專利名稱：一種集中繞組電機、發電機及電動機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及集中繞組的永磁電機，具體涉及一種集中繞組電機、發電機及電動機。
背景技術：
永磁電機的轉子一般采用稀土永磁體，例如釹鐵硼永磁體。稀土永磁體材料正越來越稀缺，價格越來越貴，因此必需減少永磁體的用量和提高永磁體的利用率。集中繞組的永磁電機可以明顯地提高永磁電機的力能指標,例如繞組利用率、效率、功率體積比、力矩體積比等，以及改善電機制造工藝。然而，定位力矩偏大仍然是集中繞組永磁電機的問題，較優的磁極數與齒槽數 配合可以抑制定位力矩，從而使集中繞組永磁電機的可選方案非常少。實用新型專利ZL200780009121. 0，提出一種大、中、小齒定子結構來抑制定位力矩；ZL200920204762. 8提出較優的磁極數與大、小齒的齒槽數配合來抑制定位力矩；這類方法的定子沖片必需采用拼塊結構，拼塊繞線后，再組裝成定子體，或者把小齒取下后繞線，再把小齒組裝上去。這些方法都無法實現直接全自動繞線，增加了工藝成本和工藝誤差帶來的風險。集中繞組的永磁電機與傳統分布繞組的永磁電機比，定子的齒槽數至少少了 3倍，也即，集中繞組永磁電機的槽數少而且槽距很大，可簡化電機制造工藝，但也因此使得集中繞組永磁電機失去了采用斜一個槽距來有效抑制定位力矩的可能,因為集中繞組永磁電機斜一個槽距的機械角度和電角度都實在太大了。因此傳統分布繞組永磁電機抑制定位力矩的最有效措施，集中繞組永磁電機不能采用，集中繞組永磁電機定位力矩偏大仍然是個大問題。

實用新型內容有鑒于此，本實用新型提供一種集中繞組電機、發電機及電動機，其采用間貼式磁鋼，節省了材料，利用磁鋼間隙和槽口間隙的數值優化配合來提高定位力矩頻率，抑制定位力矩幅值，氣隙磁場正弦性好，電機的定位力矩較小，電機槽口可充分滿足直接全自動繞線的要求。本實用新型提供一種集中繞組電機，其轉子軛上貼有間距為Sm的2P塊N、S極性相間分布的磁鋼，定子鐵芯設有Z個槽和Z個定子齒，所述集中繞組電機的兩個相鄰定子齒之間的槽口寬度Sc與兩塊相鄰磁鋼的間距Sm的尺寸，滿足約束關系Sm/Sc= (O. 83
1.3);磁鋼的寬度Tm與極距τ之比，滿足約束關系τ m/τ彡(O. 75 O. 9)，其中極距τ=360° /2Ρ，P是電機的磁極對數。根據本實用新型的集中繞組電機，所述定子鐵芯為直槽，且所述定子鐵芯的槽口延鐵芯軸向對稱偏移一定機械角度，偏移角為kT σ，其中T σ =360/ (2PXZ/C)，c是2PXZ的最大公約數，k的取值范圍是k= (I 10)。根據本實用新型的集中繞組電機，所述電機為內轉子集中繞組電機或外轉子集中繞組電機。根據本實用新型的集中繞組電機，所述電機為內轉子集中繞組電機，電機極數2P=10,槽數Z=12,槽口寬度Sc=3. 5mm,兩塊相鄰磁鋼的間距Sm=3. 2mm, Sm/Sc=0. 914,所述偏移角為 kTo，其中 Τσ =360/ (2PXZ/c) =360/ (10X12/2) =6, k=lD根據本實用新型的集中繞組電機，所述電機為外轉子集中繞組電機，電機極數2P=40,槽數Z=36,槽口寬度Sc=2. 9mm,兩塊相鄰磁鋼的間距Sm=3. 2mm, Sm/Sc=l. 103,所述偏移角為 kTo，其中 T σ =360/ (2PXZ/c) =360/ (40X36/4) =1， k=2. 5。本實用新型還提供一種發電機，所述發電機的轉子軛上貼有間距為Sm的2P塊N、S極性相間分布的磁鋼，定子鐵芯設有Z個槽和Z個定子齒，所述發電機的兩個相鄰定子齒之間的槽口寬度Sc與兩塊相鄰磁鋼的間距Sm的尺寸，滿足約束關系Sm/Sc= (O. 83
