專利名稱：三相交流電機(jī)最低諧波節(jié)能繞組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到三相交流電機(jī)繞組，它是一種在理論上能消除所有相帶諧波而在實(shí)際上能作到最低諧波的360°P/Z1相帶繞組(P為極對數(shù)，Z1為定子槽數(shù))。
電機(jī)中的高次諧波，不但產(chǎn)生雜散損耗，使電機(jī)效率降低，溫升增高，而且產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩，削弱電機(jī)轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生振動和噪聲。為了抑制由繞組相帶空間分布產(chǎn)生的相帶諧波對電機(jī)效率和轉(zhuǎn)矩特性的不良影響，利用不同的繞組形式來達(dá)到其目的是最簡單易行的。
傳統(tǒng)的三相電機(jī)繞組是60°相帶繞組，它通常采用分布繞組和短距繞組來減小相帶諧波，這是全世界唯一大規(guī)模用于工業(yè)性生產(chǎn)的繞組。為了進(jìn)一步減小相帶諧波，曾研究過散布繞組、階梯繞組等特殊繞組，但因效果欠佳以及嵌線工藝復(fù)雜而無法推廣應(yīng)用。70年代起，逐步采用Y-△接“正弦”繞組，這種繞組對q(每極每相槽數(shù))為偶數(shù)的電機(jī)來說，實(shí)際上是一種30°相帶繞組，它把傳統(tǒng)的60°相帶繞組進(jìn)行了分割，使相帶數(shù)增加了一倍，從而削弱了相帶諧波及其產(chǎn)生的雜散損耗，改善了電機(jī)的性能，取得了節(jié)能效果。但是，這種“正弦”繞組對q為奇數(shù)的電機(jī)來說，卻是一種不均等相帶繞組，因而效果欠佳，所以這種繞組不可能復(fù)蓋所有電機(jī)?？傊陨线@些繞組只能抑制而不能消除所有相帶諧波。
本發(fā)明的目的是為了提供一種在理論上能消除所有相帶諧波而實(shí)際上能作到最低諧波，提高電機(jī)性能，復(fù)蓋所有三相電機(jī)，還能適用于工業(yè)性生產(chǎn)的繞組技術(shù)。
本發(fā)明拋棄了傳統(tǒng)繞組的槽電勢矢量分析方法，而采用槽磁勢矢量分析方法，使槽磁勢合成矢量的時(shí)間電角度等于該槽的空間電角度;同時(shí)每槽線圈按一定的匝數(shù)比取值，保證每槽合成槽矢量的幅值相等。這樣，每一槽就變成了一個(gè)相，槽分度(電角度)等于繞組相帶數(shù)，對相帶進(jìn)行了最終分割，使之形成360°P/Z1相帶繞組，亦即形成了Z1/P相繞組。
本發(fā)明把定子槽數(shù)從六的倍數(shù)擴(kuò)展到三的倍數(shù)，打破了兩極電機(jī)不能使用分?jǐn)?shù)槽的傳統(tǒng)格局，使小型電機(jī)向多極化發(fā)展。
本發(fā)明的特點(diǎn)用介紹的最佳實(shí)施方案來說明。
對于q為整數(shù)槽的三相電機(jī)繞組，可采用Y-△接線圈串聯(lián)連接，并按一定的排列有序分布。但是，不同q值的電機(jī)，形成不同的360°P/Z1相帶繞組，其Y-△接線圈的排列分布和各槽線圈的匝比也各不相同。
1、q＝3的電機(jī)，形成20°相帶繞組，亦即形成18相繞組。每個(gè)極相組線圈的排列分布如下YbYaYb△c△c各槽的匝數(shù)比a∶b∶c＝1∶0.3473∶1.18482、q＝4的電機(jī)，形成15°相帶繞組，亦即形成24相繞組，每個(gè)極相組線圈的排列分布如下
YbYaYb△c△d△c各槽的匝數(shù)比a∶b∶c∶d＝1∶0.5176∶0.8966∶1.73213、q＝5的電機(jī)，形成12°相帶繞組，亦即形成30相繞組，每個(gè)極相組線圈的排列分布如下YcYbYaYbYc△d△e△e△d各槽的匝數(shù)比a∶b∶c∶d∶e＝1∶0.6180∶0.2090∶0.7202∶1.40904、q＝6的電機(jī)，形成10°相帶繞組，亦即形成36相繞組，每個(gè)極相組線圈的排列如下YcYbYaYbYc△d△e△f△e△d各槽的匝數(shù)比a∶b∶c∶d∶e∶f＝1∶0.6840∶0.3473∶0.6015∶1.1848∶1.73215、q＝7的電機(jī)，形成8.57°相帶繞組，亦即形成42相繞組，每個(gè)極相組線圈的排列如下YdYcYbYaYbYcYd△e△f△g△g△f△e各槽的匝數(shù)比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g＝1∶0.7307∶0.4450∶0.2981∶0.5163∶1.0211∶1.5030
