直驱吊扇的制作方法

本发明与吊扇有关，尤其是直驱吊扇。更确切地说，本发明涉及到特别在高容量空气流量范围内有用的直驱吊扇。

背景技术：

当前的大容量风扇，如一些拥有超过300,000立方英尺每分空气流量范围的风扇，像24英尺叶片模型，由于其尺寸，被用在商贸工业如禽类加工等上面。然而，当吊扇变得很大，并且处理的高容量空气流量范围超过50,000立方英尺每分时，在不带传动装置因而没有传动装置噪声、以及没有因电机振动产生的噪声的情况下，来驱动这些风扇的能力就成为一个技术挑战。这么看来，当前行业得出的结论是，如此巨大的风扇是无法被一个直驱永磁电机(如永磁同步电机PMSM)用一种如使用在较小的住宅式风扇上的稳定不振动的方式来驱动的。作为替换，这些工业尺寸的高容量风扇例如由传动技术(包括齿轮箱)来驱动。相反，在较小的商业风扇，例如一些直径在8-14英尺的风扇，用了直接驱动电机技术的同时，也产生了一种在技术上的理解，就是超过这个尺寸的风扇，即能够创造高容量空气运动的风扇，如超过50,000立方英尺每分、甚至是超过100,000立方英尺每分空气流量的风扇，就无法用到无齿轮传动的永磁电机技术。代替齿轮箱技术，驱动高容量大风扇，作为一个选择，因其已被证明的设计和可接受性，工业上有些使用了交流感应电机(ACIM)。但是，ACIM和齿轮箱系统大、重、且贵。并且，ACIM和齿轮箱系统因其美观性和其运行时的噪音，在公共场合并不流行。一个对ACIM和齿轮箱技术美观性的解决方案是，直驱横向磁通电机(TFM)技术，其横向磁通电机(TFM)的主要原理是通过对要求有电磁回路的定子铁芯的磁通量和对TFM电机的一个非常复杂和昂贵的几何结构的使用来达到目的。虽然TFM电机拥有简单的绕组定子绕线，但它的确需要两到三倍性能更好的永磁材料，两到三倍的磁钢材料成本和一个复杂的3D定子叠片几何结构。

考虑到这种技术类型被商业化地用在那些如8到24英尺的工业吊扇上，很有必要将永磁同步电机PMSM技术的使用变为可行。如果有人能够找到一个将此技术覆盖到大型工业吊扇上的解决方法，那将会完全成为首选，因为这是一个在审美上更能接受的、且在低速产生高转矩而不需要使用任何齿轮箱，因而消除了齿轮传动噪声。而且，由于其转子结构更简单，定子绕组模式非常容易制造，且材料利用率性价比也更高，这种永磁同步电机(PMSM)的使用是一项非常符合成本效益的选择。此外，一台永磁同步电机(PMSM)有更高的功率重量比，比起ACIM和齿轮箱技术，其可以产生多于两倍的功率，而仅一半的尺寸和重量。因此，在业界提供一个有效使用永磁同步电机(PMSM)技术的吊扇很有必要。它可以像8到24英尺的吊扇那样运转，并且提供像现在吊扇一样的叶片和工作转矩，但是速度或者功率是其两倍。另外，提供一个可替代用在一些工业风扇上的相当昂贵的ACIM和齿轮箱系统和直驱TFM系统的低成本选择也很有必要。

然而，永磁同步电机在驱动流体类负载时(这类负载的转矩与转速的二次方成正比，输出功率与转速的三次方成正比)，由于需要控制定子电流的极限值以避免永磁体发生去磁，这与希望获得高转矩输出的需求产生了矛盾，因为电磁转矩与定子电流具有线性关系。因此，永磁同步电机在驱动高容量空气流量风扇的应用上受到限制。此外，永磁电机中的径向力(Fx)和(Fy)是产生噪音的根本原因。以往，有很多高槽/极数的无刷直流(BLDC)电机，用于泵或压缩机等应用中。在这些应用中，噪音并不是首要需要解决的问题。因而允许其绕组模式都产生较高百分比的径向力/额定力。目前，也仅有一个提供使用无刷直流电机来驱动8-14英尺的商业、工业用吊扇的的电扇生产公司。其生产的无刷直流电机具有36槽数和42极数，其通常用于洗衣机。为了以极低的电流产生高转矩或高空气容量的、非常低速的输出，比如在50RPM下产生100英尺-磅/350KCFM的输出，要求高的槽数，如最少45，以及高的极数，如最少50极的无刷直流电机。然而，如果径向力(Fx，Fy)大于零，则高转矩电机会放大噪音。在吊扇的应用中，噪音问题是必须要解决的首要问题。在低速高转矩的吊扇上，这种径向力(Fx)和(Fy)是不可接受的，特别是对于那些可以产生高于400W的输出功率的吊扇。

