CN110829664A - 一种新型双层分数槽集中绕组及其拓扑分布获取方法 - Google Patents

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杨凯
胡林伟
徐百川
李天乐
余文毅
徐蕴镠
孙宋君
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Abstract

本发明公开了一种新型双层分数槽集中绕组及其拓扑分布获取方法，其包括如下步骤：将三相对称双层绕组的任一相位的其中一层绕组的正相带槽位向槽位相位图的正方向增加后一个槽位，将三相对称双层绕组的任一相位的其中一层绕组的负相带槽位沿槽位相位图的正方向删除第一个槽位，分别作为新型双层分数槽集中绕组的所述任一相位的其中一层绕组的正相带槽位和负相带槽位；将三相对称双层绕组的任一相位的另一层绕组的正相带槽位沿槽位相位图的正方向删除最后一个槽位，将三相对称双层绕组的任一相位的另一层绕组的负相带槽位沿槽位相位图的正方向增加后一个槽位，分别作为新型双层分数槽集中绕组的任一相位的另一层绕组的正相带槽位和负相带槽位，从而使得集中绕组能通过抑制奇数对极磁动势谐波绕组系数，达到抑制相应磁动势谐波幅值的目的。

Description

一种新型双层分数槽集中绕组及其拓扑分布获取方法
技术领域
本发明属于永磁电机领域，具体涉及一种新型双层分数槽集中绕组及其拓扑分布获取方法。
背景技术
永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，永磁体作为转子产生旋转磁场，三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应，感应三相对称电流。此时转子动能转化为电能，永磁同步电机作发电机用；此外，当定子侧通入三相对称电流，由于三相定子绕组轴线在空间位置上相差120°，所以三相定子电流在空间中产生旋转磁场，其与转子永磁体产生的磁场相互作用而产生与定子磁场方向相同的电磁转矩从而使得电机转动，此时电能转化为动能，永磁同步电机作电动机用。采用FSCW的永磁同步电机由于其高转矩密度，低绕组端部伸出长度及低绕组铜耗，特有的绕线技术以及拼装式定子等优点而在高性能永磁同步电机领域备受关注。
采用FSCW的永磁同步电机主要是依据60°相带产生三相对称绕组，其可以应用槽矢量星形图的方法，也可使用槽号相位图的方法。现有的FSCW往往采用软件自动设计，输入满足构成FSCW的极槽配合以及将绕组节距设置为1便可得到常用的FSCW绕组图。然而，现有的10极12槽三相对称双层绕组因为含有幅值较大的1对极谐波，该1对极反转磁动势谐波的绕组系数为0.067，且该谐波旋转方向与转子转动方向相反，从而使得带来的转子谐波损耗也较大。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种新型双层分数槽集中绕组及其拓扑分布获取方法，其通过在原有三相对称双层绕组的基础上对槽号进行重新排列组合，新结构的双层综合的正负相带大小相等，绕组总体正向串联与反向串联的导体数相等，，从而使得集中绕组能通过抑制奇数对极磁动势谐波绕组系数，达到抑制相应磁动势谐波幅值的目的。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种新型双层分数槽集中绕组的拓扑分布获取方法，其包括如下步骤：
将三相对称双层绕组的任一相位的其中一层绕组的正相带槽位向槽位相位图的正方向增加后一个槽位，作为新型双层分数槽集中绕组的任一相位的其中一层绕组的正相带槽位；将三相对称双层绕组的任一相位的其中一层绕组的负相带槽位沿槽位相位图的正方向删除第一个槽位，作为集中绕组的所述任一相位的其中一层绕组的负相带槽位；三相对称双层绕组的槽位相位图依据A、-C、B、-A、C、-B相进行正槽位和负槽位分相；
