电动车用大功率奇数分数槽电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于大功率无刷直流电机与永磁同步电机，具体设及一种电动车用大功 率、奇数分数槽，单双层绕组无刷直流电机及永磁同步电机
【背景技术】
[0002] 我国现行的电动车上使用的电机大多数是无刷直流电动机及永磁同步电机。对于 电动车驱动电机，如果是无刷直流电机，就其功率大小来分类，1. 5kwW下的小功率电机，一 般是偶数分数槽电机，其中，又W12槽8极、每极每相槽数q= 1/2的分数槽电机最为普 遍；从1. 5kw到120kw之间的大功率电机，一般都采用整数槽电机，每极每相槽数q在1与 4之间。而对于一般的永磁同步电机，绝大多数也采用整数槽电机。在大功率驱动电机中， 不论是无刷直流电机还是永磁同步电机，如果是整数槽磁路结构，都不可避免的要采用定 子斜槽或转子斜极的复杂工艺来降低齿槽转矩。其次，整数槽电机由于必须采用定子斜槽 或转子斜极，霍尔电路中的转子位置在轴向斜线上，位置信息不是超前就是滞后，控制器开 关电路难W找到最佳导通角，影响电机的性能。分数槽磁路结构的分数槽电机，它的最大特 点是；与整数槽电机比较，齿槽转矩大为降低，避开了定子斜槽或转子斜极的复杂工艺，而 且，霍尔电路中的转子位置在轴向直线上，控制器开关电路很容易找到最佳导通角，有利于 电机的性能发挥。
[0003] 分数槽电机，槽和极的组合种类繁多，有槽和极的基本组合与槽和极的非基本组 合，目前用于电动车的小功率分数槽电机，一般是采用集中绕组的基本组合，线圈节距y= 1，每个齿上绕一个线圈，电机的槽数和极数接近，每极每相槽数q大于0、小于等于1/2。但 该类基本组合的分数槽电机由于槽数和极数接近，如果要做成大功率电机，随着电机的铁 巧外径的加大，为改善散热条件，电机的槽数必然会增加，从而带来极数的增加，而极数的 增加，会使控制器开关动作的频率增加，当控制器开关动作的频率增加到一定程度，就会大 幅度增加控制器和电机铁巧的损耗，提高温升，降低效率。因此，在基本组合的分数槽电机 中，一般都是小功率电机，它不适合于大功率、高转速的电动车驱动电机。在槽与极的非基 本组合中，线圈节距y为大于1的整数，每极每相槽数q为大于1/2的分数。非基本组合的 分数槽电机，槽数可W大于极数，槽数可W很多，极数可W很少，因此，该类分数槽电机可W 与整数槽电机一样做成大功率电机。
[0004] 大功率驱动电机大多选择高性能的电机，不仅要求高效率，还要求有最小的转矩 波动，最低的噪音。电机的齿槽转矩是导致转矩波动和噪音的主要因素。整数槽电机由于 采用了定子斜槽或转子斜极，理论上它的齿槽转矩的标么值可W从1削减到零。分数槽电 机的齿槽转矩虽然可W大幅度削减，但不会削减到零，比如q= 1/2的分数槽电机，齿槽转 矩只削减了 67%，q= 2/5的分数槽电机，齿槽转矩只削减了 83%，因此整数槽电机的齿槽 转矩、转矩波动和噪音比分数槽电机相对较低。在非基本组合的分数槽电机中，有一种奇数 分数槽电机，它的齿槽转矩可W削减到接近零，如21槽8极电机，q= 7/8,单元电机t= 1，齿槽转矩的标么值仅为0.048,而且，奇数分数槽电机的槽数越多，齿槽转矩的标么值越 接近于零。该种奇数分数槽电机理论上可w与整数槽电机一样做成高性能的大功率驱动电 机，同时又可W省去定子斜槽或转子斜极的复杂工艺。然而由于电机的槽数是奇数，分配到 每相的槽数也是奇数，当每相的槽数为奇数时，电机绕组不可W采用单层绕组，而采用真正 意义上的双层绕组，借助传统的槽电动势相量图来设计绕组有一定困难，因为该种奇数分 数槽电机在槽电动势相量图中，正向电动势与反向电动势数量是不相等的，绕组线圈的两 个正反电动势边数量也是不相等的，无法连接成整数个线圈，而绕组方案中无论是单层绕 组还是双层绕组，每相线圈的个数必须是整数，该给绕组方案的设计带来难题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对奇数分数槽非基本组合电机在设计绕组时所存在的上述 难题和缺陷，提供一种独有的设计方案，将难W在实际中采用的奇数分数槽非基本组合电 机应用到高性能的大功率无刷直流和永磁同步驱动电机中，W此来获得生产工艺简单、高 性能的大功率奇数分数槽电机。
[0006] 本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的；该电动车用大功率奇数分数槽电 机，为无刷直流电机或永磁同步电机，包括定子、转子；其特点是：所述定子铁巧的槽数是3 的倍数的奇数；9槽、15槽、21槽、27槽、33槽、39槽、45槽、51槽、57槽......，所述转子磁 钢的极数采用与定子槽数匹配后为每极每相槽数q大于1/2、单元电机t= 1的4极、8极、 10极......；其中，不含9槽8极或10极、15槽10极和45槽10极；定子绕组为单层绕组 与双层绕组W各种比例搭配的单、双层绕组。