技术实现要素：

本发明的一个特征是，为从50,000立方英尺每分到350,000立方英尺每分的空气流量范围内的应用提供一个高容量-低速度的直驱吊扇。

本发明进一步的特征是提供一个直驱吊扇，可以使用永磁电机，并且即使适用于当高容量空气流量时也可以零径向力地运转。

本发明另外的特征和优点将在以下说明中阐明，一部分将从该描述中显而易见，或者可以通过实施本发明而认识到。本发明的目的和其他优势将通过在描述和附加权利要求中特别指出的要素和组合来实现和达到。

为了实现以上所述和其他优点，并且根据本发明的目的，按照在这里具体实施和广泛描述，本发明涉及到一种直驱吊扇。这个直驱吊扇包括至少一个叶片(例如一个叶片，两个叶片，三个叶片，四个叶片，五个叶片，从六到二十个叶片)，还包括永磁电机，如永磁同步电机(PMSM)，作为吊扇的驱动力，该永磁电机安装在转轴上，并包括具有中轴的定子。该永磁电机具有预定槽数的槽形结构，并具有多个定子绕组线圈，该绕组线圈在该定子上具有对称的绕组模式。转子组件可旋转地安装的在该转轴上的，包括具有边缘的圆形罩体。在该边缘具有永磁磁钢，并与定子的定子绕组线圈互相作用影响。该永磁磁钢具有预定数量的磁极。另外，直驱吊扇具有一个电机控制器，用于给定子绕组线圈供电，使得该电机控制器改变定子绕组的电流，以产生驱动转子组件和至少一个叶片所需要的磁场。

本发明进一步涉及到如上面所述的直驱吊扇，拥有约50，000到约350，000立方英尺每分空气流量范围。

应该理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是示例性和解释性的，旨在提供对如权利要求中所述的本发明的进一步解释。

本发明通过提供一种永磁电机的绕组绕线方式与槽、极数设置的组合以及对称分布的定子绕组线圈，来消除在X和Y轴上的径向力或尽可能地将其降低。由此，能够以较低的成本，提供一种低噪声、高容量-低速度的吊扇。

附图说明

本发明可以通过相关附上的附图而被更充分地了解，但是附图只是旨在说明，而不是限制本发明。

图1是根据本发明的一个实施方式的吊扇的侧视剖视图；

图2A是一个可被用在本发明吊扇上的定子主体的俯视图；.

图2B是从图2A上的B圆取出的扩大截面图；

图2C是如图2A所示的定子主体的侧视图；

图3A是一个转子俯视图，该转子和在图2A到2C中所示的定子主体一起作为永磁电机、如PMSM的构成要素；

图3B是沿图3A上的B-B线展开的侧视剖视图；

图3C是从图3B上C圆取出的扩大截面图；

图3D是从图3A上的D圆的的扩大截面图；

图4A是根据本发明一个实施方式的包括有对称绕组模式的线圈的永磁电机(如PMSM)的绕组定子的俯视图；

图4B是在图4A中所示的绕组定子的一部分的扩大截面图；

图4C是被一个七十级(70极)转子围绕的在图4A和4B中所示的绕组定子的俯视图；

图4D显示出一个具有图4A到4C所示的绕组定子和转子的永磁电机(如PMSM)在50RPM下运行时所产生的径向力Fx和Fy，与电机转矩相比较的曲线图。

图5A是本发明的一个实施方式的包括有对称绕组模式的线圈的永磁电机(如PMSM)的绕组定子的绕组定子的俯视图。

图5B是被一个70极转子围绕的在图5A中所示的绕组定子的俯视图。

图5C是具有图5A到5B中所示的绕组定子和转子的PMSM在50RPM下运行时所产生的径向力Fx和Fy，与电机转矩相比较的曲线图。

图6A是本发明的一个实施方式的包括有对称绕组模式的线圈的永磁电机(如PMSM)的绕组定子的绕组定子的俯视图。

图6B是被一个70极转子围绕的在图6A中所示的绕组定子的俯视图。

图6C是具有图6A到6B中所示的绕组定子和转子的永磁电机(如PMSM)在50RPM下运行时所产生的径向力Fx和Fy，与电机转矩相比较的曲线图。

图7是一个曲线图，显示与电机匝数相关的反电动势常数(Ke)，这个电机是在图4A到4D中所示和描述过的一个750瓦的63S70P外转子永磁电机，如PMSM。

图8是本发明的永磁电机的一个实施例的正视图。

图9是可用于本发明的永磁磁钢和金属环的扩大截面图。

图10是一个比较例的包括有对称绕组模式的线圈的PMSM的绕组定子俯视图。

图11是是具有如图10中所示的PMSM在50RPM下运行时所产生的径向力Fx和Fy，与电机转矩相比较的曲线图。

具体实施方式

本发明涉及到一个直驱吊扇，具有至少一个叶片和一个作为驱动源的永磁电机的。该永磁电机可以是三相永磁同步电机(PMSM)。永磁电机被直接安装在转轴上，它包含：一个定子，该定子具有中轴；具有预定槽数的槽型结构；以及，多个定子绕组线圈，在定子上具有对称绕组模式。该永磁电机包括一个转子组件，该转子组件被可旋转地直接地安装在上述转轴上，转子组件包括具有边缘的圆形罩体。该转子可以是外转子设计或内转子设计。在上述边缘上具有永磁磁钢，该永磁磁钢与定子的定子绕组线圈互相作用。上述永磁磁钢可以具有预定极数的磁极。