将三相对称双层绕组的任一相位的另一层绕组的正相带槽位沿槽位相位图的正方向删除最后一个槽位，作为集中绕组的任一相位的另一层绕组的正相带槽位；将三相对称双层绕组的任一相位的另一层绕组的负相带槽位沿槽位相位图的正方向增加后一个槽位，作为集中绕组的任一相位的另一层绕组的负相带槽位。
作为本发明的进一步改进，任一相位的正相带和负相带的槽位内导体进行串联或并联得到任一相位的绕组。
作为本发明的进一步改进，集中绕组的单元电机数为偶数个的极槽配合。
作为本发明的进一步改进，集中绕组为10极12槽时，其槽位自左向右自上向下的内导体相位分布为：A、A、-A、B、-B、C、-C、-C、C、C、-C、A、-A、B、-B、-B、 B、B、-B、C、-C、A、-A和-A。
为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种新型双层分数槽集中绕组，
新型双层分数槽集中绕组的任一相位的其中一层绕组的正相带和负相带的槽位分布为：将三相对称双层绕组的任一相位的其中一层绕组的正相带槽位向槽位相位图的正方向增加后一个槽位，作为集中绕组的任一相位的其中一层绕组的正相带槽位；将三相对称双层绕组的任一相位的其中一层绕组的负相带槽位沿槽位相位图的正方向删除第一个槽位，作为集中绕组的任一相位的其中一层绕组的负相带槽位；三相对称双层绕组的槽位相位图依据A、-C、B、-A、C、-B相进行正槽位和负槽位分相；
集中绕组的任一相位的另一层绕组的正相带和负相带的槽位分布为：三相对称双层绕组的任一相位的另一层绕组的正相带槽位沿槽位相位图的正方向删除最后一个槽位，作为集中绕组的任一相位的另一层绕组的正相带槽位；将三相对称双层绕组的任一相位的另一层绕组的负相带槽位沿槽位相位图的正方向增加后一个槽位，作为集中绕组的任一相位的另一层绕组的负相带槽位。
作为本发明的进一步改进，任一相位的正相带和负相带的槽位内导体进行串联或并联得到任一相位的绕组。
作为本发明的进一步改进，集中绕组的单元电机数为偶数个的极槽配合。
作为本发明的进一步改进，集中绕组为10极12槽时，其槽位自左向右自上向下的内导体相位分布为：A、A、-A、B、-B、C、-C、-C、C、C、-C、A、-A、B、-B、-B、 B、B、-B、C、-C、A、-A和-A。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的一种新型双层分数槽集中绕组及其拓扑分布获取方法，其通过在原有三相对称双层绕组的基础上对槽号进行重新排列组合，新结构的双层综合的正负相带大小相等，绕组正向串联与反向串联的导体数相等，因此能够得到FSCW，同时其克服的原有三相对称双层绕组的因为含有幅值较大的1对极谐波，且该谐波旋转方向与转子转动方向相反，从而使得带来的转子谐波损耗也较大的问题，，从而使得集中绕组能通过抑制奇数对极磁动势谐波绕组系数，达到抑制相应磁动势谐波幅值的目的。
附图说明
图1是本发明实施例的一种新型双层分数槽集中绕组的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
一种新型双层分数槽集中绕组的拓扑分布获取方法，其包括如下步骤：
将三相对称双层绕组的任一相位的其中一层绕组的正相带槽位向槽位相位图的正方向增加后一个槽位，作为该集中绕组的任一相位的其中一层绕组的正相带槽位；将该三相对称双层绕组的该任一相位的该其中一层绕组的负相带槽位沿槽位相位图的正方向删除第一个槽位，作为该集中绕组的任一相位的其中一层绕组的负相带槽位；三相对称双层绕组的槽位相位图依据A、-C、B、-A、C、-B相进行正槽位和负槽位分相；
将该三相对称双层绕组的该任一相位的另一层绕组的正相带槽位沿槽位相位图的正方向删除最后一个槽位，作为该集中绕组的该任一相位的该另一层绕组的正相带槽位；将三相对称双层绕组的该任一相位的该另一层绕组的负相带槽位沿槽位相位图的正方向增加后一个槽位，作为该集中绕组的任一相位的另一层绕组的负相带槽位。
