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在前面已经介绍了12槽8极分数槽集中绕组永磁电机的工作原理,在本课件中介绍12槽10极分数槽集中绕组永磁电机的工作原理与基本结构,其组成与结构与12槽8极分数槽集中绕组永磁电机相同,仅是转子为10极,虽转子极数略变,绕组连接确大不相同,本课件说明分数槽集中绕组永磁电机槽数与极数配合的多样性。
12槽10极分数槽集中绕组永磁电机的定子与转子
12槽10极的定子铁芯与线圈与12槽8极相同,转子则为10极,由10个永磁体组成,见图1。左图是转子主要组成示意图,右图是定子与转子组合图。
图1--分数槽集中绕组永磁电机定子与转子
线圈的连接与8极完全不同,相邻的两个线圈反向串联作为一个相的绕组,在图2中蓝色线圈1和2反向串联作为A相绕组1,蓝色线圈7和8反向串联作为A相绕组2,两个再连接组成A相绕组。绿色的B相绕组与黄色的C相绕组连接方式相同,A相绕组、B相绕组、C相绕组组成星形连接,具体连接见图2。
图2--12槽10极分数槽集中绕组永磁电机展开图
同样采用三个霍尔元件进行位置检测,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,具体安装位置见图2与图4。
电机的驱动电源由三相桥式电路组成,图3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。
图3--永磁电机三相驱动电路图
12槽10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4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2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4--12槽10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5左图。
在进入T2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C相正、B相负,两相线圈产生的磁场吸引转子旋转,见图5右图。
图5—12槽10极永磁电机旋转原理图-1
在进入T3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C相正、A相负,两相线圈产生的磁场吸引转子旋转,见图6左图。
在进入T4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6右图。
图6--12槽10极永磁电机旋转原理图-2
在进入T5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T6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A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。
图7--12槽10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。
12槽10极分数槽集中绕组永磁电机的基本结构
定子铁芯由导磁良好的硅钢片冲制后叠成,在12个定子齿极上绕有12个线圈,组成三相绕组,见图8。
图8--12槽集中绕组永磁电机定子结构图
转子铁芯也由硅钢片叠成,压入转轴,在外圆周均匀粘贴10片永磁体,两端用转子压圈压紧,装上轴承,组成转子,图9是转子结构的爆炸图。
图9--永磁电机转子结构图
把定子压入机座外壳,插入转子,装上前端盖,完成电机模型组装,见图10。
图10-- 12槽10极分数槽集中绕组永磁电机结构图
分数槽集中绕组永磁电机的基本结构都差不多,近些年在电动自行车与电动汽车中广泛用作直驱轮毂电机,往往采用内定子外转子结构,槽数与极数较多,充分发挥大转矩低转速的优点。
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