专利名称：三相交流电机最低谐波节能绕组的制作方法
技术领域：
本发明涉及到三相交流电机绕组，它是一种在理论上能消除所有相带谐波而在实际上能作到最低谐波的360°P/Z1相带绕组(P为极对数，Z1为定子槽数)。
电机中的高次谐波，不但产生杂散损耗，使电机效率降低，温升增高，而且产生脉动转矩，削弱电机转矩，产生振动和噪声。为了抑制由绕组相带空间分布产生的相带谐波对电机效率和转矩特性的不良影响，利用不同的绕组形式来达到其目的是最简单易行的。
传统的三相电机绕组是60°相带绕组，它通常采用分布绕组和短距绕组来减小相带谐波，这是全世界唯一大规模用于工业性生产的绕组。为了进一步减小相带谐波，曾研究过散布绕组、阶梯绕组等特殊绕组，但因效果欠佳以及嵌线工艺复杂而无法推广应用。70年代起，逐步采用Y-△接“正弦”绕组，这种绕组对q(每极每相槽数)为偶数的电机来说，实际上是一种30°相带绕组，它把传统的60°相带绕组进行了分割，使相带数增加了一倍，从而削弱了相带谐波及其产生的杂散损耗，改善了电机的性能，取得了节能效果。但是，这种“正弦”绕组对q为奇数的电机来说，却是一种不均等相带绕组，因而效果欠佳，所以这种绕组不可能复盖所有电机。总之，以上这些绕组只能抑制而不能消除所有相带谐波。
本发明的目的是为了提供一种在理论上能消除所有相带谐波而实际上能作到最低谐波，提高电机性能，复盖所有三相电机，还能适用于工业性生产的绕组技术。
本发明抛弃了传统绕组的槽电势矢量分析方法，而采用槽磁势矢量分析方法，使槽磁势合成矢量的时间电角度等于该槽的空间电角度;同时每槽线圈按一定的匝数比取值，保证每槽合成槽矢量的幅值相等。这样，每一槽就变成了一个相，槽分度(电角度)等于绕组相带数，对相带进行了最终分割，使之形成360°P/Z1相带绕组，亦即形成了Z1/P相绕组。
本发明把定子槽数从六的倍数扩展到三的倍数，打破了两极电机不能使用分数槽的传统格局，使小型电机向多极化发展。
本发明的特点用介绍的最佳实施方案来说明。
对于q为整数槽的三相电机绕组，可采用Y-△接线圈串联连接，并按一定的排列有序分布。但是，不同q值的电机，形成不同的360°P/Z1相带绕组，其Y-△接线圈的排列分布和各槽线圈的匝比也各不相同。
1、q＝3的电机，形成20°相带绕组，亦即形成18相绕组。每个极相组线圈的排列分布如下YbYaYb△c△c各槽的匝数比a∶b∶c＝1∶0.3473∶1.18482、q＝4的电机，形成15°相带绕组，亦即形成24相绕组，每个极相组线圈的排列分布如下
YbYaYb△c△d△c各槽的匝数比a∶b∶c∶d＝1∶0.5176∶0.8966∶1.73213、q＝5的电机，形成12°相带绕组，亦即形成30相绕组，每个极相组线圈的排列分布如下YcYbYaYbYc△d△e△e△d各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e＝1∶0.6180∶0.2090∶0.7202∶1.40904、q＝6的电机，形成10°相带绕组，亦即形成36相绕组，每个极相组线圈的排列如下YcYbYaYbYc△d△e△f△e△d各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f＝1∶0.6840∶0.3473∶0.6015∶1.1848∶1.73215、q＝7的电机，形成8.57°相带绕组，亦即形成42相绕组，每个极相组线圈的排列如下YdYcYbYaYbYcYd△e△f△g△g△f△e各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g＝1∶0.7307∶0.4450∶0.2981∶0.5163∶1.0211∶1.5030
6、q＝8的电机，形成7.5°相带绕组，亦即形成48相绕组，每个极相组线圈的排列如下YdYcYbYaYbYcYd△e△f△g△h△g△f△e各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h＝1∶0.7654∶0.5176∶0.2611∶0.4522∶0.8966∶1.3257∶1.73217、q＝9的电机，形成6.67°相带绕组，亦即形成54相绕组，每个极相组线圈的排列如下YeYdYcYbYaYbYcYdYe△f△g△h△i△i△h△g△f各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