CN113141068B - 定子及电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种定子及电机，其中，定子中的环形铁芯具有多个凹槽组，且每个凹槽组包括沿环形铁芯的周向依次排布的第一凹槽和第二凹槽；三相绕组穿设于连续排布的三个凹槽组中，三相绕组两两组合分别穿设于三个凹槽组的第一凹槽，且三相绕组分别穿设于三个凹槽组的第二凹槽，使得同一凹槽组内，第二凹槽内的绕组与第一凹槽内的绕组的其中一个同相；三相绕组中的每一相包括多个线圈，第一凹槽和第二凹槽内线圈的数量为奇数个。因此，所述定子以奇数个所述线圈的设置方式及复合的绕组排布方式，使得所述电机在一定程度上能够削弱电机产生的谐波，尤其是能够大幅度削弱5次谐波和7次谐波，并且能够降低转矩脉动和噪声，提高电机性能。

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

电机是依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，其广泛应用于汽车、家电以及工业领域。目前影响电机性能的主要因素之一是谐波。

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，而基波是指其频率与工频(50Hz)相同的分量。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，使得电压电流不稳定，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。

目前常用的削弱谐波的是改变定子的绕组排布方式，但针对每极每相槽数为整数的电机来说，现有的绕组排布方式对5、7次谐波的削弱效果有限。

因此，需要一种新的电子绕组的排布方式，以实现对谐波的削弱，尤其是针对5、7次谐波有明显的削弱效果，同时还能够降低电机的转矩脉动和噪声。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定子及电机，以削弱电机中的谐波、降低转矩脉动和噪声。

为解决上述技术问题，本发明提供一种定子，所述定子包括环形铁芯和三相绕组；

所述环形铁芯具有多个凹槽组，多个所述凹槽组沿所述环形铁芯的周向依次排布，且每个所述凹槽组包括沿所述环形铁芯的周向依次排布的第一凹槽和第二凹槽；

所述三相绕组穿设于连续排布的三个所述凹槽组，所述三相绕组两两组合分别穿设于三个所述凹槽组的所述第一凹槽，且所述三相绕组分别穿设于三个所述凹槽组的所述第二凹槽，使得同一所述凹槽组内，所述第二凹槽内的绕组与所述第一凹槽内的绕组的其中一个同相；以使得所述第一凹槽和所述第二凹槽内所述线圈的数量为奇数个。

可选的，在所述的定子中，所述第一凹槽和所述第二凹槽内的所述线圈沿所述环形铁芯的径向依次排布。

可选的，在所述的定子中，所述第一凹槽和所述第二凹槽中的所述线圈数量相等，且每相所述绕组包括的所述线圈数量相等。

可选的，在所述的定子中，所述三相绕组包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组；其中，

所述三相绕组按照所述第三相绕组、所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组依次两两结合的顺序，分别设置于连续排布的三个所述凹槽组中的各所述第一凹槽中；以及所述三相绕组按照所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组的顺序，分别设置于连续排布的三个所述凹槽组中的各所述第二凹槽中。

可选的，在所述的定子中，所述三相绕组的相位按照所述第三相绕组、所述第一相绕组和所述第二相绕组的顺序依次递增120电角度；或者，按照所述第二相绕组、所述第一相绕组和所述第三相绕组的顺序依次递增120电角度。

