一種模塊化電機定子及其端部重疊分數槽繞組結構制造技術

一種模塊化電機定子及其端部重疊分數槽繞組結構，設定子槽數和繞組極對數分別為2Z和p，定子槽在圓周上均勻分布，定子上包含兩套三相對稱交流繞組，該繞組由傳統單層分數槽集中繞組演變而來，每一套繞組的排列都與Z槽p對極的傳統單層分數槽集中繞組相同，且兩套繞組錯開角度在機械上為線圈跨距的一半；繞組端部重疊區域在定子圓周上間隔分布，切割端部繞組非重疊區域所在的定子即可實現模塊化。此發明專利技術能大大減少傳統分數槽集中繞組磁動勢中的非工作齒諧波含量，從而能降低電機損耗，平抑轉矩脈動，減小噪聲，同時具備分數槽集中繞組電機定子可模塊化的優點，便于大型電機的制造、運輸和裝配，且相間互感小，有利于提高電機的容錯能力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種模塊化電機定子及其端部重疊分數槽繞組結構，屬于電機

技術介紹
采用分數槽集中繞組的電機正在被越來越廣泛地運用于各領域，相比傳統的分布式繞組電機，分數槽集中繞組電機具有轉矩脈動小、反電勢波形正弦度高、容錯能力強、轉矩密度高、齒槽轉矩低等優點。此外，由于分數槽集中繞組線圈端部不重疊，故這類電機的定子可模塊化，模塊化可以降低電機的制造難度、提高槽滿率，還能降低大型直驅式風力發電、艦船推進等大電機應用場合的裝配和維護成本。但是，分數槽集中繞組磁動勢中的非工作諧波含量多、幅值高，容易造成額外的轉矩脈動和轉子損耗，這使得分數槽集中繞組在大電機應用過程中的散熱、振動和噪聲問題尤為突出。分布式整數槽繞組和非集中分數槽繞組諧波成分較少，但兩者定子圓周上所有位置的端部繞組均重疊，無法對電機實現模塊化，不利于大電機的生產、運輸和維護。因此，本專利技術從解決這一矛盾出發，提出了一種模塊化電機定子及其端部重疊分數槽繞組結構，在消除大量非工作齒諧波的同時保留了集中繞組電機定子可模塊化的優點。此外，該模塊化定子及其繞組結構還能提高電機的容錯性，更有利于在對安全性和可靠性要求高的領域中應用。
技術實現思路
專利技術目的：本專利技術的目的在于提供一種模塊化電機定子及其端部重疊分數槽繞組結構，在保留傳統分數槽集中繞組電機可模塊化、轉矩脈動小、齒槽轉矩小、容錯能力強等優點的同時，大大減少傳統分數槽集中繞組磁動勢中的非工作齒諧波含量，從而減小轉矩脈動和轉子損耗。技術方案：為了實現上述目的，本專利技術通過如下的技術方案來實現：設定子槽數為2Z，繞組極對數為p，定子包括電樞齒、容錯齒、定子槽、繞組和非導磁隔離層；繞組整體由兩套三相對稱交流繞組構成，每個定子槽內只含有一個線圈的圈邊，線圈端部重疊部分在定子圓周上的分布不連續，沿著相鄰兩個端部繞組重疊區域的交界處可把定子切割成若干模塊；相鄰兩個定子模塊之間被非導磁隔離層隔開，每個定子模塊內均只能含有3個定子電樞齒，且定子模塊的兩端被容錯齒所包圍。所述定子槽數2Z為4的倍數，每一套三相對稱交流繞組的排列與Z槽p對極的傳統單層集中繞組相同。繞組中所有線圈的跨距為兩個定子電樞齒，兩套三相繞組在機械上錯開半個線圈跨距，繞組中所通的兩組三相對稱電流錯開的電角度為半個線圈跨距所對應的電角度。定子模塊的數量為Z/2個，每個定子模塊內均只能含有兩個相互重疊半個跨距的線圈，且分別屬于兩個三相系統中的對應相同相。本專利技術中所包含的端部重疊分數槽繞組為兩套獨立的單層分數槽集中繞組相互錯開半個線圈跨距后整合而成，考慮兩組三相電流之間的相位差和各齒諧波的旋轉方向后即可計算得到兩套獨立繞組中各次齒諧波錯開的角度。當兩套繞組的某一次齒諧波錯開角度為180°或180°的奇數倍時，該次齒諧波即可被消除，否則不能被消除。經過分析可知，本專利技術中所指的定子槽數和繞組極對數分別為2Z和p的模塊化電機定子及其端部重疊分數槽繞組結構能夠消除Z槽p對極傳統單層集中繞組中一半的齒諧波成分，大大提高了電樞磁場正弦度。有益效果：與現有技術相比，本專利技術的優點是：1.定子可模塊化，有利于降低大型電機的生產、運輸和維護成本，同時具備傳統分數槽集中繞組轉矩脈動小、反電勢波形正弦度高、轉矩密度大、齒槽轉矩小的優勢；2.電樞磁場非工作諧波含量大大低于傳統分數槽集中繞組，故電機的轉子損耗小；3.端部繞組長度比分數槽集中繞組略有增加，但仍遠小于分布式繞組，電機銅耗較低；4.端部重疊分數槽繞組為雙三相，且相間互感小，故容錯能力較強。