。改变线圈节距是削弱高次齿谐波一个有效的方法，在很多情况下， 采用齿谐波短距绕组或长距绕组可能获得更好的性能。
[0050] 图2所示为P1 = I，p2 = 3，Zr = Pr = P1+P2 = 4，Tr = Zr/pr = 1集中式齿谐波绕组布置示 意图。其中图2a为线圈节距yr = ir的齿谐波整距绕组；图2b为线圈节距Λ =|r,.的齿谐波短 距绕组，由于= |，为放置短距线圈，必须在线圈边转子相应位置上增加4个槽，从而形成 8槽非均匀分布的大小齿结构，这时每个转子槽中只有一个线圈边，也即这个齿谐波短距绕 组为单层绕组。
[0051 ]上述齿谐波整距绕组和短距绕组磁动势谐波分析结果列于表1。表1中Fv表示磁动 势相对幅值，而Fv+表示正转波Fv-表示反转波。
[0052]表1 Pr = pi+P2 = 4集中式齿谐波绕组磁动势谐波分析
[0054] 从表1可以看出，适当调整线圈节距可以显著削弱高次齿谐波。当线圈为>'， 短距，相对于齿谐波短距绕组和整距绕组中极对数Pv=I和pv = 3这两个基波而言，幅值较大 的极对数Pv = 5的高次谐波相对幅值，从60.0000降为29.9320，极对数Pv = 7相对幅值从 42.8571降为21.4966。这也可以看成是由于集中短距绕组槽数比整距绕组增加一倍，而离 散了高次齿谐波的结果。
[0055] 3.分布式齿谐波绕组
[0056]集中式齿谐波绕组的磁动势中含有极对数pv = kZr±Pl的各次齿谐波，但是对于无 刷双馈电机正常运行而言，只需要有Pl和P2这两种极数的基本齿谐波，其余所有高次齿谐波 都必须消除，因为这些高次齿谐波都会对无刷双馈电机性能造成不利影响。
[0057] 从表1谐波分析结果来看，集中式齿谐波绕组可以采用短距线圈来削弱一些高次 齿谐波，但却很难做到将其相对幅值限制在对无刷双馈电机性能影响可以忽略的程度。为 进一步消除这些有害的高次齿谐波，可以引入一般交流绕组中分布绕组的概念，采用分布 式齿谐波绕组。
[0058] 分布式齿谐波绕组是将集中式齿谐波绕组每相原有的1个线圈分裂成nr个线圈后 构成的。这nr个线圈节距相同，匝数相等，并沿转子表面圆周依次相距机械角度分布，相互 间的联结关系为顺序串联后自闭合短路连接。关于为什么要采用这样的连接方式是很容易 理解的，因为这nr个线圈本来就是由1个线圈分裂而成的，这种连接保证了无论是在极对数 P1或是P2的气隙磁场下，相绕组中每个转子线圈能通过同样的电流。当然，也可以认为分布 式绕组是n r个集中式绕组沿转子表面圆周依次位移一个角度Ctr后形成的，这时也需要保持 原来的相电流不变。
[0059] 显而易见，为在转子上重新布置这些分布线圈，必须将原有的转子齿槽Zr也进行 分裂，也即转子上要扩充更多的槽数。为保证极对数 ?1和?2基本齿谐波特性不变，新的转子 槽数Z应该是Zr整倍数，即有:Z = krZr;上式中kr为正整数，称为裂槽系数，显然应该有kr = Tr，而这时的槽距角为心=^机械角度，如图3所示。进行裂槽后，新的齿谐波分布绕组 相数和原来集中式齿谐波绕组相同。
[0060] 工程实际中，为获取更好的绕组性能，每相的分裂线圈数往往并不和裂槽系数相 等，一般nr<k r，这意味着转子上有些槽为空槽。因此定义转子表面空间利用系数匕 表示沿转子圆周表面空间的利用率。kN越大表示空间利用率越高。
[0061] 一般来说，构成新的齿谐波分布绕组中的裂槽系数kr和每相分布线圈个数nr，以及 线圈节距y r，需要根据绕组磁动势谐波分析结果来决定。
