CN103595153B - 优化设计加大槽面积的七槽旋转变压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种优化设计加大槽面积的七槽旋转变压器，包括定子和转子，在所述定子上设置定子槽，定子槽数为7个，均匀设置在定子的内侧圆周上；在所述转子上设置转子槽，转子槽为16个，均匀设置在所述转子的外侧圆周上。本发明的低齿槽冲片的放置绕组总槽有效面积比多齿槽冲片总槽有效面积大，绕组导线直径不致过小；所给出的绕组匝数比例系数，保证了基波绕组系数明显提高；高次谐波（除齿谐波外）绕组系数基本消除，槽中抵消匝数减少。

Description

优化设计加大槽面积的七槽旋转变压器

技术领域

本发明涉及电磁感应原理的角度位置传感器技术领域，具体地，涉及一种优化设计加大槽面积的七槽旋转变压器。

背景技术

在小型旋转变压器的设计中，最大的困难是槽的尺寸过小，因而导致槽面积过小，这样允许置放绕组导线的空间过小。在绕组匝数一定的情况下，绕组线径过细，以至于无法加工绕制。尤其是为了保证绝缘性能，槽中必须紧沿槽内周围与绕组导线之间形成绝缘层。在相同的机座尺寸下，不同槽数的冲片构成的绕组，槽满率不同。从电磁设计的原则出发，不同槽数的冲片应该有大致相同的总槽面积（将冲片上所有槽的面积加在一起，称为总槽面积），同时为了具有足够的绝缘性能，不同槽数的冲片，都必须具有一样厚度的槽绝缘。但是，由于槽边缘尺寸在槽数多时比槽数少时要长，所以在槽数多时槽绝缘的面积要大于槽数少时槽绝缘的面积。那么，相应的放置绕组导线的槽面积就会减少。

从附图1和附图2中可以看出，当槽数多时，槽绝缘21的面积要大于槽绝缘11的面积。

对于大尺寸的冲片，槽数多时槽绝缘所占比例的变小，对于槽满率影响不大。但随着冲片尺寸的减小，这个影响逐步加大。在机座尺寸小到直径φ40以下时，可放导线的面积比例急剧降低，致使导线更加变细。过细的导线机械强度太小，以至于无法承受在加工绕制中所需的力。

由于槽满率和绕组导线线径不能过细的问题必须减少槽数，减少绝缘所占比例，增加放置导线的面积。

对于槽满率的问题，定子上表现得更为严重，因为加工操作是在定子内腔进行。而转子绕组的加工没有这种空间的限制。

从设计方面考虑，在产生误差的因素中，除了绕组的谐波和磁极形状产生的谐波之外，齿槽因素不可忽视。由于冲片上有齿槽的存在，气隙磁场中存在着次数和幅值与齿数有关的齿谐波。在合理选择绕组形式以及磁极形状之后，除基波外各次谐波可以大大削弱。但是齿谐波不可能仅仅通过以上两方面措施削弱的。一般是通过斜槽的措施来消除齿谐波的。但是在齿数少时，在消除齿谐波的同时，也大大削弱了基波。所以无法采用斜槽的措施，来达到削弱齿谐波的目的。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种优化设计加大槽面积的七槽旋转变压器，以达到提高齿谐波次数、降低齿谐波的幅值。

根据本发明的一个方面，提供一种优化设计加大槽面积的七槽旋转变压器，包括定子和转子，在所述定子上设置定子槽，其特征是，所述定子槽数为7个，均匀设置在定子的内侧圆周上，在所述转子上设置转子槽，所述转子槽为16个，均匀设置在所述转子的外侧圆周上。

优选地，在每两个定子槽之间设置一个小槽，共形成7个小槽，所述7个小槽均匀设置在定子的内侧圆周上。

优选地，在所述定子槽内设有两相绕组，所述两相绕组使定子形成的极对数为1至4。

优选地，所述定子槽数为7时，给出极对数为1、2、3、4时的绕组各元件匝数比例系数。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）低齿槽冲片的放置绕组的总槽有效面积比多齿槽冲片的总槽有效面积大，绕组导线直径不致过小；

（2）达到齿谐波次数高、幅值小的目的；

（3）优化的匝数分布，达到消除谐波能力强，有效匝数和实际总匝数之比系数大；

（4）高次谐波（除齿谐波外）绕组系数基本消除，槽中抵消匝数减少。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为槽数不同时，槽利用情况的示意图，为槽数少的情况；

图2为槽数不同时，槽利用情况的示意图，为槽数多的情况；

图3为定子冲片的结构示意图：

图4为绕组匝数分布示意图；

图5为极对数为1时的绕组展开图；

图6为极对数为2时的绕组展开图；

图7为极对数为3时的绕组展开图；

图8为极对数为4时的绕组展开图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本实施例所述的优化设计加大槽面积的七槽旋转变压器，包括定子和转子，定子由多个定子冲片1堆叠而成，定子冲片1正面视图参见附图3，定子冲片上沿其内侧圆周上均匀设置7个定子槽2，在每两个定子槽之间设置一个小槽3，共形成7个小槽，7个小槽均匀设置在定子的内侧圆周上。在转子的外侧圆周上均匀设置16个转子槽。

