电机定子、电机及电机控制系统的制作方法

1.本实用新型属于电机技术领域，具体涉及电机定子、相应电机及电机控制系统。


背景技术：

2.永磁电机具有体积小、高效率、高功率因数、高可靠性和较好的动态响应特性等优点，但由于其使用永磁体材料提供永磁转矩，因此受永磁体的固有特性限制，永磁体产生的磁场磁通难以调节，使得电机在使用和控制方面受到较大限制。
3.基于此，业界开发了具有双绕组(主、辅助绕组)的定子结构，使得电机的磁通更便于调节，提升了电机使用和控制方面的灵活性。然而，现有技术在实现双绕组的结构时，通常是设计专用的辅助齿，在辅助齿上设置辅助绕组，专用辅助齿的存在必然挤占绕线槽的空间，使得定子绕线空间的利用率不高，且设计和加工成本较高。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在提供一种电机定子、电机及电机控制系统，优化电机定子主、辅助绕组的绕线结构，本实用新型通过下述技术方案实现。
5.一种电机定子，包括定子铁心、主绕组及辅助绕组，定子铁心包括轭部及轭部内周设置的多个齿部，齿部彼此之间形成有主绕线槽；其特征在于，所述齿部相对自身径向中心线的两侧侧面上开设有内凹的辅助绕线槽，所述辅助绕组的绕组线缠绕于所述齿部外围并限位于所述辅助绕线槽；所述主绕组的绕组线缠绕于所述齿部外围并限位于所述主绕线槽。
6.优选地，所述主绕组的绕组线在所述齿部外围全部或部分地覆盖所述辅助绕组的绕组线。
7.优选地，所述主绕组与所述辅助绕组之间设置绝缘膜。
8.优选地，所述辅助绕线槽包括沿所述定子铁心径向并排分布的多个线槽。
9.优选地，所述辅助绕线槽为沿所述定子铁心径向连续延伸的条形槽。
10.优选地，所述辅助绕线槽的深度小于等于所述齿部的宽度的15％。
11.优选地，所述齿部的末端相对自身径向中心线的两侧设置有止挡缘。
12.优选地，所述主绕组的匝数和辅助绕组的匝数比值为1:0.2～0.3。
13.一种电机，包括电机定子及设置于电机定子内的电机转子；其特征在于，所述电机定子采用上文所述的电机定子。
14.一种电机控制系统，其特征在于，包括主绕组供电模块、检测模块、辅助绕组供电模块及上文所述的电机；所述主绕组供电模块为所述主绕组供电，并控制所述主绕组供电的电流大小及方向；检测模块检测所述电机的转矩常数ct；所述辅助绕组供电模块为所述辅助绕组供电，并根据所述转矩常数ct控制所述辅助绕组供电的电流大小及方向。
15.本实用新型的有益效果包括：电机定子充分利用了定子铁心的齿部自身结构，用最简单的结构设计，形成两种绕线槽，分别为主绕组和辅助绕组的绕组线提供缠绕空间，形
成主绕组和辅助绕组，实现同齿双绕组并存的绕线方式，无需另设承载辅助绕组的辅助齿，整体结构简单实用，便于加工。此外，提供电机控制系统中，主绕组和辅助绕组分别接线，分别由各自的供电模块进行供电控制，且辅助绕组供电模块根据检测模块获取的转矩常数ct，以此对辅助绕组的电流大小及方向进行闭环控制，保持不同运行频率下转矩常数的最大值化，从而实现对主绕组磁场进行增磁或者弱磁，提高电机效率和可靠性，使电机全频段高效运行。
附图说明
16.图1为本实用新型实施例提供的电机定子的示意图。
17.图2为本实用新型实施例提供的电机定子中定子铁心的一种结构示例图。
18.图3为本实用新型实施例提供的电机定子中定子铁心的另一种结构示例图。
19.图4为本实用新型实施例提供的电机的示意图。
20.图5为本实用新型实施例提供的电机控制系统的构成框图。
21.图6为本实用新型实施例提供的电机控制系统中的主绕组供电模块与主绕组的接线图。
22.图7为本实用新型实施例提供的电机控制系统中的辅助绕组供电模块与辅助绕组的接线图。
23.附图标号说明：100-电机定子；10-定子铁心；20-主绕组；30辅助绕组；11-轭部；12-齿部；13-主绕线槽；14-辅助绕线槽；15-止挡缘；200-电机转子。
具体实施方式
24.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明，为了便于说明，本实用新型中结合附图对方位进行定义，这些方位的定义仅仅为了便于清楚地描述相对的位置关系，并不用于对产品或装置在生产、使用、销售等过程中实际方位的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。再者，在本实用新型中，所述的多个是指两个及以上，且满足本领域的常规设置和必要设置的要求数目。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.本实施例提供的电机定子可以作为一个组件被独立生产及销售，因此可以作为独立的配件产品受到专利保护。结合图1所示，本实施例提供的电机定子100包括定子铁心10、主绕组20及辅助绕组30，定子铁心10包括轭部11及轭部内周设置的九个齿部12，相邻的齿部12彼此间形成有(预留有)主绕线槽13，主绕线槽13用于为主绕组20的绕组线提供缠绕空间。
