适用于36槽14极三相永磁同步电机的双层长短距混合绕组的制作方法

本发明属于电气工程领域，涉及一种适用于36槽14极三相永磁同步电机的双层长短距混合绕组。

背景技术：

永磁同步电机具有结构简单、单位质量转矩密度高、高效工作范围宽等优点，特别是在低速大扭矩应用场合采用永磁同步电机结构会取得很好的效果。一般应用于低速大扭矩应用场合的永磁同步电机的永磁转子的极对数会较多且定子的槽数较少，定子绕组为分数槽绕组。这样在降低定转子轭部铁心厚度，尽量增大定转子间气隙处的直径的同时，还能将定子绕组端部设计得尽可能短，提高嵌线的劳动生产率，而且还能减小电机的齿槽转矩。在电机设计时，槽/极数配合为36槽14极的三相永磁同步电机以及由其派生的三相永磁同步电机就是其中的一种选择。

对于36槽14极永磁同步电机而言，其定子槽数z＝36，极数2p＝14，相数m＝3。其极距为

每极每相槽数为

对于7对极的基波而言，其槽距电角度为

其基波及其谐波绕组分布系数与按60°相带分相时每极每相为整数槽q'＝6、而槽距电角度为α1'＝10°的三相永磁同步电机的绕组分布系数一样，其绕组分布系数为

式中，ν为永磁电动势谐波次数；kqν为ν次谐波绕组分布系数。

显然，36槽14极永磁同步电机定子三相绕组需采用分数槽双层短距分布绕组，或者采用分数槽双层长距分布绕组。

当选取线圈节距时，则为短距绕组，36槽14极永磁同步电机定子三相绕组需采用分数槽双层短距分布绕组，其绕组短距系数为

式中，为ν次谐波绕组短距系数。

36槽14极永磁同步电机定子三相分数槽双层短距分布绕组的绕组系数为

式中，为采用短距线圈时的ν次谐波绕组系数。

当选取线圈节距时，36槽14极永磁同步电机定子三相绕组需采用分数槽双层长距分布绕组，其绕组长距系数为

式中，为ν次谐波绕组长距系数。

36槽14极永磁同步电机定子三相分数槽双层长距分布绕组的ν次谐波绕组系数为

式中，为采用长距线圈时的ν次谐波绕组系数。

36槽14极永磁同步电机采用短、长距线圈时基波和次数较低的谐波绕组系数列于表1中。

表136槽/14极永磁同步电机采用短、长距线圈时基波和次数较低的绕组系数

由表1可见，对于36槽14极永磁同步电机，基波绕组系数采用短距线圈时比采用长距线圈时低，而次数较低的谐波绕组系数差异不是太大。每个短距线圈比长距线圈绕组端部短一个槽距，端部用铜量少，相应的端部铜耗也少，因此，目前大多采用短距线圈，而不采用长距线圈。但是，仅从基波绕组系数来看采用短距线圈不如采用长距线圈。

技术实现要素：

为了充分发挥短距线圈和长距线圈的各自优点，本发明提供一种适用于36槽14极三相永磁同步电机的双层长短距混合绕组，尽量减少了绕组的端部用铜量，同时，使得永磁同步电机的总体性能指标得以提升。

本发明提出一种适用于36槽14极三相永磁同步电机的双层长短距混合绕组，三相永磁同步电机的定子上有36槽，永磁转子有n、s极依次相间的14个磁极，每个定子槽中嵌放有三相对称绕组，每相绕组共有12个线圈，其中8个线圈为跨距为2槽的短距线圈，4个线圈为跨距为3槽的长距线圈；每相绕组的12个线圈，按照合成基波电动势最大的原则串联连接成2条电动势大小相等、相位相同的相绕组支路；每相的每条相绕组支路由4个跨距为2槽的短距线圈和2个跨距为3槽的长距线圈按照合成基波电动势最大的原则串联连接而成；每相的2条电动势大小相等、相位相同的相绕组支路串联或是并联形成相绕组；电机定子槽中的三相绕组y接，形成三相绕组对称的双层长短距混合绕组；双层长短距混合绕组中，属于同一相绕组的所有线圈边在定子槽中的位置与36槽14极三相永磁同步电机采用跨距为3槽长距线圈双层分布绕组时的所有线圈边在定子槽中的位置相同，不同仅为改变了属于同一相绕组的所有线圈边之间的连接顺序，基波绕组系数仍为0.9236。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：对采用长距线圈时的绕组进行了改造，将较多的长距线圈改为短距线圈，较少的部分线圈改为新的长距线圈，从而尽可能的减少了绕组的端部用铜量，同时还使得绕组系数仍为采用长距线圈时的绕组系数，使得永磁同步电机的总体性能指标得以提升。

