專利名稱：一種無刷雙饋電機繞線轉(zhuǎn)子繞組及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無刷雙饋電機繞線轉(zhuǎn)子繞組及制作方法。
背景技術(shù)：
交流無刷雙饋電機適用于變頻調(diào)速系統(tǒng)，其特點是運行可靠和所需變頻器容量小等。這種電機定子上有兩套繞組，一套極對數(shù)Sp1，另一套極對數(shù)為P2。當定子繞組P1接通電網(wǎng)電源，產(chǎn)生磁極對數(shù)Sp1的旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流除產(chǎn)生P1對極磁場外，還產(chǎn)生P2對極磁場，這兩種極對數(shù)磁場相對轉(zhuǎn)子而言，旋轉(zhuǎn)方向相反，如這時在定子P2繞組接變頻電源，改變變頻電源的頻率，就可以改變電機轉(zhuǎn)速?！盁o刷雙饋變頻調(diào)速電動機的原理及在發(fā)電廠輔機拖動中的應(yīng)用前景”(電工技術(shù)雜志，2002年第I期，pp. 7-10)介紹了無刷雙饋變頻調(diào)速電動機的工作原理及現(xiàn)有無刷雙饋調(diào)速系統(tǒng)存在的一些問題。無刷雙饋變頻調(diào)速電動機要想有較好的性能，關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)子。 近年來研究的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)主要有兩種，一種為磁阻轉(zhuǎn)子，另一種為籠型短路繞組轉(zhuǎn)子。由于磁阻轉(zhuǎn)子其鐵芯必須制成類似凸極的結(jié)構(gòu)，籠型短路繞組轉(zhuǎn)子其繞組必須制成同心式分布短路繞組，在這些條件的限制下，使得這兩種轉(zhuǎn)子只能適用于特定的極數(shù)，且性能指標離工業(yè)實用要求有相當差距。無刷雙饋電機轉(zhuǎn)子也可以采用繞線型繞組。繞線型繞組接線方式靈活，線圈跨距可以改變，每個線圈的匝數(shù)也可以不同，可能做到顯著提高轉(zhuǎn)子性能，使之達到實用化的目的。關(guān)于無刷雙饋電機繞線轉(zhuǎn)子繞組，中國專利ZL200710051768. I文件中公開了一種無刷雙饋電機繞線轉(zhuǎn)子繞組，這種繞線轉(zhuǎn)子繞組所要求的兩種基波極對數(shù)P1和P2繞組系數(shù)較高，但因為具有的轉(zhuǎn)子槽數(shù)較少，轉(zhuǎn)子繞組諧波含量過大而影響了繞組性能；另一個中國專利ZL200910061297. I文件中公開了另一種無刷雙饋電機繞線轉(zhuǎn)子繞組，其性能得到了改進，高次諧波含量可以較小，但是卻存在線圈有多種匝數(shù)，工藝復雜，兩種基波極對數(shù)P1和P2的相對繞組系數(shù)調(diào)整困難，繞組布置空間利用率較低等不足。交流無刷雙饋電機也能作為發(fā)電機運行，用于風力或水力發(fā)電等需要做到變速恒頻輸出電能的場合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種一種無刷雙饋電機繞線轉(zhuǎn)子繞組及制作方法，根據(jù)這種方法能克服上述不足，制作出具有優(yōu)良性能的無刷雙饋電機繞線轉(zhuǎn)子繞組。這種電機轉(zhuǎn)子繞組所依據(jù)的仍然是磁動勢“齒諧波”原理，但具體構(gòu)成是采用由兩套多相子繞組疊加復合構(gòu)成的多相繞線型繞組。這兩套子繞組所含線圈數(shù)量和節(jié)距均不相同，通過調(diào)整線圈個數(shù)和節(jié)距或是線圈相對匝數(shù)，及移動這兩套子繞組的相對位置而產(chǎn)生的疊加效應(yīng)，達到既提高整體繞組系數(shù)又削弱諧波的目的。