h∶i＝1∶0.7922∶0.5736∶0.3473∶0.1163∶0.4022∶0.7989∶1.1848∶1.55478、q＝10的电机，形成6°相带绕组，亦即形成60相绕组，每个极相组线圈的排列如下YeYdYcYbYaYbYcYdYe△f△g△h△i△j△i△h△g△f各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h∶i∶j＝1∶0.8135∶0.6180∶0.4158∶0.2091∶0.3621∶0.7202∶1.0705∶1.4090∶1.7321对于q为分数槽的三相电机绕组，可采用普通单相电机“正弦”绕组那样的分布形式，所不同在于绕组线圈在三分之一定子槽上分布，且极距为分数。不同q值的电机，形成不同的360°P/Z1相带绕组，其线圈分布和各槽的匝数比也各不相同。
1、q＝11/2的电机，形成40°相带绕组，亦即形成9相绕组，每个极相组线圈的分布如下abc各槽的匝数比a∶b∶c＝0.6527∶1∶0.22672、q＝21/2的电机，形成24°相带绕组，亦即形成15相绕组，每个极相组线圈的分布如下abcde各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e＝0.3820∶0.8271∶1∶0.6180∶0.12923、q＝31/2的电机，形成17.14°相带绕组，亦即形成21相绕组，每个极相组线圈的分布如下abcdefg各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g＝0.2693∶0.6052∶0.8872∶1∶0.7546∶0.4422∶0.09044、q＝41/2的电机，形成13.33°相带绕组，亦即形成27相绕组，每个极相组线圈的分布如下abcdefghi各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h∶i＝0.2078∶0.4741∶0.7147∶0.9169∶1∶0.8214∶0.5985∶0.3433∶0.0696
5、q＝51/2的电机，形成10.91°相带绕组，亦即形成33相绕组，每个极相组线圈的分布如下abcdefghijk各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h∶i∶j∶k＝0.1692∶0.3888∶0.5944∶0.7784∶0.9344∶1∶0.8603∶0.6895∶0.4938∶0.2802∶0.05666、q＝61/2的电机，形成9.23°相带绕组，亦即形成39相绕组，每个极相组线圈的分布如下abcdefghijklm各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h∶i∶j∶k∶l∶m＝0.1426∶0.3292∶0.5072∶0.6721∶0.8196∶0.9459∶1∶0.8856∶0.7483∶0.5916∶0.4196∶0.2367∶0.04767、q＝71/2的电机，形成8°相带绕组，亦即形成45相绕组，每个极相组线圈的分布如下abcdefghijklmno各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h∶i∶j∶k∶l∶m∶n∶o＝0.1233∶0.2853∶0.4417∶0.5896∶0.7260∶0.8482∶0.9540∶1∶0.9033∶0.7890∶0.6594∶0.5169∶0.3644∶0.2048∶0.04128、q＝81/2的电机，形成7.06°相带绕组，亦即形成51相绕组，每个极相组线圈的分布如下
abcdefghijklmnopq各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h∶i∶j∶k∶l∶m∶n∶o∶p∶q＝0.1085∶0.2516∶0.3909∶0.5243∶0.6497∶0.7652∶0.8692∶0.9600∶1∶0.9163∶0.8188∶0.7088∶0.5881∶0.4585∶0.3219∶0.1804∶0.03629、q＝91/2的电机，形成6.32°相带绕组，亦即形成57相绕组，每个极相组线圈的分布如下abcdefghijklmnopqrs各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h∶i∶j∶k∶l∶m∶n∶o∶p∶q∶r∶s＝0.0969∶0.2250∶0.3504∶0.4715∶0.5869∶0.6952∶0.7950∶0.8852∶0.9646∶1∶0.9263∶0.8414∶0.7462∶0.6420∶0.5300∶0.4116∶0.2882∶0.1612∶0.032310、q＝101/2的电机，形成5.71°相带绕组，亦即形成63相绕组，每个极相组线圈的分布如下abcdefghijklmnopqrstu各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h∶i∶j∶k∶l∶m∶n∶o∶p∶q∶r∶s∶t∶u＝0.0876∶0.2035∶0.3174∶0.4282∶0.5346∶0.6358∶0.7307∶0.8183∶0.8978∶0.9683∶1∶0.9342∶0.8591∶0.7755∶0.6841∶0.5860∶0.4820∶0.3732∶0.2608∶0.1457∶0.0292下面结合附图及实施例进一步描述本发明。
图1所示为q＝3的两极电机的槽磁势矢量及其气隙磁势分布图。
图2所示为q＝21/2的两极电机的槽磁势矢量及其气隙磁势分布图。
图1中的槽磁势矢量的幅值相等且相隔20°在圆周上均匀分布，气隙磁势波形是一条沿槽阶跃的对称正弦曲线。图2中的槽磁势矢量的幅值相等且相隔24°在圆周上均匀分布，气隙磁势波形也是一条沿槽阶跃的对称正弦曲线，这就从物理图象说明采用本发明形成的20°和24°相带绕组，亦即18相和15相绕组，完全消灭了除齿谐波以外的所有相带谐波。从而完全消除了相带谐波产生的脉动转矩和杂散损耗，改善了转矩特性，提高了电机效率，能获得最佳节能效果，同时减少了电机的振动和噪音。当然，由于线圈的匝数不可能为小数，必须圆整，由此产生的误差会在绕组中引起微小的谐波，但这是最低谐波分量，是有槽电机的极限。
本发明所涉及的三相交流电机绕组可以由软线圈构成，也可以由硬线圈构成。
本发明的嵌线工艺可采用同心线圈双层绕组嵌线方法，使之与普通电机绕组相同，适应于工业性生产。
以上通过各种不同q值的电机的实施方案对本发明进行了详细描述。但具体的实施方案和实例并不是本发明的全部范围的限定，本发明的构思及其技术方案将由所附的权利要求加以限定。
权利要求
1.一种三相交流电机绕组，其特征在于采用槽磁势矢量合成法，使槽磁势合成矢量的时间电角度等于该槽的空间电角度；同时每槽线圈按一定的匝数比取值，保证每槽合成槽磁势矢量的幅值相等。这样，每一槽就变成一个相，槽分度(电角度)等于绕组相带数，形成360°P/Z1相带绕组(P为极对数，Z1为定子数)，亦即形成Z1/P相绕组。
2.一种如权利要求1所述的绕组，其特征在于定子槽数为3的倍数，即Z1＝3NN为自然数，当N等于偶数时，为整数槽绕组，即q等于整数(q为每极每相槽数);当N等于奇数时，为分数槽绕组，即q等于分数。
3.一种如权利要求1、2所述的绕组，其特征在于q等于整数的绕组，采用Y-△接线圈串联连接，并按一定的排列有序分布。
4.一种如权利要求1、2所述的绕组，其特征在于q等于分数的绕组，采用普通单相电机“正弦”绕组那样分布，其不同在于绕组线圈在三分之一定子槽上分布且极距为分数。
5.一种如权利要求1、2、3所述的绕组，其特征在于q＝3的电机，形成20°相带绕组，亦即形成18相绕组。每个极相组线圈的排列分布如下Yb Ya Yb△c △c各槽的匝数比a∶b∶c＝1∶0.3473∶1.1848
6.一种如权利要求1、2、3所述的绕组，其特征在于q＝4的电机，形成15°相带绕组，亦即形成24相绕组，每个极相组线圈的排列分布如下Yb Ya Yb△c △d △c各槽的匝数比a∶b∶c∶d＝1∶0.5176∶0.8966∶1.7321
7.一种如权利要求1、2、3所述的绕组，其特征在于q＝5的电机，形成12°相带绕组，亦即形成30相绕组，每个极相线圈的排列分布如下Yc Yb Ya Yb Yc△d △e △e △d各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e＝1∶0.6180∶0.2090∶0.7202∶1.4090