[0062]不过，对于线圈节距yr，除了需要考虑绕组磁动势谐波分析的结果以外，还需要考 虑线圈端部的重叠问题，为使线圈端部能平面分布，必须采用同心式的绕法，而不能采用所 有线圈节距相等的绕法，一般要求yr〈Tr。
[0063] 同心式的绕法是每相绕组由节距不等，中心线重合的大小线圈组成。这些大小线 圈的节距y的计算公式为y = yr+nr-(2n-l)，式中η为区间[l，nr]中的整数。这样布置的绕组， 相邻的相绕组线圈端部平面上下迭合，是一种双平面绕组。
[0064] 也可以采用多个不同分布，节距不同的相绕组叠加的方法来获得谐波含量更小， 导体利用率更高的绕组方案，这些绕组仍采用同心式的绕法，但是这样布置的绕组是一种 多平面绕组。
[0065] 为了更进一步的说明本发明，下面结合具体实例详细说明本发明的实施。
[0066]实例1设计P1 = 1和p2 = 3的齿谐波绕线转子绕组方案
[0067]这里pr = ρι+ρ2 = 4，取kr = = 20，则有Z = krZr = 80，假定nr = 11 和yr = 16〈 Tr，这时 夂γ = = 77 = ，绕组磁动势谐波分析的结果如表2所示。从表2可以看出， ρι = 1绕组系 Kr 16 数为0.5698，p2 = 3绕组系数为0.7080。
[0068]表2 80槽?1/?2 = 1/3分布式齿谐波绕组磁动势谐波分析
[0071]因为yr = 16〈ir，于是可以采用同心式绕法，每相绕组各个大小线圈的节距的按公 式y = yr+nr-(2n-l)计算，n=l对应最大节距y = 26的线圈，n = nr对应最小节距y = 6的线圈， 具体线圈展开布置图如图4所示。从图4可以看出，这样布置的绕组端部相邻相绕组线圈形 成上下两个迭合的平面，因而是一种双平面绕组。
[0072]实例2设计Pl = 2和p2 = 4的齿谐波绕线转子绕组方案
[0073] 这里pr = pi+p2 = mr = 6，取kr = 14，则有Z = krZr = 84，为使转子磁动势中谐波含量 小和有高的导体利用率，采用两套绕组串联组合的方案。其中一套绕组取nr = 8和yr=12,另 一套绕组取nr = 5和yr = 9，这时tr = = 19，绕组磁动势谐波分析结果如 kr 3 入 14 表3所示。从表3可以看出，Pl = 2绕组系数为0.6878，p2 = 4绕组系数为0.8106,而主要高次齿 谐波相对幅值〈4 %。
[0074]表3 84槽?1/?2 = 2/4分布式齿谐波绕组磁动势谐波分析 [0075]
[0077]绕组线圈仍然采用同心式绕法，根据计算公式y = yr+nr-(2n-l)，一套绕组η= 1对 应最大节距y=19的线圈，n = nr对应最小节距y = 5的线圈，为双平面绕组;另一套绕组n=l 对应最大节距y = 13的线圈，n = nr对应最小节距y = 5的线圈，为单平面绕组。两套绕组对应 的相绕组串联连接组合为新的相绕组，整个转子绕组从端部看来为三平面的mr = 6相绕组。 图5所示为mr = 6相中的一相绕组的展开图，其余各相绕组依次位移kr=14槽即可得到，为简 洁起见，图5中未画出。
