CN104393699A - 一种交流电机定子绕组单元化并绕结构 - Google Patents

一种交流电机定子绕组单元化并绕结构 Download PDF

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林明耀
徐磊
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Abstract

本发明提出了一种交流电机单元化绕组并绕结构，交流电机定子采用集中绕组结构和中性点独立的相绕组支路并联星形联接方式；交流电机相数为 m ，定子槽数为 Z ，极对数为 p ，且 Z 能整除 m ；将所述交流电机定子槽分为 Z/m 个单元，每个单元中每齿绕制相应相的一个并联支路，将每个单元上的并联支路尾端连接构成一个星型联接的中性点， Z/m 个单元构成 Z / m 个独立的不连接中性点。本发明减少了电机端部连接导线的长度，降低铜用量和铜耗，提高了电机效率、功率密度和槽利用率，并简化了绕线工艺；而且齿槽转矩波动得到了相应的抑制提高了绕组反电动势的正弦性。

Description

一种交流电机定子绕组单元化并绕结构
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种交流电机定子绕组单元化并绕结构，适用于感应电机、永磁电机、直线电机等交流电机定子绕组。
背景技术
集中式绕组在交流电机中有着广泛的应用，其以绕组端部尺寸小，电机功率密度高、绕制工艺简单且易于自动化绕制等优点，成为电机设计的首选设计方案。对于交流电机定子绕组联接方式，常见的有星形联接和封闭式联接：星形联接是将每相绕组的尾连接在一起(称为中性点)，再将每相绕组的头引出来；封闭式联接是将一相绕组的尾连接到下一相绕组的头，全部绕组首尾连接成封闭回路，再将每个连接点引出来。由于封闭式联接，在电机运行时容易产生谐波环流，增加电机损耗，不利于电机高效运行，因此，常用星形连接方式，星形联接的各相支路有串联和并联两种方式。对于支路并联星形联接方式，既可以中性点相接，又可以中性点独立；中性点相接的支路并联星形联接方式，在电枢反应不对称时，容易在相并联支路中产生环流，增加附加损耗，降低电机性能，而中性点独立的联接方式能够避免该环流，并有效改善电机性能。
采用中性点独立的相支路并联星形联接的整数槽绕组或者分数槽绕组结构，往往会由于绕组跨越槽距较多，增加了绕组端部导线长度，导致绕组阻值增大，增加电机铜耗。因此，在保证电机输出功率的前提下，合理选择绕组结构和联接方式，降低绕组端部连接长度和绕组用铜量，对改善电机性能和提高电机效率具有积极的意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种交流电机定子绕组单元化并绕结构，通过采用集中式绕组结构和各单元绕组中性点相互独立的并绕结构，实现最大化降低交流电机绕组端部导线长度，降低铜耗，提高电机效率和改善电机性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明交流电机定子绕组单元化并绕结构，该结构交流电机定子采用集中绕组结构和各单元中性点相互独立的每相绕组支路并联的星型连接结构；具体为：设定多级多相交流电机相数为m，定子槽数为Z，极对数为p，且Z能够整除m；将所述定子槽分为Z/m个单元，每个单元中每齿绕制相应相的一个并联支路，将每个单元上的m个齿绕制的并联支路尾端连接构成一个星型联接的中性点，所述Z/m个单元构成Z/m个独立的不连接的中性点；并将每个单元各相绕组的首端分别连接到一起，构成每相为Z/m个支路并联的并饶结构。
进一步地，每个单元内m相的支路绕组排列的满足感应电动势对称。
进一步地，该交流电机为感应电机、永磁无刷直流电机、永磁有刷直流电机、永磁同步电机、永磁异步电机、直线感应电机或者永磁直线电机。
该绕组绕制结构适用于分数槽和整数槽。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)采用本发明所述的单元化并绕结构，最大限度的减少绕组端部连接长度，降低铜导线用量和绕组阻值，并降低电机输入电流，实现电机铜耗降低。
2)采用本发明所述的单元化并绕结构，有效的抑制了由相绕组并绕阻值不均，而导致的环流所增加的铜损耗。