一个电机控制器被用于给定子绕组线圈供电，该电机控制器改变定子绕组的电流用以产生可用的磁场来驱动转子组件及至少一个叶片。

多个定子绕组线圈的每圈可以从30匝到150匝，例如，每圈从约40匝到约120匝，或从50匝到110匝。每个线圈的匝数一般是跟定子中的每个线圈一样的。每个线圈的匝数可以高于或者低于这些首选匝数范围。

直驱吊扇能够产生不同的空气流量。例如，吊扇可以具有能够提供一个从约50,000立方英尺每分到约350,000立方英尺每分空气流量的尺寸和功率，像是从约75,000立方英尺每分到约300,000立方英尺每分，或者从约100,000立方英尺每分到250,000立方英尺每分。

吊扇上的叶片数量可以从1到20，比如从3到12，或从4到6。叶片长度一般是从6英尺到24英尺，例如8英尺到20英尺。

直驱吊扇可以包括一个有多个槽数和极数还有相数组合的定子和转子，只要下面方程式中q的数值小于1，比如小于0.5。

q值优选的可以是0.27到0.43，例如，可以2/5、2/7、3/7、3/8、3/10或者3/11任何之一。根据本发明，当然q值可以在例如从0.2到0.9或从2/5到3/11，或从0.35到0.8，或从0.3到0.7，或从0.3到0.5的范围内，可以适用不同场合的需要。一般这个方程式的相数是3。

当发动时，本发明的三相永磁电机(如PMSM)有效地消除或减小了径向力，从而有效地降噪，也可以避免剧烈地振动。事实上，本发明的三相永磁电机可以以零径向力(Fx，Fy)或者接近于零径向力(Fx，Fy)(即，Fx和/或Fy小于10N，如小于5N或小于0.25N或小于1N，或小于0.5N)来运转吊扇。例如，Fx可以小于1N或小于0.5N或小于0.25N，Fy可以小于10N或小于5N或小于1N。

本发明也涉及到一种直驱吊扇，具有永磁电机(如PMSM)，该永磁电机的定子优选的槽型结构是其槽数不小于45，并且不大约90，而转子的磁极数量优选的不小于50，及不大于80，该永磁电机可以使用的多种方式绕组模式，例如：…/C’A/A’A’/AB’/BB/B’C/C’C’/CA’/AA/A’B/B’B’/BC’/CC/…，这里A’,B’,C’表示线圈绕线方向的反向，每个“/”代表定子的一个齿，或者绕组模式为：…/C’A/A’A’/AA/A’B/B’B’/BB/B’C/C’C’/CC/…，这里A’、B’和C’表示绕线方向的反向，或者绕组模式为：…/CA’/AB’/BB/B’C’/CA/A’A/AB’/BC’/CC/C’A/A’B/B’B’/BC’/CA’/AA/A’B/B’C/C’C’/…，这里A’、B’和C’表示绕线方向的反向。

永磁电机(如PMSM)可具有槽极组合如48S56P,60S50P,60S70P,72S60P,84S70P；45S50P,54S60P,63S56P,63S70P,72S64P,72S80P,81S72P,90S80P；54S66P,72S56P,或90S70P，这里S是槽数，P是磁极数。

任何永磁磁钢形状都能用在本发明的永磁磁钢上。举例来说，转子组件上的永磁磁钢可以是或可以包括多个平顶形状的磁钢。该永磁磁钢可以被粘在或以其他方式贴在或是位于转子环(例如，转子钢环)的内边缘。或者，该永磁磁钢也可以类似地用于内转子设计中。

永磁电机(如PMSM)可表现出的反电动势常数(Ke)的最低值为0.75V/rpm，最高值为4.0V/rpm，或者两个值都有。永磁电机(如PMSM)可表现出从约1.25V/rpm到约3.25V/rpm的反电动势常数(Ke)，例如，从约1.35V/rpm到约3.2V/rpm。该电机可由交流(AC)电源或直流(DC)电源运转。若使用AC电源，则电机可通过1相电源或3相电源供电。电机可在约85V或更高的电压下、或在约600V或更低的电压下运转(例如，从85V到600V下运转)。同一电机结构能够被用在有不同叶片尺寸的多种吊扇上。永磁电机可以是无刷的。