本发明这种齿槽数配合，能够使小尺寸的旋转变压器实现在相应的总槽面积相等的情况下，低齿槽冲片的放置绕组的总槽有效面积比多齿槽冲片的有效总槽面积大。相应的低齿槽冲片的绕组中，绝缘所占面积比例要小。本发明的7个槽的绝缘面积要比现有的14个槽的绝缘面积要小50%至70%。这样，放置绕组导线的面积增加很多，七槽和14槽相比，有效总槽面积大约增加40%至55%。从而使得绕组导线线径加大。

为了适应绕组嵌线的机器绕制，绕组线圈必须设计成一个槽距。在极对数低的情况下，绕组节距小、极距大（极距等于槽数被极数除），正负匝数抵消过多，所需实际导体数很多，而有效导体数不变，结果造成绕组系数很小。在低槽数时，绕组节距和极距的大小比较接近。这样，正负匝数抵消的少，有效导体数不变，所需实际导体数相对较少，基波绕组系数明显提高。

定子绕组槽内各元件匝数的代数合，称作为有效导体数。有效导体数的分布都是按照正弦或余弦规律。正弦或余弦分布的绕组，基波绕组系数最大、其它次谐波（除齿谐波外）绕组系数基本消除。有效导体数的确定，是根据元件的绕向和匝数确定的。参见附图4，根据绕组各元件的绕向，可以判断出，在第2槽内电流的走向是相反的，它的有效导体数是两个实际匝数相减的结果，其它各槽内的电流走向是一致的，它们的有效导体数是两个实际匝数相加的结果。也就是说，匝数是两个元件边匝数、根据电流方向的代数和。从上面叙述可以看出，槽内元件电流方向一致时，所需实际总匝数就会少，各槽内元件电流方向不一致，则所需实际匝数就要多。因此，应该找出合理的各元件匝数分布方案，使得总的互相抵消的匝数尽量减少。

不同槽数时，由于节距不同，总的实际匝数和总的有效匝数的比例，有相当的差别。小尺寸旋转变压器中定子通常采用11槽或13槽。表1给出3种槽数时实际匝数和有效匝数之比的系数。可以看出，7槽时实际匝数和有效匝数之比系数提高很多。

表1有效匝数与实际匝数之比

槽数	11	13	7
				有效匝数与实际匝数之比	0.482	0.446	0.869

绕组导体匝数的分布是极对数的函数。对应于各极对数的绕组各元件匝数分布规律，由表2给出。表2给出的各元件匝数分布规律，遵守两个原则：

①槽中各元件有效匝数按正弦和余弦规律分布；

②实际总匝数最小。

表2绕组匝数比例系数

注：1）表中数据为各槽元件占有效匝数的比例系数，其中“-”代表反绕。绕向参见附图5至8；图中，S1和S3代表余弦相绕组的两个端点，S2和S4代表正弦相的两个端点；图中的“+”和“-”符号分别对应于绕向。两相绕组置放于同一套冲片槽内，槽号和元件号一致。各绕组元件匝数和表1的数据相对应；

2）P为极对数；

3）A、B——代表正交两相绕组。

由于每相绕组都有和槽数一样多的元件数，因此各槽内的元件边数是4。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (1)

1.一种加大槽面积的七槽旋转变压器，包括定子和转子，在所述定子上设置定子槽，其特征在于，所述定子槽数为7个，均匀设置在定子的内侧圆周上，在所述转子上设置转子槽，所述转子槽为16个，均匀设置在所述转子的外侧圆周上；

在每两个定子槽之间设置一个小槽，共形成7个小槽，所述7个小槽均匀设置在定子的内侧圆周上；

在所述定子槽内设有两相绕组，所述两相绕组使定子形成的极对数为1至4；

所述定子槽数为7时，给出极对数为1、2、3、4时的绕组各元件匝数比例系数；

所述极对数为1、2、3、4时的绕组各元件匝数比例系数，具体确定方式如下：

绕组各元件匝数的分布是极对数的函数，对应于各极对数的绕组各元件匝数分布规律，由下述各定子槽元件占有效匝数的比例系数表给出，遵守两个原则：

①定子槽中各元件有效匝数按正弦或余弦规律分布；

②实际总匝数最小；

各定子槽元件占有效匝数的比例系数表：

其中：

1)表中的“+”和“-”符号分别对应于绕向，其中“-”代表反绕，“+”代表正向，两相绕组置放于同一套冲片槽内，槽号和元件号一致；

2)P为极对数；

3)A、B分别代表正交两相绕组；

由于每相绕组都有和定子槽数一样多的元件数，因此各定子槽内的元件边数是4。