一种同极同槽三相永磁电机

摘要

本发明公开了一种同极同槽三相永磁电机。所述永磁电机包括定子和永磁转子，定子包括多个定子槽，永磁转子同心设置于定子内，其包括多个永磁体，多个永磁体对于气隙所显示的磁极数与定子槽的数量相等，定子槽包括不同槽型的第一定子槽和第二定子槽，每种槽型的定子槽数量均为Z=3n，n为≥1的正整数；第一定子槽所对应的永磁体对于气隙所显示的磁极数量为P1=Z+k1，极槽配合为P1极Z槽，第二定子槽所对应的永磁体对于气隙所显示的磁极数量为P2=Z‑k1，极槽配合为P2极Z槽，且k1为≥1的正整数。本发明的永磁电机具有更低的供电频率和铁损耗，效率更高，力矩密度更高，且有利于降低负载力矩波动。

权利要求

1.一种同极同槽三相永磁电机，其特征在于，所述电机包括：定子，包括定子铁芯、多个定子槽和定子绕组，所述定子槽沿周向均匀分布于所述定子铁芯内，每个定子槽内设置有定子绕组；

永磁转子，同心设置于所述定子内，所述永磁转子包括转子铁芯和多个永磁体，所述永磁体沿周向均匀分布于所述转子铁芯上，所述永磁体对于气隙所显示的磁极数与所述定子槽的数量相等；

所述定子槽包括不同槽型的第一定子槽和第二定子槽，每种槽型的定子槽数量均为Z=

3n，n为≥1的正整数；

所述第一定子槽所对应的永磁体对于气隙所显示的磁极数P1=Z+k1，极槽配合为P1极Z槽，第二定子槽所对应的永磁体对于气隙所显示的磁极数P2=Z‑k1，极槽配合为P2极Z槽，且k1为≥1的正整数。

2.根据权利要求1所述的一种同极同槽三相永磁电机，其特征在于：所述第一定子槽的槽距角和第二定子槽的槽距角之和乘以极对数为360度。

3.根据权利要求1所述的一种同极同槽三相永磁电机，其特征在于：所述第一定子槽的槽距角α1=180度×P1/Z/Z，所述第二定子槽的槽距角α2=180度×P2/Z/Z。

4.根据权利要求1所述的一种同极同槽三相永磁电机，其特征在于：所述第一定子槽内的第一定子绕组与第二定子槽内的第二定子绕组的电流方向、绕组连接及相序为偶对称。

5.根据权利要求1所述的一种同极同槽三相永磁电机，其特征在于：所述永磁体的磁化极性交替布置，且永磁体对于气隙所显示的磁极数为P=6n，n为≥1的正整数。

6.根据权利要求1所述的一种同极同槽三相永磁电机，其特征在于：多个所述第一定子槽连续间隔分布，多个所述第二定子槽也连续间隔分布。

7.一种同极同槽三相永磁电机，其特征在于，所述电机包括：定子，包括定子铁芯、多个定子槽和定子绕组，所述定子槽沿周向均匀分布于所述定子铁芯内，每个定子槽内设置有定子绕组；

永磁转子，同心设置于所述定子内，所述永磁转子包括转子铁芯和多个永磁体，所述永磁体沿周向均匀分布于所述转子铁芯上，所述永磁体对于气隙所显示的磁极数与所述定子槽的数量相等；

多个所述定子槽具有多种定子槽型，每种槽型的定子槽数量与其对应永磁体对于气隙所显示的磁极数不相等，且多种槽型的定子槽的数量Zi之和等于永磁体对于气隙所显示的磁极数P，其中，Zi=3n，n为≥1的正整数。

8.根据权利要求7所述的一种同极同槽三相永磁电机，其特征在于：所述多种定子槽型的槽距角之和乘以极对数为360度。

9.根据权利要求7所述的一种同极同槽三相永磁电机，其特征在于：每种定子槽的槽距角αi=360度×Pi/P/Zi，其中，P表示永磁体对于气隙所显示的磁极数，Pi表示该槽型对应的永磁体对于气隙所显示的磁极数，Zi表示该槽型对应的定子槽的数量。