一種無刷雙饋電機繞線轉(zhuǎn)子繞組，由兩套多相子繞組疊加復合構(gòu)成的多相繞線型繞組，其特征在于所述的兩套多相子繞組所含線圈數(shù)量和節(jié)距均不相同，其中一套m相子繞組的每相由匝數(shù)為N1、按順序編號的Ii1個線圈串聯(lián)構(gòu)成，且該套m相子繞組為雙層或單層，線圈節(jié)距為I1 ;另一套m相子繞組為單層，每相由匝數(shù)為N2、按順序編號的112個線圈串聯(lián)構(gòu)成，線圈節(jié)距為y2，n2與y2滿足關(guān)系式n2=z/ (PjP2) _y2,兩套m相子繞組合成后的每相全部線圈1!=]^+ ,分別按順序串聯(lián)再自短路連接,m等于給定的兩種基本極對數(shù)P1和p2之和，N2, N1分別為正整數(shù)，按獲得兩種基本極數(shù)P1和P2下繞組系數(shù)最大，且其余諧波磁勢含量盡可能小的原則，確定線圈節(jié)距Y1和實際的線圈個數(shù)叫，y2為根據(jù)要求給定一個與yi不相同的整數(shù)。 一種無刷雙饋電機繞線轉(zhuǎn)子繞組的制作方法，具體步驟如下(I)根據(jù)給定的極對數(shù)P1和p2，得出轉(zhuǎn)子基本槽數(shù)Ztl=PjP2 ；(2)將Ztl擴展為新的轉(zhuǎn)子槽數(shù)z=kzQ (k為正整數(shù))；(3)確定轉(zhuǎn)子繞組相數(shù)Iii=Zci=PjP2和每相可能含有的最大槽數(shù)zfz/m,若采用雙層繞組，這里z,也表示每相相鄰順序串聯(lián)的最大線圈個數(shù)，此基礎(chǔ)上，再分別確定兩套繞組各相繞組的串聯(lián)實際線圈個數(shù)和線圈節(jié)距；(4)各相繞組對于兩種極對數(shù)P1和P2都必須做到對稱布置，具體做法是，假定P1< P2，先利用Pi槽號相位圖排列m相繞組對稱方案,然后再利用p2槽號相位圖校核該方案對于P2的對稱性；(5)第一套m相子繞組的每相由匝數(shù)為N1、按順序編號的線圈串聯(lián)構(gòu)成，既可以為雙層也可以為單層。具體確定方法為在最大槽數(shù)Z41 =z/m的基礎(chǔ)上，根據(jù)磁勢分析結(jié)果，按獲得兩種基本極數(shù)下繞組系數(shù)最大，且其余諧波磁勢含量盡可能小的原則，來初步確定線圈節(jié)距^和實際的線圈個數(shù)Ii1，一般有Il1 < Z,，這也就是說，若采用雙層繞組，每相由Il1個相鄰順序排列的線圈串聯(lián)構(gòu)成，這些線圈的節(jié)距為Y1 ;(6)第二套m相子繞組為單層，每相由匝數(shù)為N2，順序編號的線圈串聯(lián)構(gòu)成，其中線圈個數(shù)112與這時的線圈節(jié)距y2有關(guān)。具體確定方法為先給定線圈節(jié)距72，線圈個數(shù)n2按關(guān)系式n2=z/(pi+p2)-y2計算，以保證為單層繞組，每相由n2個相鄰順序排列的線圈串聯(lián)構(gòu)成；(7)將以上所確定的兩套m相子繞組合成為一套m相繞組。該合成繞組連接方式是將這兩套m相子繞組全部線圈n=ni+n2順序串聯(lián)后自短路連接；(8)為使得合成后轉(zhuǎn)子繞組對應(yīng)的兩種基本極對數(shù)P1和p2繞組系數(shù)最大，諧波磁勢含量最小，且有高的空間利用率，可以調(diào)整兩套子繞組的相對位置，或是返回步驟5)或6)，調(diào)節(jié)線圈節(jié)距yi和y2，及線圈個數(shù)Ii1及叫，當然也可改變兩套子繞組線圈的匝數(shù)N1和N2，再根據(jù)繞組磁勢分析結(jié)果判斷是否達到所要求的最佳匹配狀況以確定繞組方案。本發(fā)明的兩套子繞組所含線圈數(shù)量和節(jié)距均不相同，通過調(diào)整線圈個數(shù)和節(jié)距或是線圈相對匝數(shù)，及移動這兩套子繞組的相對位置而產(chǎn)生的疊加效應(yīng)，達到既提高整體繞組系數(shù)又削弱諧波的目的。


圖I為A1相繞組的A11子相和A21子相接線示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進一步說明。一種無刷雙饋電機繞線轉(zhuǎn)子繞組，由兩套多相子繞組疊加復合構(gòu)成的多相繞線型繞組，其特征在于所述的兩套多相子繞組所含線圈數(shù)量和節(jié)距均不相同，其中一套m相子繞組的每相由匝數(shù)為N1、按順序編號的Ii1個線圈串聯(lián)構(gòu)成，且該套m相子繞組為雙層或單層，線圈節(jié)距為I1 ;另一套m相子繞組為單層，每相由匝數(shù)為N2、按順序編號的112個線圈串聯(lián)構(gòu)成，線圈節(jié)距為y2，n2與y2滿足關(guān)系式n2=z/ (P^P2) _y2，兩套m相子繞組合成后的每相全部線圈1!=]^+ ,分別按順序串聯(lián)再自短路連接,m等于給定的兩種基本極對數(shù)P1和p2之和，N2, N1分別為正整數(shù)，按獲得兩種基本極數(shù)P1和P2下繞組系數(shù)最大，且其余諧波磁勢含量盡可能小的原則，確定線圈節(jié)距Y1和實際的線圈個數(shù)叫，y2為根據(jù)要求給定一個與yi不相同的整數(shù)。具體制作方法按以下實施例來制作
實施例I :有一臺無刷雙饋電機轉(zhuǎn)子,其中P1=Z^2=Iz=Sl由兩套多相子繞組疊加構(gòu)成的繞線轉(zhuǎn)子繞組方案。按以上所述方法，這時相數(shù)nFPi+pfZ+Aze,每相基本槽數(shù)Z4l=ZAi=SVe=^首先考慮第一套子繞組。假定該子繞組為雙層繞組，因為每相是由順序編號的線圈串聯(lián)構(gòu)成，如果這時取線圈數(shù)Ii1=Z4l=I其所對應(yīng)的相帶寬，盡管對于Pl=2而言可能是合適的，但是對于P2=4則可能過大，這會造成p2=5繞組系數(shù)過低，因此必須去掉一些線圈，至于去掉多少，及線圈節(jié)距Y1，需進行諧波分析后才能決定。這里取1^=6 < Z41=I及yi=7。又因為相數(shù)m=6，各相繞組空間依次相差2 /m機械角度，于是可利用槽號相位圖或是槽矢量星形圖得到各相對應(yīng)的線圈號為=A11相(1，2，3，4，5，6);八12相(28，29，30，31，32，33) ；Bn相(10，11，12，13，14，15)出12相(37，38，39，40，41，42) :(^3^19,20,21,22,23,24) ;C12 相(46,47,48,49, 50, 51)。槽號相位圖或是槽矢量星形圖都是現(xiàn)有標準的，本領(lǐng)域技術(shù)人員也都知道，因此這里也就不再給出圖。然后考慮第二套子繞組，該子繞組為單層繞組，假定其線圈節(jié)距為y2=6，每相由n2個相鄰順序排列的線圈串聯(lián)構(gòu)成，n2=z/(Pi+P2)-y2=54/(2+4)-6=3,也即每相由3個相鄰順序排列的線圈串聯(lián)構(gòu)成。必須要說明的是，這3個線圈具體空間位置與第一套繞組對應(yīng)相線圈的空間位置密切相關(guān)，必須根據(jù)諧波分析結(jié)果才能最后確定。根據(jù)對稱性，利用槽號相位圖得到各相線圈一種可能排列方案為‘相(3，4，5)人2相(30，31，32)出21相(12，13，14)出22相(39，40，41) ;(21相(21，22，23) ;C22相(48，49，50)。以上分別獲得兩套子繞組線圈槽號排列方案后，將其疊加組合在一起，即有=A1相(An+A21) ；A2相(A12+A22) 相(B11+B21) ；B2相(B12+B22) 相(Cn+C21) ；C2相(C12+C22)。其中每相兩個子繞組連接方式為正向串聯(lián)后自短路聯(lián)接，對于A1相，接線方法如附圖I所示，其余各相繞組與之相同，可以類推，其中線圈匝比可取Ni/Nfl/l。實施例2 —臺無刷雙饋電機轉(zhuǎn)子,Pi=2, p2=4, z=84,由兩套多相子繞組疊加構(gòu)成的繞線轉(zhuǎn)子繞組方案。按以上所述方法,這時相數(shù)nFPi+pfZ+Aze,每相基本槽數(shù)Z4l=ZAi=SVe=H
其線圈槽號排列的一種方案，對于第一套子繞組，取ni=9，&yi=12，這時各相線圈槽號分另Ij 為=A11 相(1，2，3，4，5，6，7，8，9) ；A12 相(43，44，45，46，47，48，49，50，51) ；Bn 相(15，16，17，18，19，20，21，22，23);B12 相(57，58，59，60，61，62，63，64，65);Cn 相(29，30，31，32，33，34，35，36，37) ；C12相(71，72，73，74，75，76，77，78，79)。對于第二套子繞組，因為是單層繞組，如果取線圈節(jié)距為y2=9，則線圈槽號數(shù)應(yīng)為n2=z/ (Pl+P2)-J2=M/ (2+4) -9=5，各相線圈槽號可取為A21 相(4，5，6，7，8) ；A22 相(46，47，48，49，50);B21 相(18，19，20，21，22);B22 相(60，61，62，63，64);C21 相(32，33，34，35，36);B22 相(74，75，76，77，78)。將上述兩套子繞組各相對應(yīng)線圈槽號疊加組合，可獲得轉(zhuǎn)子繞組排列的一種方案，即有-A 相(1，2，3，4，5，6，7，8，9)+ (4，5，6，7，8);A2 相(43，44，45，46，47，48，49，50，51)+ (46，47，48，49，50)% 相(15，16，17，18，19，20，21，22，23)+ (18，19，20，21，22);B2 相(57，58，59，60，61，62，63，64，65)+ (60，61，62，63，64)!C1 相(29，30，31，32，33，34，35，36，37) + (32，33，34，35，36)；C2相(71，72，73，74，75，76，77，78，79)+ (74，75，76，77，78)。若要獲得不同的轉(zhuǎn)子繞組方案，可改變第二套子繞組線圈節(jié)距，例如，取y2=10，則這時的線圈槽號數(shù)為n2=z/(Pi+P2)-y2=84/(2+4)-10=4,各相線圈槽號可取為A21相(4,5,6,7) ;A22 相(46，47，48，49) ;B21 相(18，19，20，21) ;B22 相(60，61，62，63) ;C21 相(32，33，34，35) ;(22相(74，75，76，77)。轉(zhuǎn)子繞組方案必須要通過磁勢諧波分析的才能最后確定，而其中兩套子繞組的空間相對位置，線圈節(jié)距和相對匝數(shù)等都對諧波分析結(jié)果有影響。對于以上轉(zhuǎn)子繞組方案，當yi=12，y2=9，兩套子繞組線圈匝數(shù)相等時，即N/Nfl/l的諧波分析結(jié)果列于表1，作為比較，表I也同時列出了兩套子繞組線圈匝數(shù)不相等，隊/隊=4/3時的諧波分析結(jié)果?？梢钥闯?，當匝比N/Nfl/1時，有一個相對幅值為4. 0659%的極對數(shù)p=8諧波，而&/隊=4/3時，這個p=8的諧波被離散了，其相對幅值下降為2. 7116%，與此同時，兩個極對數(shù)分別為Pl=2和p2=4的主波繞組系數(shù)也發(fā)生了變化。上述兩個不同匝比方案均為可用方案，實際應(yīng)用中究竟選擇哪一個方案，可根據(jù)工況或是工藝要求確定，當然也可根據(jù)本發(fā)明繼續(xù)設(shè)計別的更好方案。表I 磁勢諧波分析結(jié)果(7:=12, y2=9,1^=9，n2=5)
權(quán)利要求
1.一種無刷雙饋電機繞線轉(zhuǎn)子繞組，由兩套多相子繞組疊加復合構(gòu)成的多相繞線型繞組，其特征在于所述的兩套多相子繞組所含線圈數(shù)量和節(jié)距均不相同，其中一套m相子繞組的每相由匝數(shù)為N1、按順序編號的Ii1個線圈串聯(lián)構(gòu)成，且該套m相子繞組為雙層或單層，線圈節(jié)距為Y1 ;另一套m相子繞組為單層，每相由匝數(shù)為N2、按順序編號的112個線圈串聯(lián)構(gòu)成,線圈節(jié)距為y2,n2與y2滿足關(guān)系式n2=z/ (P^P2) _y2，兩套m相子繞組合成后的每相全部線圈n=ni+n2，分別按順序串聯(lián)再自短路連接，m等于給定的兩種基本極對數(shù)P1和P2之和，N2A1分別為正整數(shù)，按獲得兩種基本極數(shù)P1和P2下繞組系數(shù)最大，且其余諧波磁勢含量盡可能小的原則，確定線圈節(jié)距Y1和實際的線圈個數(shù)Ii1, y2為根據(jù)要求給定一個與yi不相同的整數(shù)。
