CN109617284A - 一种交流电机的多重-双层绕组结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交流电机的多重‑双层绕组结构，该方法以线圈为单位，采用n重‑双层绕组结构将线圈与线圈之间连接，所述的n重‑双层绕组结构以双层结构绕组为一个单元，包括多个层叠的双层结构绕组，各双层结构绕组采用叠绕组或波绕组，各双层结构绕组之间采用串联或并联方式连接。与现有技术相比，本发明具有提升电机性能，优化设计的灵活性、适用性广等优点。

Description

一种交流电机的多重-双层绕组结构

技术领域

本发明涉及交流电机技术领域，尤其是涉及一种交流电机的多重-双层绕组结构。

背景技术

交流电机(包括异步电机和同步电机)的定子铁芯越来越多的采用闭口槽结构(绕线式异步电机的转子铁心也采用闭口槽)，目的是减小气隙磁通密度的脉动，进而减少铁芯表面损耗，减小电磁转矩脉动，降低电机的振动和电磁噪音，降低电机温升，提高电机效率。然而，闭口槽使定子线圈只能采用单匝插入式结构。目前功率稍大一点的三相交流电机基本上都采用双层绕组。当铁芯采用闭口槽结构时，槽口的宽度小于单根导体的宽度，只能采用插入式线圈。如图1所示，为便于线圈端部的焊接，线圈只能采用单匝结构。因而每相绕组的串联匝数Z只能靠槽数Q、极数p和并联支路数a来调节，Z＝Q/ma，m为相数，若采用叠绕组则并联支路数需满足p/a＝整数的约束；若采用波绕组则并联支路数a只有1、2两种选择。插入式线圈常采用波绕组，以优化端部联接。可见Z的选择非常有限。以36槽4极三相交流绕组为例，若采用叠绕组，并联支路数a有1、2、4三种选择，故每相绕组的串联匝数Z只有12、6、3三种选择，如图2所示，图2为Z＝12的叠绕组展开示意图。图中N1、S1代表磁场第一对磁极，N2、S2代表磁场第二对磁极(后同)。若采用波绕组，并联支路数a只有1、2两种选择，故每相绕组的串联匝数Z只有12、6两种选择，如图3所示，图3为Z＝12的波绕组展开示意图。由于线圈的匝数不能调节，给电磁设计带来不利约束，往往使电机性能难以达到优化目标。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种匝数可相对灵活调节、且可缩短交流绕组端部长度的交流电机的多重-双层绕组结构。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种交流电机的多重-双层绕组结构，该结构以线圈为单位，各线圈之间采用n重-双层绕组结构连接，所述的n重-双层绕组结构以双层结构绕组为一个单元，包括多个层叠的双层结构绕组。

优选地，n为大于1的整数。

优选地，各双层结构绕组由短距或整距线圈均以叠绕组方式连接或均以波绕组方式连接的分布绕组构成。

优选地，各双层结构绕组之间采用串联或并联方式连接，或串并混联方式连接。

优选地，所述的n重-双层绕组的每相绕组串联匝数Z的表达式为：

Z＝(Q/ma)x(n/a1)

式中，a1为n个双层绕组之间的并联支路数，Q为槽数，m为相数，a为叠绕组或波绕组的并联支路数，n/a1＝整数。

优选地，当各双层叠绕组或波绕组之间采用串联方式连接，且需要扩展绕组的相带宽度以改善绕组的磁场谐波和电势谐波时，各双层绕组之间向前或向后交错槽位设置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明通过采用n重-双层绕组结构，可保持闭口槽插入式单匝线圈的优势而突破其匝数不能调节造成的不利约束，提升电机性能优化设计的灵活性；

(2)本发明还可使绕组的端部长度有较大幅度缩短，有利于减小绕组的电阻，降低损耗和发热，提升电机的功率密度，且特别适用于电动汽车、电力机车和航空、潜海等要求高功率密度的电机；

(3)本发明每个双层结构由短距或整距线圈均以叠绕组方式连接或均以波绕组方式连接的分布绕组构成，当各双层叠绕组(或波绕组)之间采用串联方式连接时，各双层绕组之间可以向前或向后错开若干槽位，以达到等效增加分布绕组的相带宽度，削弱绕组的磁场谐波和电势谐波的效果。

