CN212660021U - 双绕组定子及电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种双绕组定子及电机，所述双绕组定子包括定子铁芯、第一套绕组和第二套绕组；所述定子铁芯包括k个第一齿组和k个第二齿组，所述k为大于2的整数；所述k个第一齿组和k个第二齿组在所述定子铁芯的内周沿圆周方向以交替方式均匀分布；每一第一齿组包括m个用于绕设线圈的第一齿，且所述第一套绕组由所有绕设于所述第一齿上的线圈构成，所述m为不小于2的整数；每一所述第二齿组包括n个用于绕设线圈的第二齿，且所述第二套绕组由所有绕设于所有第二齿上的线圈构成，所述n为小于m的正整数。本实用新型实施例使得第一套绕组和第二套绕组的电气耦合较小，容易实现解耦控制，同时可将正常运作的第一套绕组的匝数做到最大。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及电机领域，更具体地说，涉及一种双绕组定子及电机。
背景技术
随着低碳排放普及以及传统能源消耗，电动汽车领域发展迅速，对于驾驶的安全性和可靠性提出了更高的要求。电动机作为电动汽车的核心部件，使用双绕组冗余电机提高运行可靠性是发展的大势所趋。
目前的双绕组电机系统中，通常将传统电机的单套电枢绕组改为两套独立供电的电枢绕组；在正常工况时，由第一套电枢绕组输出功率或两套电枢绕组同时输出功率；当第一套电枢绕组发生故障时，切换为第二套电枢绕组单独工作，以保证持续功率输出。
现有的双绕组电机中，其中第一套绕组按常规对称双层分布绕组排列，第二套绕组在相同槽位置按常规对称双层绕组排列，即定子每个槽内共有四层绕组。
在上述的双绕组电机中，两套绕组的连接形式和空间位置完全相同，因此两套绕组共磁路，互感较大，解耦控制算法难度较大。并且，由于两套绕组都为双层绕组时，则一个槽含有四层绕组，每层绕组之间都需要绝缘材料绝缘，增加了绝缘材料用量，相应地，降低了槽满率。此外，四层绕组还存在下线难度增大、下线时间增加、制造效率降低的问题。
实用新型内容
本实用新型实施例针对上述双绕组电机因连接形式和位置空间完全相同导致互感较大、解耦控制算法难度较大，因增加绝缘材料用量而导致磁满率下降，以及下线难度增大、下线时间增加、制造效率降低的问题，提供一种新的双绕组定子及电机。
本实用新型实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种双绕组定子，包括定子铁芯、第一套绕组和第二套绕组；所述定子铁芯包括k个第一齿组和k个第二齿组，所述k为大于2的整数；所述k个第一齿组和k个第二齿组在所述定子铁芯的内周沿圆周方向以交替方式均匀分布；每一所述第一齿组包括m个相邻设置并用于绕设线圈的第一齿，且所述第一套绕组由所有绕设于所述第一齿上的线圈构成，所述m为不小于2的整数；每一所述第二齿组包括n个用于绕设线圈的第二齿，且所述第二套绕组由所有绕设于所有第二齿上的线圈构成，所述n为小于m的正整数。
优选地，所述k为3的整数倍；所述第一套绕组包括第一U相绕组、第一V相绕组和第一W相绕组，所述第二套绕组包括第二U相绕组、第二V相绕组和第二W相绕组。
优选地，所述第一U相绕组、第一V相绕组和第一W相绕组在所述第一齿上的等效相位差依次为120°；
所述第二U相绕组、第二V相绕组和第二W相绕组在所述第二齿上的等效相位差依次为120°。
优选地，所述k等于6，所述m等于3；
所述第一U相绕组包括六个第一U相线圈，且所述六个第一U相线圈以串联或并联方式分别绕设于四个第一齿组的六第一齿上；所述第一V相绕组包括六个第一V相线圈，且所述六个第一V相线圈以串联或并联方式分别绕设于四个第一齿组的六个第一齿上；所述第一W相绕组包括六个第一W相线圈，且所述六个第一W相线圈以串联或并联方式分别绕设于四个第一齿组的六个第一齿上。
优选地，所述k等于6，所述n等于1；
