一种绕组及其绕制方法、及一种轴向磁通电机与流程

1.本发明涉及轴向磁通电机技术领域，更具体地说，涉及一种绕组及其绕制方法、及一种轴向磁通电机。


背景技术：

2.分数槽集中绕组轴向磁通电机具有制作工艺简单，功率密度及转矩密度大、齿槽转矩小等特点，因此得到广泛的应用。当轴向磁通电机的极数和定子铁芯的齿数接近时，尤其二者差值为1时，可有效降低轴向磁通电机的齿槽转矩。但是，当轴向磁通电机定子铁芯的齿数和极数接近时，绕组通入电流后，电枢磁场会产生丰富的谐波，上述谐波，尤其低阶谐波会使电机的涡流损耗、铁芯损耗增大，振动噪声恶化，严重影响电机的性能。


技术实现要素：

3.本发明的目的是在有效降低轴向磁通电机的齿槽转矩的情况下，消除轴向磁通电机的奇数阶次或偶数阶次谐波，从而提高轴向磁通电机的性能。
4.为实现上述目的，提供了如下技术方案：
5.一种能够消除谐波的绕组，其特征在于，所述绕组对应的定子槽的槽数z＝6*k，所述绕组对应的轴向磁通电机的极数p＝3*k
±
1，k为正奇数；
6.所述绕组包括两套组套，该两套绕组均为三相绕组，且该两套绕组中每相的相绕组均包括k个线圈，在该两套绕组中，形成三对相绕组，每对相绕组中的两个相绕组相对应；
7.在极对数p/2为偶数时，所述两套绕组相互作用消除奇数阶次谐波；
8.在极对数p/2为奇数时，所述两套绕组相互作用消除偶数阶次谐波。
9.优选地，在所述三对相绕组中，每对相绕组中相对应的有效导体关于定子铁芯的中心对称。
10.优选地，在所述两套绕组中，每套绕组中的三个相绕组对应的有效导体之间依次相差z/3个定子槽。
11.优选地，所述两套绕组的绕组节距y均为y＝2，所述两套绕组分别绕着奇数序号的定子槽和偶数序号的定子槽来绕制。
12.优选地，在极对数p/2为奇数时，若所述三对相绕组中成对两个相绕组采取串联的接线方式，那么在所述三对相绕组的每对相绕组中，两个相绕组的首端分别作为输入端和输出端，两个相绕组的尾端连接在一起；若所述三对相绕组中成对的两个相绕组采取并联的接线方式，那么在所述三对相绕组的每对相绕组中，一个相绕组的首端与另一个相绕组的尾端连接在一起作为输入端，所述另一个相绕组的首端与所述一个相绕组的尾端连接在一起作为输出端。
13.优选地，所述串联的接线方式为串联星接，或为串联角接；所述并联的接线方式为并联星接，或为并联角接。
14.优选地，在极对数p/2为偶数时，若所述三对相绕组中成对的两个相绕组采取串联
的接线方式，那么在所述三对相绕组的每对相绕组中，一个相绕组的首端作为输入端，另一个相绕组的尾端作为输出端，所述一个相绕组的尾端与所述另一个相绕组的首端连接在一起；若所述三对相绕组中成对的两个相绕组采取并联的接线方式，那么在所述三对相绕组的每对相绕组中，两个相绕组的首端连接在一起作为输入端，两个相绕组的尾端连接在一起作为输出端。
15.优选地，所述串联的接线方式为串联星接，或为串联角接；所述并联的接线方式为并联星接，或为并联角接。
16.优选地，若所述三对相绕组中成对的两个相绕组采取串联的接线方式，那么每对相绕组为一个整体相绕组。
17.优选地，z＝18，p＝8，所述两套绕组中每相的相绕组包括3个线圈；
18.所述两套绕组中的第一套绕组中第一个相绕组的第一个线圈从1槽进入，从3槽穿出，第二个线圈从5槽进入，从3槽穿出，第三个线圈从5槽进入，从7槽穿出；
19.所述第一套绕组中第二个相绕组的第一个线圈从13槽进入，从15槽穿出，第二个线圈从17槽进入，从15槽穿出，第三个线圈从17槽进入，从1槽穿出；
20.所述第一套绕组中第三个相绕组的第一个线圈从7槽进入，从9槽穿出，第二个线圈从11槽进入，从9槽穿出，第三个线圈从11槽进入，从13槽穿出。
21.优选地，