附圖說明圖1為一臺采用模塊化電機定子及其端部重疊分數槽繞組結構的24槽7對極永磁同步電機定子及其端部繞組示意圖；圖2為圖1中的端部重疊分數槽繞組具體排列示意圖；圖3為圖2所示的繞組中通入的雙三相電流的相量圖；圖4為兩臺分別采用模塊化電機定子及其端部重疊分數槽繞組結構和傳統雙層分數槽集中繞組的永磁同步電機電樞磁場頻譜對比圖。其中，采用模塊化電機定子及其端部重疊分數槽繞組結構的永磁同步電機的定子及繞組結構與圖1和圖2相同；采用傳統雙層分數槽集中繞組的永磁同步電機為12槽7對極，其定子內徑、定子外徑和轉子與前者相同。具體實施方式下面通過一個具體的實施例和相關附圖，更具體地闡述本專利技術的工作機理和優勢。如圖1所示為一臺采用模塊化電機定子及其端部重疊分數槽繞組結構的24槽7對極永磁同步電機定子及其端部繞組示意圖。定子1包括電樞齒1.1、容錯齒1.2、定子槽1.3和非導磁隔離層3。定子1上繞有端部重疊分數槽繞組2，其整體由兩套三相對稱交流繞組構成，每個定子槽1.3內只含有一個線圈的圈邊，整個繞組2共有12個線圈，線圈端部重疊部分在定子圓周上的分布不連續，沿著相鄰兩個端部繞組重疊區域的交界處可把定子切割成若干模塊。電機共有6個定子模塊，模塊兩端為容錯齒1.2，相鄰兩個定子模塊之間被非導磁隔離層3隔開，每個定子模塊內均含有3個定子電樞齒1.1和兩個相互重疊半個線圈跨距的線圈，且同一模塊中包含的兩個線圈同屬于雙三相系統中的對應相同相，例如：圖1所示的最上端的定子模塊中，B1，1代表第一個三相系統中B相的第一個線圈，B2，1代表第二個三相系統中B相的第一個線圈。圖2為圖1中的端部重疊分數槽繞組具體排列示意圖。圖中ABC表示各相繞組的首端，XYZ表示各相繞組的末端，繞組整體由兩套完全一樣的三相對稱交流繞組構成。非電樞定子齒1被切割后即成為容錯齒；端部繞組重疊區域2間隔分布在整個定子上，該區域內的定子齒為電樞齒。圖3為圖2所示的端部重疊分數槽繞組中通入的雙三相電流的相量圖。從圖2可以看出，1號繞組比2號繞組在機械上超前半個線圈跨距，在24槽7對極時，半個線圈跨距所對應的電角度為：因此，為遵循工作諧波繞組系數最大的原則，1號繞組通入的三相電流滯后于2號繞組105°。如圖4所示為兩臺分別采用模塊化電機定子及其端部重疊分數槽繞組結構和傳統雙層分數槽集中繞組的永磁同步電機電樞磁場頻譜對比圖。在本實施例中，采用模塊化電機定子及其端部重疊分數槽繞組結構的永磁同步電機為24槽7對極，故其雙三相繞組中的單獨一套繞組所產生的磁動勢齒諧波序列為5，7，17，19，29...，其中，7次諧波為工作諧波。設7次諧波旋轉方向為正，則5、17、29次諧波的旋轉方向為負，19次諧波的旋轉方向為正。令兩套繞組的v次諧波所錯開的電角度為θv，計算一部分齒諧波的θv：顯然，兩套繞組的5次、19次、29次等齒諧波反相，故能被消除。從圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種模塊化電機定子及其端部重疊分數槽繞組結構，其特征在于，設定子槽數為2Z，繞組極對數為p，定子(1)包括電樞齒(1.1)、容錯齒(1.2)、定子槽(1.3)、繞組(2)和非導磁隔離層(3)；繞組(2)整體由兩套三相對稱交流繞組構成，每個定子槽(1.2)內只含有一個線圈的圈邊，線圈端部重疊部分在定子圓周上的分布不連續，沿著相鄰兩個端部繞組重疊區域的交界處可把定子切割成若干模塊；相鄰兩個定子模塊之間被非導磁隔離層(3)隔開，每個定子模塊內均只能含有3個定子電樞齒(1.1)，且定子模塊的兩端被容錯齒(1.2)所包圍。

【技術特征摘要】
1.一種模塊化電機定子及其端部重疊分數槽繞組結構，其特征在于，設定子槽數為2Z，
繞組極對數為p，定子(1)包括電樞齒(1.1)、容錯齒(1.2)、定子槽(1.3)、繞組(2)和
非導磁隔離層(3)；繞組(2)整體由兩套三相對稱交流繞組構成，每個定子槽(1.2)內只
含有一個線圈的圈邊，線圈端部重疊部分在定子圓周上的分布不連續，沿著相鄰兩個端部繞
組重疊區域的交界處可把定子切割成若干模塊；相鄰兩個定子模塊之間被非導磁隔離層(3)
隔開，每個定子模塊內均只能含有3個定子電樞齒(1.1)，且定子模塊的兩端被容錯齒(1.2)
所包圍。
2.按照權利要求1所述的模塊化電機定子及其端部重疊...

【專利技術屬性】
技術研發人員：林鶴云，王克羿，陽輝，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32