1.3);磁鋼的寬度Tm與極距τ之比，滿足約束關系τm/τ彡(O. 75 O. 9)，其中極距τ=360° /2Ρ，P是電機的磁極對數。根據本實用新型的發電機，所述定子鐵芯為直槽，且所述定子鐵芯的槽口延鐵芯軸向對稱偏移一定機械角度，偏移角為kTo，其中To =360/ (2PXZ/c)，c是2PXZ的最大公約數，k的取值范圍是k= (I 10)。根據本實用新型的發電機，所述發電機為內轉子集中繞組發電機或外轉子集中繞組發電機。本實用新型還提供一種電動機，所述電動機的轉子軛上貼有間距為Sm的2P塊N、S極性相間分布的磁鋼，定子鐵芯設有Z個槽和Z個定子齒，所述電動機的兩個相鄰定子齒之間的槽口寬度Sc與兩塊相鄰磁鋼的間距Sm的尺寸，滿足約束關系Sm/Sc= (O. 83
1.3);磁鋼的寬度Tm與極距τ之比，滿足約束關系τm/τ彡(O. 75 O. 9)，其中極距τ=360° /2Ρ，P是電機的磁極對數。根據本實用新型的電動機，所述定子鐵芯為直槽，且所述定子鐵芯的槽口延鐵芯軸向對稱偏移一定機械角度，偏移角為kTo，其中To =360/ (2PXZ/c)，c是2PXZ的最大公約數，k的取值范圍是k= (I 10)。本實用新型的集中繞組電機采用間貼式磁鋼來節省磁鋼，集中繞組電機定子兩個齒之間的槽口寬度Sc與兩塊相鄰磁鋼的間距Sm的尺寸，滿足約束關系Sm/Sc= (O. 83 I. 3),與傳統永磁電機的設計理念不同，傳統永磁電機設計認為槽口寬度Sc和磁鋼的間距Sm越小定位力矩就越小。本實用新型通過強化和利用磁鋼間距的兩個邊沿磁場強度的突變、槽口的兩個邊沿磁阻的突變，在兩者相互作用下，使定位力矩的頻率提高一倍。一般來說，諧波頻率提高一倍，諧波幅值至少減小一倍，因此本實用新型提高了定位力矩頻率，能抑制定位力矩幅值。同時電機的槽口寬度Sc可以被人為設計所給定，從而電機槽口可充分滿足直接全自動繞線的要求。磁鋼的寬度Tm與極距τ之比，滿足約束關系Tm/τ彡(O. 75 O. 9)，其中極距τ=360° /2Ρ，Ρ是電機的磁極對數，從而可以選擇電機的磁鋼用量，使集中繞組電機的磁場正弦性被優化，能夠保持轉矩恒定。借此，本實用新型采用間貼式磁鋼，節省了材料，利用磁鋼間隙和槽口間隙的數值優化配合來提高定位力矩頻率，抑制定位力矩幅值，氣隙磁場正弦性好，電機的定位力矩較小，電機槽口可充分滿足直接全自動繞線的要求。優選的是，所述定子鐵芯為直槽，且所述定子鐵芯的槽口延鐵芯軸向對稱偏移一定機械角度，偏移角為kTo，其中TO=360/(2PXZ/c)，c是2PXZ的最大公約數，k的取值范圍是k= (I 10)。一般來講k值越大，通過槽口偏移來均勻化槽口的影響越明顯，也即均勻化定位力矩的作用越明顯。從而可通過倍頻定位力矩，再偏移槽口，就相當于k的取值提高一倍，使得集中繞組電機槽口偏移較小就能取得理想的抑制定位力矩的效果。同時，采用直槽斜槽口形式的定子鐵芯便于自動繞線。

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實 施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I本實用新型集中繞組電機一種實施例的定子沖片和轉子的局部示意圖；圖2是圖I中集中繞組電機的槽口偏移O. 25定子槽距的局部展開示意圖；圖3是本實用新型集中繞組電機另一實施例的定子沖片和轉子的局部示意圖；圖4是本實用新型集中繞組電機又一實施例的定子的立體視圖；圖5是圖4中集中繞組電機的定子的正視圖。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。如圖I所示，本實用新型一種集中繞組電機100，其轉子軛10上貼有間距為Sm的2P塊N、S極性相間分布的磁鋼20，定子鐵芯30設有Z個槽31和Z個定子齒32。由傳統的理論分析和實驗可知，該極數和槽數配合的永磁電機的定位力矩的周期是Τ σ =360/(2PXZ/c)，c是2ΡΧΖ的最大公約數。該集中繞組電機100可作為高性能伺服電機、力矩電機、電動汽車電機和直驅風力發電機。其中，集中繞組電機100的兩個相鄰定子齒32之間的槽口寬度Sc與兩塊相鄰磁鋼20的間距Sm的尺寸，滿足約束關系Sm/Sc= (O. 83 I. 3)。這與傳統永磁電機的設計理念不同，傳統永磁電機設計認為槽口寬度Sc和磁鋼的間距Sm越小定位力矩就越小。本實用新型通過強化和利用磁鋼間距的兩個邊沿磁場強度的突變、槽口的兩個邊沿磁阻的突變，在兩者相互作用下，使定位力矩的頻率提高一倍。