22.所述两套绕组的第二套绕组中第一个相绕组的第一个线圈从10槽进入，从12槽穿出，第二个线圈从14槽穿入，从12槽穿出，第三个线圈从14槽穿入，从16槽穿出；
23.所述第二套绕组中第二个相绕组的第一个线圈从4槽进入，从6槽穿出，从8槽进入，从6槽穿出，从8槽进入，从10槽穿出；
24.所述第二套绕组中第三个相绕组的第一个线圈从16槽进入，从18槽穿出，第二个线圈从2槽进入，从18槽穿出，第三个线圈从2槽进入，从4槽穿出。
25.本发明还提供了一种绕组的绕制方法，所述绕组为上述任意一种绕组，包括：
26.按照z/2槽，并依照集中绕组的绕制规律，在奇数序号或者偶数序号定子槽中依次绕制所述两套绕组中的第一套绕组；
27.按照z/2槽，并依照集中绕组的绕制规律，在剩余的定子槽中依次绕制所述两套绕组中的第二套绕组，同时使每对相绕组中相对应的有效导体关于定子铁芯的中心对称。
28.优选地，还包括：若所述三对相绕组中成对的两个相绕组采取串联的接线方式，那么将每对相绕组整合为一个整体相绕组。
29.本发明还提供了一种轴向磁通电机，包括绕组，所述绕组为上述任意一种绕组。
30.从上述技术方案可以看出，绕组对应的定子槽的槽数z＝6*k，绕组对应的轴向磁通电机的极数p＝3*k
±
1，k为正奇数。因此轴向磁通电机的极数与定子槽数较接近，因此有效降低轴向磁通电机的齿槽转矩。另外，在极对数p/2为偶数时，两套绕组相互作用消除奇数阶次谐波。在极对数p/2为奇数时，两套绕组相互作用消除偶数阶次谐波。而在极对数p/2为偶数时，奇数阶次的波均为谐波，在极对数p/2为奇数时，偶数阶次的波均为谐波。因此本发明中的绕组能够在有效降低轴向磁通电机的齿槽转矩的情况下，消除轴向磁通电机的奇数阶次或偶数阶次谐波，从而提高轴向磁通电机的性能。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例中的方案，下面将对实施例中描述所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明一具体实施例提供的8级18槽电机的一对相绕组的示意图；
33.图2为将图1中的一对相绕组放到定子铁芯后的示意图；
34.图3为本发明一具体实施例提供的8极18槽的绕组的结构示意图；
35.图4为本发明一具体实施例提供的一套绕组绕着奇数序号定子槽绕制后的结构示意图；
36.图5为本发明一具体实施例提供的另一套绕组绕着偶数序号定子槽绕制后的结构示意图；
37.图6是本发明一具体实施例提供的整体相绕组的示意图；
38.图7为本发明一具体实施例提供的在极对数p/2为奇数时成对相绕组的串联星接示意图；
39.图8为本发明一具体实施例提供的在极对数p/2为奇数时成对相绕组的串联角接示意图；
40.图9为本发明一具体实施例提供的在极对数p/2为奇数时成对相绕组的并联星接示意图；
41.图10为本发明一具体实施例提供的在极对数p/2为奇数时成对相绕组的并联角接示意图；
42.图11为本发明一具体实施例提供的在极对数p/2为偶数时成对相绕组的串联星接示意图；
43.图12为本发明一具体实施例提供的在极对数p/2为偶数时成对相绕组的串联角接示意图；
44.图13为本发明一具体实施例提供的在极对数p/2为偶数时成对相绕组的并联星接示意图；
45.图14为本发明一具体实施例提供的在极对数p/2为偶数时成对相绕组的并联角接示意图；
46.图15为本发明提供的8极18槽电机与现有电机产生的谐波的对比图。
具体实施方式
47.本发明公开了一种能消除奇数阶次或偶数阶次谐波的绕组，该绕组能够在有效降低轴向磁通电机的齿槽转矩的情况下，消除轴向磁通电机的奇数阶次或偶数阶次谐波，从而提高轴向磁通电机的性能。本发明还公开了一种轴向磁通电机和一种绕组的绕制方法。
