CN105680585A - 一种模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构 - Google Patents
一种模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105680585A CN105680585A CN201610081476.1A CN201610081476A CN105680585A CN 105680585 A CN105680585 A CN 105680585A CN 201610081476 A CN201610081476 A CN 201610081476A CN 105680585 A CN105680585 A CN 105680585A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stator
- winding
- windings
- overlapping
- motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/16—Stator cores with slots for windings
- H02K1/165—Shape, form or location of the slots
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Windings For Motors And Generators (AREA)
Abstract
一种模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构,设定子槽数和绕组极对数分别为2Z和p,定子槽在圆周上均匀分布,定子上包含两套三相对称交流绕组,该绕组由传统单层分数槽集中绕组演变而来,每一套绕组的排列都与Z槽p对极的传统单层分数槽集中绕组相同,且两套绕组错开角度在机械上为线圈跨距的一半;绕组端部重叠区域在定子圆周上间隔分布,切割端部绕组非重叠区域所在的定子即可实现模块化。此发明能大大减少传统分数槽集中绕组磁动势中的非工作齿谐波含量,从而能降低电机损耗,平抑转矩脉动,减小噪声,同时具备分数槽集中绕组电机定子可模块化的优点,便于大型电机的制造、运输和装配,且相间互感小,有利于提高电机的容错能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构,属于电机技术领域。
背景技术
采用分数槽集中绕组的电机正在被越来越广泛地运用于各领域,相比传统的分布式绕组电机,分数槽集中绕组电机具有转矩脉动小、反电势波形正弦度高、容错能力强、转矩密度高、齿槽转矩低等优点。此外,由于分数槽集中绕组线圈端部不重叠,故这类电机的定子可模块化,模块化可以降低电机的制造难度、提高槽满率,还能降低大型直驱式风力发电、舰船推进等大电机应用场合的装配和维护成本。
但是,分数槽集中绕组磁动势中的非工作谐波含量多、幅值高,容易造成额外的转矩脉动和转子损耗,这使得分数槽集中绕组在大电机应用过程中的散热、振动和噪声问题尤为突出。分布式整数槽绕组和非集中分数槽绕组谐波成分较少,但两者定子圆周上所有位置的端部绕组均重叠,无法对电机实现模块化,不利于大电机的生产、运输和维护。
因此,本发明从解决这一矛盾出发,提出了一种模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构,在消除大量非工作齿谐波的同时保留了集中绕组电机定子可模块化的优点。此外,该模块化定子及其绕组结构还能提高电机的容错性,更有利于在对安全性和可靠性要求高的领域中应用。
发明内容
发明目的:本发明的目的在于提供一种模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构,在保留传统分数槽集中绕组电机可模块化、转矩脉动小、齿槽转矩小、容错能力强等优点的同时,大大减少传统分数槽集中绕组磁动势中的非工作齿谐波含量,从而减小转矩脉动和转子损耗。
技术方案:为了实现上述目的,本发明通过如下的技术方案来实现:
设定子槽数为2Z,绕组极对数为p,定子包括电枢齿、容错齿、定子槽、绕组和非导磁隔离层;绕组整体由两套三相对称交流绕组构成,每个定子槽内只含有一个线圈的圈边,线圈端部重叠部分在定子圆周上的分布不连续,沿着相邻两个端部绕组重叠区域的交界处可把定子切割成若干模块;相邻两个定子模块之间被非导磁隔离层隔开,每个定子模块内均只能含有3个定子电枢齿,且定子模块的两端被容错齿所包围。
所述定子槽数2Z为4的倍数,每一套三相对称交流绕组的排列与Z槽p对极的传统单层集中绕组相同。
绕组中所有线圈的跨距为两个定子电枢齿,两套三相绕组在机械上错开半个线圈跨距,绕组中所通的两组三相对称电流错开的电角度为半个线圈跨距所对应的电角度。
定子模块的数量为Z/2个,每个定子模块内均只能含有两个相互重叠半个跨距的线圈,且分别属于两个三相系统中的对应相同相。
本发明中所包含的端部重叠分数槽绕组为两套独立的单层分数槽集中绕组相互错开半个线圈跨距后整合而成,考虑两组三相电流之间的相位差和各齿谐波的旋转方向后即可计算得到两套独立绕组中各次齿谐波错开的角度。当两套绕组的某一次齿谐波错开角度为180°或180°的奇数倍时,该次齿谐波即可被消除,否则不能被消除。经过分析可知,本发明中所指的定子槽数和绕组极对数分别为2Z和p的模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构能够消除Z槽p对极传统单层集中绕组中一半的齿谐波成分,大大提高了电枢磁场正弦度。
有益效果:与现有技术相比,本发明的优点是:
1.定子可模块化,有利于降低大型电机的生产、运输和维护成本,同时具备传统分数槽集中绕组转矩脉动小、反电势波形正弦度高、转矩密度大、齿槽转矩小的优势;
2.电枢磁场非工作谐波含量大大低于传统分数槽集中绕组,故电机的转子损耗小;