所述第二U相绕组包括两个第二U相线圈，且所述两个第二U相线圈以串联或并联方式分别绕设于两个间隔180°的第二齿上；所述第二V相绕组包括两个第二V相线圈，且所述两个第二V相线圈以串联或并联方式分别绕设于两个间隔180°的第二齿上；所述第二W相绕组包括两个第二W相线圈，且所述两个第二W相线圈以串联或并联方式分别绕设于两个间隔180°的第二齿上。
优选地，相邻的所述线圈之间通过绝缘材料绝缘。
优选地，所述第一齿和第二齿的宽度相同，或者所述第一齿的宽度大于所述第二齿的宽度，或者所述第一齿的宽度小于所述第二齿的宽度。
本实用新型实施例还提供一种电机，包括转子、两个逆变器以及如上所述的双绕组定子；所述两个逆变器的输出端分别连接到第一套绕组和所述第二套绕组。
优选地，所述电机还包括切换单元，所述切换单元分别与两个逆变器连接，并用于切换两个逆变器的工作状态。
优选地，所述转子为表贴式转子、内置径向式转子、内置切向式转子、多层磁钢转子、混合磁路转子或海尔贝克阵列转子。
实施本实用新型实施例的双绕组定子及电机具有以下有益效果：通过使第一套绕组(即主绕组)和第二套绕组(即冗余绕组)绕设于定子铁芯的不同定子齿，使得第一套绕组和第二套绕组的电气耦合较小，互感小，很容易实现解耦控制，同时由于第一套绕组占据的定子齿的数量大于第二套绕组占据的定子齿的数量，能够满足两套绕组匝数相差较大情况下的线圈分配，从而在实现双余度冗余的同时，将正常运作的第一套绕组的匝数做到最大，使得电机的功率密度更高。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的双绕组定子的示意图；
图2是本实用新型实施例提供的双绕组定子中第一套绕组展开的示意图；
图3是本实用新型实施例提供的双绕组定子中第二套绕组展开的示意图；
图4是本实用新型第二实施例提供的双绕组定子的示意图；
图5是本实用新型第三实施例提供的双绕组定子的示意图；
图6是本实用新型实施例提供的电机中转子的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，是本实用新型实施例提供的双绕组定子的结构示意图，上述双绕组定子可应用于双余度冗余电机，其可保证电机持续功率输出。本实施例的双绕组定子包括定子铁芯10、第一套绕组11和第二套绕组12，且第一套绕组11和第二套绕组12分别具有独立的外接端子，从而第一套绕组可通过其外接端子与第一逆变器连接、第二套绕组12可通过其外接端子与第二逆变器连接，实现两套绕组各自的驱动控制，例如当第一套绕组11发生故障甚至烧毁时，第二套绕组12立刻切入工作，实现双余度容错功能。
上述定子铁芯10由硅钢片冲叠而成，其可采用一体式结构、拼接式结构或齿轭分离式结构，或者其它可实现方式，在此不做限制。在本实施例中，定子铁芯10包括k个第一齿组和k个第二齿组，k为大于2的整数，且上述k个第一齿组和k个第二齿组在定子铁芯10的内周沿圆周方向以交替方式均匀分布。每一第一齿组包括m个相邻设置并用于绕设线圈的第一齿101，且第一套绕组11由所有绕设于第一齿101上的线圈构成，m为不小于2的整数；每一第二齿组包括n个用于绕设线圈的第二齿102(当n大于1时，同一第二齿组中的n个第二齿相邻设置)，且第二套绕组12由所有绕设于所有第二齿102上的线圈构成，n为小于m的正整数。上述第一齿101和第二齿102与定子铁芯10的轭部(即环形部分)一体构成整个定子铁芯10。
上述双绕组定子通过绕设于定子铁芯的不同定子齿的第一套绕组(即主绕组)和第二套绕组(即冗余绕组)，使得第一套绕组和第二套绕组的电气耦合较小，互感小，很容易实现解耦控制。同时由于m为小于k的正整数，即第一套绕组占据的定子齿的数量大于第二套绕组占据的定子齿的数量，能够满足两套绕组匝数相差较大情况下的线圈分配，从而在实现双余度冗余的同时，将正常运作的第一套绕组的匝数做到最大，使得电机的功率密度更高。
在本实用新型的一个实施例中，k为3的整数倍，即双绕组定子可应用于三相电机。结合图2所示，第一套绕组11包括第一U相绕组U1、第一V相绕组V1和第一W相绕组W1；结合图3所示，第二套绕组12包括第二U相绕组U2、第二V相绕组V2和第二W相绕组W2。