48.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
49.申请人发现在极对数p/2为偶数时，主波仅会出现在阶次为偶数的波中，而奇数阶
次的波均为谐波，而在极对数p/2为奇数时，主波仅会出现在阶次为奇数的波中，而偶数阶次的波均为谐波。基于此，申请人创造性地设计出了能够消除奇数阶次或偶数阶次谐波的绕组。
50.在本发明的绕组中，绕组对应的定子槽的槽数z＝6*k，绕组对应的轴向磁通电机的极数p＝3*k
±
1，k为正奇数。由于轴向磁通电机的极数p与定子槽数z较接近，因此有效降低了轴向磁通电机的齿槽转矩。
51.本发明中的绕组包括两套组套，该两套绕组均为三相绕组，且该两套绕组中每相的相绕组均包括k个线圈，在该两套绕组中，形成三对相绕组，每对相绕组中的两个相绕组相对应。
52.举例说明：比如对于8极18槽的电机，包括两套绕组，在一套绕组中，包括a1相绕组、b1相绕组、c1相绕组。a1相绕组、b1相绕组、c1相绕组均包括3个线圈。在另一套绕组中，包括a2相绕组、b2相绕组、c2相绕组。a2相绕组、b2相绕组、c2相绕组均包括3个线圈。a1相绕组和a2相绕组为第一对相绕组，b1相绕组和b2相绕组为第二对相绕组，c1相绕组和c2相绕组为第三对相绕组。
53.在极对数p/2为偶数时，本发明中的两套绕组相互作用能够消除奇数阶次谐波。在极对数p/2为奇数时，本发明中的两套绕组相互作用消除偶数阶次谐波。而在极对数p/2为偶数时，奇数阶次的波均为谐波，在极对数p/2为奇数时，偶数阶次的波均为谐波。因此本发明中的绕组能够在有效降低轴向磁通电机的齿槽转矩的情况下，消除轴向磁通电机的谐波，从而提高轴向磁通电机的性能。
54.接下来具体介绍两套绕组的特点：请参考附图1和附图2，图1为本发明一具体实施例提供的8级18槽电机的一对相绕组的示意图；图2为将图1中的一对相绕组放到定子铁芯后的示意图。在三对相绕组中，每对相绕组中相对应的有效导体关于定子铁芯的中心对称。换言之，每对相绕组中相对应的有效导体在空间上相差180
°
。或者说每对相绕组中相对应的有效导体相差z/2个定子槽。举例说明，比如8极18槽的电机：a1相绕组和a2相绕组中对应的有效导体关于定子铁芯的中心对称，或者说a1相绕组和a2相绕组中对应的有效导体相差9个定子槽。b1相绕组和b2相绕组中对应的有效导体关于定子铁芯的中心对称，或者说b1相绕组和b2相绕组中对应的有效导体相差9个定子槽。c1相绕组和c2相绕组中对应的有效导体关于定子铁芯的中心对称，或者说c1相绕组和c2相绕组中对应的有效导体相差9个定子槽。
55.每套绕组中的三个相绕组对应的有效导体之间依次相差z/3个定子槽。两套绕组的绕组节距y均为y＝2，两套绕组分别绕着奇数序号的定子槽和偶数序号的定子槽来绕制。
56.继续以8极18槽为例：在第一套绕组中，a1相绕组与b1相绕组相差6个定子槽，b1相绕组与c1相绕组相差6个定子槽。在第二套绕组中，a2相绕组与b2相绕组相差6个定子槽，b2相绕组与c2相绕组相差6个定子槽。
57.假想将定子槽中奇数序号择出，忽略偶数序号定子槽，那么按照集中绕组的绕制规律，a1相绕组依次绕制在1槽、3槽、5槽、7槽中。b1相绕组依次绕制在13槽、15槽、17槽、1槽中。c1相绕组依次绕制在7槽、9槽、11槽、13槽中。如附图4所示，附图4为本发明一具体实施例提供的一套绕组绕着奇数序号定子槽绕制后的结构示意图。
58.将剩下的偶数序号的定子槽择出，那么按照集中绕组的绕制规律，a2相绕组依次