[0078]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1 . 一种交流无刷双馈电机，其特征在于，所述交流无刷双馈电机中定子绕组具有pi和P2 两种不同的极对数;转子为绕线式绕组。2. 如权利要求1所述的交流无刷双馈电机，其特征在于，所述绕线式绕组为齿谐波绕 组，所述齿谐波绕组包括齿谐波感应线圈，所述齿谐波感应线圈是绕在转子齿上的一个闭 合线圈，该线圈中的电流由气隙磁场感应产生。3. -种基于权利要求1所述的交流无刷双馈电机的齿谐波绕线转子分布绕组的设计方 法，其特征在于，包括下述步骤： (1) 获得基本极对数口1和口2; (2) 根据基本极对数pi和P2获得转子初步齿槽数Zr和相数mr，每个齿对应一个集中式线 圈；所述转子初步齿槽数Zr=m r = pi+P2; (3) 根据所述转子初步齿槽数获得拓展后新的转子槽数Z = krZr和极距Tr = kr;其中，kr 为裂槽系数； (4) 将原来的一个集中式线圈转化为nr个分布式线圈，并将nr个分布式线圈依次间隔:槽距角在转子槽中放置并串联连接;其中，每相分布线圈数nr^kr，线圈节距y r〈 (5) 通过对所述系数kr、所述分布线圈数nr和所述线圈节距yr的值进行调整，使得基本 极数P#Pp 2的绕组系数尽可能高，且其余高次齿谐波磁动势相对幅值尽可能小； (6) 将上述每相节距yr的nr个线圈调整为节距不等的nr个线圈；并采用同心式的绕法将 每相绕组线圈形成中心线重合的线圈并放置在转子槽内，将这些线圈串联后自短路联结构 成所述分布式齿谐波转子绕组。4. 如权利要求3所述的设计方法，其特征在于，先根据步骤（1)一（6)得到多个不同的 转子绕组方案，再将对应相绕组串联连接成闭合回路，获得叠加后新的转子绕组方案。5. 如权利要求3所述的设计方法，其特征在于，在步骤（1)中，基本极对数pi和P2之和pr = P1+P2为偶数。6. 如权利要求3所述的设计方法，其特征在于，在步骤(5)中，所说的齿谐波磁动势在原 理上具有如下属性:相邻两个齿谐波磁动势旋转方向相反和所有齿谐波磁动势的绕组系数 相等。7. 如权利要求3-6任一项所述的设计方法，其特征在于，在步骤(5)中，对所述线圈节距 yr的值进行调整的过程中，需满足y r〈Tr。8. 如权利要求3-7任一项所述的设计方法，其特征在于，通过调整线圈节距来削弱高次 齿谐波。9. 如权利要求3-8任一项所述的设计方法，其特征在于，步骤(6)中，调整后的nr个线圈 的节距y=y r+nr-(2n-l)。其中，η为区间[1，nr]中的整数。
【专利摘要】本发明公开了一种交流无刷双馈电机及其绕线转子绕组的设计方法；包括：先根据定子绕组极对数p1和p2初步确定转子齿槽数Zr和相数mr，这时Zr＝mr，每个齿对应一个集中式线圈，由此得到齿谐波集中式绕组，然后扩大转子槽数，选择系数kr，使新的转子槽数Z＝krZr，这时极距τr＝kr。此基础上，将原来的每相一个集中式线圈分裂为nr个等节距yr的线圈，且nr≤kr及有yr<τr，这nr个线圈依次间隔αr槽距角分布在转子槽内，再通过调整kr和nr，以及yr，使得极对数p1和p2的绕组系数尽可能高，谐波含量小。最后将上述每相绕组线圈，采用多平面同心式绕法，改为节距不等，中心线重合的大小线圈放置在转子槽内，并串联后自短路联结，从而获得分布式齿谐波转子绕组。这种分布式齿谐波转子绕组特点是谐波含量小，导体利用率高，绕组端部排列整齐。
【IPC分类】H02K17/12, H02K15/095, H02K3/28
【公开号】CN105680653
【申请号】CN201511003984
【发明人】王雪帆, 金维宇, 熊飞
【申请人】华中科技大学, 长沙华高电气有限公司
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2015年12月28日