为适于驱动控制，上述第一U相绕组U1、第一V相绕组V1和第一W相绕组W1在第一齿101上的等效相位差依次为120°，并且上述第一套绕组11的第一U相绕组U1、第一V相绕组V1和第一W相绕组W1之间可采用Y形或三角形方式连接。类似地，第二U相绕组U2、第二V相绕组V2和第二W相绕组W2在第二齿102上的等效相位差依次为120°，并且上述第二套绕组12的第二U相绕组U2、第二V相绕组V2和第二W相绕组W2之间可采用Y形或三角形方式连接。
上述双绕组定子可应用于二十极二十四槽(24s/20p)的三相电机，即k等于6，m等于3，且n等于1。
此时，第一U相绕组U1包括六个第一U相线圈U1-1、U1-2、U1-3、U1-4、U1-5、U1-6，且六个第一U相线圈U1-1、U1-2、U1-3、U1-4、U1-5、U1-6以串联或并联方式分别绕设于四个第一齿组的六个第一齿101上(其中第一U相线圈U1-1、U1-2绕设于同一第一齿组的两个第一齿101上，第一U相线圈U1-4、U1-5绕设于同一第一齿组的两个第一齿101上，第一U相线圈U1-3、U1-6分别绕设于另外两个第一齿组的第一齿101上)；第一V相绕组V1包括六个第一V相线圈V1-1、V1-2、V1-3、V1-4、V1-5、V1-6，且六个第一V相线圈V1-1、V1-2、V1-3、V1-4、V1-5、V1-6以串联或并联方式分别绕设于四个第一齿组的六个第一齿101上(其中第一V相线圈V1-1、V1-2绕设于同一第一齿组的两个第一齿101上，第一V相线圈V1-4、V1-5绕设于同一第一齿组的两个第一齿101上，第一V相线圈V1-3、V1-6分别绕设于另外两个第一齿组的第一齿101上)；第一W相绕组W1包括六个第一W相线圈W1-1、W1-2、W1-3、W1-4、W1-5、W1-6，且六个第一W相线圈W1-1、W1-2、W1-3、W1-4、W1-5、W1-6以串联或并联方式分别绕设于四个第一齿组的六个第一齿101上(其中第一W相线圈W1-2、W1-3绕设于同一第一齿组的两个第一齿101上，第一W相线圈W1-5、W1-6绕设于同一第一齿组的两个第一齿101上，第一W相线圈W1-1、W1-4分别绕设于另外两个第一齿组的第一齿101上)。
相应地，第二U相绕组U2包括两个第二U相线圈U2-1、U2-2，且两个第二U相线圈U2-1、U2-2以串联或并联方式分别绕设于两个间隔180°的第二齿102上；第二V相绕组V2包括两个第二V相线圈V2-1、V2-2，且两个第二V相线圈V2-1、V2-2以串联或并联方式分别绕设于两个间隔180°的第二齿102上；第二W相绕组W2包括两个第二W相线圈W2-1、W2-2，且两个第二W相线圈W2-1、W2-2以串联或并联方式分别绕设于两个间隔180°的第二齿102上。
由于绕设有第一套绕组11的第一齿101和绕设第二套绕组12的第二齿分别在定子铁芯10上均匀分布，从而使得两套绕组在空间及电气上均匀分布，避免了单边磁拉力的影响，保证在转子旋转过程中不会出现偏心现象。
并且，为了提高安全性，同时提高散热效率，上述定子铁芯10的定子槽中填充有绝缘材料(例如灌封胶)，即相邻的线圈之间通过绝缘材料绝缘。
在本实用新型的一个实施例中，定子铁芯10上的第一齿101和第二齿102的宽度(即沿圆周方向的尺寸)相同，该结构稳定性相对较好。
或者，结合图4所示，也可使定子铁芯10上的第一齿101的宽度大于第二齿102的宽度，该结构有利于提高第一套绕组11的功率密度。
此外，结合图5所示，还可使定子铁芯10上的第一齿101的宽度小于第二齿102的宽度，从而提高第二套绕组12的功率密度。
具体地，可根据电机的应用环境的功率要求，灵活分配第二套绕组12的匝数，以及第一齿101、第二齿102的宽度。
