CN112803632B - 电机定子、电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电机定子、电机，其中电机定子包括定子铁芯，定子铁芯上构造有N个定子槽，电机转子的极对数为p，N个定子槽沿着第一方向依次被划分为6p个定子槽组，每个定子槽组包括q个沿着第一方向依次设置的定子槽，q组采用叠绕式绕线方式的正弦绕组的同一侧单边线圈分别一一对应地嵌装于每个定子槽组内的q个定子槽内，q＝N/6p，每个定子槽组内的q个定子槽的槽面积由中心的定子槽朝向两侧的定子槽递减，且q个定子槽中的面积最大的定子槽对应q组正弦绕组中线圈匝数最大的一个线圈，其中，第一方向为定子铁芯的圆周方向，q≥3。根据本发明，同一定子槽组内的各个定子槽的槽面积与叠绕绕组的嵌装线圈匝数相匹配，保证槽满率、提升材料利用率。

Description

电机定子、电机
技术领域
本发明属于电机制造技术领域，具体涉及一种电机定子、电机。
背景技术
随着科技进步和人们生活水平的提高，各种设备对电动机噪声的要求越来越严格。各国标准中噪声限制逐年收紧，除一些生活电器的应用场合如空调、风扇外，人们对工业电动机的噪声也提出了更高要求。
电机噪声的控制可以通过降低谐波、削弱转矩脉动等方式实现，现有技术中采用正弦绕组的方式能够有效降低电机奇数次谐波，提高反电势正弦度，但是现有技术中与正弦绕组匹配的定子槽在槽形尺寸上保持一致，这与采用同心绕线方式或者叠式绕线方式的正弦绕组在不同匝数上的匹配性不高，导致定子槽的槽满率大部分过低，材料利用率偏低。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种电机定子、电机，同一定子槽组内的各个定子槽的槽面积与叠绕绕组的嵌装线圈匝数相匹配，保证槽满率、提升材料利用率。
为了解决上述问题，本发明提供一种电机定子，包括定子铁芯，所述定子铁芯上构造有N个定子槽，与所述电机定子相匹配的电机转子的极对数为p，N个所述定子槽沿着第一方向依次被划分为6p个定子槽组，每个定子槽组包括q个沿着所述第一方向依次设置的定子槽，q组采用叠绕式绕线方式的正弦绕组的同一侧单边线圈分别一一对应地嵌装于每个定子槽组内的q个所述定子槽内，q＝N/6p，每个定子槽组内的q个定子槽的槽面积由中心的定子槽朝向两侧的定子槽递减，且q个定子槽中的面积最大的定子槽对应q组正弦绕组中线圈匝数最大的一个线圈，其中，第一方向为所述定子铁芯的圆周方向，q≥3。
优选地，当q为奇数时，每个定子槽组中的q个定子槽的槽面积沿着所述第一方向依次为S1、S2、···、Si-1、Si、Si+1、···、Sq，其中Si＞Si-1＞···＞S2＞S1且Si-1＝Si+1、Si-2＝Si+2、···、S2＝Sq-1、S1＝Sq，其中，i＝(q+1)/2，对应于q个定子槽一一对应嵌装的q组正弦绕组的线圈匝数分别为W1、W2、···、Wi-1、Wi、Wi+1···、Wq，S1/W1＝S2/W2＝···＝Si/Wi＝Si+1/Wi+1，W1＜W2＜···＜Wi-1＜Wi且Wi-1＝Wi+1、Wi-2＝Wi+2、···、W2＝Wq-1、W1＝Wq。
优选地，当q为偶数时，每个定子槽组中的q个定子槽的槽面积沿着所述第一方向依次为S1、S2、···、Si-1、Si、Si+1、···、Sq，其中Si＞Si-1＞···＞S2＞S1且Si-1＝Si+1、Si-2＝Si+2、···、S2＝Sq-1、S1＝Sq，其中，i＝q/2，对应于q个定子槽一一对应嵌装的q组正弦绕组的线圈匝数分别为W1、W2、···、Wi-1、Wi、Wi+1···、Wq，S1/W1＝S2/W2＝···＝Si/Wi＝Si+1/Wi+1，W1＜W2＜···＜Wi-1＜Wi且Wi-1＝Wi+1、Wi-2＝Wi+2、···、W2＝Wq-1、W1＝Wq。
优选地，在所述第一方向，每个定子槽组内的q个定子槽中任意相邻的两个定子槽的定子槽跨距分别为αi、αi+1，αi≠αi+1。