3.端部绕组长度比分数槽集中绕组略有增加,但仍远小于分布式绕组,电机铜耗较低;
4.端部重叠分数槽绕组为双三相,且相间互感小,故容错能力较强。
附图说明
图1为一台采用模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构的24槽7对极永磁同步电机定子及其端部绕组示意图;
图2为图1中的端部重叠分数槽绕组具体排列示意图;
图3为图2所示的绕组中通入的双三相电流的相量图;
图4为两台分别采用模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构和传统双层分数槽集中绕组的永磁同步电机电枢磁场频谱对比图。其中,采用模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构的永磁同步电机的定子及绕组结构与图1和图2相同;采用传统双层分数槽集中绕组的永磁同步电机为12槽7对极,其定子内径、定子外径和转子与前者相同。
具体实施方式
下面通过一个具体的实施例和相关附图,更具体地阐述本发明的工作机理和优势。
如图1所示为一台采用模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构的24槽7对极永磁同步电机定子及其端部绕组示意图。定子1包括电枢齿1.1、容错齿1.2、定子槽1.3和非导磁隔离层3。定子1上绕有端部重叠分数槽绕组2,其整体由两套三相对称交流绕组构成,每个定子槽1.3内只含有一个线圈的圈边,整个绕组2共有12个线圈,线圈端部重叠部分在定子圆周上的分布不连续,沿着相邻两个端部绕组重叠区域的交界处可把定子切割成若干模块。电机共有6个定子模块,模块两端为容错齿1.2,相邻两个定子模块之间被非导磁隔离层3隔开,每个定子模块内均含有3个定子电枢齿1.1和两个相互重叠半个线圈跨距的线圈,且同一模块中包含的两个线圈同属于双三相系统中的对应相同相,例如:图1所示的最上端的定子模块中,B1,1代表第一个三相系统中B相的第一个线圈,B2,1代表第二个三相系统中B相的第一个线圈。
图2为图1中的端部重叠分数槽绕组具体排列示意图。图中ABC表示各相绕组的首端,XYZ表示各相绕组的末端,绕组整体由两套完全一样的三相对称交流绕组构成。非电枢定子齿1被切割后即成为容错齿;端部绕组重叠区域2间隔分布在整个定子上,该区域内的定子齿为电枢齿。
图3为图2所示的端部重叠分数槽绕组中通入的双三相电流的相量图。从图2可以看出,1号绕组比2号绕组在机械上超前半个线圈跨距,在24槽7对极时,半个线圈跨距所对应的电角度为:
因此,为遵循工作谐波绕组系数最大的原则,1号绕组通入的三相电流滞后于2号绕组105°。
如图4所示为两台分别采用模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构和传统双层分数槽集中绕组的永磁同步电机电枢磁场频谱对比图。在本实施例中,采用模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构的永磁同步电机为24槽7对极,故其双三相绕组中的单独一套绕组所产生的磁动势齿谐波序列为5,7,17,19,29...,其中,7次谐波为工作谐波。设7次谐波旋转方向为正,则5、17、29次谐波的旋转方向为负,19次谐波的旋转方向为正。令两套绕组的v次谐波所错开的电角度为θv,计算一部分齿谐波的θv:
显然,两套绕组的5次、19次、29次等齿谐波反相,故能被消除。从图4可以看出,在采用模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构的电机中,电枢磁场的5次、19次、29次谐波幅值均很低。相比之下,传统双层分数槽集中绕组的非工作齿谐波含量极高,特别是5次谐波甚至高于电机的工作谐波(7次谐波)。由于模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构的电枢磁场非工作谐波含量很低,故电机的转子损耗会大大减少。在本实施例中,采用模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构后,电机的转子损耗比采用传统双层分数槽集中绕组时小80%以上,这对减小电机散热压力和保障永磁体的正常工作有很大的意义。
Claims (4)
1.一种模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构,其特征在于,设定子槽数为2Z,绕组极对数为p,定子(1)包括电枢齿(1.1)、容错齿(1.2)、定子槽(1.3)、绕组(2)和非导磁隔离层(3);绕组(2)整体由两套三相对称交流绕组构成,每个定子槽(1.2)内只含有一个线圈的圈边,线圈端部重叠部分在定子圆周上的分布不连续,沿着相邻两个端部绕组重叠区域的交界处可把定子切割成若干模块;相邻两个定子模块之间被非导磁隔离层(3)隔开,每个定子模块内均只能含有3个定子电枢齿(1.1),且定子模块的两端被容错齿(1.2)所包围。
2.按照权利要求1所述的模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构,其特征在于,所述定子槽数2Z为4的倍数,每一套三相对称交流绕组的排列与Z槽p对极的传统单层集中绕组相同。
3.按照权利要求1所述的模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构,其特征在于,绕组(2)中所有线圈的跨距为两个定子电枢齿(1.1),两套三相绕组在机械上错开半个线圈跨距,绕组中所通的两组三相对称电流错开的电角度为半个线圈跨距所对应的电角度。
