[发明专利]一种模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构

说明书

一种模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构，设定子槽数和绕组极对数分别为2Z和p，定子槽在圆周上均匀分布，定子上包含两套三相对称交流绕组，该绕组由传统单层分数槽集中绕组演变而来，每一套绕组的排列都与Z槽p对极的传统单层分数槽集中绕组相同，且两套绕组错开角度在机械上为线圈跨距的一半；绕组端部重叠区域在定子圆周上间隔分布，切割端部绕组非重叠区域所在的定子即可实现模块化。此发明能大大减少传统分数槽集中绕组磁动势中的非工作齿谐波含量，从而能降低电机损耗，平抑转矩脉动，减小噪声，同时具备分数槽集中绕组电机定子可模块化的优点，便于大型电机的制造、运输和装配，且相间互感小，有利于提高电机的容错能力。

技术领域

本发明涉及一种模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构，属于电机技术领域。

背景技术

采用分数槽集中绕组的电机正在被越来越广泛地运用于各领域，相比传统的分布式绕组电机，分数槽集中绕组电机具有转矩脉动小、反电势波形正弦度高、容错能力强、转矩密度高、齿槽转矩低等优点。此外，由于分数槽集中绕组线圈端部不重叠，故这类电机的定子可模块化，模块化可以降低电机的制造难度、提高槽满率，还能降低大型直驱式风力发电、舰船推进等大电机应用场合的装配和维护成本。

但是，分数槽集中绕组磁动势中的非工作谐波含量多、幅值高，容易造成额外的转矩脉动和转子损耗，这使得分数槽集中绕组在大电机应用过程中的散热、振动和噪声问题尤为突出。分布式整数槽绕组和非集中分数槽绕组谐波成分较少，但两者定子圆周上所有位置的端部绕组均重叠，无法对电机实现模块化，不利于大电机的生产、运输和维护。

因此，本发明从解决这一矛盾出发，提出了一种模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构，在消除大量非工作齿谐波的同时保留了集中绕组电机定子可模块化的优点。此外，该模块化定子及其绕组结构还能提高电机的容错性，更有利于在对安全性和可靠性要求高的领域中应用。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构，在保留传统分数槽集中绕组电机可模块化、转矩脉动小、齿槽转矩小、容错能力强等优点的同时，大大减少传统分数槽集中绕组磁动势中的非工作齿谐波含量，从而减小转矩脉动和转子损耗。

技术方案：为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：

设定子槽数为2Z，绕组极对数为p，定子包括电枢齿、容错齿、定子槽、绕组和非导磁隔离层；绕组整体由两套三相对称交流绕组构成，每个定子槽内只含有一个线圈的圈边，线圈端部重叠部分在定子圆周上的分布不连续，沿着相邻两个端部绕组重叠区域的交界处可把定子切割成若干模块；相邻两个定子模块之间被非导磁隔离层隔开，每个定子模块内均只能含有3个定子电枢齿，且定子模块的两端被容错齿所包围。

所述定子槽数2Z为4的倍数，每一套三相对称交流绕组的排列与Z槽p对极的传统单层集中绕组相同。

绕组中所有线圈的跨距为两个定子电枢齿，两套三相绕组在机械上错开半个线圈跨距，绕组中所通的两组三相对称电流错开的电角度为半个线圈跨距所对应的电角度。

定子模块的数量为Z/2个，每个定子模块内均只能含有两个相互重叠半个跨距的线圈，且分别属于两个三相系统中的对应相同相。

本发明中所包含的端部重叠分数槽绕组为两套独立的单层分数槽集中绕组相互错开半个线圈跨距后整合而成，考虑两组三相电流之间的相位差和各齿谐波的旋转方向后即可计算得到两套独立绕组中各次齿谐波错开的角度。当两套绕组的某一次齿谐波错开角度为180°或180°的奇数倍时，该次齿谐波即可被消除，否则不能被消除。经过分析可知，本发明中所指的定子槽数和绕组极对数分别为2Z和p的模块化电机定子及其端部重叠分数槽绕组结构能够消除Z槽p对极传统单层集中绕组中一半的齿谐波成分，大大提高了电枢磁场正弦度。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：