可选的，在所述的定子中，在所述三相绕组中，所述第二凹槽内所述线圈的数量与相邻的两个所述第一凹槽内同相的所述线圈的数量之和相等。

可选的，在所述的定子中，每组所述凹槽组中包括一个所述第一凹槽和至少一个所述第二凹槽。

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，所述电机的每极每相槽数q满足如下公式：

其中，Z为所述电机的所有所述第一凹槽和所有所述第二凹槽的数量之和；

p为所述电机的磁极对数；

m为所述电机的相数。

可选的，在所述的电机中，每一所述凹槽组中的所述第二凹槽的数量k满足如下关系：k＝q-1；q为所述电机每极每相槽数。

综上，本发明提供一种定子及电机。所述定子包括环形铁芯和三相绕组。所述环形铁芯具有多个凹槽组，多个所述凹槽组沿所述环形铁芯的周向依次排布，且每个所述凹槽组包括沿所述环形铁芯的周向依次排布的第一凹槽和第二凹槽。所述三相绕组穿设于连续排布的三个所述凹槽组，所述三相绕组两两组合分别穿设于三个所述凹槽组的所述第一凹槽，且所述三相绕组分别穿设于三个所述凹槽组的所述第二凹槽，使得同一所述凹槽组内，所述第二凹槽内的绕组与所述第一凹槽内的绕组的其中一个同相。所述三相绕组中的每一相包括多个线圈，所述第一凹槽和所述第二凹槽内所述线圈的数量为奇数个。如此，由于所述定子以奇数个所述线圈的设置方式及复合的分布绕组排布方式，使得各相所述线圈产生的磁动势之间存在相位差，则各磁动势相互叠加，经叠加后的磁动势比现有技术中重合在一起的磁动势要小，进而使得所述电机在一定程度上能够削弱电机产生的谐波，尤其是能够大幅度削弱5次谐波和7次谐波，并且能够降低转矩脉动和噪声，提高电机性能。

附图说明

图1是本发明实施例的一种定子绕组的排布方式示意图；

图2是本发明实施例的一种定子绕组的排布方式示意图；

图3是本发明实施例的一种定子绕组的排布方式示意图；

图4是本发明实施例的一种定子绕组的排布方式示意图；

图5是现有技术中的一种定子绕组的排布方式示意图；

图6是本发明实施例的三种定子绕组排布方式中5次谐波和7次谐波对应的反电动势对比图；

图7是本发明实施例的三种定子绕组排布方式中扭矩脉动的对比图；

其中，附图标记说明：

1-环形铁芯；10-凹槽组；101-第一凹槽；102-第二凹槽。

具体实施方式

如前所述，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。但现有的绕组排布方式对5、7次谐波的削弱效果有限。

因此，需要一种新的电子绕组的排布方式，以实现对谐波的削弱，尤其是针对5、7次谐波有明显的削弱效果，同时还能够降低电机的转矩脉动和噪声。

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，所述定子包括环形铁芯1和三相绕组(U、V、W)。所述环形铁芯具有多个凹槽组10，多个所述凹槽组10沿所述环形铁芯1的周向依次排布，且每个所述凹槽组10包括沿所述环形铁芯1的周向依次排布的第一凹槽101和第二凹槽102。所述三相绕组穿设于连续排布的三个所述凹槽组10，所述三相绕组两两组合分别穿设于三个所述凹槽组10的所述第一凹槽101，且所述三相绕组分别穿设于三个所述凹槽组10的所述第二凹槽102，使得同一所述凹槽组10内，所述第二凹槽102内的绕组与所述第一凹槽101内的绕组的其中一个同相。所述三相绕组中的每一相包括多个线圈，所述第一凹槽101和所述第二凹槽102内所述线圈的数量为奇数个。

如此，由于所述定子以奇数个所述线圈的设置方式及复合的分布绕组排布方式，使得各相所述线圈产生的磁动势之间存在相位差，则各磁动势相互叠加，经叠加后的磁动势比现有技术中重合在一起的磁动势要小，进而使得所述电机在一定程度上能够削弱电机产生的谐波，尤其是能够大幅度削弱5次谐波和7次谐波，并且能够降低转矩脉动和噪声，提高电机性能。