优选地，0.15w≤∣αi-αi+1∣≤0.25w，w＝360°/N。
优选地，1.1≤Si+1/Si≤1.6。
优选地，在所述定子铁芯的任一径向断面上，N个所述定子槽的槽底处于同一个槽底圆上，所述槽底圆与所述定子铁芯的圆心叠绕。
优选地，在所述定子铁芯的任一径向断面上，6p个所述定子槽组中的任意相邻的两个定子槽组之间皆具有经过所述定子铁芯的圆心的第一对称轴，任意相邻的两个定子槽组关于其对应的第一对称轴对称。
优选地，所述N个定子槽由N个定子齿沿所述定子铁芯的圆周方向间隔形成，N个定子齿的周向齿宽皆相等。
本发明还提供一种电机，包括上述的电机定子。
本发明提供的一种电机定子、电机，一方面所述电机定子的定子槽中嵌装正弦绕组，有效降低电机奇数次谐波，提高反电势正弦度；另一方面，同一定子槽组内的q个定子槽的槽面积与正弦绕组分别匹配对应，而由于正弦绕组匝数分布呈正弦分布，因此定子槽槽面积也将呈现正弦分布，从而保证了槽满率，提高了材料利用率。
附图说明
图1为本发明一种实施例的电机定子的径向断面的结构示意图，q＝3；
图2为与图1中的电机定子对应的定子槽跨距示意图；
图3为本发明另一种实施例的电机定子的径向断面的结构示意图，q＝4；
图4为与图3中的电机定子对应的定子槽跨距示意图；
图5为采用本发明技术方案的叠绕绕组的线圈绕线示意图；
图6为定子槽面积对比对3次谐波含量的影响曲线图；
图7为采用Si+1/Si＝1.4时的电机与常规电机(Si+1/Si＝1)对谐波的降低柱状图；
图8为定子槽面积对比对5次谐波含量的影响曲线图；
图9为采用Si+1/Si＝1.15时的电机与常规电机(Si+1/Si＝1)对谐波的降低柱状图；
图10为本发明中定在槽口偏移角度也即每个定子槽组内的任意相邻的两个定子槽的定子槽跨距对转矩脉动的影响曲线图；
图11为采用本发明技术方案的电机与常规电机的输出转矩波形对比示意图。
附图标记表示为：
1、定子铁芯；11、定子槽；12、定子齿；13、第一定子槽组；14、第二定子槽组。
具体实施方式
结合参见图1至图11所示，根据本发明的实施例，提供一种电机定子，包括定子铁芯1，所述定子铁芯1上构造有N个定子槽11，与所述电机定子相匹配的电机转子的极对数为p，N个所述定子槽11沿着第一方向依次被划分为6p个定子槽组，每个定子槽组包括q个沿着所述第一方向依次设置的定子槽11，q组采用叠绕式绕线方式的正弦绕组(图中未示出)的同一侧单边线圈分别一一对应地嵌装于每个定子槽组内的q个所述定子槽11内，q＝N/6p，每个定子槽组内的q个定子槽11的槽面积由中心的定子槽11朝向两侧的定子槽11递减，且q个定子槽11中的面积最大的定子槽11对应q组正弦绕组中线圈匝数最大的一个线圈，其中，第一方向为所述定子铁芯1的圆周方向，q≥3。该技术方案中，一方面所述电机定子的定子槽中嵌装正弦绕组，有效降低电机奇数次谐波，提高反电势正弦度；另一方面，同一定子槽组内的q个定子槽的槽面积与正弦绕组分别匹配对应，而由于正弦绕组匝数分布呈正弦分布，因此定子槽槽面积也将呈现正弦分布，从而保证了槽满率，提高了材料利用率。前述中心的定子槽11的具体个数上与所述q的奇偶相关，具体例如，当q＝3时，所述中心的定子槽11为处于正中间的一个(例如图1所示)，而当q＝4时，所述中心的定子槽11则为处于正中间的两个(例如图3所示)。
本发明中的正弦绕组采用叠绕式绕线方式形成，具体参见图5所示，具体的，以q＝3为例，图中W1代表针对同一定子槽组的左侧线圈匝数，W2及W3则为叠绕式线圈沿第一方向顺次设置的中间线圈匝数、右侧圈线圈匝数，而可以理解的，W1＞W2且W3＝W2，对应的，左侧线圈总长度L1、中间线圈总长度L2、第三圈线圈总长度L3则有L1＝L2＝L3。