8.一种如权利要求1、2、3所述的绕组，其特征在于q＝6的电机，形成10°相带绕组，亦即形成36相绕组，每个极相组线圈的排列如下Yc Yb Ya Yb Yc△d △e △f △e △d各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f＝1∶0.6840∶0.3473∶0.6015∶1.1848∶1.7321
9.一种如权利要求1、2、3所述的绕组，其特征在于q＝7的电机，形成8.57°相带绕组，亦即形成42相绕组，每个极相组线圈的排列如下Yd Yc Yb Ya Yb Yc Yd△e △f △g △g △f △e各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g＝1∶0.7307∶0.4450∶0.2981∶0.5163∶1.0211∶1.5030
10.一种如权利要求1、2、3所述的绕组，其特征在于q＝8的电机，形成7.5°相带绕组，亦即形成48相绕组，每个极相组线圈的排列如下Yd Yc Yb Ya Yb Yc Yd△e △f △g △h △g △f △e各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h＝1∶0.7654∶0.5176∶0.2611∶0.4522∶0.8966∶1.3257∶1.7321
11.一种如权利要求1、2、3所述的绕组，其特征在于q＝9的电机，形成6.67°相带绕组，亦即形成54相绕组，每个极相组线圈的排列如下Ye Yd Yc Yb Ya Yb Yc Yd Ye△f △g △h △i △i △h △g △f各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h∶i＝1∶0.7922∶0.5736∶0.3473∶0.1163∶0.4022∶0.7989∶1.1848∶1.5547
12.一种如权利要求1、2、3所述的绕组，其特征在于q＝10的电机，形成6°相带绕组，亦即形成60相绕组，每个极相组线圈的排列如下Ye Yd Yc Yb Ya Yb Yc Yd Ye△f △g △h △i △j △i △h △g △f各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h∶i∶j＝1∶0.8135∶0.6180∶0.4158∶0.2091∶0.3621∶0.7202∶1.0705∶1.4090∶1.7321
13.一种如权利要求1、2、4所述的绕组，其特征在于q＝1 1/2的电机，形成40°相带绕组，亦即形成9相绕组，每个极相组线圈的分布如下a b c各槽的匝数比a∶b∶c＝0.6527∶1∶0.2267
14.一种如权利要求1、2、4所述的绕组，其特征在于q＝2 1/2的电机，形成24°相带绕组，亦即形成15绕组，每个极相组线圈的分布如下a b c d e各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e＝0.3820∶0.8271∶1∶0.6180∶0.1292
15.一种如权利要求1、2、4所述的绕组，其特征在于q＝3 1/2的电机，形成17.14°相带绕组，亦即形成21相绕组，每个极相组线圈的分布如下a b c d e f g各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g＝0.2693∶0.6052∶0.8872∶1∶0.7546∶0.4422∶0.0904
16.一种如权利要求1、2、4所述的绕组，其特征在于q＝4 1/2的电机，形成13.33°相带绕组，亦即形成27相绕组，每个极相组线圈的分布如下a b c d e f g h i各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h∶i＝0.2078∶0.4741∶0.7147∶0.9169∶1∶0.8214∶0.5985∶0.3433∶0.0696
17.一种如权利要求1、2、4所述的绕组，其特征在于q＝5 1/2的电机，形成10.91°相带绕组，亦即形成33相绕组，每个极相组线圈的分布如下a b c d e f g h i j k各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h∶i∶k＝0.1692∶0.3888∶0.5944∶0.7784∶0.9344∶1∶0.8603∶0.6895∶0.4938∶0.2802∶0.0566
