CN102195376A - 一种无刷双馈电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于涉及电机技术领域，具体涉及一种无刷双馈电机，关键在于最大槽号组中的线圈的匝数按照弓形规律对称分布：由最内层线圈向外的匝数的变化规律是先迅速增加，然后逐渐减小。依据齿谐波原理，将现有的同心式等匝数的转子绕组改为转子绕组最大槽号组中的线圈按照弓形规律对称分布，从而减少了转子磁动势的高次谐波，因此使用本发明的线圈分布方法的转子绕组可以很好的实现定子功率绕组P1和控制绕组P2与转子绕组的耦合，且气隙密谐波含量较低。

Description

一种无刷双馈电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种无刷双馈电机。

背景技术

无刷双馈电机要想有较好的性能，关键在于转子。近年来无刷双馈电机的转子结构主要有磁阻式转子和特殊笼型转子，其工作原理是对定子绕组产生的两种极对数磁场均可在同一转子回路中同时产生感应电势。目前认为制约无刷双馈电机进入实际应用的瓶颈在于转子绕组的性能。特殊笼型转子被认为是最可能应用于大容量电机，但是现有的特殊笼型转子绕组是根据“共轭”原理设计的，也即对无刷双馈电机所要求的转子两种极数，设计时保留两种极数下感应电势均同相的笼条导体，去掉不同相的笼条导体，而这样必然会导致转子导体利用率低，谐波含量大，造成电机运行效率低下，不能很好的实现无刷双馈电机对转子的要求。现有的特殊笼型转子绕组通常采用两种绕法，一种是线圈等跨距而匝数等匝分布，一种是若干组的同心式等匝数分布，这两种绕法的跨距和匝数均没有按照谐波原理灵活改变线圈的跨距以及匝数，因此存在转子绕组与定子的功率绕组P₁和控制绕组P₂两级绕组的感应电势不同相的线圈较多，因此高次磁动势谐波的百分比较大，对应的转子绕组谐波漏抗也较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种高次谐波含量小，谐波漏抗小的交流无刷双馈电机。

根据本发明提出无刷双馈电机，包括定子和转子，所述定子上布置有相互独立的功率绕组P₁和控制绕组P₂，所述转子为同心式绕线结构，所述转子上布置有多相绕线式绕组，所述转子绕组的相数m满足关系式：m＝(P₁+P₂)/m_k，其中，m_k为P₁和P₂的最大公约数，所述转子的总槽数为K(P₁+P₂)，其中K为正整数，每K个相邻的转子槽构成一个最大槽号组，所述转子的每相绕组由m_k个最大槽号组构成，最大槽号组绕组中所有线圈按槽号顺序依次串联后自短路联接，所述最大槽号组中的线圈采用同心式分布，前一个最大槽号组的线圈的下层边和后一个最大槽号组的线圈的上层边可分布在同一个转子槽中，关键在于：所述最大槽号组中的线圈的匝数按照弓形规律对称分布：由最内层线圈向外的匝数的变化规律是先迅速增加，然后逐渐减小。

本发明的无刷双馈电机，依据齿谐波原理，将现有的同心式等匝数的转子绕组改为转子绕组最大槽号组中的线圈按照弓形规律对称分布，从而减少了功率绕组P₁以及控制绕组P₂不同相的线圈，因此使用本发明的线圈分布方法的转子绕组可以很好的实现控制绕组和控制绕组的耦合，且气隙密谐波含量较低。

附图说明

图1为本发明当Z_r＝84，P₂＝7槽号相位图与12相槽号相位分布图；

图为2本发明当Z_r＝84，P₁/P₂＝5/7，最内层线圈跨距为2的12相绕线转子接线图；

图3为本发明当Z_r＝84，P₁/P₂＝5/7，最内层线圈跨距为2的任一最大槽号组对应的转子槽中导体数及分布图；

图4为本发明当Z_r＝84，P₁/P₂＝5/7，最内层线圈跨距为1的12相绕线转子接线图；

图5为本发明当Z_r＝84，P₁/P₂＝5/7，最内层线圈跨距为1的任一最大槽号组对应的转子槽中导体数及分布图；

图6本发明当Z_r＝54，P₁/P₂＝2/4，3相共6组槽号组绕线转子接线图；

图7本发明中对比用Z_r＝54，P₁/P₂＝2/4，3相共6组槽号组绕线转子接线图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。

本实施例中选取一台功率绕组的极对数为P₁＝5的无刷双轨电机，选取控制绕组的极对数为P₂＝7，则转子槽数的最小值为P₁+P₂＝12，取K＝7，则Z_r＝K(P₁+P₂)＝7×(5+7)＝84。也就是每7个相邻的转子槽构成一个最大槽号组。为简化开槽工艺，增加槽数后，转子槽按沿转子气隙圆周均匀分布。由于P₁/P₂＝5/7，P₁、P₂的最大公约数为1，则转子绕组相数为：m＝(P₁+P₂)/m_k＝(5+7)/1＝12。其槽号相位图与12相槽号相位分布如图1所示。