由于上述方法中的新型双层分数槽集中绕组中的双层综合的正负相带大小相等，绕组正向连接与反向连接的导体数相等，因此能够得到分数槽集中绕组。
具体地，利用60°相带获取三相对称双层绕组的槽位相位图，槽位相位图依据60°相带进行正槽号和负槽号槽位分相，60°相带即为按照A、-C、B、-A、C、-B相进行分布。
作为一个优选的实施例，任一相位的正相带和负相带的槽位内导体进行串联或并联得到任一相位的绕组；
作为一个优选的实施例，新型双层分数槽集中绕组的单元电机数为偶数个的极槽配合，如10极12槽、16极18槽等。
图1是本发明实施例的一种新型双层分数槽集中绕组的结构示意图。如图1所示，作为一个优选的实施例，新型双层分数槽集中绕组为10极12槽时，其槽位自左向右自上向下的内导体相位分布为：A、A、-A、B、-B、C、-C、-C、C、C、-C、A、-A、 B、-B、-B、B、B、-B、C、-C、A、-A和-A。
表1为本发明实施例的10极12槽分数槽集中绕组的槽位相位分布示意表。如表1所示，三相对称双层绕组为10极12槽分数槽集中绕组时的示意，表1的上半部分即为三相对称双层绕组的槽位相位图，利用60°相带获取三相对称双层绕组永磁电机每定子齿上嵌绕的绕组方向定义，从而根据每定子齿上嵌绕的绕组方向定义得到的每个定子齿上绕组线圈的电势向量图，将定子12槽上嵌绕的绕组线圈定义1-12号，以A相为示例，对于上层槽号来说，定子齿上1、6号绕组线圈形成A相绕组，且7、12号绕组线圈反向进A相绕组，即数字前面的负号代表绕组反向连接；以B相为示例，对于上层槽位来说，定子齿上9、2号绕组线圈形成B相绕组，且3、8号绕组线圈反向进B相绕组，即数字前面的负号代表绕组反向连接；以C相为示例，对于上层槽号来说，定子齿上5、10号绕组线圈形成C相绕组，且11、4号绕组线圈反向进C相绕组，即数字前面的负号代表绕组反向连接；以A相为示例，对于下层槽号来说，定子齿上1、8号绕组线圈形成A相绕组，且2、7号绕组线圈反向进A相绕组，即数字前面的负号代表绕组反向连接；以B相为示例，对于下层槽号来说，定子齿上4、9号绕组线圈形成B 相绕组，且10、3号绕组线圈反向进B相绕组，即数字前面的负号代表绕组反向连接；以C相为示例，对于下层槽号来说，定子齿上12、5号绕组线圈形成C相绕组，且6、 11号绕组线圈反向进C相绕组，即数字前面的负号代表绕组反向连接；A、B、C三相绕组的电势相位差为120电角度，从而形成对称的三相绕组。
表1本发明实施例的10极12槽分数槽集中绕组的槽号相位分布示意表
Figure BDA0002279674820000051
以上述形成的10极12槽分数槽集中绕组的槽位相位分布为基础，将A相位的上层绕组的正相带槽位向槽位相位图的正方向增加后一个槽位，负相带槽位沿槽号相位图的正方向删除第一个槽位，以获取A相位的上层绕组的正相带和负相带槽位分布，即 A相位的上层绕组的正相带槽号为：1、6、11，负相带槽号为：12；将A相位的下层绕组的正相带槽位向槽位相位图的正方向删除最后一个槽号，负相带槽位沿槽位相位图的正方向增加后一个槽位，以获取A相位的下层绕组的正相带和负相带的槽号分布，即 A相位的下层绕组的正相带槽号为：1，负相带槽号为：2、7、12；其中，槽号相位图的正方向即为依据A、-C、B、-A、C、-B相进行的槽号分布方向。
同理，将B相位的上层绕组的正相带槽位向槽位相位图的正方向增加后一个槽位，负相带槽位沿槽号相位图的正方向删除第一个槽位，以获取B相位的上层绕组的正相带和负相带槽位分布，即B相位的上层绕组的正相带槽号为：9、2、7，负相带槽号为： 8；将B相位的下层绕组的正相带槽位向槽位相位图的正方向删除最后一个槽号，负相带槽位沿槽位相位图的正方向增加后一个槽位，以获取B相位的下层绕组的正相带和负相带的槽号分布，即B相位的下层绕组的正相带槽号为：9，负相带槽号为：10、3、 8。
