CN112104124A

CN112104124A - 定子及电机

Info

Publication number: CN112104124A
Application number: CN202010910918.5A
Authority: CN
Inventors: 陈益辉; 龚文胜; 蒋大千; 黄文祥; 王殿嵩
Original assignee: United Automotive Electronic Systems Co Ltd
Current assignee: United Automotive Electronic Systems Co Ltd
Priority date: 2020-09-02
Filing date: 2020-09-02
Publication date: 2020-12-18

Abstract

本发明提供一种定子及电机，所述定子包括铁芯和多个三相绕组。所述铁芯呈环形状，且所述铁芯周向上均匀设置有多个凹槽。每相绕组包括至少两个线圈，每一线圈环绕多个凹槽设置。因每相绕组的电动势是由各线圈的电动势矢量相加而得，则各线圈的之间的电角度会直接影响电动势的数值，且各线圈之间相差的电角度受谐波次数、极对数及线圈之间相差的机械角度影响。故本发明中同一相所述绕组中的各线圈按依次相差至少一个凹槽的顺序设置，以使各线圈之间相差至少一个所述凹槽对应的机械角度。因此，本发明能够通过改变各线圈之间相差的机械角度，以调整每相电动势的数值，使得5、7次谐波得到非常明显的削弱，从而提升电机的控制品质、获得较低的噪声。

Description

定子及电机

技术领域

本发明涉及电机制造技术领域，特别涉及一种定子及电机。

背景技术

在汽车，家电以及工业领域中，器件中大多使用的是三相电机。当然，三相电机的控制策略也较为成熟，但对于低压系统来说，如48V系统，则更偏向于多相电机，如六相电机。然而，目前多相电机的控制技术还不太成熟，故其对电机参数的要求较高，尤其是电机本身的谐波，需要尽可能的削弱谐波，以保证电压电流的稳定。

谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波，而基波是指其转动频率乘以极对数。在理想的电机中，电流和电压的波形都是正弦波。然而，高次谐波的干扰会严重影响电机的电流和电压的波形，进而使得电机噪声增大。因此，为保证电机中电流和电压的品质，亟需削弱电机中的谐波。

经研究发现，电机绕组的方式能够影响谐波，但现有的排布方式对电机谐波削弱效果有限。因此，需要一种新的定子绕组的排布方法，能够大幅度的削弱了开路电压和短路电流谐波，尤其是5、7次谐波，以提升控制品质，提高电机的抗噪声性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定子及电机，以缓解电机中的开路电压和短路电流谐波对基波的影响。

为解决上述技术问题，本发明提供一种定子，所述定子包括铁芯和多个三相绕组；

所述铁芯呈环形状，且所述铁芯周向上均匀设置有多个凹槽；

每相所述绕组包括至少两个线圈，每一所述线圈环绕多个所述凹槽设置；且同一相所述绕组中的各所述线圈按依次相差至少一个所述凹槽的顺序设置，以使同一相所述绕组中的各所述线圈之间相差至少一个所述凹槽对应的机械角度。

可选的，在所述的定子中，每一所述凹槽内穿进和\或穿出至少两个所述线圈，设置在同一所述凹槽内的所有所述线圈沿所述铁芯的径向呈线性排布。

可选的，在所述的定子中，在所有所述凹槽中，设置在同一排布位置的所述线圈为同一层所述线圈；其中，每层所述线圈的设置方式相同，且相邻两层所述线圈之间相差至少一个所述凹槽对应的机械角度。

可选的，在所述的定子中，每一所述线圈所跨的凹槽数量相同。

可选的，在所述的定子中，同一相所述绕组中的各所述线圈环绕所述凹槽的设置方向相同。

可选的，在所述的定子中，所述三相绕组包括第一相绕组、第二相绕组以及第三相绕组；且所述三相绕组中的各所述线圈按所述第一相绕组、所述第二相绕组以及所述第三相绕组的顺序依次环绕所述凹槽设置。