一般來說，諧波頻率提高一倍，諧波幅值至少減小一倍。因此本實用新型提高了定位力矩頻率，能抑制定位力矩幅值。同時電機的槽口寬度Sc可以被人為設計所給定，從而電機槽口可充分滿足直接全自動繞線的要求。磁鋼20的寬度τ m與極距τ之比,滿足約束關系τ m/ τ彡(O. 75 O. 9),其中極距τ=360° /2Ρ，P是電機的磁極對數。從而可以選擇電機的磁鋼用量，同時，使集中繞組電機的磁場正弦性被優化，能夠保持轉矩恒定。借此，按上述兩個約束條件設計的集中繞組電機，氣隙磁場正弦性好，電機的定位力矩比較小。優選的是，如圖2所示，為了進一步抑制定位力矩，在保持定子鐵芯直槽的前提下，定子鐵芯槽口的位置延鐵芯軸向對稱偏移一定機械角度，偏移角為kT σ，其中T σ =360/ (2PXZ/c)，c是2ΡΧΖ的最大公約數，k的取值范圍是k= (I 10)。一般來講k值越大，通過槽口偏移來均勻化槽口的影響越明顯，也即均勻化定位力矩的作用越明顯。本實用新型先通過倍頻定位力矩，再偏移槽口，就相當于k的取值提高一倍。從而使得集中繞組電機小的槽口偏移就能取得理想的抑制定位力矩的效果。如圖2所示，本實用新型取K=I時，實際槽口偏移量D在O. 25定子槽距左右，抑制定位力矩的效果就非常明顯。而傳統集中繞組電機斜槽O. 25槽距，抑制定位力矩的效果就非常有限，而斜槽I. O槽距根本不可行。本實用新型的集中繞組電機100可以為如圖I所示的內轉子集中繞組電機或如圖3所示的外轉子集中繞組電機。在圖I中，集中繞組電機100為10極12槽內轉子集中繞組電機，槽口偏移O. 25定子槽距。電機極數2P=10,槽數Z=12,槽口寬度Sc=3. 5mm,兩塊相鄰磁鋼的間距Sm=3. 2mm, Sm/Sc=0. 914，偏移角為 kTo，其中 Τσ =360/ (2PXZ/c) =360/ (10X 12/2) =6，取 k=l。如圖3所示，集中繞組電機100為40極36槽外轉子集中繞組電機，槽口偏移O. 25定子槽距。電機極數2P=40,槽數Z=36,槽口寬度Sc=2. 9mm,兩塊相鄰磁鋼的間距Sm=3. 2mm,Sm/Sc=l. 103，偏移角為 kTo，其中 T σ =360/ (2PXZ/c) =360/ (40X36/4) =1，取 k=2. 5。圖4是另一種10極12槽內轉子電機的定子立體圖，該內轉子電機的槽口偏移O. 25定子槽距，其與圖I中內轉子電機的定子槽形狀不同，圖5是圖4中內轉子電機的定子的正視圖。本實用新型還提供一種發電機，發電機的轉子軛上貼有間距為Sm的2P塊N、S極性相間分布的磁鋼，定子鐵芯設有Z個槽和Z個定子齒，發電機的兩個相鄰定子齒之間的槽口寬度Sc與兩塊相鄰磁鋼的間距Sm的尺寸，滿足約束關系Sm/Sc= (O. 83 I. 3);磁鋼的寬度Tm與極距τ之比，滿足約束關系Tm/τ彡(O. 75 O. 9)，其中極距τ =360° /2Ρ，P是電機的磁極對數。定子鐵芯為直槽，且定子鐵芯的槽口延鐵芯軸向對稱偏移一定機械角度，偏移角為kTo，其中To =360/ (2PXZ/C)，c是2PXZ的最大公約數，k的取值范圍是k= (I 10)。本實用新型還提供一種電動機，電動機的轉子軛上貼有間距為Sm的2P塊N、S極性相間分布的磁鋼，定子鐵芯設有Z個槽和Z個定子齒，電動機的兩個相鄰定子齒之間的槽口寬度Sc與兩塊相鄰磁鋼的間距Sm的尺寸，滿足約束關系Sm/Sc= (O. 83 I. 3);磁鋼的寬度Tm與極距τ之比，滿足約束關系Tm/τ彡(O. 75 O. 9)，其中極距τ =360° /2Ρ，P是電機的磁極對數。定子鐵芯為直槽，且定子鐵芯的槽口延鐵芯軸向對稱偏移一定機械角度，偏移角為kTo，其中To =360/ (2PXZ/C)，c是2PXZ的最大公約數，k的取值范圍是k= (I 10)。本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本實用新型的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。