3)采用本发明所述的单元化并绕结构，简化了绕制工艺，易于机械绕制，节省用料，节约成本，提高电机效率。
附图说明
图1为本发明三相电机绕组中性点独立并绕结构示意图；
图2为本发明电机定子槽一个单元结构示意图；
图3(a)为本发明三相9槽6极分数槽交流电机单元化并绕结构的绕组连接示意图；
图3(b)为本发明三相9槽6极分数槽交流电机单元化并绕结构的单元化划分示意图；
图4(a)为本发明五相25槽20极分数槽交流电机单元化并绕结构的绕组连接示意图；
图4(b)为本发明五相25槽20极分数槽交流电机单元化并绕结构的单元化划分示意图；
图5(a)为本发明三相12槽4极整数槽交流电机单元化并绕结构的绕组连接示意图；
图5(b)为本发明三相12槽4极整数槽交流电机单元化并绕结构的单元化划分示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步阐述。
本发明交流电机定子绕组单元化并绕结构，该结构交流电机定子采用集中绕组结构和各单元中性点相互独立的每相绕组支路并联的星型连接结构；具体为：设定多级多相交流电机相数为m，定子槽数为Z，极对数为p，且Z能够整除m；将所述定子槽分为Z/m个单元，每个单元含m个齿，m个齿分别绕制m相的一个并联支路，将每个单元上的m个齿绕制的并联支路尾端连接构成一个星型联接的中性点，所述Z/m个单元构成Z/m个独立的不连接的中性点；并将每个单元各相绕组的首端分别连接到一起，构成每相为Z/m个支路并联的并绕结构。
为达到单元化绕组并绕结构，交流电机的相数m，定子槽数Z和极对数p，满足使得Z能整除电机相数m；且定子槽数Z和极对数p有最大公约数t，即Z＝Z0t,p＝p0t，Z0能整除电机相数m；对于三相电机，可以采用表1所列的定子槽数Z和极对数p的选择，实现所述单元化绕组并绕结构。表1如下：
表1 单元化绕组并绕结构的部分三相交流电机槽极数配合选择表
以三相电机为例，如图1所示，每相绕组由n个支路并联而成，一相的一个支路绕组尾端与其余相的一个支路绕组尾端连接在一起，构成n个互不相连的中性点(称为独立的中性点)。所述并联的支路采用集中绕制方式，即一个齿上绕制一个支路线圈。如图2所示，将m相电机的定子槽分为Z/m个单元，每个单元有m个齿，所述的一个单元内的m个齿上分别绕制m相的并联绕组的一个支路线圈。
以下结合具体实例加以说明：
以9槽6极三相电机为例，如图3(b)所示，每极每相槽数q＝1/2，将定子槽分为3个单元，每个单元有3个齿；如图3(a)所示，每齿分别绕制一个相的一个并联支路，并将这3个相的绕组线圈尾端连接一起，构成一个中性点；3个单元的相同相绕组首端连接到一起，构成3个支路并联的并绕结构。
以25槽20极五相电机为例，如图4(b)所示，每极每相槽数q＝1/4，将定子槽分为5个单元，每个单元有5个齿；如图4(a)所示，每齿分别绕制一个相的一个并联支路，并将这5个相的线圈尾端连接一起，构成一个中性点；5个单元的相同相绕组首端连接到一起，构成5个并联支路并绕结构。
以12槽4极三相电机为例，如图5(b)所示，每极每相槽数q＝1，将定子槽分为4个单元，每个单元有3个齿；如图5(a)所示，每齿分别绕制一个相的一个并联支路，并将这3个相的线圈尾端连接一起，构成一个中性点；4个单元的相同相绕组首端连接到一起，构成4个并联支路并绕结构。

Claims (3)

1.一种交流电机定子绕组单元化并绕结构，其特征在于，该结构交流电机定子采用集中绕组结构和各单元中性点相互独立的每相绕组支路并联的星型连接结构；具体为：设定多级多相交流电机相数为m，定子槽数为Z，极对数为P，且Z能够整除m；将所述定子槽分为Z/m个单元，每个单元中每齿绕制相应相的一个并联支路，将每个单元上的并联支路尾端连接构成一个星型联接的中性点，所述Z/m个单元构成Z/m个独立的不连接的中性点；并将每个单元各相绕组的首端分别连接到一起，构成每相为Z/m个支路并联的并绕结构。
2.根据权利要求2所述的交流电机定子绕组单元化并绕结构，其特征在于：每个单元内m相的支路绕组排列满足感应电动势对称。
3.根据权利要求3所述的交流电机定子绕组单元化并绕结构，其特征在于：所述交流电机为感应电机、永磁无刷直流电机、永磁有刷直流电机、永磁同步电机、永磁异步电机、直线感应电机或者永磁直线电机。
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