4.按照权利要求1所述的模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构,其特征在于,定子模块的数量为Z/2个,每个定子模块内均只能含有两个相互重叠半个跨距的线圈,且分别属于两个三相系统中的对应相同相。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610081476.1A CN105680585B (zh) | 2016-02-05 | 2016-02-05 | 一种模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610081476.1A CN105680585B (zh) | 2016-02-05 | 2016-02-05 | 一种模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105680585A true CN105680585A (zh) | 2016-06-15 |
CN105680585B CN105680585B (zh) | 2018-09-21 |
Family
ID=56303489
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610081476.1A Active CN105680585B (zh) | 2016-02-05 | 2016-02-05 | 一种模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105680585B (zh) |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106253530A (zh) * | 2016-09-04 | 2016-12-21 | 华中科技大学 | 一种跨两齿集中绕组游标永磁电机 |
CN106374705A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-02-01 | 哈尔滨工业大学 | 轴向磁通永磁电机 |
CN108448774A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-08-24 | 江苏大学 | 一种高容错性的永磁辅助同步磁阻电机模块化绕组设计方法 |
CN108448753A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-08-24 | 江苏大学 | 一种容错型模块化永磁辅助同步磁阻电机 |
CN108512334A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-09-07 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 模块化定子及风力发电机组 |
CN109494895A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-03-19 | 浙江大学 | 一种模块化电机定子 |
CN109599967A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-04-09 | 沈阳工业大学 | 一种定子模块组合式电机的线圈分组方法 |
CN109599974A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-04-09 | 浙江大学 | 一种跨距为2的三相单层绕组电机 |
EP3514922A1 (en) * | 2018-01-18 | 2019-07-24 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Fractional slot multi winding set electrical machine |
CN110337772A (zh) * | 2017-02-02 | 2019-10-15 | 西门子歌美飒可再生能源公司 | 分段定子电机 |
CN111193336A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-22 | 大连海事大学 | 一种少槽多极永磁容错轮缘推进电机 |
WO2021061795A1 (en) * | 2019-09-23 | 2021-04-01 | Canoo Inc. | Fractional slot electric motors with coil elements having rectangular cross-sections |
WO2021078542A1 (en) * | 2019-10-23 | 2021-04-29 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Electrical machine having a segmented stator or rotor |
CN113113980A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-07-13 | 刘晓艳 | 电机错槽分相组合定子绕组及绕组谐波错槽系数计算方法 |
CN113839497A (zh) * | 2021-08-26 | 2021-12-24 | 天津工业大学 | 一种低谐波双三相分数槽永磁同步电机设计方法 |
CN113991898A (zh) * | 2021-09-23 | 2022-01-28 | 江苏大学 | 一种高可靠性的模块化双三相永磁电机及其绕组设计方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN2389440Y (zh) * | 1999-09-09 | 2000-07-26 | 机械工业部广州电器科学研究所 | 多极分数槽绕组无刷直流电动机 |
CN101355289A (zh) * | 2008-09-09 | 2009-01-28 | 浙江大学 | 模块化容错型永磁开关磁链直线电机 |