18.一种如权利要求1、2、4所述的绕组，其特征在于q＝6 1/2的电机，形成9.23°相带绕组，亦即形成39相绕组，每个极相组线圈的分布如下a b c d e f g h i j k l m各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h∶i∶j∶k∶l∶m＝0.1426∶0.3292∶0.5072∶0.6721∶0.8196∶0.9459∶1∶0.8856∶0.7483∶0.5916∶0.4196∶0.2367∶0.0476
19.一种如权利要求1、2、4所述的绕组，其特征在于q＝7 1/2的电机，形成8°相带绕组，亦即形成45相绕组，每个极相组线圈的分布如下a b c d e f g h i j k l m n o各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h∶i∶j∶k∶l∶m∶n∶o＝0.1233∶0.2853∶0.4417∶0.5896∶0.7260∶0.8482∶0.9540∶1∶0.9033∶0.7890∶0.6594∶0.5169∶0.3644∶0.2048∶0.0412
20.一种如权利要求1、2、4所述的绕组，其特征在于q＝8 1/2的电机，形成7.06°相带绕组，亦即形成51相绕组，每个极相组线圈的分布如下a b c d e f g h i j k l m n o p q各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h∶i∶j∶k∶l∶m∶n∶o∶p∶q＝0.1085∶0.2516∶0.3909∶0.5243∶0.6497∶0.7652∶0.8692∶0.9600∶1∶0.9163∶0.8188∶0.7088∶0.5881∶0.4585∶0.3219∶0.1804∶0.0362
21.一种如权利要求1、2、4所述的绕组，其特征在于q＝9 1/2的电机，形成6.32°相带绕组，亦即形成57相绕组，每个极相组线圈的分布如下a b c d e f g h i j k l m n o p q r s各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h∶i∶j∶k∶l∶m∶n∶o∶p∶q∶r∶s＝0.0969∶0.2250∶0.3504∶0.4715∶0.5869∶0.6952∶0.7950∶0.8852∶0.9646∶1∶0.9263∶0.8414∶0.7462∶0.6420∶0.5300∶0.4116∶0.2882∶0.1612∶0.0323
22.一种如权利要求1、2、4所述的绕组，其特征在于q＝10 1/2的电机，形成5.71°相带绕组，亦即形成63相绕组，每个极相组线圈的分布如下a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u各槽的匝数比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h∶i∶j∶k∶l∶m∶n∶o∶p∶q∶r∶s∶t∶u＝0.0876∶0.2035∶0.3174∶0.4282∶0.5346∶0.6358∶0.7307∶0.8183∶0.8978∶0.9683∶1∶0.9342∶0.8591∶0.7755∶0.6841∶0.5860∶0.4820∶0.3732∶0.2608∶0.1457∶0.0292
23.一种如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22所述的绕组，其特征在于线圈可以是软线圈，也可以是硬线圈。
全文摘要
本发明涉及到三相电机绕组，特别是采用槽磁势矢量合成法，使槽磁势合成矢量的时间电角度等于该槽的空间电角度；同时每槽线圈按一定的匝数比取值，保证每槽合成槽磁势矢量的幅值相等。这样，每一槽就是一个相，形成360°P/Z1相带绕组(P为极对数，Z1为定子槽数)，使气隙磁势波形成为一条沿槽阶跃的对称正弦曲线。最大限度地消除了除齿谐波以外的相带谐波及其产生的杂散损耗和脉动转矩。提高了电机效率；减少了振动和噪声。本发明还将定子槽数从六的倍数扩展到三的倍数。
文档编号H02K3/28GK1109649SQ9510120
公开日1995年10月4日 申请日期1995年1月20日 优先权日1995年1月20日
发明者杨任力 申请人:杜立忠