可选的，在所述的定子中，所述第一相绕组和所述第三相绕组均沿第一方向环绕所述凹槽设置，所述第二相绕组沿第二方向环绕所述凹槽设置。

可选的，在所述的定子中，所述第一方向为顺时针方向，所述第二方向为逆时针；或者，所述第一方向为逆时针方向，所述第二方向为顺时针。

基于同一发明构思，本发明还提供一种电机，所述电机包括所述定子。

可选的，在所述的电机中，所述电机的节距小于或等于所述电机的极距。

综上所述，本发明提供一种定子及电机，所述定子包括铁芯和多个三相绕组。所述铁芯呈环形状，且所述铁芯周向上均匀设置有多个凹槽。每相所述绕组包括至少两个线圈，每一所述线圈环绕多个所述凹槽设置。因每相绕组的电动势是由各所述线圈的电动势矢量相加而得，则各所述线圈的之间的电角度会直接影响所述电动势的数值，且各所述线圈之间相差的电角度受谐波次数、极对数以及线圈之间相差的机械角度影响。所以本发明中同一相所述绕组中的各所述线圈按依次相差至少一个所述凹槽的顺序设置，以使同一相所述绕组中的各所述线圈之间相差至少一个所述凹槽对应的机械角度。因此，本发明能够通过改变各所述线圈之间相差的机械角度，以调整每相电动势的数值，进而使得5、7次谐波得到非常明显的削弱，从而提升电机的控制品质、获得较低的噪声。

附图说明

图1是本发明实施例中的定子结构示意图；

图2是本发明实施例中的一种定子绕组的排布方式示意图；

图3是本发明实施例中的一种定子绕组的排布方式示意图；

图4是本发明实施例中的一种定子绕组的排布方式示意图；

图5是本发明实施例中的一种定子绕组的排布方式对应的开路电压波形；

图6是本发明实施例中的一种定子绕组的排布方式对应的短路电流波形；

图7是本发明实施例中的一种定子绕组的排布方式对应的开路电压波形；

图8是本发明实施例中的一种定子绕组的排布方式对应的短路电流波形；

其中，附图标记为：

100-铁芯；101-凹槽。

具体实施方式

如前所述，高次谐波的干扰会严重影响电机的电流和电压的波形，使得电压电流不稳定，进而使得电机噪声增大。经研究发现，电机绕组的方式能够影响谐波，但现有的排布方式对电机谐波削弱效果有限。

因此，需要一种新的定子绕组的排布方法，能够大幅度的削弱了开路电压和短路电流谐波，尤其是5、7次谐波，以提升控制品质，提高电机的抗噪声性能

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种定子及电机作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

为解决上述技术问题，本实施例提供一种定子，请参阅图1-3，所述定子包括铁芯100和多个三相绕组。所述铁芯100呈环形状，通常由硅钢片制成。铁芯100的作用是作为电机磁路的一部分及放置绕组。本实施例提供的所述铁芯100周向上均匀设置有多个凹槽101。

其中，每相绕组包括至少两个所述线圈。根据设计需要，可以为四个、五个或者六个线圈等。每一所述线圈环绕多个所述凹槽101设置，且每个所述线圈所跨的所述凹槽101数量相同。进一步的，每一所述凹槽101内穿进和\或穿出至少两个所述线圈，设置在同一所述凹槽101内的所有所述线圈沿所述铁芯100的径向呈线性排布。即设置在同一层的所述线圈沿所述铁芯100呈一环形。例如，设置于每一所述凹槽101内的所述线圈的数量为3，即可分为第一层所述线圈、第二层所述线圈和第三层所述线圈，其中所述第一层所述线圈、所述第二层所述线圈和所述第三层所述线圈可构成三个同心圆环。进一步的，所述线圈并不表示仅为一根导线，通常是由很多根导线组合而成的导线组。

因电机中的每相绕组的电动势是由各线圈的电动势矢量相加而得，则各线圈的之间的电角度会直接影响电动势的数值，且各线圈之间相差的电角度受谐波次数、极对数以及线圈之间相差的机械角度影响。其中，一个所述凹槽101对应的所述机械角度θ如下公式所示：

其中，Z为所述定子的总槽数。

所以，为了调整每相所述绕组的电动势，以及削弱5、7次谐波，在本实施例提供的所述定子中同一相所述绕组中的各所述线圈按依次相差至少一个所述凹槽101的顺序设置，以使同一相所述绕组中的各所述线圈之间相差至少一个凹槽101对应的所述机械角度θ。可选的，同一相所述绕组中的各所述线圈按依次相差两个、三个或四个所述凹槽101的顺序设置，则同一相所述绕组中的各所述线圈之间相应的相差两个、三个或四个所述凹槽101对应的机械角度，即相差的机械角度分别为：2θ、3θ或4θ。其中，同一相所述绕组中各所述线圈之间的电角度为：