26.结合图2所示，齿部12相对自身径向中心线的两侧侧面上分别开设有内凹的辅助绕线槽14，辅助绕线槽14用于为辅助绕组30的绕组线提供缠绕空间。这里需要特别说明：本实施例中，齿部12的末端(即齿部靠近定子铁心10中心的端部)相对自身径向中心线的两侧设置有止挡缘15，因此齿部12两侧侧面本身形成了内凹面；但是，辅助绕线槽14并不是指齿
部12两侧内凹面，而是在齿部12两侧内凹面的基础上进一步向内开设的槽。而且，辅助绕线槽14的深度小于等于齿部12宽度的15％。
27.结合图2所示，辅助绕线槽14包括沿定子铁心11径向并排分布的多个线槽。线槽为半圆槽，半圆槽的大小与辅助绕组30的绕组线的线径匹配。作为一种替代方案，结合图3所示，辅助绕线槽14为沿定子铁心11径向连续延伸的条形槽。不论采用图2所示的槽结构，还是图3所示的槽结构，辅助绕线槽14用以供辅助绕组30的绕组线多匝并排缠绕。
28.继续参见图1，辅助绕组30的绕组线缠绕于齿部12外围并限位于辅助绕线槽14，主绕组20的绕组线缠绕于齿部12外围并限位于主绕线槽13。辅助绕组30和主绕组20先后缠绕，且主绕组20的绕组线在齿部12外围全部或部分地覆盖辅助绕组30的绕组线。其中，主绕组20的匝数和辅助绕组30的匝数比值为1:0.2～0.3，各自绕组线的线径根据槽面积和匝数而确定。此外，虽然辅助绕组30和主绕组20各自的绕组线为漆包线，但为了避免因特殊情情况导致彼此短路，保证辅助绕组30和主绕组20电传输上的各自独立，本实施例在主绕组20与辅助绕组30之间设置绝缘膜(图中未示)。
29.上述实施例提供的电机定子充分利用了定子铁心的齿部12自身结构，用最简单的结构设计，形成两种绕线槽，分别为主绕组20和辅助绕组30的绕组线提供缠绕空间，形成主绕组和辅助绕组，实现同齿双绕组并存的绕线方式，无需另设承载辅助绕组的辅助齿，整体结构简单实用，便于加工。
30.结合图4所示，本实施例还提供一种电机，包括电机定子100及设置于电机定子内的电机转子200，电机定子采用上文所述的电机定子100。
31.结合图5所示，本实施例还提供一种电机控制系统，包括主绕组供电模块、检测模块、辅助绕组供电模块及上文所述的电机；主绕组供电模块与主绕组电控连接，为主绕组供电，并控制主绕组供电的电流大小及方向；检测模块检测电机的转矩常数ct；辅助绕组供电模块与辅助绕组电控连接，为辅助绕组供电，并根据所述转矩常数ct控制辅助绕组供电的电流大小及方向。其中，主绕组供电模块和辅助绕组供电模块是具有控制指令接收、响应及数据分析处理功能的控制模块，而且主绕组供电模块、检测模块、辅助绕组供电模块各自都可以由现有技术实现，各自的构造和原理本文不再赘述。
32.本实施例中，主绕组和辅助绕组的接线方式不限，可采用串联(如图6、图7所示)、并联、三角型联接；图6中，u1、v1、w1、u2、v2、w2、u3、v3、w3分别代表九个齿部上的主绕组；图7中，a1、b1、c1、a2、b2、c2、a3、b3、c3分别代表九个齿部上的辅助绕组。
33.本实施例中，主绕组20和辅助绕组30分别接线，分别由各自的供电模块进行供电控制，主绕组和辅助绕组无角度差，且辅助绕组供电模块根据检测模块获取的转矩常数ct控制辅助绕组供电的电流、电压的大小及方向。其中，检测模块可以包括转矩传感器和电流传感器，分别检测电机转矩t和运行电流i，再计算出转矩常数ct。
34.具体地，根据：转矩常数ct＝转矩t/运行电流i，的公式可知，同工况下转矩t(转矩可根据公式：转矩t＝9.55*功率p/转速n，来计算)恒定，运行电流i减小，可使转矩常数ct变大，同时由于运行电流i的减小，电机铜损降低，电机效率提升。实际控制时，主绕组供电模块按运行工况要求先启动运行，同时检测计算主绕组的转矩常数ct的大小，再由辅助绕组供电模块调节辅助绕组电流i2大小和方向，辅助绕组产生的辅助磁场影响主磁场后，主绕组的电流i1(即运行电流i)发生变化，转矩常数ct同步会发生变化，检测模块再次检测转矩
常数ct，对比上一次检测数据，判断是否为最大值，判断结果为否，继续由辅助绕组供电模块调节辅助绕组电流i2大小和方向，判断结果为是，辅助绕组保持电流i2不变，直到运行频率发生变化，再重新执行上述闭环调节过程。辅助绕组调节的主要目的是使转矩常数时刻保持在当前工况的最大值，从而获得最小的运行电流，降低电机运行的铜损，达到电机运行的高效化。
35.此外，当电机处于中低频运行时，由辅助绕组供电模块输入与主绕组相同方向的正向电流，可产生与主绕组相同方向的小磁场激励，补充进主磁场，增大励磁，减小运行电流，提高转矩常数ct，同时提高电机运行效率。但在电机高频运行时，主绕组本身的磁场已经过强，调速难度很大，需要进行弱磁控制，削弱磁场，此时需要向辅助绕组提供反向激励，辅助绕组供电模块将电流i2设置为反向电流，电流方向与主绕组的相反，能有效削弱电机磁场，由辅助绕组进行弱磁控制，扩展调速范围，朱绕组可不进行弱磁控制，继续保持较高的转矩常数，高效运行。电机需要往更高频率运行时，且当辅助绕组供电模块进行反向激励调节达到极限时，主绕组供电模块可同时启动弱磁控制。双重弱磁控制，可进一步削弱电机磁场，减少超高速运行的调速难度，使电机能运行更高频率，进行超高速稳定运行。
36.以上实施例仅为充分公开而非限制本实用新型，凡基于本实用新型的创作主旨、无需经过创造性劳动即可得到的等效技术特征的替换，应当视为本实用新型揭露的范围。