CN101562384A (zh) * | 2009-05-14 | 2009-10-21 | 浙江大学 | 高容错性磁场增强型永磁开关磁链电机 |
CN102315811A (zh) * | 2010-06-29 | 2012-01-11 | 通用电气公司 | 发电机的非正弦电流波形激励的系统和方法 |
CN103095081A (zh) * | 2013-02-17 | 2013-05-08 | 天津大学 | 各相绕组间低热耦合无电磁耦合的双余度永磁同步电动机 |
-
2016
- 2016-02-05 CN CN201610081476.1A patent/CN105680585B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN2389440Y (zh) * | 1999-09-09 | 2000-07-26 | 机械工业部广州电器科学研究所 | 多极分数槽绕组无刷直流电动机 |
CN101355289A (zh) * | 2008-09-09 | 2009-01-28 | 浙江大学 | 模块化容错型永磁开关磁链直线电机 |
CN101562384A (zh) * | 2009-05-14 | 2009-10-21 | 浙江大学 | 高容错性磁场增强型永磁开关磁链电机 |
CN102315811A (zh) * | 2010-06-29 | 2012-01-11 | 通用电气公司 | 发电机的非正弦电流波形激励的系统和方法 |
CN103095081A (zh) * | 2013-02-17 | 2013-05-08 | 天津大学 | 各相绕组间低热耦合无电磁耦合的双余度永磁同步电动机 |
Cited By (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106253530A (zh) * | 2016-09-04 | 2016-12-21 | 华中科技大学 | 一种跨两齿集中绕组游标永磁电机 |
CN106374705A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-02-01 | 哈尔滨工业大学 | 轴向磁通永磁电机 |
CN106374705B (zh) * | 2016-12-05 | 2020-04-24 | 哈尔滨工业大学 | 轴向磁通永磁电机 |
CN110337772A (zh) * | 2017-02-02 | 2019-10-15 | 西门子歌美飒可再生能源公司 | 分段定子电机 |
US11196314B2 (en) | 2017-02-02 | 2021-12-07 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Segmented stator electrical machine |
EP3514922A1 (en) * | 2018-01-18 | 2019-07-24 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Fractional slot multi winding set electrical machine |
EP3514922B1 (en) | 2018-01-18 | 2020-02-26 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Fractional slot multi winding set electrical machine |
CN108512334A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-09-07 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 模块化定子及风力发电机组 |
CN108448753A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-08-24 | 江苏大学 | 一种容错型模块化永磁辅助同步磁阻电机 |
CN108448753B (zh) * | 2018-04-27 | 2019-11-05 | 江苏大学 | 一种容错型模块化永磁辅助同步磁阻电机 |
CN108448774B (zh) * | 2018-04-27 | 2019-12-03 | 江苏大学 | 一种高容错性的永磁辅助同步磁阻电机模块化绕组设计方法 |
CN108448774A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-08-24 | 江苏大学 | 一种高容错性的永磁辅助同步磁阻电机模块化绕组设计方法 |
CN109494895A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-03-19 | 浙江大学 | 一种模块化电机定子 |
CN109599974A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-04-09 | 浙江大学 | 一种跨距为2的三相单层绕组电机 |
CN109599967A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-04-09 | 沈阳工业大学 | 一种定子模块组合式电机的线圈分组方法 |
WO2021061795A1 (en) * | 2019-09-23 | 2021-04-01 | Canoo Inc. | Fractional slot electric motors with coil elements having rectangular cross-sections |