进一步的，所述环形铁芯1通常由硅钢片制成，其作用是作为电机磁路的一部分以及放置绕组。图1为一组所述三相绕组置于连续排布的三个所述凹槽组10内的示意图。其中，每个所述凹槽组10内包括一个所述第一凹槽101和一个所述第二凹槽102。可选的，每组所述凹槽组10内的所述第二凹槽102的数量可以为一个或一个以上。具体的为满足电机绕组设置的需要，所述第二凹槽102的数量根据对应电机的每极每相槽数q来确定(请参见下文记载)。所述第一凹槽101和所述第二凹槽102的形状和大小均相同，优选的，为狭长的矩形容置槽，便于方导线的排布和穿设。

其中，多个所述线圈沿所述环形铁芯1的径向分别排布于所述第一凹槽101和所述第二凹槽102内，且所述第一凹槽101和所述第二凹槽102中的所述线圈数量相等。图1所示是以所述第一凹槽101和所述第二凹槽102内的线圈数量均为5作出示例，但应理解，所述第一凹槽101和所述第二凹槽102内的线圈数量还可以为3、7、9或11等奇数个。经大量实验验证，所述三相绕组单独或组合穿设使得每个凹槽中总数量为奇数时，对谐波有很好地削弱作用。

本实施例提供的所述定子中，所述三相绕组包括第一相绕组U、第二相绕组V和第三相绕组W。所述第一相绕组U、所述第二相绕组V和所述第三相绕组W按设定顺序逐一穿设于连续排布的三个所述凹槽组10中。优选的，所述三相绕组按照所述第三相绕组W、所述第一相绕组U、所述第二相绕组V和所述第三相绕组W依次两两结合的顺序，分别设置于连续排布的三个所述凹槽组10中的各所述第一凹槽101中。即如图1所示，三个所述第一凹槽101中的两两组合的所述线圈分别为：所述第三相绕组W和所述第一相绕组U，所述第一相绕组U和所述第二相绕组V，所述第二相绕组V和所述第三相绕组W；且所述三相绕组按照所述第一相绕组U、所述第二相绕组V和所述第三相绕组W的顺序，分别设置于连续排布的三个所述凹槽组10中的各所述第二凹槽102中。即如图1所示，三个所述第二凹槽102中的所述线圈分别为：所述第一相绕组U，所述第二相绕组V和所述第三相绕组W。

并且，与所述第二凹槽102相邻的两个所述第一凹槽101中的同相所述线圈的数量之和等于所述第二凹槽102中的所述线圈数量。例如，每个凹槽内设置的线圈数量之和为N，与所述第二凹槽102相邻的两个所述第一凹槽101中的同相所述线圈，其一为M个，则另一个为N-M个。如图1所示，每个凹槽内设置的线圈数量之和为5，设置有U相线圈的所述第二凹槽102的相邻两个所述第一凹槽101内的线圈分别为：3个U相线圈和2个W相线圈，2个U相线圈和3个W相线圈。其中，所述第一凹槽101和所述第二凹槽102中相同相位绕组为U相，则相邻两个所述第一凹槽101内的U相线圈数量之和为5，等于所述第二凹槽102中的所述线圈数量。

其中，相邻的两个所述第一凹槽101中的同相线圈的数量分布不限，例如每个凹槽中线圈总数为5时，两个所述第一凹槽101中同相线圈的数量可以分别为1和4，2和3或者4和1。当每个凹槽中线圈总数为7时，可以分别为1和6，2和5，3和4，4和3，5和2，或者6和1。

进一步的，本实施提供的所述定子可包括多组所述三相绕组，每组所述三相绕组的排布可完全相同，也可以不同。如图1所示，第一相绕组U、所述第二相绕组V和所述第三相绕组W均分别设置于两个所述第一凹槽101和1个所述第二凹槽中，且第一相绕组U在各凹槽中的线圈数量分布分别为3、5、2。则在同一所述定子中，每组三相绕组均可如此分布。但也可以如图2所示，图2所示为两组三相绕组的分布，第一组三相绕组中的第一相绕组U在各凹槽中的线圈数量分布分别为3、5、2。第二组三相绕组中的第一相绕组U在各凹槽中的线圈数量分布分别为2、5、3。因此，每组三相绕组的分布可以相同也可以不同。但均满足与所述第二凹槽102相邻的两个所述第一凹槽101中的同相所述线圈的数量之和等于所述第二凹槽102中的所述线圈数量，即每一凹槽内穿设的线圈总数。