附图说明

图1是36槽14极永磁同步电机按60°相带分相时槽电动势星形图。

图2是36槽14极永磁同步电机采用短距线圈(跨距为2槽)时的各相绕组展开图。

图3是36槽14极永磁同步电机采用短距线圈(跨距为2槽)时的三相绕组展开图。

图4是36槽14极永磁同步电机采用长距线圈(跨距为3槽)时的各相绕组展开图。

图5是36槽14极永磁同步电机采用长距线圈(跨距为3槽)时的三相绕组展开图。

图6是36槽14极永磁同步电机采用长(跨距为3槽)短(跨距为2槽)距混合绕组时的各相绕组展开图。

图7是36槽14极永磁同步电机采用长(跨距为3槽)、短(跨距为2槽)距混合绕组时的三相绕组展开图。

具体实施方式

下面结合图1～图7对本发明提出的36槽14极永磁同步电机采用长短距混合绕组的实施给予说明。

36槽14极三相永磁同步电机的定子上有36槽，永磁转子有n、s极依次相间的14个磁极，共7对永磁磁极，按60°相带分相时36槽14极永磁同步电机槽电动势星形图如图1所示。对36槽14极永磁同步电机按60°相带分相后，上线圈边属于a相正相带的线圈有1、12、17、22、27和32，上线圈边属于a相负相带的线圈有4、9、14、19、30和35；上线圈边属于b相正相带的线圈有3、8、13、24、29和34，上线圈边属于b相负相带的线圈有6、11、16、21、26和31；上线圈边属于c相正相带的线圈有5、10、15、20、25和36，上线圈边属于c相负相带的线圈有2、7、18、23、28和33。

传统中，在绘制绕组展开图时，做如下约定：在绕组展开图中，每个数字代表一个槽的槽号，槽号将一个线圈边断开成上下两根实线；每个槽中有上、下两个线圈边；同一个槽中，左侧的两根实线代表一个线圈的上层边，右侧的两根实线代表一个线圈的下层边，且线圈号与该线圈上层边所在的槽号相同。

按传统的绘制绕组展开图的约定，若线圈跨距取2槽，采用短距绕组，按照图1所示按60°相带进行三相分相的结果可以得到如图2所示的36槽14极永磁同步电机采用短距线圈(跨距为2槽)时的各相绕组展开图，以及将三相画在一起的如图3所示的36槽14极永磁同步电机采用短距线圈(跨距为2槽)时的三相绕组展开图。每相绕组共有12个线圈，每个线圈为跨距为2槽的短距线圈，按照合成基波电动势最大的原则可以串联连接成2条电动势大小相等、相位相同的相绕组支路；每相的2条相绕组支路可以串联也可以并联而形成相绕组；三相绕组y接，形成三相绕组对称双层短距分布绕组。采用双层短距分布绕组的36槽14极永磁同步电机基波和次数较低的谐波绕组系数等于列于表1中的其基波绕组系数为0.8985，较低，电机性能欠佳。

按传统的绘制绕组展开图的约定，若线圈跨距取3槽，采用长距绕组，按照图1所示按60°相带进行三相分相的结果可以得到如图4所示的36槽14极永磁同步电机采用长距线圈(跨距为3槽)时的各相绕组展开图，以及将三相画在一起的如图5所示的36槽14极永磁同步电机采用长距线圈(跨距为3槽)时的三相绕组展开图。每相绕组共有12个线圈，每个线圈为跨距为3槽的长距线圈，按照合成基波电动势最大的原则可以串联连接成2条电动势大小相等、相位相同的相绕组支路；每相的2条相绕组支路可以串联也可以并联而形成相绕组；三相绕组y接，形成三相绕组对称双层长距分布绕组。采用双层长距分布绕组的36槽14极永磁同步电机基波和次数较低的谐波绕组系数等于列于表2中的其基波绕组系数为0.9236，较高。但是，线圈的端部较长，费铜，电机性能也欠佳。