2.如權(quán)利要求I所述的無刷雙饋電機繞線轉(zhuǎn)子繞組的制作方法，這種轉(zhuǎn)子繞組由兩套多相子繞組復合構(gòu)成，其特征在于包括以下步驟 (1)根據(jù)給定的極對數(shù)P1和P2，得出轉(zhuǎn)子基本槽數(shù)Ztl=PfP2； (2)、將基本槽數(shù)Z0擴展為新的轉(zhuǎn)子槽數(shù)z=kz(l，k為正整數(shù)； (3)確定轉(zhuǎn)子繞組相數(shù)Iii=Zci=PjP2和每相含有的最大槽數(shù)Z4l=ZAi,若采用雙層繞組,這里％也表示每相相鄰順序串聯(lián)的最大線圈個數(shù)，此基礎(chǔ)上，再分別確定兩套繞組各相繞組的串聯(lián)實際線圈個數(shù)和線圈節(jié)距； (4)各相繞組對于兩種極對數(shù)P1和p2都必須做到對稱布置，具體做法是，假定P1< P2,先利用P1槽號相位圖或槽矢量星形圖排列m相繞組對稱方案，然后再利用p2槽號相位圖或槽矢量星形圖校核該方案對于P2的對稱性； (5)第一套m相子繞組的每相由匝數(shù)為N1、按順序編號的線圈串聯(lián)構(gòu)成，第一套m相子繞組為雙層或單層；具體確定方法為在最大槽數(shù)Z4l=ZAl的基礎(chǔ)上，根據(jù)磁勢分析結(jié)果，按獲得兩種基本極數(shù)下繞組系數(shù)最大，且其余諧波磁勢含量盡可能小的原則，來初步確定線圈節(jié)距Y1和實際的線圈個數(shù)Ii1，一般有Il1 < z,，這也就是說，若采用雙層繞組，每相由Il1個相鄰順序排列的線圈串聯(lián)構(gòu)成，這些線圈的節(jié)距為Y1 ; (6)第二套m相子繞組為單層，每相由匝數(shù)為N2，順序編號的線圈串聯(lián)構(gòu)成，其中線圈個數(shù)H2與這時的線圈節(jié)距y2有關(guān)；具體確定方法為先給定線圈節(jié)距y2，線圈個數(shù)n2按關(guān)系式n2=z/(pi+p2)-y2計算，以保證為單層繞組，每相由n2個相鄰順序排列的線圈串聯(lián)構(gòu)成； (7)將以上所確定的兩套m相子繞組合成為一套m相繞組，該合成繞組連接方式是將這兩套m相子繞組全部線圈n=ni+n2順序串聯(lián)后自短路連接； (8)為使得合成后轉(zhuǎn)子繞組對應(yīng)的兩種基本極對數(shù)P1和P2繞組系數(shù)最大，諧波磁勢含量最小，且有高的空間利用率，可以調(diào)整兩套子繞組的相對位置，或是返回步驟5)或6)，調(diào)節(jié)線圈節(jié)距Y1和y2，及線圈個數(shù)H1及n2，當然也可改變兩套子繞組線圈的匝數(shù)N1和N2，根據(jù)繞組磁勢分析結(jié)果判斷是否達到所要求的最佳匹配狀況以確定繞組。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無刷雙饋電機繞線轉(zhuǎn)子繞組及制作方法，本發(fā)明所的是采用由兩套多相子繞組疊加復合構(gòu)成的多相繞線型繞組。這兩套子繞組所含線圈數(shù)量和節(jié)距均不相同，其中一套m相子繞組，每相由匝數(shù)為N1、按順序編號的n1個線圈串聯(lián)構(gòu)成，為雙層或單層，線圈節(jié)距為y1；另一套m相子繞組為單層，每相由匝數(shù)為N2，順序編號的n2個線圈串聯(lián)構(gòu)成，線圈節(jié)距為y2，n2與y2滿足關(guān)系式n2=z/(p1+p2)-y2，兩套m相子繞組合成后每相全部線圈n=n1+n2順序串聯(lián)再自短路連接，通過調(diào)整線圈個數(shù)和節(jié)距或相對匝數(shù)，移動這兩套子繞組相對位置，做到最佳匹配而產(chǎn)生疊加效應(yīng)，達到提高繞組線圈導體基波利用率及削弱諧波的目的。
文檔編號H02K17/14GK102801266SQ20121030637
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月27日
發(fā)明者王雪帆, 趙文成 申請人:華中科技大學, 武漢金路達電機有限公司