定子可具有220mm的最小外径，和/或250mm的最小转子外径。定子可具有从约220mm到约340mm的外径，转子可具有从约250mm到约370mm的外径。定子可具有340mm的最小外径，转子可具有370mm的最小外径。电机可具有从约10mm到约50mm的叠高，例如，从约15mm到约45mm，或者从约20mm到约40mm。电机可具有20mm最小叠高。每个齿上可以形成多于一个线圈，例如两个、三个、四个或者更多的线圈可以在定子的每个齿上形成并能被连接在一起或者单独供电。

作为一个选择，本发明中的吊扇被设计为能够在一个50rpm到180rpm的速度下、和/或者在从约10ft-lb(磅尺)到约150ft-lb的转矩下、和/或者在一个从400W到2200W的功率下运作的。直驱吊扇能够表示出一个从4.0×10⁶ft-lb/m³到8.0×10⁶ft-lb/m³的每体积的额定转矩(K_V)，例如，从约4.0×10⁶ft-lb/m³到约6.0×10⁶ft-lb/m³，或者从5.0×10⁶ft-lb/m³到约7.0×10⁶ft-lb/m³。吊扇在运转时，生成了X方向(Fx)或者Y方向(Fy)或者在X(Fx)和Y(Fy)方向都有的非常少或者为零的径向力。吊扇以非常低的噪音水平、振动水平或者两者都低的水平在运转。

吊扇可包括直接驱动结构或无齿轮结构。该结构允许在低速产生高转矩。吊扇电机可以具有紧凑的结构，例如，包括一个转子具有370mm外径和35mm叠高。电机和吊扇可以做得非常轻，例如，总吊扇重量能够达到约50kg或更少，如35kg到40kg。

参照附图，图1示出了一个吊扇的例子，该吊扇具有一个绕组定子801，该绕组定子801安装在转轴802上，并能通过转动转子803而给吊扇供电。吊扇可以在其顶部被支撑，例如，通过一个连接到转轴802的支撑轴(未示出)。转轴802可以通过第一连接器部分809、第二连接器部分810，以及一个或多个锁紧螺母813被连接到支撑轴。风扇叶片(未示出)可以经由风扇叶片耦合器804由转子803连接和移动。风扇轮毂805可以连接有两个、三个、四个、五个、六个或者更多的风扇叶片，每个经由相应的风扇叶片耦合器804。底部法兰806可以连接在风扇轮毂805的底部。在吊扇的底部，具有一个控制器盖807。盖807可进一步作用为，用于电机控制器的散热装置和/或用于提供对电子控制设备的冷却。盖807可以由铝或其他金属或材料制成。还可以具有一个控制器盖板808，用于保护电子控制设备。可以具有压盖811，被用来允许从绕组定子801到一个安装在控制器冷却盖807内的控制单元的有线接入。转子803和风扇轮毂805经由轴承812绕着固定的转轴802旋转。

图2A到2C示出了可使用的绕组定子的细节图，在其定子主体的每个齿上没有绕上线圈。如图2A所示，定子主体820包括一个多个齿822，相邻的齿之间被槽824隔开。可以具有铆钉孔826，如果有，则可以预先成形、钻孔、冲孔或以其他方式在定子主体820上形成在定子主体820中，用以将定子主体820安装到其他部件，反之亦然。任何常规的附接机构/设计可以用于安装。图2B是从图2A上截取的部分B的放大图，示出了齿822和槽824的更详细的细节。图2C是定子主体820的侧视图。也可以使用其他定子主体的设计和槽齿数。

对于一个给定的定子直径，槽数增加时，每个槽的宽度会变窄，会依次减少槽面积。为了增加槽面积，可以使用更深(或者更长)的槽。比如，定子主体可设计成具有从约30mm到50mm或者更大、约35mm到45mm、或约40mm，例如40mm的槽深度。每个齿可具有任何合适的宽度，例如，从约5mm到约7.5mm、从约5.5mm到约6.5mm，或从约6mm到约7mm的宽度。绝缘系统可以用于覆盖绕组定子。仅作为一个例子，一种新颖的3片设计可以用于覆盖绕组定子的顶部、绕组定子的底部、和绕齿的外边缘或者圆周。.

图3A到3D示出了转子803的细节。如可以从图3A中看出，转子803包括具有外表面832和内表面834的钢环830。在该特定实例中，七十(70)片磁钢836均匀地分布在周围，并附接到钢环830的内表面834上，形成一个七十(70)极的转子。铆钉孔838被预成形、钻孔、冲孔或以其他方式形成在钢环830中，绕着钢环830均匀分布。再次说明，任何常规的附接机构/设计可以被用于安装。图3B是沿着图3A的B-B线展开的剖视图，进一步描述了磁钢836和钢环的外表面832。图3C是从图3B的部分C展开的扩大截面图，示出了铆钉孔838、外表面832和多个磁钢836的特写。剖视图是通过磁钢836’处截取，因此磁钢836’通过横截面被示出。作为一个形成转子的选项，一层粘合剂840可以被用在钢环830的内表面834上，用来将磁钢836(包括磁钢836’)附接在内表面834上。图3D是从图3A的部分D取出的扩大截面图，示出了磁钢836是扁平磁钢，并粘接在内表面834的弯曲轮廓里。