由图4所示的36槽14极永磁同步电机采用长距线圈(跨距为3槽)时的三相绕组展开图可见，上线圈边属于a相正相带的线圈有1、12、17、22、27和32，即属于a相正向连接的上线圈边处于1、12、17、22、27和32槽中，属于a相反向连接的下线圈边处于4、15、20、25、30和35槽中；上线圈边属于a相负相带的线圈有4、9、14、19、30和35，即属于a相反向连接的上线圈边处于4、9、14、19、30和35槽中，属于a相正向连接的下线圈边处于7、12、17、22、33和2槽中。

由图4所示的36槽14极永磁同步电机采用长距线圈(跨距为3槽)时的三相绕组展开图可见，上线圈边属于b相正相带的线圈有3、8、13、24、29和34，即属于b相正向连接的上线圈边处于3、8、16、24、29和34槽中，属于b相反向连接的下线圈边处于6、11、136、27、32和1槽中；上线圈边属于b相负相带的线圈有6、11、16、21、26和31，即属于b相反向连接的上线圈边处于6、11、16、21、26和31槽中，属于b相正向连接的下线圈边处于9、14、19、24、29和34槽中。

由图4所示的36槽14极永磁同步电机采用长距线圈(跨距为3槽)时的三相绕组展开图可见，上线圈边属于c相正相带的线圈有5、10、15、20、25和36，即属于c相正向连接的上线圈边处于5、10、15、20、25和36槽中，属于c相反向连接的下线圈边处于8、13、18、23、28和3槽中；上线圈边属于c相负相带的线圈有2、7、18、23、28和33，即属于c相反向连接的上线圈边处于2、7、18、23、28和33槽中，属于c相正向连接的下线圈边处于5、10、21、26、31和36槽中。

本发明适用于36槽14极三相永磁同步电机的双层长短距混合绕组可以通过对如图4所示的36槽14极永磁同步电机采用长距线圈(跨距为3槽)时的三相绕组改造得到。改造时，保持36槽14极三相永磁同步电机采用跨距为3槽长距线圈双层绕组时的所有线圈边所处于槽中的位置不变，仅仅改变了属于同一相绕组的所有线圈边之间端部的连接顺序。改接后的36槽14极永磁同步电机采用长(跨距为3槽)短(跨距为2槽)距混合绕组时的各相绕组展开图如图6所示，36槽14极永磁同步电机采用长(跨距为3槽)、短(跨距为2槽)距混合绕组时绘在一起的三相绕组展开图如图7所示。

36槽14极永磁同步电机采用长(跨距为3槽)、短(跨距为2槽)距混合绕组时的各相绕组中各个线圈间的连接规律如下：

将处于1、12、17、22、27和32槽中的属于a相正向连接的上线圈边分别记作和处于4、15、20、25、30和35槽中的属于a相反向连接的下线圈边记作和处于4、9、14、19、30和35槽中的属于a相反向连接的上线圈边记作和处于7、12、17、22、33和2槽中的属于a相正向连接的下线圈边记作和将线圈边与与与与与与与与分别串联可以得到属于a相的8个跨距为2槽的短距线圈，若仍以线圈上层边所在的槽号与线圈号相同，则得到线圈1、4、14、17、19、22、32和35等8个跨距为2槽的短距线圈；将线圈边与与分别串联可以得到2个属于a相的两个线圈边全在下层的跨距为3槽的长距线圈，将这2个两个线圈边全在下层的跨距为3槽的长距线圈重新命名为线圈7n和25n；将线圈边与与分别串联可以得到2个属于a相的两个线圈边全在上层的跨距为3槽的长距线圈，将2个两个线圈边全在上层的跨距为3槽的长距线圈重新命名为线圈9u和27u。将线圈27u、32、35、1、4和7n按照合成基波电动势最大的原则串联得到a相绕组的第1条相绕组支路a1x1，在a1x1这条a相绕组支路中有4个跨距为2槽的短距线圈和2个跨距为3槽的长距线圈；将线圈9u、14、17、19、22和25n按照合成基波电动势最大的原则串联得到a相绕组的第2条相绕组支路a2x2，在a2x2这条a相绕组支路中也有4个跨距为2槽的短距线圈和2个跨距为3槽的长距线圈。a1x1这条a相绕组支路的具体连接规律为：线圈27u的首端作为a1x1这条a相绕组支路的首端a1，线圈27u的尾端连接线圈32的尾端，线圈32的首端连接线圈35的首端，线圈35的尾端连接线圈1的尾端，线圈1的首端连接线圈4的首端，线圈4的尾端连接线圈7n的尾端，线圈7n的首端作为a1x1这条a相绕组支路的尾端x1。a2x2这条a相绕组支路的具体连接规律为：线圈9u的首端作为a2x2这条a相绕组支路的尾端x2，线圈9u的尾端连接线圈14的尾端，线圈14的首端连接线圈17的首端，线圈17的尾端连接线圈19的尾端，线圈19的首端连接线圈22的首端，线圈22的尾端连接线圈25n的尾端，线圈25n的首端作为a2x2这条a相绕组支路的首端a2。a1x1和a2x2这2条a相绕组支路的电动势大小相等相位相同，既可以串联也可以并联而形成a相绕组。

将处于3、8、13、24、29和34槽中的属于b相正向连接的上线圈边分别记作和处于6、11、16、27、32和1槽中的属于b相反向连接的下线圈边记作和处于6、11、16、21、26和31槽中的属于b相反向连接的上线圈边记作和处于9、14、19、24、29和34槽中的属于b相正向连接的下线圈边记作和将线圈边与与与与与与与与分别串联可以得到属于b相的8个跨距为2槽的短距线圈，若仍以线圈上层边所在的槽号与线圈号相同，则得到线圈8、11、13、16、26、29、31和34等8个跨距为2槽的短距线圈；将线圈边与与分别串联可以得到2个属于b相的两个线圈边全在上层的跨距为3槽的长距线圈，将这2个两个线圈边全在上层的跨距为3槽的长距线圈重新命名为线圈3u和21u；将线圈边与与分别串联可以得到2个属于b相的两个线圈边全在下层的跨距为3槽的长距线圈，将这2个两个线圈边全在下层的跨距为3槽的长距线圈重新命名为线圈19n和1n。将线圈3u、8、11、13、16和19n按照合成基波电动势最大的原则串联得到b相绕组的第1条相绕组支路b1x1，在b1x1这条b相绕组支路中有4个跨距为2槽的短距线圈和2个跨距为3槽的长距线圈；将线圈21u、26、29、31、34和1n按照合成基波电动势最大的原则串联得到b相绕组的第2条相绕组支路b2y2，在b2y2这条b相绕组支路中也有4个跨距为2槽的短距线圈和2个跨距为3槽的长距线圈。b1y1这条b相绕组支路的具体连接规律为：线圈3u的首端作为b1y1这条b相绕组支路的首端b1，线圈3u的尾端连接线圈8的尾端，线圈8的首端连接线圈11的首端，线圈11的尾端连接线圈13的尾端，线圈13的首端连接线圈16的首端，线圈16的尾端连接线圈19n的尾端，线圈19n的首端作为b1y1这条b相绕组支路的尾端y1。b2y2这条b相绕组支路的具体连接规律为：线圈21u的首端作为b2y2这条b相绕组支路的尾端y2，线圈21u的尾端连接线圈26的尾端，线圈26的首端连接线圈29的首端，线圈29的尾端连接线圈31的尾端，线圈31的首端连接线圈34的首端，线圈34的尾端连接线圈1n的尾端，线圈1n的首端作为b2y2这条b相绕组支路的首端b2。b1y1和b2y2这2条b相绕组支路的电动势大小相等相位相同，既可以串联也可以并联而形成b相绕组。