说明书

一种同极同槽三相永磁电机

技术领域

[0001] 本发明属于永磁电机技术领域，具体涉及一种同极同槽三相永磁电机。

背景技术

[0002] 为了降低永磁电机的转矩波动，在电机本体上主要有三种方法：1)、改变永磁体参数。改变永磁体参数主要有改变永磁体的形状、改变极弧系数、改变永磁体的安放位置、斜
极、以及磁钢分段等方法。2)、改变电枢参数。改变电枢参数主要有斜槽、开辅助槽、改变槽
口宽度等方法。3)、合理的极槽配合，合理的极数和槽数的选择能提高电机齿槽转矩的基波
频率，降低齿槽转矩的基波幅值，从而有效降低电机的齿槽转矩。

[0003] 但传统永磁电机极槽配合均采用不同槽数／极数配合，这样，当采用多极少槽电机时，电机的供电频率和铁损耗会更大，少极多槽分布绕组具有更低的供电频率和铁损耗，但
绕组端部长，铜损耗低，齿槽转矩大，电机的反电动势波形：少极多槽电机反电动势波形倾
向梯形波，多极少槽电机反电动势波形倾向三角波，这些均不利于电机转矩脉动降低。根据
槽电动势星形图及槽距角公式，传统的同极同槽永磁电机由于槽均匀分布，导致只有0°和
180°，无法构成多相绕组分布。

[0004] 因此，如何提供一种既能够降低转矩脉动，又提高电机转矩密度和效率的永磁电机，是一个急需解决的问题。

发明内容

[0005] 本发明的主要目的在于提供一种同极同槽三相永磁电机，从而克服现有技术的不足。

[0006] 为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：一种同极同槽三相永磁电机，包括：

[0007] 定子，包括定子铁芯、多个定子槽和定子绕组，所述定子槽沿周向均匀分布于所述定子铁芯内，每个定子槽内设置有定子绕组；

[0008] 永磁转子，同心设置于所述定子内，所述永磁转子包括转子铁芯和多个永磁体，所述永磁体沿周向均匀分布于所述转子铁芯上，所述永磁体对于气隙所显示的磁极数与所述
定子槽的数量相等；

[0009] 所述定子槽包括不同槽型的第一定子槽和第二定子槽，每种槽型的定子槽数量均为Z=3n，n为≥1的正整数；

[0010] 所述第一定子槽所对应的永磁体对于气隙所显示的磁极数P1=Z+k1，极槽配合为P1极Z槽，第二定子槽所对应的永磁体对于气隙所显示的磁极数P2=Z‑k1，极槽配合为P2极Z槽，
且k1为≥1的正整数。

[0011] 在一优选实施例中，所述第一定子槽的槽距角和第二定子槽的槽距角之和乘以极对数为360度。

[0012] 在一优选实施例中，所述第一定子槽的槽距角α1=180度×P1/Z/Z，所述第二定子槽的槽距角α2=180度×P2/Z/Z。

[0013] 在一优选实施例中，所述第一定子槽内的第一定子绕组与第二定子槽内的第二定子绕组的电流方向、绕组连接及相序为偶对称。

[0014] 在一优选实施例中，所述永磁体的磁化极性交替布置，且永磁体对于气隙所显示的磁极数P=6n，n为≥1的正整数。

[0015] 在一优选实施例中，多个所述第一定子槽连续间隔分布，多个所述第二定子槽也连续间隔分布。

[0016] 本发明所揭示的另外一种技术方案：一种同极同槽三相永磁电机，包括：

[0017] 定子，包括定子铁芯、多个定子槽和定子绕组，所述定子槽沿周向均匀分布于所述定子铁芯内，每个定子槽内设置有定子绕组；

[0018] 永磁转子，同心设置于所述定子内，所述永磁转子包括转子铁芯和多个永磁体，所述永磁体沿周向均匀分布于所述转子铁芯上，所述多个永磁体对于气隙所显示的磁极数量
与所述定子槽的数量相等；