US11063489B2 (en) | 2019-09-23 | 2021-07-13 | Canoo Technologies Inc. | Fractional slot electric motors with coil elements having rectangular cross-sections |
US11646623B2 (en) | 2019-09-23 | 2023-05-09 | Canoo Technologies Inc. | Fractional slot electric motors with coil elements having rectangular cross-sections |
US11967873B2 (en) | 2019-09-23 | 2024-04-23 | Canoo Technologies Inc. | Fractional slot electric motors with coil elements having rectangular cross-sections |
WO2021078542A1 (en) * | 2019-10-23 | 2021-04-29 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Electrical machine having a segmented stator or rotor |
CN111193336A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-22 | 大连海事大学 | 一种少槽多极永磁容错轮缘推进电机 |
CN113113980A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-07-13 | 刘晓艳 | 电机错槽分相组合定子绕组及绕组谐波错槽系数计算方法 |
CN113113980B (zh) * | 2021-04-13 | 2022-09-13 | 刘晓艳 | 电机错槽分相组合定子绕组及绕组谐波错槽系数计算方法 |
CN113839497A (zh) * | 2021-08-26 | 2021-12-24 | 天津工业大学 | 一种低谐波双三相分数槽永磁同步电机设计方法 |
CN113839497B (zh) * | 2021-08-26 | 2023-11-21 | 天津工业大学 | 一种低谐波双三相分数槽永磁同步电机设计方法 |
CN113991898A (zh) * | 2021-09-23 | 2022-01-28 | 江苏大学 | 一种高可靠性的模块化双三相永磁电机及其绕组设计方法 |
CN113991898B (zh) * | 2021-09-23 | 2023-08-18 | 江苏大学 | 一种模块化双三相永磁电机及其绕组设计方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105680585B (zh) | 2018-09-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105680585A (zh) | 一种模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构 | |
Bianchi et al. | Design considerations for fractional-slot winding configurations of synchronous machines | |
CN103795159B (zh) | 定转子双永磁型游标电机 | |
US20170033620A1 (en) | Stator for a rotary electric machine | |
CN204615530U (zh) | 一种同步磁阻电机的ala转子结构 | |
KR101826126B1 (ko) | 3상 전자 모터 | |
CN104617689B (zh) | 风力发电机及其定子铁心以及定子的铁心模块 | |
CN101039057A (zh) | 一种交流无刷双馈电机 | |
CN106849396B (zh) | 一种单层集中绕组直流注入型游标磁阻电机 | |
CN104242495A (zh) | 电机定子及具有该电机定子的电机 | |
CN111146881A (zh) | 一种定转子双电枢绕组多重电磁转矩单气隙磁阻电机结构 | |
CN106787557A (zh) | 一种集中绕组电励磁双凸极电机 | |
CN205430012U (zh) | 一种三相双凸极电机结构 | |
CN103078462B (zh) | 一种电机 | |
EP3273574A1 (en) | Polyphase ac electric motor | |
US11196314B2 (en) | Segmented stator electrical machine | |
US9698659B2 (en) | Flux-switching electrical machine | |
CN103683686A (zh) | 永磁无刷直流发电机的整流方法及永磁无刷直流发电机 | |
CN207910572U (zh) | 具有2p极定子的旋转磁场电机 | |
CN103904796B (zh) | 盘式电机 | |
CN203119724U (zh) | 两相整流叠加双励磁绕组的四相电励磁双凸极发电机 | |
CN106357078B (zh) | 并列转子结构混合励磁电机无刷电励磁转子磁极 | |
CN211405627U (zh) | 一种定转子双电枢绕组多重电磁转矩单气隙磁阻电机结构 | |
CN104917351B (zh) | 一种无刷双馈发电机 | |
CN103915964A (zh) | 两相整流叠加双励磁绕组的四相电励磁双凸极发电机 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |