CN115276289A - 一种机械电移位式双三相容错绕组结构及低谐波控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械电移位式双三相容错绕组结构及低谐波控制方法,包括,本发明对双层绕组进行重构,形成机械电移位式双三相容错绕组结构并发展了其低谐波控制方式,使得两套三相绕组完全物理隔离,提高了电机容错性能,避免了常规双三相分布绕组的绕制困难且隔离困难的问题。同时,采用机械‑电移位方法,提高电机磁动势基波、降低谐波以起到提高电机输出能力、降低电机转矩脉动、降低转子损耗的效果。该结构及其低谐波控制方式使得电机谐波远低于双三相集中绕组结构,转子损耗极低,避免了转子永磁体的分段处理或转子冷却等需求,降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及永磁电机相关设备的技术领域,尤其涉及一种机械电移位式双三相容错绕组结构及低谐波控制方法。
背景技术
传统整距分布绕组永磁电机磁动势谐波相对较大,使得转子涡流损耗大、电机转矩脉动大,若采用短距分布绕组则又对电机的输出能力有较大的负面影响。近些年出现了双三相集中绕组永磁同步电机,该结构降低了集中绕组永磁电机的谐波,然而,与分布绕组电机相比,其依然具有较大的谐波含量。
同时,近几年出现了双三相分布绕组永磁电机,但由于两套三相绕组的放置位置需要满足严苛的要求,其极槽配比受到了较大的限制,同时两套三相绕组端部交叠问题较为严峻,影响了双三相电机的容错优势。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有的双三相电机容错绕组结构存在的谐波含量较大的问题,提出了本发明。
因此,本发明目的是提供一种机械电移位式双三相容错绕组结构及低谐波控制方法。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:一种机械电移位式双三相容错绕组结构,包括,绕组模块,包括第一套三相绕组和第二套三相绕组,所述第一套三相绕组和第二套三相绕组互相隔离,且在电机槽内和端部均无接触。
作为本发明所述机械电移位式双三相容错绕组结构及其低谐波控制方法的一种优选方案,其中:所述第一套三相绕组包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组,所述第一套三相绕组为整距60°相带分布绕组,设置于槽底位置,采用波绕方式;其中,所述第二套三相绕组部件包括第四相绕组、第五相绕组和第六相绕组,所述第二套三相绕组为整距60°相带分布绕组,设置于槽口位置,采用叠绕或波绕方式。
为解决上述技术问题,本发明还提供如下技术方案:一种机械电移位式双三相容错绕组低谐波控制方法,其中:确定电机槽数和极对数比值,计算电机槽距角电角度;得出所述两套第一套三相绕组和第二套三相绕组之间的位置电角度差值和各自的电流波形;求出合成磁势、正转磁势和反转磁势,保证合成磁势的基波幅值最大,且其他次磁势将会削弱;当磁势改变,谐波会降低,转子永磁体涡流损耗趋于0,电机的转矩脉动降低。
作为本发明所述机械电移位式双三相容错绕组低谐波控制方法的一种优选方案,其中:电机槽数Ns与极对数p的比值需要满足Ns=6kp(k=1,2,3,4…),且电机槽距角电角度α=(p·360°)/Ns;60°相带单层绕组采用分布式整数槽结构,跨距为α=(p.360°)/Ns。
作为本发明所述机械电移位式双三相容错绕组结构及其低谐波控制方法的一种优选方案,其中:第一套三相绕组和第二套三相绕组之间的位置电角度差值为α=Nd.(p.360°)/Ns,其中,Nd为两套绕组间的位置槽数差值。
作为本发明所述机械电移位式双三相容错绕组结构及其低谐波控制方法的一种优选方案,其中:第一套三相绕组电流对应的电角度为γd1,第一套三相绕组对应的电流波形分别为
其中,I为电机电流有效值,ω为电机频率。
作为本发明所述机械电移位式双三相容错绕组结构及其低谐波控制方法的一种优选方案,其中:第二套三相绕组电流对应的电角度为γd2,第二套三相绕组对应的电流波形分别为
其中,I为电机电流有效值,ω为电机频率。
作为本发明所述机械电移位式双三相容错绕组结构及其低谐波控制方法的一种优选方案,其中:两套绕组合成磁势为:
作为本发明所述机械电移位式双三相容错绕组结构及其低谐波控制方法的一种优选方案,其中:正转磁势为:
反转磁势为:
作为本发明所述机械电移位式双三相容错绕组结构及其低谐波控制方法的一种优选方案,其中:当v=6k-1时,取正转磁势;当v=6k+1时,取反转磁势,当γd1-γd2-vαd=0时,即可保证正转基波磁势最大,且其他次磁势将会被削弱;其中,当磁势改变,谐波会降低,转子永磁体涡流损耗趋于0,且电机的转矩脉动降低。
本发明的有益效果:本发明通过对双层绕组进行重构,形成机械电移位式双三相容错绕组结构并发展了其低谐波控制方式,使得两套三相绕组完全物理隔离,提高了电机容错性能,避免了常规双三相分布绕组的绕制困难且隔离困难的问题。同时,采用机械-电移位方法,提高电机磁动势基波、降低谐波以起到提高电机输出能力、降低电机转矩脉动、降低转子损耗的效果。该结构及其低谐波控制方式使得电机谐波远低于双三相集中绕组结构,转子损耗极低,避免了转子永磁体的分段处理或转子冷却等需求,降低生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,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,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
图1为本发明机械电移位式双三相容错绕组结构所述的第一相绕组示意图。
图2为本发明机械电移位式双三相容错绕组结构所述的第四相绕组示意图。
图3为本发明机械电移位式双三相容错绕组结构所述的第一套绕组结构示意图。
图4为本发明机械电移位式双三相容错绕组结构所述的容错绕组连接图。
图5为本发明机械电移位式双三相容错绕组结构所述的双单层电机结构图。
图6为本发明机械电移位式双三相容错绕组结构及其低谐波控制方法所述的双单层电机某工况转矩波形图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
再其次,本发明结合示意图进行详细描述,在详述本发明实施例时,为便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例1
参照图1~5,一种机械-电移位式双单层电机容错绕组结构,包括绕组模块100,其包括第一套三相绕组101和第二套三相绕组102,第一套三相绕组101和第二套三相绕组102互相隔离,且在电机槽内和端部均无接触。第一套三相绕组101包括第一相绕组103、第二相绕组104和第三相绕组105,第一套三相绕组101为单层整距60°相带分布绕组,设置于槽底位置,采用波绕方式;其中,第二套三相绕组102包括第四相绕组106、第五相绕组107和第六相绕组108,第二套三相绕组102为单层整距60°相带分布绕组,设置于槽口位置,采用波绕方式。
具体的,本发明主体结构包括绕组模块100,在本实施例中,绕组模块100,包括第一套三相绕组101和第二套三相绕组102,第一套三相绕组101和第二套三相绕组102互相隔离,且在电机槽内和端部均无接触。第一套三相绕组101包括第一相绕组103、第二相绕组104和第三相绕组105,第一套三相绕组101为单层整距60°相带分布绕组,设置于槽底位置,采用波绕方式。60°相带单层绕组采用分布式整数槽结构。如图1所示,图中为第一套三相绕组101内部的第一相绕组103示意图,第一相绕组103设置在槽底位置。
进一步的,第二套三相绕组102包括第四相绕组106、第五相绕组107和第六相绕组108,第二套三相绕组102为单层整距60°相带分布绕组,设置于槽口位置,采用波绕方式。如图2所示,图中为第二套三相绕组102内部的第四相绕组106示意图,第四相绕组106设置在槽口位置。其中,从图5可以看出,图中两个弯折处,可以体现出两套绕组其实绕法均是采用的相同的波绕方式,且从图中可以看出第一套三相绕组101设置在槽底位置,第二套三相绕组102设置槽口位置。
进一步的,如图3所示,图中是第一套三相绕组101槽结构示意图,两套绕组均采用分布式整数槽结构,图中的数字是槽的命名。如图4所示,左边1号槽里面的引出线跟右边的3号槽是一致的,两套绕组在同一个电机内,第一套三相绕组101从1号槽作为起始开始绕制,第二套三相绕组102从3号槽作为起始开始绕制。这两套绕组的起始槽不一样,存在交错的角度。外圈是第一套三相绕组101,外圈内部的圈是第二套三相绕组102。两套绕组的起始槽不一样的作用是降低磁动势谐波,从而降低损耗。
同时,由于两套三相绕组的放置位置需要满足严苛的要求,其极槽配比受到了较大的限制,同时两套三相绕组端部交叠问题较为严峻,影响了双三相电机的容错优势。在大功率电机应用场合中,采用两套完全物理隔离的三相绕组即第一套三相绕组101和第二套三相绕组102,提高电机容错性能。
具体表现:本发明对双层绕组进行重构,形成机械-电移位式双单层电机容错绕组结构并发展了其低谐波控制方式,使得两套三相绕组完全物理隔离,提高了电机容错性能,避免了常规双三相分布绕组的绕制困难且隔离困难的问题。两套绕组在同一个电机内,第一套三相绕组101和第二套三相绕组102,这两套绕组的起始槽不一样,存在交错的角度。外圈是第一套三相绕组101,外圈内部的圈是第二套三相绕组102。两套绕组的起始槽电流的不一样双重作用的降低磁动势谐波,降低了损耗。
实施例2
参照图2-图6,该实施例不同于第一个实施例的是:
S1确定电机槽数和极对数比值,计算电机槽距角电角度;
电机槽数Ns与极对数p的比值需要满足Ns=6kp(k=1,2,3,4…),且电机槽距角电角度α=(p.360°)/N_s;60°相带单层绕组采用分布式整数槽结构,跨距为α=(p.360°)/N_s。
同时,第一套三相绕组(101)和第二套三相绕组(102)之间的位置电角度差值为α=N_d.(p.360°)/N_s,其中,Nd为两套绕组间的位置槽数差值。如:第一套绕组在N号槽中的导体与第二套绕组N+2号槽中的导体的相和方向一致,那么它们Nd取2。
S2得出两套绕组之间的位置电角度差值和各自的电流波形;
第一套三相绕组(101)电流对应的电角度为γd1,第一套三相绕组(101)对应的电流波形分别为
其中,I为电机电流有效值,ω为电机频率。