图8是进一步的实例，示出用于本发明的吊扇中的永磁电机组件。在图8中，该永磁电机布置900示出转轴903。这个转轴903可以与支撑轴连接。风扇叶片(未示出)可以与转子912连接并由其转动。风扇叶片(未示出)可以经由不同的连接机构与顶轮毂906连接。图8示出顶轮毂或盖906可以通过一个或多个附接设备，比如螺钉908与底轮毂916连接。该顶轮毂可以包括叶片保持架或开口907用于接收风扇叶片。为了本发明的目的，在本发明的任何一种应用中，该叶片保持架位于顶轮毂或底轮毂。底轮毂916可以是任何材料，如铝或其他金属，并进一步为电机控制器(未示出)提供散热装置的作用。顶轴承910和底轴承918位于转子912和定子902的外侧。键904可以被用于将每个组件保持锁定在转轴903中。波形弹性垫圈或其他类型的垫圈可以被用于底轴承918之下。

图9提供永磁电机组件924的进一步的实例，在此是70极，该极可被附接在金属环920，比如钢环，从而形成70极转子。形成70极的磁钢可以通过在此描述的任何方法被附接至该环920。

作为一个选择，在本发明中，磁钢可以具有任何形状。但是，在本发明中，即使平的形状的磁钢也可以被使用。平的磁钢分段容易生产并且通常比弧形磁钢分段便宜约15％到20％。在图3A-3D中举例了70个磁钢分段，这些磁钢分段被附接(例如胶水粘接)在转子的钢环上。可以有意地配置极数例如70极、和钢转子的内尺寸例如358.5mm的组合，从而允许使用平的磁钢分段，并且在降低成本的同时还能够实现非常低的电机齿槽效应转矩。该技术特征，包括该低的齿槽效应转矩，可以进一步降低电机噪声。

可以使用从约2.2mm到约2.6mm，例如2.36mm的磁钢分段之间的间距，以便可以用高粘度的胶水来代替塑料包覆模具。不管怎样，任何附接方法，例如胶水粘接、扣合、盖、螺钉、销等都可用于将磁钢固定在合适的位置。

围绕着定子，使用对称绕组模式。该定子上的线圈的对称绕组模式，是用于分配形成永磁电机(如PMSM)的三相部分的三个相(A、B和C)的模式，是对围着环状定子的A相、B相、C相的位置的重复模式。该模式用于对A相线圈分布的模式与对B相线圈分布的模式和对C相线圈分布的模式相同。这跟非对称绕组模式不同，非对称绕组模式里面无法建立的围着定子的A相线圈、B相线圈和C相线圈的重复模式。对于对称绕组模式，在定子上的A相线圈、B相线圈和C相线圈也需要相等的数目。

定子可被用于具有预定的槽数，例如，不小于45槽，以及不大于90个槽，和约预定数量的磁极，例如不小于50极，以及不大于80级的永磁电机上(如PMSM)。在下面方程式里的q值可以是小于1的，比如小于0.5，例如，2/5、2/7、3/7、3/8、3/10、或3/11。对于不同的q值，可以使用不同的绕组模式。适当的电子电路可以为不同的相、以及相的组合供电，并使它们交替供电。电机可以用交流(AC)电源或者直流(DC)电源来运行。可以提供一个传感器电机控制器或者一个无传感器的电机控制器给该系统。作为一个例子，该吊扇能够以高达180rpm或更高的速度来运行，并且可具有10磅英尺的最小工作转矩。

在下表1中示出，计算出q值作为示范的槽、极、和对称绕组的组合。表1所示的绕组模式表明了用代表定子上的齿的间隔号(/)隔开的每个槽与每个槽的任意一边的两个线圈的绕组方向。在A’,B’,C’上的角分符号(’)表明了导线或导体从该槽出来的(从上方观察该槽，缠绕导线使得其从远离槽或从槽出来)，反之没有角分符号(’)的A,B,C则表明了导线或导体进入该槽(从上方观察该槽，缠绕导线使得朝向槽或进入槽).

