[发明专利]考虑电机槽导体分布差异的绕组分布系数计算模型及方法

说明书

本发明属于电机学领域，尤其为一种考虑电机槽导体分布差异的绕组分布系数计算模型及方法。其使得电机绕组的建模及分析更加准确。包括：步骤1、依据电机设计方案，确定电机相绕组、线圈组、线匝、导线在电机槽内的分配方案，并将所有相绕组、线圈组、线匝、导线分配在对应的电机槽内。步骤2、选定电机空间参考位置，根据电机槽内各部件的几何尺寸，确定电机槽内相绕组、线圈组、线匝、导线的分布区域。步骤3，对分配在电机槽内的所有相绕组、线圈组、线匝、导线进行编号。步骤4，计算经过编号的分配在电机槽内的所有相绕组、线圈组、线匝、导线产生的空载反电势矢量。步骤5，确定电机绕组分布系数，进而利用该系数进行后续研究。

技术领域

本发明涉及电机绕组分布系数计算模型及方法，具体涉及考虑电机槽内导体分布差异的绕组分布系数计算模型及方法，属于电机学领域。

背景技术

随着电机设计理论、分析理论以及控制理论的不断发展，不同类型、不同结构以及不同功能的特种电机逐渐出现，并在很多领域、行业得到了广泛应用。

通常在进行电机科学理论研究和工程控制时，基于电机的物理模型、绕组理论、运行机理建立电机的数学模型、确定控制算法是常见的步骤。其近些年来在电机伺服控制系统及精密控制系统的出现，以及电机多物理场分析软件、有限元软件的出现，建立高精度电机数学模型对于提高电机控制系统控制精度、改善电机控制效果、扩宽电机应用领域和提升电机的运行潜力都是非常重的要。

国内外相关论著，诸如《电机学》(机械工业出版社)、《现代电机控制技术》(机械工业出版社)及《交流永磁电机进给驱动伺服系统》(清华大学出版社)等电机专业书籍，在描述电机绕组理论时，常提到的一个设定便是：对于电机相绕组而言，相绕组由有限个线圈组构成，每个线圈组由有限匝线匝串联而成，线匝由导线制成。根据不同的电机设计方案，电机相绕组、线圈组、线匝、导线将会被合理分配在不同的定子槽或转子槽内(以下简称为“电机槽”)，为了描述不同电机相绕组、线圈组、线匝、导线分配方案所引起的相绕组磁动势及感应电势的差异，国内外学者在绕组理论中引入了绕组分布系数(也称分布因数)，即：由于电机绕组分布在不同的槽内，使得q个分布线圈的合成电动势小于q个集中线圈的合成电动势由此引起的折扣。

分布系数与槽距机械角度或槽距电角度有关，然而，现有的电机绕组计算模型及方法通常仅考虑相绕组、线圈组、线匝在不同电机槽内的分布差异，而忽略了电机槽内导体在空间位置上的分布差异，即采用一定程度的“等效”和“简化”以利于电机绕组的建模和分析，但是这种“等效”和“简化”的引入使得电机绕组模型与实际的物理模型存在一定程度偏差，使得电机控制效果不够令人满意，不利于形成高品质伺服电机系统基础理论与技术体系。

发明内容

本发明就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种考虑电机槽导体分布差异的绕组分布系数计算模型及方法，以考虑电机槽内导体实际分布差异，使得电机绕组的建模及分析更加准确。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括以下步骤。

步骤1、依据电机设计方案，确定电机相绕组、线圈组、线匝、导线在电机槽内的分配方案，并将所有相绕组、线圈组、线匝、导线分配在对应的电机槽内。

步骤2、选定电机空间参考位置(也可为参考点或参考轴线或参考初始位置角，以下简称“参考位置”)，根据电机槽内各部件的几何尺寸，确定电机槽内相绕组、线圈组、线匝、导线的分布区域(或位置)，进而确定上述分布区域(或位置)与参考位置之间的关系。

步骤3、对分配在电机槽内的所有相绕组、线圈组、线匝、导线进行编号。

步骤4、依据电机绕组空载反电势的产生机理以及电磁感应定律，计算经过编号的分配在电机槽内的所有相绕组、线圈组、线匝、导线产生的空载反电势矢量。

步骤5、依据电机相绕组、线圈组、线匝、导线在电机槽内的分配方案、上述空载反电势矢量及电路原理，确定电机绕组分布系数，进而利用该系数进行后续研究。