CN113346702B - 一种削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法，该方法为：采用星接的接线方式对所述第一定子绕组进行接线，采用角接的接线方式对所述第二定子绕组进行接线，采取特定接线方式对所述第一定子绕组和所述第二定子绕组进行接线，同时使所述第二定子相对于所述第一定子转动特定角度，以使所述第一基波和所述第二基波的矢量方向保持相同，同时使所述第一目标谐波和所述第二目标谐波的叠加量最小。在本发明中的方法中无须引入附加的调节部件，仅仅通过选取第一定子绕组和第二定子绕组的接线方式，以及通过改变第一定子和第二定子的相对位置就能够达到削弱目标谐波的目的，操作简单，易于实现。

Description

一种削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法

技术领域

本发明涉及轴向磁通电机技术领域，更具体地说，涉及一种削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法。

背景技术

集中绕组式轴向磁通电机具有制作工艺简单，功率密度及转矩密度大、齿槽转矩小、端部包头尺寸小、铜线用量少等优点，因此得到广泛的应用。但是，与传统的分布绕组相比，集中绕组在通入电流后，会产生丰富的磁场谐波，这些磁场谐波尤其是低阶谐波会使电机的涡流损耗增大、铁芯损耗增大、振动噪声恶化，严重影响电机的性能。对于双定子的轴向磁通电机，同样存在上述弊端。

发明内容

本发明的目的是削弱目标谐波，同时保持基波的幅值不变。为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法，所述轴向磁通电机包含定子，该定子具有定子绕组，该定子绕组会生成磁场谐波，所述磁场谐波包括目标谐波和基波，所述定子包括第一定子和第二定子，对应地，所述定子绕组包括第一定子绕组和第二定子绕组，所述磁场谐波包括第一磁场谐波和第二磁场谐波，所述目标谐波包括第一目标谐波和第二目标谐波，所述基波包括第一基波和第二基波；

所述削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法为：采用星接的接线方式对所述第一定子绕组进行接线，采用角接的接线方式对所述第二定子绕组进行接线，采取特定接线方式对所述第一定子绕组和所述第二定子绕组进行接线，同时使所述第二定子相对于所述第一定子转动特定角度，以使所述第一基波和所述第二基波的矢量方向保持相同，同时使所述第一目标谐波和所述第二目标谐波的叠加量最小。

优选地，所述特定接线方式包括有限种，所述特定角度为k/p，所述p为所述第一基波和所述第二基波的空间阶次，不同的所述特定接线方式对应不同的k值，所述第一目标谐波和所述第二目标谐波的叠加量为关于k的函数，选择使所述函数的值为最小时对应的k值，以确定所述特定接线方式。

优选地，所述特定的接线方式包括三种，分别为：

第一种：A1相绕组连接到A2相和B2相接线处，B1相绕组连接到B2相和C2相接线处，C1相绕组连接到A2相和C2相接线处，此时，k＝30°；

第二种：A1相绕组连接到A2相和C2相接线处，B1相绕组连接到A2相和B2相接线处，C1相绕组连接到B2相和C2相接线处，此时，k＝150°；

第三种：A1相绕组连接到B2相和C2相接线处，B1相绕组连接到A2相和C2相接线处，C1相绕组连接到A2相和B2相接线处，此时，k＝270°。

优选地，在所述第一目标谐波和所述第二目标谐波的转动方向与所述转轴磁通电机的转动方向相同时，选取使cos[(nk/p-k)/2]的值为最小时对应的k值，所述n为所述第一目标谐波和所述第二目标谐波的空间阶次，所述p为所述第一基波和所述第二基波的空间的阶次。

优选地，在所述第一目标谐波和所述第二目标谐波的转动方向与所述转轴磁通电机的转动方向相反时，选取使cos[(nk/p+k)/2]的值为最小时对应的k值。

优选地，所述n通过模拟软件计算所得，所述p与所述轴向磁通电机的极对数相等。

优选地，所述轴向磁通电机为18槽16极的六相轴向磁通电机，所述轴向磁通电机中的所述第一目标谐波和所述第二目标谐波的转动方向与所述轴向磁通电机的转动方向相反，且所述第一目标谐波和所述第二目标谐波的空间阶次为10，所述第一基波和所述第二基波的空间阶次为8，所述k＝270°。

优选地，所述第一绕组的线圈的匝数为N1，所述第二绕组的线圈的匝数为N2，N2取

四舍五入后的整数值。

从上述技术方案可以看出：本发明采用星接的接线方式对第一定子绕组进行接线，采用角接的接线方式对第二定子绕组进行接线，采取特定的接线方式对第一定子绕组和第二定子绕组进行接线，同时使第二定子相对于第一定子转动特定的角度，以使第一基波和第二基波的矢量方向保持相同，同时使第一目标谐波和第二目标谐波的叠加量最小。

在本发明中的方法中无须引入附加的调节部件，仅仅通过选取第一定子绕组和第二定子绕组的接线方式，以及通过改变第一定子和第二定子的相对位置就能够达到削弱目标谐波的目的，操作简单，易于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的方案，下面将对实施例中描述所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一具体实施例提供的轴向磁通电机的双定子结构示意图；

图2为图1的主视图；

图3为本发明一具体实施例提供的第二定子相对于第一定子旋转α度后的示意图；

图4为本发明一具体实施例提供的第一目标谐波和第二目标谐波的矢量合成示意图；

图5本发明一具体实施例提供的第一种接线方式的接线图；

图6本发明一具体实施例提供的第二种接线方式的接线图；

图7本发明一具体实施例提供的第三种接线方式的接线图；

图8为本发明一具体实施例提供的18槽16极轴向磁通电机采用本发明中的方法形成的磁场谐波与传统方案形成的磁场谐波的对比图。

其中，1为第一定子、1-1为第一定子绕组、2为第二定子、2-1为第二定子绕组、3为转子。

具体实施方式

本发明公开了一种削弱轴向磁通电机的目标谐波的方法，该方法不仅能够削弱目标谐波，同时能够保持基波的幅值不变

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法，所述轴向磁通电机包含定子，定子具有定子绕组。在通电的情况下，定子绕组会生成磁场谐波。磁场谐波包括目标谐波和基波。目标谐波是引起轴向磁通电机振动的波，因此需要削除。基波是有用波，因此需要保留。本发明中的轴向磁通电机包括两个定子和一个转子3，如附图1和附图2所示，两个定子分别为第一定子1和第二定子2。对应地，定子绕组包括第一定子绕组1-1和第二定子绕组2-1，磁场谐波包括第一磁场谐波和第二磁场谐波，目标谐波包括第一目标谐波和第二目标谐波，基波包括第一基波和第二基波。

本发明中的削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法为：采用星接的接线方式对第一定子绕组进行接线，采用角接的接线方式对第二定子绕组进行接线，采取特定的接线方式对第一定子绕组和第二定子绕组进行接线，同时使第二定子相对于第一定子转动特定的角度，以使第一基波和第二基波的矢量方向保持相同，同时使第一目标谐波和第二目标谐波的叠加量最小。

在本发明中的方法中无须引入附加的调节部件，仅仅通过选取第一定子绕组和第二定子绕组的接线方式，以及通过改变第一定子和第二定子的相对位置就能够达到削弱目标谐波的目的，操作简单，易于实现。

第一定子绕组和第二定子绕组之间的特定接线方式包括有限种。在每种特定接线方式下，都会出现第二定子绕组的电流初相角滞后第一定子绕组的电流初相角k度，每种特定接线方式对应确定的k值。如果出现了第二定子绕组的电流初相角滞后第一定子绕组的电流初相角的情况，那么就会导致第一基波和第二基波之间的矢量夹角为k，此时就会削减基波的幅值。为了消除该矢量夹角，本发明改变第一定子和第二定子的相对位置。具体的为使第二定子相对于第一定子沿着轴向磁通磁通电机转动的方向旋转k/p度。P为第一基波和第二基波的空间阶次。第一目标谐波和第二目标谐波的叠加量为关于k的函数，根据使函数的数值为最小的原则来反推出k值，从而来确定特定接线方式。

需要说明的是，如果定子旋转一定的角度，那么对应的基波会旋转p倍的角度，p为基波的空间阶次。因此，如果要使第二基波沿着与轴向磁通电机的转动方向相同的方向旋转k度，那么就使第二定子沿着与轴向磁通电机的转动方向相同的方向旋转k/p度。请参考附图3，在附图3中第二定子绕组2-1相对于第一定子绕组1-1旋转了α度，也即第二定子相对于第一定子旋转了α，α＝k/p。

对于六相轴向磁通电机，如果第一定子绕组采用星接的接线方式来接线，第二定子绕组采用角接的接线方式来接线，那么第一定子绕组和第二定子绕组之间的接线方式包括三种：

第一种为，请参考附图5，A1、B1、C1相绕组采用星接的接线方式，A2、B2、C2采用角接的接线方式，A1相绕组连接到A2相和B2相接线处，B1相绕组连接到B2相和C2相接线处，C1相绕组连接到A2相和C2相接线处，此时，k＝30°。

第二种为，请参考附图6，A1、B1、C1相绕组采用星接的接线方式，A2、B2、C2采用角接的接线方式，A1相绕组连接到A2相和C2相接线处，B1相绕组连接到A2相和B2相接线处，C1相绕组连接到B2相和C2相接线处，此时，k＝150°。

第三种为：请参考附图7，A1、B1、C1相绕组采用星接的接线方式，A2、B2、C2采用角接的接线方式，A1相绕组连接到B2相和C2相接线处，B1相绕组连接到A2相和C2相接线处，C1相绕组连接到A2相和B2相接线处，此时，k＝270°。

需要说明的是，本文所涉及到的A1、B1、C1、A2、B2、C2仅仅是为了方便描述六相绕组的接线方式，并不是限定第一定子绕组必须具有A1、B1、C1相绕组，第二定子绕组必须有A2、B2、C2相绕组。

如果第二定子的电流初相角相对于第一定子的电流初相角滞后k度，且第二定子相对于第一定子沿着与轴向磁通电机的转动方向相同的方向旋转了k/p，那么，在第一目标谐波和第二目标谐波的转动方向与轴向磁通电机的转动方向相同时，第二目标谐波相对于第一目标谐波朝着与轴向磁通电机的转动方向相同的方向转动了θ1度，θ1＝(nk/p-k)度；在第一目标谐波和第二目标谐波的转动方向与轴向磁通电机的转动方向相反时，第二目标谐波相对于第一目标谐波朝着与轴向磁通电机的转动方向相同的方向转动了θ2度，θ2＝(nk/p+k)度，n为目标谐波的空间阶次。

如果第二目标谐波相对于第一目标谐波转动了θ1＝(nk/p-k)度，那么说明第二目标谐波与第一目标谐波的矢量夹角为θ1＝(nk/p-k)度。请参考附图4，第一目标谐波和第二目标谐波的矢量和为以第一目标谐波的矢量和第二目标谐波的矢量为邻边组成的菱形的对角线，矢量和的方向从第一目标谐波的矢量和第二目标谐波的矢量的交点指向菱形对面的顶点，矢量和的幅值为相应对角线的长度值。第一目标谐波和第二目标谐波的幅值相同，均为Bm。根据菱形对角线计算公式，矢量和的幅值为2*Bm*cos(θ1/2)，由于θ1＝(nk/p-k)，因此矢量和的幅值为2*Bm*cos[(nk/p-k)/2]。同样道理，如果第二目标谐波与第一目标谐波的矢量夹角为θ2＝(nk/p+k)，那么矢量和的幅值为2*Bm*cos[(nk/p+k)/2]。

需要说明的是，n为目标谐波的空间阶次，p为基波的空间阶次，可以实现通过软件仿真计算得出轴向磁通电机的目标谐波的空间阶次，基波的空间阶次p与轴向磁通电机的极对数相等。第一目标谐波和第二目标谐波的合成量为关于k的三角函数值。对于同一型号的电机，目标谐波的空间阶次n和基波的空间阶次p都是定值，目标谐波的转动方向也确定的。将k＝30°、150°、270°分别代入cos[(nk/p-k)/2]或cos[(nk/p+k)/2]，比较在k为何值时矢量和的幅值最小，那么就能够确定k值，进而就能够确定特定接线方式。如果确定的k值为30°，那么就选择第一种接线方式；如果确定的k值为150°，那么就选择第二种接线方式；如果确定的k值为270°，那么就选择第三种接线方式。

在本发明一具体实施例中，轴向磁通电机为18槽16极的六相轴向磁通电机。即该轴向磁通电机为双定子电机，且每个定子均包括三相绕组。在该轴向磁通电机中，第一目标谐波和第二目标谐波的转动方向与轴向磁通电机的转动方向相反。第一目标谐波和第二目标谐波均为10阶反向谐波。第一基波和第二基波的空间阶次为8。那么第一目标谐波和第二目标谐波合成后的值为2*Bm*cos9k/8，因此在k＝270°时，矢量和的幅值最小。那么对应地应该选取第三种接线方式。即将轴向磁通电机的第一定子绕组采用星接的接线方式接线，将第二定子绕组采用角接的接线方式接线，之后将A1相绕组连接到A2相和C2相接线处，将B1相绕组连接到A2相和B2相接线处，将C1相绕组连接到B2相和C2相接线处。