每个绕组模式的第一个槽(槽1)对应的是在定子最后一个线圈和第一个线圈之间的槽。对于对称绕组模式q1，第一个槽被被C相线圈朝左手侧卷绕和被A相线圈朝右手侧卷绕。C相线圈被表示为“C’”，表明了最后的一个线圈是C相线圈，而且是在其相应的齿上，也就是说，在定子的最后一个齿上，以逆时针方向绕线，。因此，C相导线在缠绕最后的C相线圈时是从第一个槽里出来的。“A”指的是，第一个槽，表明定子的第一个线圈是A相线圈，而且以逆时针方向绕线，但是，在第一个槽的右侧位置，则意味着A相导线从第一个槽进去然后从第二个槽出来。从那里A相导线在第一个齿上绕线，并从第二个齿出来。根据对称绕组模式q1，由于围绕定子的第一个齿是以逆时针方向缠绕的A相导线，因此第二个槽包括了从第二个槽出来的在槽的左手边的A相导线(使其成为A’)。第二个线圈，围绕在定子第二个齿上形成的，是以逆时针方向绕线而成，这样A相导线也是从第二个槽的右手边出来。因此，第二个槽有两根从该槽里出来的A相导体，因此被指明为“/A’A’/”。

表1

槽极组合对应q*<1的对称绕组模式选择

q*＝槽数/极数/相数(3)

A’＝返回导体对应导体A。角分符号(’)表明导致一个导体从槽内出来的绕线方向。

本发明将通过以下可成为本发明的实施例的实例来做进一步阐明。

实例

实施例1

图4A示出了根据第一实施例的定子和有对称绕线构造的定子绕组模式。该定子用于PMSM中，有63个槽结构(这些槽以数字1-63沿定子的圆周被独自地和连续地标注以供参考)和70个槽极。可以看出，在方程式里的q值小于1:

更具体地说,63÷70÷3＝3/10。导线用于形成围绕定子的每个齿的线圈，是直径为0.9mm的铜线，具有G2的漆包绝缘等级和180℃的耐温指标。定子上的每个线圈包括110圈的导线。在下表2中示出定子的63个线圈的每一个的绕线方向，并且在下面有详细的解释。在下表2里编号并在图4A中示出的63个线圈从线圈101开始，并分别连续地编号到第63个线圈，即线圈163。

表2

对PMSM的每个三相来说，每3个线圈缠绕七组。这些组围绕着定子被均匀地(对称地)隔开。63个槽隔开63个线圈，且每个线圈在两个相邻的槽之间形成。线圈的布置为对称模式。在图4A中示出的定子具有第一个相(U相)有三个线圈101、102、103，由一个U相导线70按串联地连接在一起。U相的线圈101、102、103组成了第一组U相线圈170。在定子上有七组这样的三个U相线圈，包括，比如，第二组171和第三组172。最后一组的三个U相线圈176终止于U相导线70与V相导线80和W相导线90的端部星形连接。第一组U相线圈绕组170后面跟着第二相(V相)的三个线圈(线圈10、105、106)后面，依次后面跟着第三相(W相)的三个线圈(107、108、109)。三个U相线圈后面跟着三个V相线圈，三个V相线圈后面跟着三个W相线圈的这种模式会绕着整个定子上重复六次。针对本发明的目的，U相也被认为是A相，V相也被认为是B相，W相也被认为是C相。

为了形成各线圈，一根铜线会被绕在定子的相应齿上。对每个线圈围绕在相应齿上的铜线使用的绕线方向，可以从表2中看出来。从页面上方的平面开始，位于槽1和槽2之间的线圈101，是由U相导线70向下进入槽1，绕过第一个齿的底部，然后从槽2出来，然后再绕过第一个齿的顶部而缠绕形成的，这些步骤统称为一圈。U相导线70然后向下回到槽1中，然后向逆时针方向继续绕线，总共绕110圈。表2中把绕线方向进入槽1缩写为“进1”(在这里也指“现在进1”)。线70然后从第二个槽、槽2出来，其方向在表2中缩略成为“出2”(在这里也指“现在出2”)。用在本实施例中，U相导线70形成U相线圈，因此也被称为U相导线或者U相导体。

在绕齿110圈之后，最后一次从槽2出来时，此时U相导线70被引向围绕位于槽2和槽3之间的第二个齿，然后开始第二个线圈102的形成。然而，为了围绕第二个齿绕线，绕线方向需要是顺时针方向。U相导线70绕着第二个齿绕110圈，也就是说，绕线次数完成，形成线圈102。在最后一次绕第二个齿之后，为了完成线圈102的形成，U相导线70会向下进入第三个槽、槽3，然后绕过第三个齿的底部，然后往上从槽4出来，又绕过第三个齿的顶部，这样开始线圈103的形成。线圈103由U相导线70围绕第三个齿以逆时针方向绕线而成。和其他线圈一样，线圈103是将铜线沿着相关齿，这里是第三个齿，绕110圈而形成的。

在线圈103形成后，U相导线70跳过六个齿，然后通过直接引向并卷绕第十个齿，形成下一个(第四个)U相线圈。U相导线70被引入槽10(进10)中，绕过第十个齿的底部，向上并从槽11出来(出11)，绕过第十个齿的顶部又向下进入槽10。同样地，导线70以逆时针方向围绕第十个齿绕线。逆时针、顺时针、逆时针的模式将会持续在每三个线圈的三组绕线中重复使用，直到所有的21个U相线圈完成。

完成U相线圈的绕线后，随后形成V相线圈和W相线圈就。需要了解的是，不管怎样，所有的U相线圈都可以在完成之前、之中或者之后，V相线圈、W相线圈，或者两种线圈一起，可以独立地形成。第一组三个V相线圈绕着定子的第四、五、六个齿形成。随着进一步的参考表2，第一个V相线圈被标为线圈104，该线圈104通过将V相导线80引入槽4，绕过第四个齿的底部，向上并从槽5出来，然后又回来绕过第四个齿的顶部，从而形成在定子的第四个齿上，。这个逆时针方向绕线会重复直到V相导线80绕着第四个齿110圈。完成110圈后，V相导线80会从槽5引出，向上并绕着第五个齿的顶部，向下进入槽6，然后绕过第五个齿底部，向着相反的、即顺时针方向的方向绕110圈。第三个V相线圈被标为线圈106，绕着定子的第六个齿用类似的方式、但是是以逆时针方向绕成。V相导线80向下进入槽6，绕过第六个齿的底部，向上并从槽7出来，然后绕过第六个齿的顶部，这样它可以被向下拉回进入槽6，然后该绕线重复直到导线绕了110圈。在完成第三个V相线圈、即线圈106的绕线后，V相导线80跳过定子下面的六个齿，然后被定位，使得之后它可以被用于每三个齿的三组的类似的绕线上。第一组V相线圈在图4A中被标为180。对于每三个V相线圈的一组来说，线圈分别以逆时针、顺时针、逆时针方向绕线的模式被绕线，正如由U相导线70形成几组U相线圈一样。

形成第一组三个W相线圈是通过W相导线90围绕定子的第七个齿开始绕线，然后绕第八个齿，然后绕第九个齿用，从而形成线圈107、108、109。这三个线圈被统称为W相线圈绕组190的第一组。如同U相线圈的第一组170和V相线圈的第一组180，每组三个W相线圈也是通过同样的绕组模式来绕成的，特别地是，每组三个W相线的第一个线圈是逆时针方向绕线，每组三个W相线的第二个线圈是顺时针方向绕线，每组三个W相线的第三个线圈是逆时针方向绕线。从图4A可以看出，对每个U相导线70，V相导线80，W相导线90产生的绕组模式会分别形成七组三个线圈。这些线圈组相互间隔开地均匀分布，并遵照三个U相线圈然后三个V相线圈然后三个W相线圈的模式。因此这个重复的模式有九个线圈，然后模式重复六次，于是总共具有七次这样的九个线圈的模式。

图4B是图4A圆的部分放大图，示出了第一组U相线圈170，第一组V相线圈180和第一组W相线圈190。可以看出，第一组U相线圈170包括线圈101、102和103，由U相导线70形成。第一组V相线圈180包括线圈104、105和106，由V相导线80形成。第一组W相线圈绕组190包括线圈107、108和109，由W相导线90形成。同样的W相导线90被用于形成每三组的三个线圈，包括具有线圈161、162和163的最后一组W相线圈。

图4C所示了PMSM，其包括了图4A所示的定子，该定子被外转子围绕，该外转子具有用七十(70)个扁平磁钢194粘在一个钢转子环196上而形成的七十(70)个磁极。这样一个63槽和70极的构造产生几乎为零的径向力，由此，很小的振动。如图4D所示，径向力(Fx，Fy)是在如图4C所示的例子中在50rpm下运转电机的情况下产生的，其几乎不存在，尽管转矩值不同。注意到，在图中Fx和Fy径向力都以相同的线示出，因为Fx和Fy的力都为零。在图4C中示出的电机代表多个槽极组合的例子中的一个，该槽极组合具有特定的对称绕组模式，该对称绕组模式导致如上所示的有关q的方程式中的q值小于0.5。在上表1中示出了这样的构造下的q值。

可以看出，从图4A-4C中示出的和在表2中所指的构造遵循了q2对称绕组模式，其中在表2中示出的U相相当于在表1中示出的A相，V相相当于B相，而W相相当于C相。

此外，电机在启动时产生了一个几乎线性增长的反电动势常数Ke。图7是示出对于在图4A-4C中描述和示出的电机，反电动势(Ke)作为电机匝数的函数的曲线图。在从约1.25到约3.25的Ke值的范围内，与电机匝数相关的Ke值有一个线性增长。