进一步的，所述第一凹槽101和所述第二凹槽102内的所述线圈沿所述环形铁芯的径向依次排布。各相的线圈穿设顺序不作限定，可以按任意顺序呈线性排布于对应的凹槽内。

此外，每相所述绕组包括的线圈数量均相等，本实例所示的图1中每相绕组(U、V、W)所包括的线圈数量为10。根据电机的设计需要，可以增加或减少每相线圈的数量，本实施例不作限定。其中，所述线圈并不表示为一根导线，可以是很多根导线组合而成的导线组，优选的，所述导线组为方导线，方导线是由多个导线组成的矩形状导线组，当然也可以为圆导线，但方导线具有槽满率高，散热性能好的特点，性能高于传统的圆导线。

进一步的，在电机中，一组所述三相绕组对应一个磁极对。因此，所述三相绕组的相位按照所述第三相绕组W、所述第一相绕组U和所述第二相绕组V的顺序依次递增120电角度，或者，按照所述第二相绕组V、所述第一相绕组U和所述第三相绕组W的顺序依次递增120电角度。

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。在所述的电机中，所述电机的每极每相槽数q满足如下公式：

其中，Z为所述电机的所有所述第一凹槽和所有所述第二凹槽的数量之和；

p为所述电机的磁极对数；

m为所述电机的相数。

本实施例中的图1-2适用于为每极每相槽数为2的电机。图3-4适用于为每极每相槽数为3的电机，图3所示为一个磁极对下的三相绕组分布，图4所示为两个磁极对下三相绕组分布。图3的绕组分布与图2中第二组三相绕组分布相同，图4与图2的绕组分布相同，可参照上述针对图1和2中绕组的分布介绍，在此不做赘述。但图3和图4与图1和图2的区别在于：每个所述凹槽组10中的所述第二凹槽102的数量不同。进一步的，每一所述凹槽组10中的所述第二凹槽102的数量k满足如下关系：k＝q-1；q为所述电机每极每相槽数。即，每个所述凹槽组10中所述第二凹槽102的数量可根据电机的设计需要为2、3、4、5或者6等。

与现有的绕组分布的电机相比，本实施例提供的复合的绕组分布方式，对谐波有很好的抑制作用。如图5所示为现有的绕组分布方式，每相所述绕组中的各所述线圈不与其它相所述线圈混合设置于同一凹槽中。即，每一凹槽内仅设置有同相所述绕组。在图5的绕组分布下仿真获得的各谐波的绕组因素如表1所示：

表1：图5的绕组排布方式对应的谐波绕组因素

谐波次数	1	3	5	7	11	13	17	19
									绕组因素	0.97	0.71	0.26	0.26	0.97	0.97	0.26	0.26

可见，5、7次及以上的谐波含量高达26％及以上，对电机的性能造成较大的影响。

而采用本实施例中图1所示的复合绕组方式后，经仿真如表2所示，5次谐波和7次谐波被大幅度的削弱，且仅为0.08。

表2图1的绕组排布方式对应的谐波绕组因素

进一步的，申请人采用图1所示的绕组分布方式作为复合绕组1，以及采用图2所示的绕组分布方式作为复合绕组2，与整距分布进行仿真测试，如图6-7，发现，复合绕组1和复合绕组2对反电动势和转矩都有很好的抑制作用，以使得降低电机噪声，提高电机性能。