进一步结合图1所示，图1中示出了一个36个定子槽的定子铁芯，其共具有12个定子槽组，每个定子槽组内具有3个的定子槽11，其中中央位置的定子槽11的槽面积大于处于其两侧的两个定子槽11的槽面积且两侧两个定子槽11的槽面积相等，具体的，第一定子槽组13中具有沿所述第一方向的(图示方位的顺时针方向)一侧排列的左定子槽、中定子槽、右定子槽(图示方位)，与所述第一定子槽组13对应的为沿第一方向跨过两个定子槽组(第二定子槽组14、第三定子槽组)的第四定子槽组(图1中右侧斜线示出)，此时的左侧线圈的左侧边嵌装于所述左定子槽中，对应的左侧线圈的右侧边嵌装于所述第四个定子槽组中的左定子槽内，中间线圈的左侧边嵌装于第一定子槽组13中的中定子槽内，对应的中央线圈的右侧边嵌装于所述第四个定子槽组中的中定子槽内，右侧线圈的左侧边嵌装于第一定子槽组13中的右定子槽内，对应的右侧线圈的右侧边嵌装于所述第四个定子槽组中的右定子槽内。
在一些实施方式中，参见图2所示，在所述定子铁芯1的任一径向断面上，6p个所述定子槽组中的任意相邻的两个定子槽组之间皆具有经过所述定子铁芯1的圆心的第一对称轴，任意相邻的两个定子槽组关于其对应的第一对称轴对称。
具体的，当q为奇数时，每个定子槽组中的q个定子槽11的槽面积沿着所述第一方向依次为S1、S2、···、Si-1、Si、Si+1、···、Sq，其中Si＞Si-1＞···＞S2＞S1且Si-1＝Si+1、Si-2＝Si+2、···、S2＝Sq-1、S1＝Sq，其中，i＝(q+1)/2，对应于q个定子槽11一一对应嵌装的q组正弦绕组的线圈匝数分别为W1、W2、···、Wi-1、Wi、Wi+1···、Wq，S1/W1＝S2/W2＝···＝Si/Wi＝Si+1/Wi+1，W1＜W2＜···＜Wi-1＜Wi且Wi-1＝Wi+1、Wi-2＝Wi+2、···、W2＝Wq-1、W1＝Wq。
优选地，当q为偶数时，每个定子槽组中的q个定子槽11的槽面积沿着所述第一方向依次为S1、S2、···、Si-1、Si、Si+1、···、Sq，其中Si＞Si-1＞···＞S2＞S1且Si-1＝Si+1、Si-2＝Si+2、···、S2＝Sq-1、S1＝Sq，其中，i＝q/2，对应于q个定子槽11一一对应嵌装的q组正弦绕组的线圈匝数分别为W1、W2、···、Wi-1、Wi、Wi+1···、Wq，S1/W1＝S2/W2＝···＝Si/Wi＝Si+1/Wi+1，W1＜W2＜···＜Wi-1＜Wi且Wi-1＝Wi+1、Wi-2＝Wi+2、···、W2＝Wq-1、W1＝Wq。
优选地，在所述第一方向，每个定子槽组内的q个定子槽11中任意相邻的两个定子槽11的定子槽跨距分别为αi、αi+1，αi≠αi+1，相邻的两个定子槽11的槽口与所述定子铁芯1的圆心对应的圆心角即为所述定子槽跨距，由此，实现了定子槽口在所述定子铁芯中心孔孔周的不等分布，这有利于降低转矩脉动。进一步的0.15w≤∣αi-αi+1∣≤0.25w，w＝360°/N，参见图10可得，在定子槽跨距处于前述范围内时，转矩脉动最低。而进一步可以理解的，所述6p个定子槽组中的任意两个相邻的定子槽组之间的跨距为θ，θ＝360°/6p。
参见图8至图9所示，针对5次谐波，当1.1≤Si+1/Si≤1.2，可有效降低5次谐波，基波含量达92.3％；参见图6至图7所示，针对3次谐波，当1.2≤Si+1/Si≤1.6，可有效降低3次谐波，基波含量达93.1％，由此综合考虑，在1.1≤Si+1/Si≤1.6时，能够显著降低3次谐波及5次谐波的含量而提高基波的含量。
优选地，在所述定子铁芯1的任一径向断面上，N个所述定子槽11的槽底处于同一个槽底圆(图中DY示出)上，所述槽底圆与所述定子铁芯1的圆心同心，能够保证整个电机定子磁路均匀。
优选地，所述N个定子槽11由N个定子齿12沿所述定子铁芯1的圆周方向间隔形成，N个定子齿12的周向齿宽(图中以t表示)皆相等，这样可以使定子各齿磁路相当，不会出现部分齿宽较窄的齿提前饱和，提升电机材料利用率(即相同的用料能运行至更大的负载)，同时齿宽相同避免局部磁密过高，避免因此导致的沿定子圆周磁路不均匀，产生振动、噪声。
