[实用新型]大直径型方波三相永磁直流电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及大直径永磁电机，更具体地说，涉及一种大直径型方波三相永磁直流电机。这种电机可用作力矩电动机、还可用作风力发电机。

背景技术

永磁电动机根据驱动电流及反电势波形可分为正弦波和方波两大类。一般将正弦波永磁电动机称为永磁同步电动机(PMSM)，或称为正弦波交流伺服电动机。另一类方波永磁电动机则称为方波无刷直流电动机(BLDCM)。

永磁电机是可逆的既可用作电动机也可用作发电机。方波永磁发电机的出力比正弦波永磁发电机大π/2，即1.57倍。

80年代期间，方波永磁电动机获得了普遍应用，方波永磁电动机的外特性和有刷直流电动机基本相同，控制比较简单，但其最大的缺点是存在较大的原理性换向力矩波动，对此，研究人员提出了多种补偿措施，但实际应用效果不理想。

由于正弦波永磁电动机的力矩波动则远小于方波永磁电动机，90年代期间，在精密伺服驱动应用场合，方波永磁电动机逐渐被正弦波永磁电动机所替代，目前已经成为现今工业应用的主流。然而，正弦波永磁电动机会导致控制系统复杂性大幅增高和成本大幅增加，更重要的是电动机的力能指标大幅下降。

另一方面，传统方波无刷直流电动机及其控制技术被公认已经成熟，由于前述缺陷，导致其被限定在要求不高的场合应用，国内外对其研究已经很少。

理想电动机应具有体积小、力矩大且力矩波动小、效率高且成本低等特点。但是现实世界中，往往只能兼顾并不能全面满足这种理念。通常设计高性能伺服电动机时，优先顺序为运动控制性能、功率、尺寸、效率和价格。伺服电动机必须克服齿槽效应，具有小的定位力矩、力矩波动或者速度波动，能在低速、大力矩下连续平稳驱动。

产生的力矩波动的原因很多。一般认为，主要原因是：齿槽效应产生的定位力矩，气隙磁场的非正弦分布和三相电流非正弦。齿槽效应直接产生与齿、槽数相关的定位力矩波动；气隙磁场的非正弦分布产生反电势(MMF)谐波与电流谐波产生谐波力矩；因此，伺服电动机的力矩波动是由：各次定位力矩和谐波力矩构成的。其主要谐波次数与齿数、槽数、极数及其互乘数、倍乘数、差拍数有关。

本实用新型涉及的大极电机又叫集中绕组电机，它具有绕组端部小、铜耗小、结构简单、生产成本低等特点，近十年内发展很快。通常定义每极每相槽数q＝S/(2Pm)的值小于或等于1/2的电机为大极电动机或集中绕组电机，其中S是槽数，m是相数，P是极对数。如图1所示是一个8极9槽大极三相永磁无刷电动机。其中有4个N极、4个S极间隔排列，共8个极；对应设有9个槽，每个槽中装有相邻两个绕组的各一半。例如最上部的N极正对一个齿，其左侧是A+绕组、右侧是A-绕组。其中，槽距电角度为：

反相接线后为20°，分布系数为：

Kd1=sin(3×202)3sin202=0.960]]>

节距系数为：

Kp1=sin(89×90)=0.985]]>

绕组系数：

K_w1＝K_d1K_p1＝0.946

主要定位力矩次数：

K_C＝极×槽/C＝8×9/1＝72