综上所述，本实施例提供的所述定子包括环形铁芯1和三相绕组。所述环形铁芯具有多个凹槽组10，多个所述凹槽组10沿所述环形铁芯1的周向依次排布，且每个所述凹槽组10包括沿所述环形铁芯1的周向依次排布的第一凹槽101和第二凹槽102。所述三相绕组穿设于连续排布的三个所述凹槽组10，所述三相绕组两两组合分别穿设于三个所述凹槽组10的所述第一凹槽101，且所述三相绕组分别穿设于三个所述凹槽组10的所述第二凹槽102，使得同一所述凹槽组10内，所述第二凹槽102内的绕组与所述第一凹槽101内的绕组的其中一个同相。所述三相绕组中的每一相包括多个线圈，所述第一凹槽101和所述第二凹槽102内所述线圈的数量为奇数个。如此，由于所述定子以奇数个所述线圈的设置方式及复合的分布绕组排布方式，使得各相所述线圈产生的磁动势之间存在相位差，则各磁动势相互叠加，经叠加后的磁动势比现有技术中重合在一起的磁动势要小，进而使得所述电机在一定程度上能够削弱电机产生的谐波，尤其是能够大幅度削弱5次谐波和7次谐波，并且能够降低转矩脉动和噪声，提高电机性能。

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 (9)

1.一种定子，其特征在于，所述定子包括环形铁芯和三相绕组；

所述环形铁芯具有多个凹槽组，多个所述凹槽组沿所述环形铁芯的周向依次排布，且每个所述凹槽组包括沿所述环形铁芯的周向依次排布的第一凹槽和第二凹槽；

所述三相绕组穿设于连续排布的三个所述凹槽组，所述三相绕组两两组合分别穿设于三个所述凹槽组的所述第一凹槽，且所述三相绕组分别穿设于三个所述凹槽组的所述第二凹槽，使得同一所述凹槽组内，所述第二凹槽内的绕组与所述第一凹槽内的绕组的其中一个同相，以及使得所述第一凹槽和所述第二凹槽内线圈的数量为奇数个；

其中，每组所述凹槽组中包括一个所述第一凹槽和至少一个所述第二凹槽，且当所述凹槽组内设置两个以上所述第二凹槽时，两个以上所述第二凹槽依次邻接设置。

2.如权利要求1所述的定子，其特征在于，所述第一凹槽和所述第二凹槽内的所述线圈沿所述环形铁芯的径向依次排布。

3.如权利要求1所述的定子，其特征在于，所述第一凹槽和所述第二凹槽中的所述线圈数量相等，且每相所述绕组包括的所述线圈数量相等。

4.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、第二相绕组和第三相绕组；其中，

所述三相绕组按照所述第三相绕组、所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组依次两两结合的顺序，分别设置于连续排布的三个所述凹槽组中的各所述第一凹槽中；以及所述三相绕组按照所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组的顺序，分别设置于连续排布的三个所述凹槽组中的各所述第二凹槽中。

5.如权利要求4所述的定子，其特征在于，所述三相绕组的相位按照所述第三相绕组、所述第一相绕组和所述第二相绕组的顺序依次递增120电角度；或者，按照所述第二相绕组、所述第一相绕组和所述第三相绕组的顺序依次递增120电角度。

6.如权利要求1所述的定子，其特征在于，在所述三相绕组中，所述第二凹槽内所述线圈的数量与相邻的两个所述第一凹槽内同相的所述线圈的数量之和相等。

7.一种电机，其特征在于，所述电机包括如权利要求1-6中任意一项所述的定子。

8.如权利要求7所述的电机，其特征在于，所述电机的每极每相槽数q满足如下公式：

其中，Z为所述电机的所有所述第一凹槽和所有所述第二凹槽的数量之和；

p为所述电机的磁极对数；

m为所述电机的相数。

9.如权利要求7所述的电机，其特征在于，每一所述凹槽组中的所述第二凹槽的数量k满足如下关系：k＝q-1；q为所述电机每极每相槽数。

Images