第二套三相绕组(102)电流对应的电角度为γd2,第二套三相绕组(102)对应的电流波形分别为
其中,I为电机电流有效值,ω为电机频率。
S3求出合成磁势、正转磁势和反转磁势,保证正转磁势最大,且其他次磁势将会被削弱;
两套绕组合成磁势为:
正转磁势为:
反转磁势为:
其中,当v=6k-1时,取正转磁势;当v=6k+1时,取反转磁势,当γd1-γd2-vαd=0时,即可保证正转基波磁势最大,且其他次磁势将会被削弱。通过上述的槽的起始点不一致以及调节电流角度这个方法,导致了合成磁势大,且其他的磁势小。
S4在降低谐波后,转子永磁体涡流损耗几乎为0,且电机的转矩脉动大大降低。
其中,在降低谐波后,转子永磁体涡流损耗几乎为0,且电机的转矩脉动大大降低。采用本发明的实施方法,提高电机磁动势基波、降低谐波以起到提高电机输出能力、降低电机转矩脉动、降低转子损耗的效果。
具体表格数据如下:
通过本数据的仿真可以得到转矩对比图6,从图中可以清晰的看出,采用双单层电机容错绕组方法可以非常明显的降低转矩,提高谐波稳定性。
其余结构与实施例1相同。
具体表现:采用机械-电移位方法,提高电机磁动势基波、降低谐波以起到提高电机输出能力、降低电机转矩脉动、降低转子损耗的效果;该结构及其低谐波控制方式使得电机谐波远低于双三相集中绕组结构,转子损耗极低,避免了转子永磁体的分段处理或转子冷却等需求,降低生产成本。
重要的是,应注意,在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案,但参阅此公开内容的人员应容易理解,在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下,许多改型是可能的(例如,各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如,温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如,示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成,元件的位置可被倒置或以其它方式改变,并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此,所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中,任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构,且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下,可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此,本发明不限制于特定的实施方案,而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
此外,为了提供示例性实施方案的简练描述,可以不描述实际实施方案的所有特征(即,与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征,或于实现本发明不相关的那些特征)。
应理解的是,在任何实际实施方式的开发过程中,如在任何工程或设计项目中,可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的,但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说,不需要过多实验,所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种机械电移位式双三相容错绕组结构,其特征在于:包括,
绕组模块(100),包括第一套三相绕组(101)和第二套三相绕组(102),所述第一套三相绕组(101)和第二套三相绕组(102)互相隔离,且在电机槽内和端部均无接触。
2.如权利要求1所述的机械电移位式双三相容错绕组结构,其特征在于:所述第一套三相绕组(101)包括第一相绕组(103)、第二相绕组(104)和第三相绕组(105),所述第一套三相绕组(101)为整距60°相带分布绕组,设置于槽底位置,采用波绕方式;
其中,所述第二套三相绕组(102)包括第四相绕组(106)、第五相绕组(107)和第六相绕组(108),所述第二套三相绕组(102)为整距60°相带分布绕组,设置于槽口位置,采用波绕方式。
3.一种机械电移位式双三相容错绕组低谐波控制方法,其特征在于:包括权利要求1~2所述的机械电移位式双三相容错绕组结构,还包括,
确定电机槽数和极对数比值,计算电机槽距角电角度;
得出所述两套第一套三相绕组(101)和第二套三相绕组(102)之间的位置电角度差值和各自的电流波形;
求出合成磁势、正转磁势和反转磁势,保证合成磁势的基波幅值最大,且其他次磁势将会削弱;
当磁势改变,谐波会降低,转子永磁体涡流损耗趋于0,电机的转矩脉动降低。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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