α＝n×p×m×θ；α为电角度，n为谐波次数，p为极对数，m为同一相所述绕组中各所述线圈相差的所述凹槽101数量。

因此，本实施例通过改变各所述线圈之间相差的机械角度，进而改变各所述线圈之间的电角度，以调整每相电动势的数值，进而使得5、7次谐波得到非常明显的削弱，从而提升电机的控制品质、获得较低的噪声。

进一步的，在所有所述凹槽101中，设置在同一排布位置的所述线圈为同一层所述线圈。其中，每层所述线圈的设置方式相同。为获得较佳的削弱效果，相邻两层所述线圈之间相差至少一个所述凹槽101对应的机械角度，可选的相差两个、三个或者四个等。

进一步的，所述三相绕组包括：第一相绕组X(U)、第二相绕组Y(V)以及第三相绕组Z(W)。所述三相绕组中的各所述线圈按所述第一相绕组X(U)、所述第二相绕组Y(V)以及所述第三相绕组Z(W)的顺序依次环绕所述凹槽101设置。其中，所述第一相绕组X(U)和所述第三相绕组Z(W)均沿第一方向环绕所述凹槽101设置，所述第二相绕组Y(V)沿第二方向环绕所述凹槽101设置。且当所述第一方向为顺时针方向，所述第二方向为逆时针。当所述第一方向为逆时针方向，所述第二方向为顺时针。同一相所述绕组中的各所述线圈环绕所述凹槽101的设置方向相同。

下面以图2和3所示的定子为例作具体阐述(图示中x表示线圈穿进、o表示线圈穿出)，图2和3为一个磁极对下的六相绕组排布方式。图2和3所示的定子中每相所述绕组的线圈数量为2。所述六相绕组可分为两个所述三相绕组，包括：U、V、W、X、Y和Z相，其中U、V、W为一个所述三相绕组；X、Y、Z为一个所述三相绕组。

如图2和3所示，U相的两个所述线圈均设置在第一层，一个所述线圈环绕槽12和槽6设置，另一个所述线圈环绕槽1和槽7设置。V相的两个所述线圈均设置在第一层，一个所述线圈环绕槽2和槽8设置，另一个所述线圈环绕槽3和槽9设置。W相的两个所述线圈均设置在第一层，一个所述线圈环绕槽4和槽10设置，另一个所述线圈环绕槽5和槽11设置。X相的两个所述线圈均设置在第二层，一个所述线圈环绕槽1和槽7设置，另一个所述线圈环绕槽2和槽8设置。Y相的两个所述线圈均设置在第二层，一个所述线圈环绕槽3和槽9设置，另一个所述线圈环绕槽4和槽10设置。Z相的两个所述线圈均设置在第二层，一个所述线圈环绕槽5和槽11设置，另一个所述线圈环绕槽6和槽12设置。进一步的，第一层中的U、V、W相与第二层中的X、Y、Z相中各所述线圈的设置方式相同，但整体相差一个所述凹槽101对应的机械角度θ。即，第一层的U相和第二层X相中的两个所述线圈的布置方式相同，但相差一个凹槽101设置。U相中的第一线圈环绕槽12-槽6、第二线圈环绕槽11-槽7；X相的第一线圈环绕槽1-槽7、第二线圈环绕槽2-槽8。其他相可参照所述第一层的U相和第二层X相设置。

由上述可知，在同一层中，每相所述绕组中的两个所述线圈相差一个凹槽101，即相差一个所述凹槽101对应的机械角度θ，则两个所述线圈之间的电角度为npθ，(n为谐波次数，p为极对数)。因两个所述线圈之间的电角度为npθ，故在矢量叠加获得每相所述绕组的电动势时，每相所述绕组的电动势会受电角度npθ的影响。因此，改变各线圈之间相差的机械角度，会直接影响每相所述绕组的电动势，进而影响对谐波的削弱效果。

因此，为验证本实例提供的所述定子对谐波的削弱效果，申请人经大量实验，以获得如下表1所示的绕组系数K数据。绕组系数K为影响感应电势的因数，绕组系数K越低，谐波的削弱效果越好。由表1可知本实例提供的所述定子的排布方式能够实现对谐波的削弱，尤其是对5次和7次谐波的削弱。

