12槽8极分数槽集中绕组永磁电机结构讲解

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12槽8极分数槽集中绕组永磁电机结构讲解

分数槽集中绕组永磁电机具有转矩特性优异,定位转矩小、转矩波动小的优点。下面通过一个12槽8极的分数槽集中绕组永磁电机模型介绍其原理与基本结构。

12槽8极分数槽集中绕组永磁电机结构简介

分数槽集中绕组永磁电机的最大特点是集中绕组,图1右图是定子铁芯结构,铁芯内圆周开了12个槽,形成12个齿,每个齿端部有极靴。把线圈直接绕在定子齿极上,所有线圈节距为1,称为集中绕组,共12个线圈。

为显示清晰在原理介绍时采用单层线圈表示,图1左图是绕有线圈的定子。显然,集中绕组的线圈端部长度短,铜损小,效率就高;绕组无重叠,相间绝缘好;线圈易机械下线,降低生产成本。

图1—定子铁芯与集中绕组

对于12个槽的分数槽集中绕组永磁电机的转子可以是8个极,10个极,14个极,16个极。本模型的永磁体转子有8个极(4对极),8个永磁体采用表面贴片式,磁极的磁场方向为径向,蓝色永磁体磁场方向向外,为N极;红色永磁体磁场方向向内,为S极。图2左图是转子结构示意图,右图是定子与转子布置图。

图2—定子与8极永磁转子

在图2中,4个蓝色线圈串联组成A相绕组;4个绿色线圈串联组成B相绕组;4个黄色线圈串联组成C相绕组。各相绕组的线圈连接见图3,12个线圈组成三相绕组,三相的末端连接起来构成星形接法。

图3--12槽8极分数槽集中绕组永磁电机展开图

也可以由3个单个的绕组组成星形连接,再并联使用,见图4。并联线圈要重新设计,线要细些,匝数要多些。

图4—并联的4个星形绕组

电机的驱动电源由三相桥式电路组成,图5是连接示意图。与三相逆步电动机或三相同步电动机不同,该永磁电机输入的不是正弦波,在每时刻仅有两相通电。

霍尔元件安装在定子两个齿极间的空隙处,当转子的两个磁极交界处通过霍尔元件时,霍尔元件检测到极性变化,发出信号控制驱动电路进行三相电流的切换,共有霍尔元件A、霍尔元件B、霍尔元件C三个霍尔元件,见图1、图3、图6。

图5—永磁电机三相驱动电路图

12槽8极分数槽集中绕组永磁电机工作原理

为了直观清晰的演示分数槽集中绕组永磁电机的工作原理,采用磁阻电机原理来分析转子受力旋转的原理。图6是电机模型的正视图,用来分析电机的工作原理。图中线圈端的标注与图3相同,线圈上的红色箭头表示此时线圈电流方向,蓝色线表示此时的磁力线与方向。

图6--12槽8极的分数槽集中绕组永磁电机工作原理图

定子绕组有6个开通状态,6个状态为一个周期,一个周期转子旋转90度,转子旋转一周需4个周期,把6个状态的时间段分别称为T1、T2、T3、T4、T5、T6。

在进入T1时刻,霍尔元件C检测到转子磁极由S变为N,驱动电源输出为B相正、C相负,两相线圈产生的磁场吸引转子旋转,见图7左图。

在进入T2时刻,霍尔元件A检测到转子磁极由N变为S,驱动电源输出为A相正、C相负,两相线圈产生的磁场吸引转子旋转,见图7右图。

图7—12槽8极永磁电机旋转原理图-1

在进入T3时刻,霍尔元件B检测到转子磁极由S变为N,驱动电源输出为A相正、B相负,两相线圈产生的磁场吸引转子旋转,见图8左图。

在进入T4时刻,霍尔元件C检测到转子磁极由N变为S,驱动电源输出为C相正、B相负,两相线圈产生的磁场吸引转子旋转,见图8右图。

图8--12槽8极永磁电机旋转原理图-2

在进入T5时刻,霍尔元件A检测到转子磁极由S变为N,驱动电源输出为C相正、A相负,两相线圈产生的磁场吸引转子旋转,见图9左图。

在进入T6时刻,霍尔元件B检测到转子磁极由N变为S,驱动电源输出为B相正、A相负,两相线圈产生的磁场吸引转子旋转,见图9右图。

图9--12槽8极永磁电机旋转原理图-3

T6结束再次进入T1,重新循环,转子就不停的旋转下去。

下面演 分数槽集中绕组永磁电机的槽极数组合

分数槽集中绕组永磁电机的定子槽数与转子磁极数可以有多种组合,在下表在列出了各种定子槽数可采用的转子磁极数。

在下个课件介绍12槽10极分数槽集中绕组永磁电机的原理与基本结构。

结束语

分数槽集中绕组永磁电机适宜做成大转矩,低转速电动机,在电动车领域得到广泛应用,作为直驱式轮毂电机。目前最多是作为电动自行车驱动电机,作为电动汽车轮毂电机也得到应用。轮毂电机为获得大转矩与较低转速,电机采用多槽与多极的形式。直线电机也可以做成分数槽集中绕组永磁直线电机。

本文转自:12槽8极分数槽集中绕组永磁电机结构讲解

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