如图11所示，通过仿真验证，采用了本发明的电机定子的电机的输出转矩波形正弦度更好、转矩脉动显著降低。
本发明还提供一种电机，尤其是一种三相叠绕分布绕组电机，包括上述的电机定子。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上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。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电机定子，其特征在于，包括定子铁芯(1)，所述定子铁芯(1)上构造有N个定子槽(11)，与所述电机定子相匹配的电机转子的极对数为p，N个所述定子槽(11)沿着第一方向依次被划分为6p个定子槽组，每个定子槽组包括q个沿着所述第一方向依次设置的定子槽(11)，q组采用叠绕式绕线方式的正弦绕组的同一侧单边线圈分别一一对应地嵌装于每个定子槽组内的q个所述定子槽(11)内，q＝N/6p，每个定子槽组内的q个定子槽(11)的槽面积由中心的定子槽(11)朝向两侧的定子槽(11)递减，且q个定子槽(11)中的面积最大的定子槽(11)对应q组正弦绕组中线圈匝数最大的一个线圈，其中，第一方向为所述定子铁芯(1)的圆周方向，q≥3；当q为奇数时，每个定子槽组中的q个定子槽(11)的槽面积沿着所述第一方向依次为S1、S2、···、Si-1、Si、Si+1、···、Sq，其中Si＞Si-1＞···＞S2＞S1且Si-1＝Si+1、Si-2＝Si+2、···、S2＝Sq-1、S1＝Sq，其中，i＝(q+1)/2，对应于q个定子槽(11)一一对应嵌装的q组正弦绕组的线圈匝数分别为W1、W2、···、Wi-1、Wi、Wi+1···、Wq，S1/W1＝S2/W2＝···＝Si/Wi＝Si+1/Wi+1，W1＜W2＜···＜Wi-1＜Wi且Wi-1＝Wi+1、Wi-2＝Wi+2、···、W2＝Wq-1、W1＝Wq，或者，当q为偶数时，每个定子槽组中的q个定子槽(11)的槽面积沿着所述第一方向依次为S1、S2、···、Si-1、Si、Si+1、···、Sq，其中Si＞Si-1＞···＞S2＞S1且Si-1＝Si+1、Si-2＝Si+2、···、S2＝Sq-1、S1＝Sq，其中，i＝q/2，对应于q个定子槽(11)一一对应嵌装的q组正弦绕组的线圈匝数分别为W1、W2、···、Wi-1、Wi、Wi+1···、Wq，S1/W1＝S2/W2＝···＝Si/Wi＝Si+1/Wi+1，W1＜W2＜···＜Wi-1＜Wi且Wi-1＝Wi+1、Wi-2＝Wi+2、···、W2＝Wq-1、W1＝Wq；在所述第一方向，每个定子槽组内的q个定子槽(11)中任意相邻的两个定子槽(11)的定子槽跨距分别为αi、αi+1，αi≠αi+1，0.15w≤∣αi-αi+1∣≤0.25w，w＝360°/N。
2.根据权利要求1所述的电机定子，其特征在于，1.1≤Si+1/Si≤1.6。
3.根据权利要求1所述的电机定子，其特征在于，在所述定子铁芯(1)的任一径向断面上，N个所述定子槽(11)的槽底处于同一个槽底圆上，所述槽底圆与所述定子铁芯(1)的圆心叠绕。
4.根据权利要求1所述的电机定子，其特征在于，在所述定子铁芯(1)的任一径向断面上，6p个所述定子槽组中的任意相邻的两个定子槽组之间皆具有经过所述定子铁芯(1)的圆心的第一对称轴，任意相邻的两个定子槽组关于其对应的第一对称轴对称。
5.根据权利要求1所述的电机定子，其特征在于，所述N个定子槽(11)由N个定子齿(12)沿所述定子铁芯(1)的圆周方向间隔形成，N个定子齿(12)的周向齿宽皆相等。
6.一种电机，包括电机定子，其特征在于，所述电机定子为权利要求1至5中任一项所述的电机定子。
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