绕制在10槽、12槽、14槽、16槽中。b2相绕组依次绕制在4槽、6槽、8槽、10槽中。c2相绕组依次绕制在16槽、18槽、2槽、4槽中。如附图5所示，图5为本发明一具体实施例提供的另一套绕组绕着偶数序号定子槽绕制后的结构示意图。至此，完成两套绕组的绕制。
59.需要说明的是，集中绕组的绕制规律为本领域技术人员公知的规律，故本文在此不再赘述。
60.接线来介绍三对相绕组中成对的两个相绕组的接线方式：在极对数p/2为奇数时，若三对相绕组中成对的两个相绕组采取串联的接线方式，那么在三对相绕组的每对相绕组中，两个相绕组的首端分别作为输入端和输出端，两个相绕组的尾端连接在一起。而且如果采取串联的接线方式，可以具体为串联星接，或者为串联角接。串联的连接方式可以降低电流，但必须接入高压供电设备。
61.需要说明的是，在本文中，相绕组的首端是指a1、b1、c1、a2、b2、c2，相绕组的尾端是指x1、y1、z1、x2、y2、z2。
62.请参考附图7和附图8，图7为本发明一具体实施例提供的在极对数p/2为奇数时成对相绕组的串联星接示意图；图8为本发明一具体实施例提供的在极对数p/2为奇数时成对相绕组的串联角接示意图。在附图7和附图8中，a1和a2分别作为输入端和输出端，x1和x2连接在一起。b1和b2分别作为输入端和输出端，y1和y2连接在一起。c1和c2分别作为输入端和输出端，z1和z2连接在一起。
63.在极对数p/2为奇数时，若三对相绕组中成对的两个相绕组采取并联的接线方式，那么在三对相绕组的每对相绕组中，一个相绕组的首端与另一个相绕组的尾端连接在一起作为输入端，所述另一个相绕组的首端与所述一个相绕组的尾端连接在一起作为输出端。并联的连接方式可以接入低压供电设备但是电流较大。
64.请参考附图9和附图10，图9为本发明一具体实施例提供的在极对数p/2为奇数时成对相绕组的并联星接示意图；图10为本发明一具体实施例提供的在极对数p/2为奇数时成对相绕组的并联角接示意图。在附图9和附图10中，a1与x2连接在一起作为输入端，a2与x1连接在一起作为输出端。b1与y2连接在一起作为输入端，b2与y1连接在一起作为输出端。c1与y2连接在一起作为输入端，c2与z1连接在一起作为输出端。
65.在极对数p/2为偶数时，若三对相绕组中成对的两个相绕组采取串联的接线方式，那么在三对相绕组的每对相绕组中，一个相绕组的首端作为输入端，另一个相绕组的尾端作为输出端，所述一个相绕组的尾端与所述另一个相绕组的首端连接在一起。若两套绕组的出线端采取串联的接线方式，那么该串联方式为串联星接，或为串联角接
66.请参考附图11和附图12，图11为本发明一具体实施例提供的在极对数p/2为偶数时成对相绕组的串联星接示意图；图12为本发明一具体实施例提供的在极对数p/2为偶数时成对相绕组的串联角接示意图。在附图11和附图12中，x1与a2连接在一起，a1作为输入端，x2作为输出端。y1与b2连接在一起，b1作为输入端，y2作为输出端。z1与c2连接在一起，c1作为输入端，z2作为输出端。
67.在极对数p/2为偶数时，若三对相绕组中成对的两个相绕组采取并联的接线方式，那么在三对相绕组的每对相绕组中，两个相绕组的首端连接在一起作为输入端，两个相绕组的尾端连接在一起作为输出端。若三对相绕组中成对的两个相绕组采取并联的接线方式，那么该并联方式为并联星接，或为并联角接。
68.请参考附图13和附图14，图13为本发明一具体实施例提供的在极对数p/2为偶数时成对相绕组的并联星接示意图；图14为本发明一具体实施例提供的在极对数p/2为偶数时成对相绕组的并联角接示意图。在附图13和附图14中，a1与a2连接在一起作为输入端，x1与x2连接在一起作为输出端。b1与b2连接在一起作为输入端，y1与y2连接在一起作为输出端。c1与c2连接在一起作为输入端，z1与z2连接在一起作为输出端。
