三相对称印制绕组制造技术

本发明专利技术的三相对称印制绕组，应用于高精度、高动态性能的伺服驱动电机。由4M（M为正整数）片的包含3N（N为≥4的正整数）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。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术的三相对称印制绕组，应用于高精度、高动态性能的伺服驱动电机。由4M(M为正整数）片的包含3N(N为>4的正整数)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。【专利说明】三相对称印制绕组
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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， 本专利技术提供一种三相对称印制绕组，以满足上述要求。 本专利技术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； Μ为正整数。 作为优选，Ν为21?91，Μ为1?3。 所述的导体片中的3Ν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一渐开 线或圆弧段一直线段一渐开线或圆弧段一直线段。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。 导体的形状经过按照使得反电动势谐波分量产生的转矩脉动降为最小的要求进 行的优化。对导体形状的优化设计方法包括公知的各种成熟的最优化设计理论：如罚函数 法或复合形法。 所述的导体片中的导体材料选用为厚度为0. lmnTO. 5mm的铜、铝、铜合金或铝合 金。 上述三相对称印制绕组的特点是： 1. 每相绕组的导体数量多，例如导体片上导体数等于3N=153,即N=51，采用4层结构， 则每相绕组的导体数为3NX 4 (层）/3-12/3=4 (N-1) =200,每极每相导体数为多达5 ; 2. 上述构成每相绕组的导体的空间位置都互不相同，是真正意义上的分布式绕组； 3. 由于上述2个特点，很容易通过对导体的形状(包括对配套的电机圆柱永磁体磁极 半径、磁极分布半径等）参数进行优化来达到每相反电动势谐波分量最小的目标； 4. 因为导体片上的导体数为3N，所制作的三相印制绕组不论在空间上还是在电气上 都是严格对称的； 5. 因为多层导体片是利用绝缘坯布粘接成型，并且所有导体都是均匀分布而非集中， 所以本专利技术的三相印制绕组更有利于散热，具有更高的功率体积比。 本专利技术的三相印制绕组的每相反电动势中引起转矩波动的谐波分量总和可控制 在0. 5% (相对于基波）以内，由此引起的转矩波动可控制在0. 65%以内，远远小于其它类型 绕组的3%?10%的转矩波动。即使不进行优化，其产生转矩脉动的反电动势谐波分量总和 为3. 728%，也只是其它类型绕组的转矩波动的下限值。经过优化设计后，产生转矩脉动的反 电动势谐波分量总和降为〇. 4496%。 采用本专利技术三相对称印制绕组的永磁同步电动机，由于转矩脉动非常小，保证了 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本文档来自技高网...

【技术保护点】
三相对称印制绕组，其特征是：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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄植功，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：广西;45