[0019] 所述多个定子槽槽型不同，每种槽型的定子槽数量与其对应的永磁体对于气隙所显示的磁极数不相等，且多种槽型的定子槽的数量Zi之和等于永磁体对于气隙所显示的磁
极数P，其中，Zi=3n，n为≥1的正整数。

[0020] 在一优选实施例中，所述多种定子槽的槽距角之和乘以极对数为360度。

[0021] 在一优选实施例中，每种定子槽的槽距角αi=360度×Pi/P/Zi，其中，P表示永磁体对于气隙所显示的磁极数量，Pi表示该槽型对应的永磁体对于气隙所显示的磁极数量，Zi表
示该槽型对应的定子槽的数量。

[0022] 与现有技术相比较，本发明的有益效果至少在于：

[0023] 本发明采用两种或者多种槽型分布的新型同极同槽永磁电机，通过新的绕组连接方式实现电枢绕组磁场与永磁励磁磁场的耦合而产生转矩输出。在力矩密度、力矩波动及
效率性能方面，与传统的多极少槽和少极多槽电机相比，同极同槽力矩电机均具有较明显
的优势。在力矩密度方面，同极同槽电机比多极少槽电机具有更低的供电频率和铁损耗，效
率更高，而与少极多槽相比具有更短的端部和更小的体积，力矩密度更高。此外，同极同槽
电机反电动势波形更容易正弦化，有利于降低负载力矩波动。

附图说明

[0024] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，
还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0025] 图1为本发明的同极同槽三相永磁电机剖面示意图；

[0026] 图2为本发明的同极同槽三相永磁电机定子示意图；

[0027] 图3为传统单元电机为5极6槽电动势星形图与绕组分相图；

[0028] 图4为传统单元电机为7极6槽电动势星形图与绕组分相图；

[0029] 图5为本发明的12极12槽三相永磁电机槽电动势星形图与绕组分相图。

[0030] 附图标记：

[0031] 100、定子，110、定子铁芯，120、定子槽，121、第一定子槽，122、第二定子槽，130、定子绕组，131、第一定子绕组，132、第二定子绕组，200、永磁转子，210、转子铁芯，220、永磁
体。

具体实施方式

[0032] 通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明
可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅
解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细
实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。

[0033] 如图1所示，本发明实施例所揭示的一种同极同槽三相永磁电机，具体是一12极12槽的三相（分别定义为A相、B相和C相）永磁电机，其为7极6槽和5极6槽电机组合。其包括定
子100和永磁转子200，其中，结合图2所示，定子100整体呈具有一定厚度的圆筒状，定子100
具体包括定子铁芯110、多个定子槽120和定子绕组130，其中，多个定子槽120沿周向均匀分
布于定子铁芯110内，每个定子槽120自定子铁芯110的内表面向“外”凹陷形成，且每个定子
槽120均近似呈外宽内窄的梯形槽，这里的“外”即指定子槽120靠近其外周面的一面，“内”
是指定子槽120靠近其内周面的一面。本实施例中，定子槽120的数量为12。

[0034] 优选地，本发明的定子槽120分为两种不同的槽型，分别定义为第一定子槽121和第二定子槽122，其中，每种槽型的定子槽数量均为Z=3n，其中n为≥1的正整数，本实施例
中，即n=2。本实施例中，多个第一定子槽121连续间隔分布，多个第二定子槽122也连续间隔
分布，如本实施例中总共有12个定子槽，按周向分别定义为定子槽1 12，则如编号为定子槽
~
1 6为第一定子槽121，编号为定子槽7 12为第二定子槽122。
~ ~