同理，将C相位的上层绕组的正相带槽位向槽位相位图的正方向增加后一个槽位，负相带槽位沿槽号相位图的正方向删除第一个槽位，以获取C相位的上层绕组的正相带和负相带的槽号分布，即C相位的上层绕组的正相带槽号为：5、10、3，负相带槽号为：4；将C相位的下层绕组的正相带槽位向槽位相位图的正方向删除最后一个槽号，负相带槽位沿槽位相位图的正方向增加后一个槽位，以获取C相位的下层绕组的正相带和负相带的槽号分布，即C相位的下层绕组的正相带槽号为：5，负相带槽号为：6、 11、4。
因此，得到新型双层分数槽集中绕组为10极12槽时，其槽位自左向右自上向下的内导体相位分布为：A、A、-A、B、-B、C、-C、-C、C、C、-C、A、-A、B、-B、-B、 B、B、-B、C、-C、A、-A和-A。
以绕组导体为并联支路为示例，设选择2条支路并联。根据两条支路的合成电动势相位相等，选择支路1：11，-12，1，-2；支路2：6，-7，-12，1。再根据幅值相等，控制两条支路的匝数比，根据相量图，支路1与支路2匝数比应为
Figure BDA0002279674820000061
)。这样便可将两条支路并联起来。同理也可以选择4条并联支路数，这里不再赘述。
表2为本发明实施例的一相绕组各谐波极对数绕组系数，仅给出1到12对极。其各谐波极对数绕组系数按下式计算。对于v对极谐波一相的绕组系数的定义是所有产生相绕组导体产生的该对极谐波的矢量和(空间上)与代数和的比值，这里可以用导体相量叠加法计算相绕组系数。以A相为例，其一共由8个槽内的导体组成，取其代数和为8。为了计算A相8个槽内的导体的矢量和，用到了复数的方法，分别计算每个导体作为复数的实部和虚部，然后求得其矢量和。其中，若以1号槽内的导体为实部，通过该方法即可得到所有导体的实部和虚部的和，结果如下：
Re＝4cos(60v)+cos(150v)-3cos(30v)-4cos3(60v)；
Im＝-sin(60v)+sin(30v)+sin(150v)-sin(180v)；
绕组系数为
Figure BDA0002279674820000062
从而可以求得表2给出了新型FSCW的一相绕组各谐波极对数绕组系数，从表2可以看出，新型FSCW基波以及齿谐波绕组系数为0.901. 除此之外所有谐波极对数绕组系数均很低。且出现2、4对极的旋转波,以基波转向为正方向，各谐波转向如表所示。此种绕组系数除基波外，各谐波极对数绕组系数均很小，特别是1对极的反转谐波，其幅值相对于原有的FSCW幅值大幅缩小。经过研究发现采用此绕组的永磁同步电机能有效降低电机电磁转矩脉动以及转子谐波损耗。
表2本发明实施例的一相绕组各谐波极对数绕组系数
一种新型双层分数槽集中绕组，
该集中绕组的任一相位的其中一层绕组的正相带和负相带的槽位分布为：将三相对称双层绕组的任一相位的其中一层绕组的正相带槽位向槽位相位图的正方向增加后一个槽位，作为该集中绕组的任一相位的其中一层绕组的正相带槽位；将该三相对称双层绕组的该任一相位的该其中一层绕组的负相带槽位沿槽位相位图的正方向删除第一个槽位，作为该集中绕组的任一相位的其中一层绕组的负相带槽位；三相对称双层绕组的槽位相位图依据A、-C、B、-A、C、-B相进行正槽位和负槽位分相；
该集中绕组的该任一相位的另一层绕组的正相带和负相带的槽位分布为：该三相对称双层绕组的该任一相位的该另一层绕组的正相带槽位沿槽位相位图的正方向删除最后一个槽位，作为该集中绕组的该任一相位的该另一层绕组的正相带槽位；将三相对称双层绕组的该任一相位的该另一层绕组的负相带槽位沿槽位相位图的正方向增加后一个槽位，作为该集中绕组的任一相位的另一层绕组的负相带槽位。
由于该新型双层分数槽集中绕组中的双层综合的正负相带大小相等，绕组正向连接与反向连接的导体数相等，因此能够得到分数槽集中绕组。
作为一个优选的实施例，该集中绕组的任一相位的正相带和负相带槽位内导体进行串联或并联得到任一相位的绕组；
