[发明专利]三相对称印制绕组

说明书

技术领域

本发明涉及三相永磁同步电机，具体是三相永磁同步电机的三相对称印制绕组。

背景技术

目前，公知的有齿有槽三相永磁同步电机由于定位转矩和气隙磁密畸变等先天缺陷，会使电机转矩波动，产生振动和噪声，出现转速波动，使电机不能平稳运行，影响电机的性能。同时使电机产生不希望的振动和噪声。在变速驱动中，当转矩脉动频率与定子或转子的机械共振频率一致时，定位转矩产生的振动和噪声将被放大。定位转矩的存在同样影响了电机在速度控制系统中的低速性能和位置控制系统中的高精度定位。

有齿有槽三相永磁同步电机的定位转矩主要包括齿槽定位转矩、定转子双凸极结构产生的定位转矩等。永磁同步电机的电枢铁心为了安放定子绕组必定存在齿槽，由于齿槽的存在，引起气隙的不均匀，一个齿距内的磁通相对集中于齿部，使得气隙磁导不是常数。当采用定转子双凸极结构时也会导致气隙磁导不是常数的后果。当转子旋转时，气隙磁场的贮能就发生变化，产生齿槽转矩，这个转矩是不变的，它与转子位置有关，因而随着转子位置发生变化，就引起转矩脉动。它与转子的结构尺寸、定子齿槽的结构、气隙的大小、磁极的形状和磁场分布等有关，而与绕组如何放置在槽中和各相绕组中馈入多少电流等因素无关。齿槽转矩是有齿有槽永磁电机的固有现象，它是在电枢绕组不通电的状态下，由永磁体产生的磁场同电枢铁心的齿槽作用在圆周方向产生的转矩。它的产生来自于永磁体与电枢齿之间的切向力，使永磁电动机的转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势，试图将转子定位在某些位置，由此趋势产生的一种振荡转矩。

在永磁同步电动机中，公知的理论是：当电枢电流波形是正弦波，电动机反电动势波形也设计为正弦波形，产生的电磁转矩就是恒定的，不存在电磁转矩的任何波动。因此电动机的性能在很大程度上取决于每相反电动势波形，而反电动势波形则最终由气隙磁场波形所确定。为提高电机系统的效率、比功率，减小转矩波动，一般将电动机气隙磁场波形设计为正弦波。因此在电动机本体的设计中，首先存在的问题就是电动机气隙磁场的正弦化设计问题。

但是由于定子开槽，永磁磁极产生的气隙磁场波形会发生畸变，每相绕组反电动势由放置在槽中的、数量较少的导体切割气隙磁场而感应产生的反电动势线性相加得到，导致每相绕组反电动势波形包含较大的谐波分量，这些谐波分量与正弦波的电枢电流相互作用会产生电磁转矩的较大波动。

目前，用来解决转矩波动的措施主要有采用斜槽或斜极、分数槽法、闭口槽法和磁钢形状优化法等，但是收效甚小且引起更复杂的制造工艺。目前一种新结构的永磁同步电动机是采用轴向磁场、绕线盘式三相绕组，避免了定子开槽，从而能较大程度地减少转矩脉动。但是所采用的绕线盘式三相绕组是由数量为几十个的、事先用线模集中绕制好的多匝线圈按一定规律连接并用塑料固封得到，其缺点是散热性能差、工艺复杂。由于每相绕组包含的线圈数量少、导体的几何位置不能按需做优化设计，导致绕线盘式三相绕组的每相绕组反电动势包含较大的谐波分量，引起较大的转矩脉动。

发明内容

解决永磁同步电动机的转矩脉动问题的关键是采用轴向磁场，同时采用无需定子开槽的、每相反电动势的谐波分量很小的三相对称绕组。该三相对称绕组必须是由数量很多的、空间位置不同且容易优化导体坐标（对导体的形状即空间坐标进行优化）的导体构成。显然现有的绕线盘式三相绕组不能满足这些要求。为了解决现有技术不能解决的问题，本发明提供一种三相对称印制绕组，以满足上述要求。

本发明的三相对称印制绕组，其由4M片的包含3N根导体的导体片重叠而成，各片之间由绝缘坯布粘结，相邻的两片构成一组，每组中两片导体片中的导体的外端头相互均匀交叉错开；一组中的两片导体片中的导体的两两对齐的内端头联通，两组中导体片中的导体的两两对齐的外端头联通；根据60°相带三相绕组的规律在最上层和最下层的各6根导体断开后获得的6个分布式绕组，记为U+，U-，V+，V-，W+，W-，U+与U-相串联得到U相绕组， V+与V-相串联得到V相绕组， W+与W-相串联得到W相绕组，三个相绕组的末端连接在一起；

N为大于等于4的正整数；

M为正整数。

作为优选，N为21～91，M为1～3。

所述的导体片中的3N根导体，形状相同且绕轴心均匀分布。

所述的导体片中的导体的形状由衔接的五段构成：从内向外依次为直线段—渐开线或圆弧段—直线段—渐开线或圆弧段—直线段。此外，导体的形状还可以是其它各种形状，只要确保每组中两片导体片中的导体的外端头相互均匀交叉错开即可。导体的形状最简单的一种就是为偏离轴心的直线段。