[0035] 每个定子槽120内设置有定子绕组130，与上述第一定子槽121和第二定子槽122相对应的，定义第一定子槽121内的定子绕组为第一定子绕组131，第二定子槽122内的定子绕
组为第二定子绕组132。本实施例中，第一定子121槽内的第一定子绕组131与第二定子槽
122内的第二定子绕组132的电流方向、绕组连接及相序为偶对称。由于该电机由两种槽型
的单元电机组合而成，所以要保证其三相电势对称，同时还需要形成圆形旋转磁动势，所以
需要其电流方向、绕组连接及相序偶对称。

[0036] 永磁转子200同心设置于上述定子100内，本实施例中，永磁转子200具体包括转子铁芯210和多个永磁体220，永磁体220沿周向均匀分布于转子铁芯210上，其中，永磁体220
对于气隙所显示的磁极数量与定子槽120的数量相等。永磁体220的磁化极性（N极和S极）交
替布置，且永磁体220对于气隙所显示的磁极数量P=6n，n为≥1的正整数，因本实施例中，n=
2，所以永磁体220个数为12。

[0037] 上述第一定子槽121所对应的永磁体220的对于气隙所显示的磁极数P1=Z+k1，极槽配合为P1极Z槽。第二定子槽122所对应的永磁体220对于气隙所显示的磁极数P2=Z‑k1，极槽
配合为P2极Z槽，且k1为≥1的正整数。本实施例中，k1=1，所以第一定子槽121所对应的永磁
体220对于气隙所显示的磁极数P1=7，即第一定子槽121的极槽配合为7极6槽。第二定子槽
122的极槽配合为5极6槽。

[0038] 优选地，第一定子槽121的槽距角和第二定子槽122的槽距角之和乘以极对数为360度，这里的槽距角具体为每一种类型的定子槽所占的圆周机械角度（以齿部中线为基
准，到两边槽中心所占的角度），如图1和图2中所示，α1为第一定子槽121的槽距角，α2为第二
定子槽122的槽距角。每种槽型的槽距角乘以极对数之和为360度。具体表示为：第一定子槽
121的槽距角α1=180度×P1/Z/Z=35度，第二定子槽122的槽距角α2=180度×P2/Z/Z=25度，两
者相加(α1+α2)×6=360°。图3和图4分别显示了单元电机为5极6槽与7极6槽全齿绕组的电动
势星形图与绕组分相图，其中，5极6槽的槽距角为35°，7极6槽的电槽距角为25°。

[0039] 本实施例中，6个第一定子绕组131和6个第二定子绕组132对应极数分别为5和7，因此电动势的相位角不相同，导致两种情况下电机线圈对应相不同，进而相序不相同。图5
为本发明12极12槽三相的永磁电机槽电动势星形图与绕组分相图。

[0040] 另外，本发明也可以拓展为三种以上的多种槽型的同极同槽三相永磁电机，即包括三种以上的多种槽型的多个定子槽，定义每种槽型的定子槽数量为Zi，每种槽型对应的
永磁体对于气隙所显示的磁极数量为Pi，其中每种槽型的定子槽数量与其永磁体对于气隙
所显示的磁极数量不相等，且多种槽型的定子槽的数量Zi之和等于永磁体对于气隙所显示
的磁极数量P，其中，Zi=3n，n为≥1的正整数。多种定子槽型的槽距角之和乘以极对数为360
度，且每种定子槽的槽距角αi=360度×Pi/P/Zi，其中，P表示永磁体对于气隙所显示的磁极
数量，Pi表示该槽型对应的永磁体对于气隙所显示的磁极数量，Zi表示该槽型对应的定子槽
的数量。

[0041] 该类电机具有以下优点：与多极少槽电机相比具有更低的供电频率和铁损耗，与少极多槽电机相比具有少极多槽电机反电动势波形倾向梯形波，多极少槽电机反电动势波
形倾向三角波，而同极同槽电机反电动势波形更容易正弦化，有利于降低负载转矩脉动。本
发明同极同槽电机含有两种或以上槽型，齿槽转矩具有潜在的优势。

[0042] 本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的
情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。