表1图3排布方式下电机的基波和各次谐波的绕组系数

	基波	5次谐波	7次谐波	11次谐波	13次谐波	17次谐波
							绕组系数k	0.97	0.26	0.26	0.97	0.97	0.26

为更加突出本实施例提供的所述定子对削弱谐波的效果，申请人进一步分别获取了现有定子的排布方式下以及本实例的所述定子的排布方式下的开路电压波形图和短路电压波形图。如图4所示的定子排布方式，每相所述绕组中的两个所述线圈设置在同一所述凹槽101中，则两个所述线圈之间不存在机械角度的相差，自然两个所述线圈之间也不存在电角度的相差。由此，按照图4所示的排布方式，获得图5开路电压波形图和图6短路电压波形图。从图5和6可以明显看出谐波对反电动势的影响很大。相比本实施例提供的所述定子的绕组排布方式下获得的图7开路电压波形图和图8短路电压波形图，图7和8中的波形更接近正余弦波、余弦波，波形干扰更小，抗噪性好。

基于同一发明构思，本实施例还提供一种电机，所述电机包括所述定子。目前常用的电机为三相电机或六相电机，其中三相电机包括三相绕组，六相电机包括六相绕组，但所述六相绕组可视为两个所述三相绕组的组合。因此，本实施例提供的所述定子包括多个所述三相绕组，故所述定子可适用于三相电机或六相电机。此外，因短距分布的方式对谐波有削弱的作用，故所述电机节距小于或等于所述电机的极距。

综上所述，本发明提供一种定子及电机，所述定子包括铁芯100和多个三相绕组。所述铁芯100呈环形状，且所述铁芯100周向上均匀设置有多个凹槽101。每相所述绕组包括至少两个所述线圈，每一所述线圈环绕多个所述凹槽101设置。因每相绕组的电动势是由各所述线圈的电动势矢量相加而得，则各所述线圈的之间的电角度会直接影响所述电动势的数值，且各所述线圈之间相差的电角度受谐波次数、极对数以及线圈之间相差的机械角度影响。所以本发明中同一相所述绕组中的各所述线圈按依次相差至少一个所述凹槽101的顺序设置，以使同一相所述绕组中的各所述线圈之间相差至少一个所述凹槽对应的机械角度。因此，本发明能够通过改变各所述线圈之间相差的机械角度，以调整每相电动势的数值，进而使得5、7次谐波得到非常明显的削弱，从而提升电机的控制品质、获得较低的噪声。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种定子，其特征在于，所述定子包括铁芯和多个三相绕组；

2.如权利要求1所述的定子，其特征在于，每一所述凹槽内穿进和\或穿出至少两个所述线圈，设置在同一所述凹槽内的所有所述线圈沿所述铁芯的径向呈线性排布。

3.如权利要求2所述的定子，其特征在于，在所有所述凹槽中，设置在同一排布位置的所述线圈为同一层所述线圈；其中，每层所述线圈的设置方式相同，且相邻两层所述线圈之间相差至少一个所述凹槽对应的机械角度。

4.如权利要求1所述的定子，其特征在于，每一所述线圈所跨的凹槽数量相同。

5.如权利要求1所述的定子，其特征在于，同一相所述绕组中的各所述线圈环绕所述凹槽的设置方向相同。

6.如权利要求1所述的定子，其特征在于，所述三相绕组包括第一相绕组、第二相绕组以及第三相绕组；且所述三相绕组中的各所述线圈按所述第一相绕组、所述第二相绕组以及所述第三相绕组的顺序依次环绕所述凹槽设置。

7.如权利要求6所述的定子，其特征在于，所述第一相绕组和所述第三相绕组均沿第一方向环绕所述凹槽设置，所述第二相绕组沿第二方向环绕所述凹槽设置。

8.如权利要求7所述的定子，其特征在于，所述第一方向为顺时针方向，所述第二方向为逆时针；或者，所述第一方向为逆时针方向，所述第二方向为顺时针。

9.一种电机，其特征在于，所述电机包括如权利要求1-8中任意一项所述的定子。

10.如权利要求9所述的电机，其特征在于，所述电机的节距小于或等于所述电机的极距。