实施例2

遵循实施例1的方法和讨论，图5A示出了定子的另一个例子，该定子也可以被用于与70极的转子一起来提供PMSM。如图5A所示的，定子200包括了六十(60)个齿270，由六十(60)个槽201-260隔开，在其中标记了一个示例的编号。每个齿270被U相导线，或者V相导线，或者W相导线根据表1所示的q1绕组模式绕线。转子是70极转子，具体地说，就是如图5B所示的转子292，这样做成的电机是PMSM，其在运转过程中产生几乎为零的径向力。图5A所示的定子的绕组模式包括了如下表3所示的对称绕组模式。为了简单起见，表3只示出了针对3相电机的第一相(U相)的绕组模式。有60个线圈，U相线圈包括每三组两个线圈，确切地说，一组包括线圈301和302，一组包括线圈307和308，一组包括线圈313和314，等等。V相线圈包括每三组两个线圈，从包括线圈303和304的一组开始，具体地说，一组线圈包括线圈303和304，一组线圈包括线圈309和310，一组线圈包括线圈315和316，等等。W相线圈包括每三组两个线圈，从包括线圈305和306的一组开始，具体地说，一组线圈包括线圈305和306，一组线圈包括线圈311和312，一组线圈包括线圈317和318，等等。

表3

再次根据表1，可以看出来，形成如图5A到5B所示的定子的线圈所用的对称绕组模式相当于绕组模式q1，其中关于图5A和5B所述和所示的U相相当于表1所指的A相，V相相当于B相，W相相当于C相。

图5C中的曲线图显示出，尽管转矩有显著的水平，在图5A和5B中描述的包括在表3所列举的q1绕组模式的电机在50rpm下运转时，产生了几乎为零的径向力(Fx，Fy)。注意到，在该图中Fx和Fy径向力都以相同的线示出，因为Fx和Fy的力都为零。

实施例3

遵循实施例1的方法和讨论，图6A示出了包含54个对称绕线的齿的定子，其用于与66极转子一起形成PMSM，该PMSM显示出了几乎为零的径向力。每三根导线，每一根为每相，被绕线在对应的一组齿上。绕组模式按照如上表1所示的q3绕组模式而为。定子400的五十四个齿(54)独自地和连续地被绕线而形成了501-554指代的线圈，在图6A中标记了线圈的示例编号。定子400的五十四个槽(54)被独自地和连续地指定为401-454，在图6A中标记了槽的示例编号。在下表4中示出了用于U相导线的绕组模式。在此描述的U相、V相和W相分别相当于如上表1所示的绕组模式所指的A相，B相和C相。

表4

图6B示出了图6A中的定子400被转子560所包围，该转子560包括以磁钢570的形式组成的六十六(66)极。该PMSM因此具有54个槽，66极和三相。相应地，这样构造的q值为54÷66÷3＝3/11。q值小于0.5，正如表1所示，为了对称地绕线线圈，选择的绕组模式是所示的q3模式。

与对称绕组模式q1和q2在各自十二(12)个槽和九(9)个槽后重复绕线不同的是，q3绕组模式是在每十八(18)个槽后重复绕线。q3绕组模式也包括一些对于每个相的单个线圈，没有相同的相的线圈与其相邻。

图6C中所示的曲线图显示出，尽管转矩有显著的水平，在图6A和6B中描述的包括在表4所列举的q3绕组模式的电机在下运转时，产生了几乎为零的径向力(Fy，Fy)。注意到，在该图中Fx和Fy径向力都以相同的线示出，因为Fx和Fy的力都为零。

比较例

遵循实施例1的方法和讨论，在这个比较例中，参阅图10，定子构成为具有63槽或63齿(这些槽以数字1-63沿定子的圆周被独自地和连续地标注以供参考)，不对称地绕线而成，并与62极转子一起形成PMSM。作为示意性地，例如，U相导线(图中以U表示)，其u1端从槽1进入，从槽22绕出，V相导线(图中以V表示)，其v1端从槽22进入，从槽43绕出，而W相导线(图中以W表示)，其w1端则槽43进入，从槽1绕出。对于这个例子的不对称绕组模式在下表5中全方面地阐述。图10示出了所使用的绕组定子的俯视图。该PMSM用于吊扇的应用中，当在50rpm下运转时，径向力(Fx和Fy)都远高于零。这在图11中示出，其中提供了针对这个比较例的径向力(Fx，Fy)的计算。可以看出来，径向力显示出巨大的转变导致电机猛烈的振动。

表5

本发明可以包括上述和/或下面在句子和/或段落中所述的这些不同的特征或体现的任意组合。任何在这里公开的特征的组合都被认为是本发明的一部分，相关的组合特征被认为是没有限制的。

申请人特别将所有引用的参考文献的全部内容在此公开。此外，当给出了数量、浓度或其他值或参数的一个范围、首选范围、或者较高的优选值和较低的优选值的列表，这些被理解为具体地披露由任何范围上限或者优选值和任何范围下限或优选值的任意一对所组成的所有范围，无论这些范围是否被单独披露。其中在本文中列举的数值范围，除非另有说明，该范围被认为是包括了它的终点和所有在此范围内的整数和分数。本发明的范围不被认为是被限制在了定义一个范围时列举的具体数值。

本发明的其他具体表征将会对那些所属领域的技术人员从对本说明书的考虑和本发明在这里披露的实践来说是显而易见的。其意图是，本说明书和实施例只被认为只是示范性的，由所附权利要求及其等同物来指示本发明的真实范围和精神。