将处于5、10、15、20、25和36槽中的属于c相正向连接的上线圈边分别记作和处于8、13、18、23、28和3槽中的属于c相反向连接的下线圈边记作和处于2、7、18、23、28和33槽中的属于c相反向连接的上线圈边记作和处于5、10、21、26、31和36槽中的属于c相正向连接的下线圈边记作和将线圈边与与与与与与与与分别串联可以得到属于c相的8个跨距为2槽的短距线圈，若仍以线圈上层边所在的槽号与线圈号相同，则得到线圈2、5、7、10、20、23、25和28等8个跨距为2槽的短距线圈；将线圈边与与分别串联可以得到2个属于c相的两个线圈边全在上层的跨距为3槽的长距线圈，将这2个两个线圈边全在上层的跨距为3槽的长距线圈重新命名为线圈15u和33u；将线圈边与与分别串联可以得到2个属于c相的两个线圈边全在下层的跨距为3槽的长距线圈，将2个两个线圈边全在下层的跨距为3槽的长距线圈重新命名为线圈13n和31n。将线圈15u、20、23、25、28和31n按照合成基波电动势最大的原则串联得到c相绕组的第1条相绕组支路c1z1，在c1z1这条c相绕组支路中有4个跨距为2槽的短距线圈和2个跨距为3槽的长距线圈；将线圈33u、2、5、7、10和13n按照合成基波电动势最大的原则串联得到c相绕组的第2条相绕组支路c2z2，在c2z2这条c相绕组支路中也有4个跨距为2槽的短距线圈和2个跨距为3槽的长距线圈。c1z1这条c相绕组支路的具体连接规律为：线圈15u的首端作为c1z1这条c相绕组支路的首端c1，线圈15u的尾端连接线圈20的尾端，线圈20的首端连接线圈23的首端，线圈23的尾端连接线圈25的尾端，线圈25的首端连接线圈28的首端，线圈28的尾端连接线圈31n的尾端，线圈31n的首端作为c1z1这条c相绕组支路的尾端z1。c2z2这条c相绕组支路的具体连接规律为：线圈33u的首端作为c2z2这条c相绕组支路的尾端z2，线圈33u的尾端连接线圈2的尾端，线圈2的首端连接线圈5的首端，线圈5的尾端连接线圈7的尾端，线圈7的首端连接线圈10的首端，线圈10的尾端连接线圈13n的尾端，线圈13n的首端作为c2z2这条c相绕组支路的首端c2。c1z1和c2z2这2条c相绕组支路的电动势大小相等相位相同，既可以串联也可以并联而形成c相绕组。

电机线圈可以按以下步骤嵌放：首先在36个槽中放置好槽绝缘。然后，依次嵌放两个线圈边全在下层的跨距为3槽的6个长距线圈1n、7n、13n、19n、25n和31n。随后，按照传统的嵌放双层短距绕组的方法依次嵌放1个线圈边在下层另1个线圈边在上层跨距为2槽的24个短距线圈1、2、4、5、7、8、10、11、13、14、16、17、19、20、22、23、25、26、28、29、31、32、34和35；在线圈嵌放过程中，同一个槽中上下两层线圈边之间要放置层间绝缘。接着，依次嵌放两个线圈边全在上层的跨距为3槽的6个长距线圈3u、9u、15u、21u、27u和33u；在线圈嵌放过程中，同一个槽中上下两层线圈边之间也要放置层间绝缘。最后，嵌放槽楔；按要求将各相绕组的2条相绕组支路串联或并联在一起成相绕组；接好相绕组的首端引出线，将相绕组的尾端接在一起，形成36槽14极永磁同步电机y接三相对称长短距混合绕组；做好相间绝缘，以及绕组端部整形和绑扎。最后，定子浸漆、烘干，得到一个完整的定子组件。

按上述连接规律和嵌放方法得到的36槽14极永磁同步电机采用长(跨距为3槽)、短(跨距为2槽)距混合绕组，每个定子槽中嵌放有三相对称绕组，每相绕组共有12个线圈，其中8个线圈为跨距为2槽的短距线圈，4个线圈为跨距为3槽的长距线圈；每相绕组的12个线圈，按照合成基波电动势最大的原则可以串联连接成2条电动势大小相等、相位相同的相绕组支路，每相的每条相绕组支路由4个跨距为2槽的短距线圈和2个跨距为3槽的长距线圈按照合成基波电动势最大的原则串联连接而成；每相的2条电动势大小相等、相位相同的相绕组支路可以串联也可以并联而形成相绕组；三相绕组y接，形成三相绕组对称双层长短距混合绕组。在双层长短距混合绕组的36槽14极三相永磁同步电机中，属于同一相绕组的所有线圈边在槽中的位置与36槽14极三相永磁同步电机采用跨距为3槽长距线圈双层分布绕组时的所有线圈边在槽中的位置相同，仅仅改变了属于同一相绕组的所有线圈边之间的连接顺序，因此其基波绕组系数仍为0.9236。

36槽14极永磁同步电机采用长短距混合绕组后，其基波绕组系数仍为0.9236；所有线圈中2/3的线圈为短距，1/3的线圈为长距。绕组端部平均长度不是太长，使得电机的整体性能得以提升。