[0007] 进一步，所述定子绕组的单、双层绕组满足如下条件；在槽电动势相量星型图中， 每个槽设计为两个大小相等、方向相同的槽电动势，奇数个槽中获得偶数个槽电动势，并分 配到每相整数个线圈的正、反电动势的线圈的两个边，从而获得每相的正、反槽电动势相量 相等。
[000引具体的，当定子铁巧槽数为21槽、转子磁钢的极数为8极时，定子绕组的单、双层 绕组的槽电动势为42个槽电动势，每个槽为两个大小相等、方向相同的槽电动势，按60° 相带划分=相槽电动势时，各相为14个槽电动势。
[0009] 针对上述21槽、8极电机，有四种绕组方式：
[0010] 第一种；定子绕组的单、双层绕组是，A相；A1与X19、A6与X9、All与X14为3个 单层绕组，A17下与X3上为1个双层绕组；W此类推，B相和C相也分别是3个单层绕组，1 个双层绕组。
[0011] 第二种；定子绕组的单、双层绕组是，A相；A1与X9、A6与X14为2个单层绕组，A17 下与X19上、A12下与X3下、All上与X4下为3个双层绕组；W此类推，B相和C相也分别 是2个单层绕组，3个双层绕组。
[0012] 第=种；定子绕组的单、双层绕组是，A相；A1与X9为1个单层绕组，A17下与X14 上、A12下与X19上、A7下与X3上、A6上与X4下、All上与X20下为5个双层绕组；W此类 推，B相和C相也分别是1个单层绕组，5个双层绕组。
[0013] 第四种；定子绕组的单、双层绕组是，A相；A1上与X19上、A6上与X3上、All上与 X14上、A2下与X4下、A7下与X9上、A12下与X15下、A17下与X15下为7个双层绕组；W 此类推，B相和C相也分别是7个双层绕组。
[0014] 本发明与现有的整数槽电机和分数槽电机相比所产生的有益效果如下：
[0015] (1)解决了大功率、奇数分数槽、每极每相槽数q大于1/2、单元电机t= 1的分数 槽电机的绕组方案设计难题，拓宽了电动车用大功率、高性能电机的领域，改变了现有的大 功率无刷直流电动机和永磁同步电机绝大多数采用定子斜槽或转子斜极的整数槽电机的 格局，具有广泛的应用前景。
[0016] (2)避免了原有的大功率、高性能无刷直流电机和永磁同步电机大多数采用定子 斜槽或转子斜极的复杂工艺，使原有的定子铁巧叠片工艺或转子磁钢加工工艺变得简单， 降低了电机的生产成本。由于量产中的定子斜槽铁巧需要价格昂贵的高速冲床和级进模加 工，而采用奇数分数槽、每极每相槽数q大于1/2、单元电机t= 1的分数槽电机，只需简单 的单冲模加工铁巧，对于尚未大规模量产、或处在试验开发期的电机，对生产开发成本的降 低尤为凸显。
[0017] 做提高了大功率无刷直流电机和永磁同步电机的性能，采用奇数分数槽、每极每 相槽数q大于1/2、单元电机t= 1的分数槽电机，由于避开了定子斜槽或转子斜极，控制器 开关电路的导通角比整数槽电机更佳，有利于电机性能的发挥，加上分数槽电机绕组比整 数槽电机绕组削减奇次谐波的幅度更大，因此，该种奇数分数槽电机比现有的整数槽电机 整体性能更优，效率更高。
[001引本发明的原理在理论上是可行的，在实际中通过样机试验，实际的齿槽转矩比同 样大小铁巧的、转子极数相同的定子斜槽整数槽电机还小，性能完全可W达到设计要求和 预期的效果。本发明的电机适用于所有需要无刷直流电机和永磁同步电机的领域，具有广 阔的应用前景。
【附图说明】
[0019] 图1是现有技术的21槽8极电机按60°相带划分槽电动势相量星型图。
[0020] 图2是本发明的21槽8极电机按60°相带划分槽电动势相量星型图。
[0021] 图3是本发明的21槽8极电机按60°相带划分单、双层绕组第一种方案槽电动势 相量星型图。
[0022] 图4是本发明的21槽8极电机按60°相带划分单、双层绕组第二种方案槽电动势 相量星型图。
[0023] 图5是本发明的21槽8极电机按60°相带划分单、双层绕组第=种方案槽电动势 相量星型图。
[0024] 图6是本发明的21槽8极电机按60°相带划分双层绕组第四种方案槽电动势相 量星型图。
[0025] 图7是本发明的21槽8极电机按图5所示的槽电动势60°相带划分的单、双层绕 组中A相绕组线圈连接示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
[0027] 本发明电动车用大功率、奇数分数槽、单双层绕组无刷直流电机或永磁同步电机 定子铁巧的槽数是采用3的倍数的奇数，如9槽、15槽、21槽、27槽、3