權利要求1.一種集中繞組電機，其轉子軛上貼有間距為Sm的2P塊N、S極性相間分布的磁鋼，定子鐵芯設有Z個槽和Z個定子齒，其特征在于，所述集中繞組電機的兩個相鄰定子齒之間的槽口寬度Sc與兩塊相鄰磁鋼的間距Sm的尺寸，滿足約束關系Sm/Sc= (O. 83 1.3);磁鋼的寬度Tm與極距τ之比，滿足約束關系τm/τ彡(O. 75 O. 9)，其中極距τ=360° /2Ρ，P是電機的磁極對數。
2.根據權利要求I所述的集中繞組電機，其特征在于，所述定子鐵芯為直槽，且所述定子鐵芯的槽口延鐵芯軸向對稱偏移一定機械角度，偏移角為kTo，其中To =360/ (2PXZ/(3)，(是2 \2的最大公約數，1^的取值范圍是1^ (I 10)。
3.根據權利要求2所述集中繞組電機，其特征在于，所述電機為內轉子集中繞組電機或外轉子集中繞組電機。
4.根據權利要求3所述集中繞組電機，其特征在于，所述電機為內轉子集中繞組電機，電機極數2P=10,槽數Z=12,槽口寬度Sc=3. 5mm,兩塊相鄰磁鋼的間距Sm=3. 2mm, Sm/Sc=O. 914，所述偏移角為 kTo，其中 T σ =360/ (2PXZ/c) =360/ (10X12/2) =6, k=lD
5.根據權利要求3所述集中繞組電機，其特征在于，所述電機為外轉子集中繞組電機，電機極數2P=40,槽數Z=36,槽口寬度Sc=2. 9mm,兩塊相鄰磁鋼的間距Sm=3. 2mm, Sm/Sc=L 103，所述偏移角為 kTo，其中 T σ =360/ (2PXZ/c) =360/ (40X36/4) =1，k=2. 5。
6.一種發電機，所述發電機的轉子軛上貼有間距為Sm的2P塊N、S極性相間分布的磁鋼，定子鐵芯設有Z個槽和Z個定子齒，其特征在于，所述發電機的兩個相鄰定子齒之間的槽口寬度Sc與兩塊相鄰磁鋼的間距Sm的尺寸，滿足約束關系Sm/Sc= (O. 83 1.3);磁鋼的寬度Tm與極距τ之比，滿足約束關系τm/τ彡(O. 75 O. 9)，其中極距τ=360° /2Ρ，P是電機的磁極對數。
7.根據權利要求6所述的發電機，其特征在于，所述定子鐵芯為直槽，且所述定子鐵芯的槽口延鐵芯軸向對稱偏移一定機械角度，偏移角為kTo，其中T σ =360/ (2PXZ/c)，c是2PXZ的最大公約數，k的取值范圍是k= (I 10)。
8.根據權利要求6所述的發電機，其特征在于，所述發電機為內轉子集中繞組發電機或外轉子集中繞組發電機。
9.一種電動機，所述電動機的轉子軛上貼有間距為Sm的2P塊N、S極性相間分布的磁鋼，定子鐵芯設有Z個槽和Z個定子齒，其特征在于，所述電動機的兩個相鄰定子齒之間的槽口寬度Sc與兩塊相鄰磁鋼的間距Sm的尺寸，滿足約束關系Sm/Sc= (O. 83 I.3);磁鋼的寬度Tm與極距τ之比，滿足約束關系τ m/τ彡(O. 75 O. 9)，其中極距τ=360° /2Ρ，P是電機的磁極對數。
10.根據權利要求9所述的電動機，其特征在于，所述定子鐵芯為直槽，且所述定子鐵芯的槽口延鐵芯軸向對稱偏移一定機械角度，偏移角為kTo，其中To =360/ (2PXZ/C)，c是2PXZ的最大公約數，k的取值范圍是k= (I 10)。
專利摘要本實用新型涉及一種集中繞組電機、發電機及電動機，集中繞組電機的轉子軛上貼有間距為Sm的2P塊N、S極性相間分布的磁鋼，定子鐵芯設有Z個槽和Z個定子齒，集中繞組電機的兩個相鄰定子齒之間的槽口寬度Sc與兩塊相鄰磁鋼的間距Sm的尺寸，滿足約束關系Sm/Sc=(0.83～1.3)；磁鋼的寬度τm與極距τ之比，滿足約束關系τm/τ≥(0.75～0.9)，其中極距τ=360°/2P，P是電機的磁極對數。本實用新型的集中繞組電機采用間貼式磁鋼，節省了材料，氣隙磁場正弦性好，電機的定位力矩較小，電機槽口可充分滿足直接全自動繞線的要求。
文檔編號H02K1/16GK202586526SQ201220222028
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月17日 優先權日2012年5月17日
發明者漆亞梅 申請人:深圳市配天電機技術有限公司