附图说明

图1为常规双层插入式线圈的槽截面示意图；

图2为以A相为例，Z＝12、Q＝36、p＝4、a＝1时，常规双层插入式线圈的叠绕组展开示意图；

图3为以A相为例，Z＝12、Q＝36、p＝4、a＝1时，常规双层插入式线圈的波绕组展开示意图。

图4为采用本发明多重-双层绕组结构的n＝2的两重-双层插入式线圈的槽截面示意图；

图5为采用本发明多重-双层绕组结构的n＝3的三重-双层插入式线圈的槽截面示意图；

图6为采用本发明多重-双层绕组结构的图2以线圈为单位的A相简约连接示意图；

图7为采用本发明多重-双层绕组结构的图3以线圈为单位的A相简约连接示意图；

图8为采用本发明多重-双层绕组结构的两重-双层插入式线圈叠绕组A相连接图示例，Q＝36，p＝4，m＝3，a＝1，Z＝24，n＝2，a1＝1；

图9为采用本发明的两重-双层插入式线圈波绕组A相连接图示例，Q＝36，p＝4，m＝3，a＝1，Z＝24，n＝2，a1＝1；

图10为采用本发明多重-双层绕组结构的两重-双层插入式线圈叠绕组两双层之间相互错开一个槽位A相连接图示例，Q＝36，p＝4，m＝3，a＝1，Z＝24，n＝2，a1＝1；

图中标号所示：

N1、S1分别为磁场第一对磁极，N2、S2分别为磁场第二对磁极。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的某一实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明涉及一种交流电机的多重-双层绕组结构，该方法的主要内容为：

采用n重-双层绕组结构(n＝2、3、4、……)来增加每相绕组串联匝数Z的可选方案灵活性。n重-双层绕组的每个双层结构可按公知技术由短距或整距线圈均以叠绕组方式连接或均以波绕组方式连接的分布绕组构成。n重-双层绕组的每个双层绕组之间可以采用串联或并联连接，也可以采用串并混联方式连接。n重-双层绕组的每相绕组串联匝数为：

Z＝(Q/ma)x(n/a1)

其中，a1为n个双层绕组之间的并联支路数，且应满足n/a1＝整数的约束，一般n越大，Z的可选数越多。Q为槽数，m为相数，a为叠绕组或波绕组的并联支路数。

图4为n＝2的两重-双层插入式线圈的槽截面示意。图5为n＝3的三重-双层插入式线圈的槽截面示意。

以36槽4极三相交流绕组为例：

图7和图9中，N11、N12、N13分别表示第一个N极下第1、2、3个线圈，S11、S12、S13分别表示第一个S极下第1、2、3个线圈，N21、N21、N23分别表示第二个N极下第1、2、3个线圈，S21、S22、S23分别表示第二个S极下第1、2、3个线圈。

设n＝2，表示两重-双层结构，a1有1和2两种选择。

若采用叠绕组，其每相绕组串联匝数Z可有24、12、6、3四种选择。图8为n＝2，Z＝24的叠绕组连接示例。

若采用波绕组，其每相绕组串联匝数Z可有24、12、6、三种选择。图9为n＝2，Z＝24的波绕组连接示例。

以36槽4极三相交流绕组为例，表1显示当n增加时，n重-双层绕组每相绕组串联匝数Z的可能选择。n＝1即为常规双层绕组。

表1 Z的可能选择

当各双层叠绕组(或波绕组)之间采用串联方式连接时，各双层绕组之间可以向前或向后错开若干槽位，以达到等效增加分布绕组的相带宽度，削弱绕组的磁场谐波和电势谐波的效果。图10为n＝2两重-双层叠绕组相互错开一槽的示意图，Q＝36、p＝4、m＝3、a＝2、a1＝1。

相对于具有同样槽深的常规双层绕组，n重-双层绕组中每个双层绕组的厚度都减少为1/n，因而绕组端部长度明显缩短，绕组的电阻减小。n越大，缩短越多，对提升电机功率密度越有利。当然受工艺复杂性的约束，n也不宜过大。

本发明亦适用于相数大于三的多相交流电机。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种交流电机的多重-双层绕组结构，其特征在于，该结构以线圈为单位，各线圈之间采用n重-双层绕组结构连接，所述的n重-双层绕组结构以双层结构绕组为一个单元，包括多个层叠的双层结构绕组。

2.根据权利要求1所述的一种交流电机的多重-双层绕组结构，其特征在于，n为大于1的整数。

3.根据权利要求1所述的一种交流电机的多重-双层绕组结构，其特征在于，各双层结构绕组由短距或整距线圈均以叠绕组方式连接或均以波绕组方式连接的分布绕组构成。

4.根据权利要求3所述的一种交流电机的多重-双层绕组结构，其特征在于，各双层结构绕组之间采用串联或并联方式连接，或串并混联方式连接。

5.根据权利要求1所述的一种交流电机的多重-双层绕组结构，其特征在于，所述的n重-双层绕组的每相绕组串联匝数Z的表达式为：

Z＝(Q/ma)x(n/a1)

式中，a1为n个双层绕组之间的并联支路数，Q为槽数，m为相数，a为叠绕组或波绕组的并联支路数，n/a1为整数。

6.根据权利要求4所述的一种交流电机的多重-双层绕组结构，其特征在于，当各双层叠绕组或波绕组之间采用串联方式连接，且需要扩展绕组的相带宽度时，各双层绕组之间向前或向后交错槽位设置。