增加槽数也会带来绕组分布系数降低，由图1可以看出7个连续相邻的槽号在7对极槽号相位图下的跨距为180°电角度，同理，不难证明7个连续相邻的槽号在5对极槽号相位图下的跨距为128.6°电角度。显然，与转子仅选择12个槽相比，转子绕组的分布系数和绕组系数都降低了。为了改善这一点，通常采用丢弃部分边缘槽号的方法。这里选择丢弃一个槽，即选择最大槽号组中的6个槽，此时6个连续相邻的槽号在5对极槽号相位图下的跨距为107.2°电角度，在7对极槽号相位图下的跨距为150°电角度。此时，第7个槽的线圈匝数为0。这样处理之后，绕组系数显著提高。

最大槽号组中的线圈采用同心式绕法，前一个最大槽号组的线圈的下层边和后一个最大槽号组的线圈的上层边分布在同一个转子槽中。而跨距的变化规律是：确定最内层线圈的跨距后，其余线圈依次增加2个槽。依据无刷电机设计原理中要求P₁和P₂磁势幅值尽量大，高次谐波尽量小的设计原则，每组最大槽号组中线圈的匝数按照弓形规律对称分布：由最内层线圈向外的匝数的变化规律是先迅速增加，然后逐渐较小。实施例1：选择最内层线圈跨距为2，选取一组最大槽号组的转子绕组线圈的上层边的导体数由外向内依次为5、7、10、10、13、5，下层边的导体数由内向外依次为5、13、10、10、7、5，则12相绕组转子接线如图2，其中上标为线圈匝数，下标为线圈跨距，具体的转子绕组对应的转子槽中线圈匝数分布如图3。实施例2，选择最内层线圈跨距为1，选取一组最大槽号组的转子绕组线圈的上层边的导体数由外向内依次为8、10、10、10、12、2，下层边的导体数由内向外依次为2、12、10、10、10、8，则12相绕组转子接线如图4，其中上标为线圈匝数，下标为线圈跨距，具体的转子绕组对应的转子槽中线圈匝数分布如图5。可以看出，最大槽号组中线圈的匝数排布宛如弓形，这种绕组匝数分配方式正是本发明的特点。显然，如果采用现有的线圈等跨距分布方式无法做到这种线圈匝数分布方式。

下面以Z_r＝54，P₁/P₂＝2/4为例，分别采用现有的6联等匝和本发明的弓形对称分布的转子绕组连接方式作磁动势谐波分析对比：

转子绕组采用弓形对称分布，连接如图1所示，这里1、4，2、5，3、6槽号组分别构成转子的一相，其中上标为线圈匝数，下标为线圈跨距；作为对比，图2给出了转子绕组采用6联等匝，这里选择线圈的跨距为7个槽距，1、4，2、5，3、6分别构成转子的一相，图中各线圈的匝数为18匝。表1为转子绕组分别采用6联等匝和弓形对称分布的转子绕组连接方式磁动势谐波分析对比。

由表1可以看出，采用现有技术的6联等匝的转子绕组所形成高次极数的绕组系数较大，因此高次磁动势谐波的百分比较大，对应的转子绕组谐波漏抗也较大，由此引起的控制绕组的无功功率以及变频器的容量都比较大，而采用本发明的弓形对称分布同心式转子绕组设计的无刷双馈电机同样可以非常好的实现了对功率绕组和控制绕组的耦合，且气隙磁密谐波含量较低。显然，6联等匝转子结构无法做到这一点。因此，无刷双馈电机转子采用弓形对称分布同心式设计是一种非常理想的转子绕组设计方法。

Claims (4)

1.一种无刷双馈电机，包括定子和转子，所述定子上布置有相互独立的功率绕组P₁和控制绕组P₂，所述转子为同心式绕线结构，所述转子上布置有多相绕线式绕组，所述转子绕组的相数m满足关系式：m＝(P₁+P₂)/m_k，其中，m_k为P₁和P₂的最大公约数，所述转子的总槽数为K(P₁+P₂)，其中K为正整数，每K个相邻的转子槽构成一个最大槽号组，所述转子的每相绕组由m_k个最大槽号组构成，最大槽号组绕组中所有线圈按槽号顺序依次串联后自短路联接，所述最大槽号组中的线圈采用同心式分布，前一个最大槽号组的线圈的下层边和后一个最大槽号组的线圈的上层边可分布在同一个转子槽中，其特征在于：所述最大槽号组中的线圈的匝数按照弓形规律对称分布：由最内层线圈向外的匝数的变化规律是先迅速增加，然后逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的无刷双馈电机，其特征在于所述最大槽号组中跨距的变化规律为：确定最内层线圈的跨距后，其余线圈依次增加2个槽。

3.根据权利要求1或2所述无刷双馈电机，其特征在于所述最大槽号组中线圈的匝数大于或等于0。

4.根据权利要求3所述的无刷双馈电机，其特征在于所述转子槽沿转子气隙圆周均匀分布。

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