本实用新型还提供一种电机，该电机包括如图6所示的转子、两个逆变器以及上述的双绕组定子，其中转子包括永磁体21、由硅钢片叠压而成的转子铁芯20和转轴22。两个逆变器分别连接与第一套绕组的外接端子和第二套绕组的外接端子，从而分别为双绕组定子上的第一套绕组和第二套绕组独立供电，实现双余度容错功能。
具体地，上述电机还可包括切换单元，该切换单元分别与两个逆变器连接，并用于切换两个逆变器的工作状态。例如当第一套绕组发生故障甚至烧毁时，切换单元使连接第一供电单元的逆变器停止输出并使连接第二供电单元的逆变器向第二套绕组输出驱动信号，使第二套绕组立刻切入工作。
在上述的电机中，转子可采用各种磁路结构，例如转子可以为表贴式转子、内置径向式转子(I型)、内置切向式转子(Spoke型)、多层磁钢转子、混合磁路转子(“V”、“V+I”等)或海尔贝克(Halbach)阵列转子等。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种双绕组定子，包括定子铁芯、第一套绕组和第二套绕组；其特征在于，所述定子铁芯包括k个第一齿组和k个第二齿组，所述k为大于2的整数；所述k个第一齿组和k个第二齿组在所述定子铁芯的内周沿圆周方向以交替方式均匀分布；每一所述第一齿组包括m个相邻设置并用于绕设线圈的第一齿，且所述第一套绕组由所有绕设于所述第一齿上的线圈构成，所述m为不小于2的整数；每一所述第二齿组包括n个用于绕设线圈的第二齿，且所述第二套绕组由所有绕设于所有第二齿上的线圈构成，所述n为小于m的正整数。
2.根据权利要求1所述的双绕组定子，其特征在于，所述k为3的整数倍；所述第一套绕组包括第一U相绕组、第一V相绕组和第一W相绕组，所述第二套绕组包括第二U相绕组、第二V相绕组和第二W相绕组。
3.根据权利要求2所述的双绕组定子，其特征在于，所述第一U相绕组、第一V相绕组和第一W相绕组在所述第一齿上的等效相位差依次为120°；
所述第二U相绕组、第二V相绕组和第二W相绕组在所述第二齿上的等效相位差依次为120°。
4.根据权利要求3所述的双绕组定子，其特征在于，所述k等于6，所述m等于3；
所述第一U相绕组包括六个第一U相线圈，且所述六个第一U相线圈以串联或并联方式分别绕设于四个第一齿组的六个第一齿上；所述第一V相绕组包括六个第一V相线圈，且所述六个第一V相线圈以串联或并联方式分别绕设于四个第一齿组的六个第一齿上；所述第一W相绕组包括六个第一W相线圈，且所述六个第一W相线圈以串联或并联方式分别绕设于四个第一齿组的六个第一齿上。
5.根据权利要求3所述的双绕组定子，其特征在于，所述k等于6，所述n等于1；
所述第二U相绕组包括两个第二U相线圈，且所述两个第二U相线圈以串联或并联方式分别绕设于两个间隔180°的第二齿上；所述第二V相绕组包括两个第二V相线圈，且所述两个第二V相线圈以串联或并联方式分别绕设于两个间隔180°的第二齿上；所述第二W相绕组包括两个第二W相线圈，且所述两个第二W相线圈以串联或并联方式分别绕设于两个间隔180°的第二齿上。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的双绕组定子，其特征在于，相邻的所述线圈之间通过绝缘材料绝缘。
7.根据权利要求6所述的双绕组定子，其特征在于，所述第一齿和第二齿的宽度相同，或者所述第一齿的宽度大于所述第二齿的宽度，或者所述第一齿的宽度小于所述第二齿的宽度。
8.一种电机，其特征在于，包括转子、两个逆变器以及如权利要求1-7中任一项所述的双绕组定子；所述两个逆变器的输出端分别连接到第一套绕组和所述第二套绕组。
9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于：所述电机还包括切换单元，所述切换单元分别与两个逆变器连接，并用于切换两个逆变器的工作状态。
10.根据权利要求8所述的电机，其特征在于：所述转子为表贴式转子、内置径向式转子、内置切向式转子、多层磁钢转子、混合磁路转子或海尔贝克阵列转子。
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