69.采用本发明中的接线方式能够优化削除谐波的效果，该削除谐波的效果为在极对数p/2为偶数时削除奇数阶次谐波，在极对数p/2为奇数时削除偶数阶次谐波的效果。
70.无论极对数p/2为偶数还是奇数，若三对相绕组中成对的两个相绕组采取串联的接线方式，那么每对相绕组为一个整体相绕组。即将连接在一起的两个出线端略去，直接一次性绕过。如此便减少了接线头数量，从而减小了接线盒空间。
71.请参考附图6，附图6是本发明一具体实施例提供的整体相绕组的示意图。在附图6中，略去了出线端a2和x1，线圈一次性绕过，从而形成首端为a1，尾端为x2的一个整体相绕组。
72.本发明还公开了在z＝18，p＝8时绕组的具体结构：请参考附图3，图3为本发明一具体实施例提供的8极18槽的绕组的结构示意图，两套绕组中的第一套绕组中第一个相绕组的第一个线圈从1槽进入，从3槽穿出，第二个线圈从5槽进入，从3槽穿出，第三个线圈从5槽进入，从7槽穿出；
73.第一套绕组中第二个相绕组的第一个线圈从13槽进入，从15槽穿出，第二个线圈从17槽进入，从15槽穿出，第三个线圈从17槽进入，从1槽穿出；
74.第一套绕组中第三个相绕组的第一个线圈从7槽进入，从9槽穿出，第二个线圈从11槽进入，从9槽穿出，第三个线圈从11槽进入，从13槽穿出。
75.两套绕组的第二套绕组中第一个相绕组的第一个线圈从10槽进入，从12槽穿出，第二个线圈从14槽穿入，从12槽穿出，第三个线圈从14槽穿入，从16槽穿出；
76.第二套绕组中第二个相绕组的第一个线圈从4槽进入，从6槽穿出，从8槽进入，从6槽穿出，从8槽进入，从10槽穿出；
77.第二套绕组中第三个相绕组的第一个线圈从16槽进入，从18槽穿出，第二个线圈从2槽进入，从18槽穿出，第三个线圈从2槽进入，从4槽穿出。
78.需要说明的是，本文仅仅是为了方便描述而为定子槽编制了序号，并不是说某个线圈必须从某个特定序号的定子槽中进入和穿出，本文仅仅保护线圈之间的相对位置关系。
79.请参考附图15，附图15为本发明提供的8极18槽电机与现有电机产生的谐波的对比图，通过附图15可以看出：本发明中8极18槽电机空间阶次为4的波为主波，其余阶次的波为谐波，谐波幅值越小越好。从附图15可以看出，与传统电机相比，本发明中电枢磁场的谐波含量明显降低。且由于本发明的极对数为偶数，因此奇数阶次的谐波被完全消除。
80.本发明还公开了一种绕组的绕制方法，该绕组为上述任意一种绕组，该方法包括：按照z/2槽，并依照集中绕组的绕制规律，在奇数序号或者偶数序号定子槽中依次绕制两套绕组中的第一套绕组；
81.按照z/2槽，并依照集中绕组的绕制规律，在剩余的定子槽中依次绕制两套绕组中的第二套绕组，同时使每对相绕组中相对应的有效导体关于定子铁芯的中心对称。
82.进一步地，若三对相绕组中成对的两个相绕组采取串联的接线方式，那么将每对相绕组整合为一个整体相绕组，请参考附图6，附图6为本发明一具体实施例提供的整体相绕组的示意图。
83.关于8极18槽绕组的绕制制方法已在上文中进行了详细阐述，故在此不再赘述。
84.本发明还公开了一种轴向磁通电机，包括绕组，该绕组为上述任意一种绕组，上述绕组具有上述效果，具有上述绕组的轴向磁通电机同样具有上述效果，故本文不再赘述。
85.最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
86.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
87.所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。