖中， 每個(gè)槽設(shè)計(jì)為兩個(gè)大小相等、方向相同的槽電動(dòng)勢(shì)，奇數(shù)個(gè)槽中獲得偶數(shù)個(gè)槽電動(dòng)勢(shì)，并分 配到每相整數(shù)個(gè)線圈的正、反電動(dòng)勢(shì)的線圈的兩個(gè)邊，從而獲得每相的正、反槽電動(dòng)勢(shì)相量 相等。
[000引具體的，當(dāng)定子鐵巧槽數(shù)為21槽、轉(zhuǎn)子磁鋼的極數(shù)為8極時(shí)，定子繞組的單、雙層 繞組的槽電動(dòng)勢(shì)為42個(gè)槽電動(dòng)勢(shì)，每個(gè)槽為兩個(gè)大小相等、方向相同的槽電動(dòng)勢(shì)，按60° 相帶劃分=相槽電動(dòng)勢(shì)時(shí)，各相為14個(gè)槽電動(dòng)勢(shì)。
[0009]針對(duì)上述21槽、8極電機(jī)，有四種繞組方式：
[0010] 第一種；定子繞組的單、雙層繞組是，A相；A1與X19、A6與X9、All與X14為3個(gè) 單層繞組，A17下與X3上為1個(gè)雙層繞組；W此類推，B相和C相也分別是3個(gè)單層繞組，1 個(gè)雙層繞組。
[0011] 第二種；定子繞組的單、雙層繞組是，A相；A1與X9、A6與X14為2個(gè)單層繞組，A17 下與X19上、A12下與X3下、All上與X4下為3個(gè)雙層繞組；W此類推，B相和C相也分別 是2個(gè)單層繞組，3個(gè)雙層繞組。
[0012] 第=種；定子繞組的單、雙層繞組是，A相；A1與X9為1個(gè)單層繞組，A17下與X14 上、A12下與X19上、A7下與X3上、A6上與X4下、All上與X20下為5個(gè)雙層繞組；W此類 推，B相和C相也分別是1個(gè)單層繞組，5個(gè)雙層繞組。
[0013] 第四種；定子繞組的單、雙層繞組是，A相；A1上與X19上、A6上與X3上、All上與X14上、A2下與X4下、A7下與X9上、A12下與X15下、A17下與X15下為7個(gè)雙層繞組；W 此類推，B相和C相也分別是7個(gè)雙層繞組。
[0014] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有的整數(shù)槽電機(jī)和分?jǐn)?shù)槽電機(jī)相比所產(chǎn)生的有益效果如下：
[0015] (1)解決了大功率、奇數(shù)分?jǐn)?shù)槽、每極每相槽數(shù)q大于1/2、單元電機(jī)t= 1的分?jǐn)?shù) 槽電機(jī)的繞組方案設(shè)計(jì)難題，拓寬了電動(dòng)車用大功率、高性能電機(jī)的領(lǐng)域，改變了現(xiàn)有的大 功率無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和永磁同步電機(jī)絕大多數(shù)采用定子斜槽或轉(zhuǎn)子斜極的整數(shù)槽電機(jī)的 格局，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0016] (2)避免了原有的大功率、高性能無(wú)刷直流電機(jī)和永磁同步電機(jī)大多數(shù)采用定子 斜槽或轉(zhuǎn)子斜極的復(fù)雜工藝，使原有的定子鐵巧疊片工藝或轉(zhuǎn)子磁鋼加工工藝變得簡(jiǎn)單， 降低了電機(jī)的生產(chǎn)成本。由于量產(chǎn)中的定子斜槽鐵巧需要價(jià)格昂貴的高速?zèng)_床和級(jí)進(jìn)模加 工，而采用奇數(shù)分?jǐn)?shù)槽、每極每相槽數(shù)q大于1/2、單元電機(jī)t= 1的分?jǐn)?shù)槽電機(jī)，只需簡(jiǎn)單 的單沖模加工鐵巧，對(duì)于尚未大規(guī)模量產(chǎn)、或處在試驗(yàn)開(kāi)發(fā)期的電機(jī)，對(duì)生產(chǎn)開(kāi)發(fā)成本的降 低尤為凸顯。
[0017] 做提高了大功率無(wú)刷直流電機(jī)和永磁同步電機(jī)的性能，采用奇數(shù)分?jǐn)?shù)槽、每極每 相槽數(shù)q大于1/2、單元電機(jī)t= 1的分?jǐn)?shù)槽電機(jī)，由于避開(kāi)了定子斜槽或轉(zhuǎn)子斜極，控制器 開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通角比整數(shù)槽電機(jī)更佳，有利于電機(jī)性能的發(fā)揮，加上分?jǐn)?shù)槽電機(jī)繞組比整 數(shù)槽電機(jī)繞組削減奇次諧波的幅度更大，因此，該種奇數(shù)分?jǐn)?shù)槽電機(jī)比現(xiàn)有的整數(shù)槽電機(jī) 整體性能更優(yōu)，效率更高。
[0018] 本實(shí)用新型的原理在理論上是可行的，在實(shí)際中通過(guò)樣機(jī)試驗(yàn)，實(shí)際的齒槽轉(zhuǎn)矩 比同樣大小鐵巧的、轉(zhuǎn)子極數(shù)相同的定子斜槽整數(shù)槽電機(jī)還小，性能完全可W達(dá)到設(shè)計(jì)要 求和預(yù)期的效果。本實(shí)用新型的電機(jī)適用于所有需要無(wú)刷直流電機(jī)和永磁同步電機(jī)的領(lǐng) 域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)的21槽8極電機(jī)按60°相帶劃分槽電動(dòng)勢(shì)相量星型圖。
[0020] 圖2是本實(shí)用新型的21槽8極電機(jī)按60°相帶劃分槽電動(dòng)勢(shì)相量星型圖。
[0021] 圖3是本實(shí)用新型的21槽8極電機(jī)按60°相帶劃分單、雙層繞組第一種方案槽電 動(dòng)勢(shì)相量星型圖。
[0022] 圖4是本實(shí)用新型的21槽8極電機(jī)按60°相帶劃分單、雙層繞組第二種方案槽電 動(dòng)勢(shì)相量星型圖。
[0023] 圖5是本實(shí)用新型的21槽8極電機(jī)按60°相帶劃分單、雙層繞組第=種方案槽電 動(dòng)勢(shì)相量星型圖。
[0024] 圖6是本實(shí)用新型的21槽8極電機(jī)按60°相帶劃分雙層繞組第四種方案槽電動(dòng) 勢(shì)相量星型圖。
[0025] 圖7是本實(shí)用新型的21槽8極電機(jī)按圖5所示的槽電動(dòng)勢(shì)60°相帶劃分的單、雙 層繞組中A相繞組線圈連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0027] 本實(shí)用新型電動(dòng)車用大功率、奇數(shù)分?jǐn)?shù)槽、單雙層繞組無(wú)刷直流電機(jī)或永磁同步 電機(jī)定子鐵巧的槽數(shù)是采用3的倍數(shù)的奇數(shù)，如9槽、15槽、21槽、