作为一个优选的实施例，该集中绕组的单元电机数为偶数个的极槽配合，如10极12槽、16极18槽等。
作为一个优选的实施例，该集中绕组为10极12槽时，其槽位自左向右自上向下的内导体相位分布为：A、A、-A、B、-B、C、-C、-C、C、C、-C、A、-A、B、-B、-B、 B、B、-B、C、-C、A、-A和-A。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新型双层分数槽集中绕组的拓扑分布获取方法，其特征在于，其包括如下步骤：
将三相对称双层绕组的任一相位的其中一层绕组的正相带槽位向槽位相位图的正方向增加后一个槽位，作为新型双层分数槽集中绕组的所述任一相位的所述其中一层绕组的正相带槽位；将所述三相对称双层绕组的所述任一相位的所述其中一层绕组的负相带槽位沿槽位相位图的正方向删除第一个槽位，作为所述集中绕组的所述任一相位的所述其中一层绕组的负相带槽位；所述三相对称双层绕组的槽位相位图依据A、-C、B、-A、C、-B相进行正槽位和负槽位分相；
将所述三相对称双层绕组的所述任一相位的另一层绕组的正相带槽位沿槽位相位图的正方向删除最后一个槽位，作为所述集中绕组的所述任一相位的所述另一层绕组的正相带槽位；将所述三相对称双层绕组的所述任一相位的所述另一层绕组的负相带槽位沿槽位相位图的正方向增加后一个槽位，作为所述集中绕组的所述任一相位的所述另一层绕组的负相带槽位。
2.根据权利要求1所述的一种新型双层分数槽集中绕组的拓扑分布获取方法，其特征在于，所述任一相位的正相带和负相带的槽位内导体进行串联或并联得到所述任一相位的绕组。
3.根据权利要求1或2所述的一种新型双层分数槽集中绕组的拓扑分布获取方法，其特征在于，所述集中绕组的单元电机数为偶数个的极槽配合。
4.根据权利要求1所述的一种新型双层分数槽集中绕组的拓扑分布获取方法，其特征在于，所述集中绕组为10极12槽时，其槽位自左向右自上向下的内导体相位分布为：A、A、-A、B、-B、C、-C、-C、C、C、-C、A、-A、B、-B、-B、B、B、-B、C、-C、A、-A和-A。
5.一种新型双层分数槽集中绕组，其特征在于，
新型双层分数槽集中绕组的任一相位的其中一层绕组的正相带和负相带的槽位分布为：将三相对称双层绕组的所述任一相位的所述其中一层绕组的正相带槽位向槽位相位图的正方向增加后一个槽位，作为所述集中绕组的所述任一相位的所述其中一层绕组的正相带槽位；将所述三相对称双层绕组的所述任一相位的所述其中一层绕组的负相带槽位沿槽位相位图的正方向删除第一个槽位，作为所述集中绕组的所述任一相位的所述其中一层绕组的负相带槽位；所述三相对称双层绕组的槽位相位图依据A、-C、B、-A、C、-B相进行正槽位和负槽位分相；
所述集中绕组的所述任一相位的另一层绕组的正相带和负相带的槽位分布为：所述三相对称双层绕组的所述任一相位的所述另一层绕组的正相带槽位沿槽位相位图的正方向删除最后一个槽位，作为所述集中绕组的所述任一相位的所述另一层绕组的正相带槽位；将所述三相对称双层绕组的所述任一相位的所述另一层绕组的负相带槽位沿槽位相位图的正方向增加后一个槽位，作为所述集中绕组的所述任一相位的所述另一层绕组的负相带槽位。
6.根据权利要求5所述的一种新型双层分数槽集中绕组，其特征在于，所述任一相位的正相带和负相带的槽位内导体进行串联或并联得到所述任一相位的绕组。
7.根据权利要求5或6所述的一种新型双层分数槽集中绕组，其特征在于，所述集中绕组的单元电机数为偶数个的极槽配合。
8.根据权利要求5所述的一种新型双层分数槽集中绕组，其特征在于，所述集中绕组为10极12槽时，其槽位自左向右自上向下的内导体相位分布为：A、A、-A、B、-B、C、-C、-C、C、C、-C、A、-A、B、-B、-B、B、B、-B、C、-C、A、-A和-A。
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