如果第一定子绕组采用星接的方式接线，第二定子绕组采用角接的接线方式接线，那么第一定子绕组中的电流值为第二定子绕组中的电流值的根号3倍。谐波的磁密大小与绕组的匝数和绕组的电流值成正比。为了确保第一定子绕组和第二定子绕组的谐波的磁密的大小相等，从而避免轴向磁通电机发生轴向上的振动，本发明限定第二定子绕组中的匝数N2为第一定子绕组中的匝数N1的根号3倍。因此匝数为正整数，因此N2取取

四舍五入后的整数值。

请参考附图8，附图8为本发明一具体实施例提供的18槽16极轴向磁通电机采用本发明中的方法形成的磁场谐波与传统方案形成的磁场谐波的对比图。从附图8可以看出：目标谐波10阶幅值被极大削弱，基波(8阶)幅值基本保持不变，此外2阶谐波也得到较大的削弱，说明采用本案可有效削弱特定低阶谐波。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法，其特征在于，所述轴向磁通电机包含定子，该定子具有定子绕组，该定子绕组会生成磁场谐波，所述磁场谐波包括目标谐波和基波，所述定子包括第一定子和第二定子，对应地，所述定子绕组包括第一定子绕组和第二定子绕组，所述磁场谐波包括第一磁场谐波和第二磁场谐波，所述目标谐波包括第一目标谐波和第二目标谐波，所述基波包括第一基波和第二基波；

所述削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法为：采用星接的接线方式对所述第一定子绕组进行接线，采用角接的接线方式对所述第二定子绕组进行接线，采取特定接线方式对所述第一定子绕组和所述第二定子绕组进行接线，同时使所述第二定子相对于所述第一定子转动特定角度，以使所述第一基波和所述第二基波的矢量方向保持相同，同时使所述第一目标谐波和所述第二目标谐波的叠加量最小；

所述特定接线方式包括有限种，所述特定角度为k/p，所述p为所述第一基波和所述第二基波的空间阶次，不同的所述特定接线方式对应不同的k值，所述第一目标谐波和所述第二目标谐波的叠加量为关于k的函数，选择使所述函数的值为最小时对应的k值，以确定所述特定接线方式；

所述特定的接线方式包括三种，分别为：

第一种：A1相绕组连接到A2相和B2相接线处，B1相绕组连接到B2相和C2相接线处，C1相绕组连接到A2相和C2相接线处，此时，k＝30°；

第二种：A1相绕组连接到A2相和C2相接线处，B1相绕组连接到A2相和B2相接线处，C1相绕组连接到B2相和C2相接线处，此时，k＝150°；

第三种：A1相绕组连接到B2相和C2相接线处，B1相绕组连接到A2相和C2相接线处，C1相绕组连接到A2相和B2相接线处，此时，k＝270°；

在所述第一目标谐波和所述第二目标谐波的转动方向与所述轴向磁通电机的转动方向相同时，选取使cos[(nk/p-k)/2]的值为最小时对应的k值，所述n为所述第一目标谐波和所述第二目标谐波的空间阶次，所述p为所述第一基波和所述第二基波的空间的阶次；

在所述第一目标谐波和所述第二目标谐波的转动方向与所述转轴磁通电机的转动方向相反时，选取使cos[(nk/p+k)/2]的值为最小时对应的k值。

2.根据权利要求1所述的削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法，其特征在于，所述n通过模拟软件计算所得，所述p与所述轴向磁通电机的极对数相等。

3.根据权利要求1所述的削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法，其特征在于，所述轴向磁通电机为18槽16极的六相轴向磁通电机，所述轴向磁通电机中的所述第一目标谐波和所述第二目标谐波的转动方向与所述轴向磁通电机的转动方向相反，且所述第一目标谐波和所述第二目标谐波的空间阶次为10，所述第一基波和所述第二基波的空间阶次为8，所述k＝270°。

4.根据权利要求1所述的削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法，其特征在于，所述第一绕组的线圈的匝数为N1，所述第二绕组的线圈的匝数为N2，N2取

四舍五入后的整数值。

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