6、q＝8的電機(jī)，形成7.5°相帶繞組，亦即形成48相繞組，每個(gè)極相組線圈的排列如下YdYcYbYaYbYcYd△e△f△g△h△g△f△e各槽的匝數(shù)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的電機(jī)，形成6.67°相帶繞組，亦即形成54相繞組，每個(gè)極相組線圈的排列如下YeYdYcYbYaYbYcYdYe△f△g△h△i△i△h△g△f各槽的匝數(shù)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的電機(jī)，形成6°相帶繞組，亦即形成60相繞組，每個(gè)極相組線圈的排列如下YeYdYcYbYaYbYcYdYe△f△g△h△i△j△i△h△g△f各槽的匝數(shù)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對于q為分?jǐn)?shù)槽的三相電機(jī)繞組，可采用普通單相電機(jī)“正弦”繞組那樣的分布形式，所不同在于繞組線圈在三分之一定子槽上分布，且極距為分?jǐn)?shù)。不同q值的電機(jī)，形成不同的360°P/Z1相帶繞組，其線圈分布和各槽的匝數(shù)比也各不相同。
1、q＝11/2的電機(jī)，形成40°相帶繞組，亦即形成9相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下abc各槽的匝數(shù)比a∶b∶c＝0.6527∶1∶0.22672、q＝21/2的電機(jī)，形成24°相帶繞組，亦即形成15相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下abcde各槽的匝數(shù)比a∶b∶c∶d∶e＝0.3820∶0.8271∶1∶0.6180∶0.12923、q＝31/2的電機(jī)，形成17.14°相帶繞組，亦即形成21相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下abcdefg各槽的匝數(shù)比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g＝0.2693∶0.6052∶0.8872∶1∶0.7546∶0.4422∶0.09044、q＝41/2的電機(jī)，形成13.33°相帶繞組，亦即形成27相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下abcdefghi各槽的匝數(shù)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的電機(jī)，形成10.91°相帶繞組，亦即形成33相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下abcdefghijk各槽的匝數(shù)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的電機(jī)，形成9.23°相帶繞組，亦即形成39相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下abcdefghijklm各槽的匝數(shù)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的電機(jī)，形成8°相帶繞組，亦即形成45相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下abcdefghijklmno各槽的匝數(shù)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的電機(jī)，形成7.06°相帶繞組，亦即形成51相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下
abcdefghijklmnopq各槽的匝數(shù)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的電機(jī)，形成6.32°相帶繞組，亦即形成57相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下abcdefghijklmnopqrs各槽的匝數(shù)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的電機(jī)，形成5.71°相帶繞組，亦即形成63相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下abcdefghijklmnopqrstu各槽的匝數(shù)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下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。


圖1所示為q＝3的兩極電機(jī)的槽磁勢矢量及其氣隙磁勢分布圖。
圖2所示為q＝21/2的兩極電機(jī)的槽磁勢矢量及其氣隙磁勢分布圖。
圖1中的槽磁勢矢量的幅值相等且相隔20°在圓周上均勻分布，氣隙磁勢波形是一條沿槽階躍的對稱正弦曲線。圖2中的槽磁勢矢量的幅值相等且相隔24°在圓周上均勻分布，氣隙磁勢波形也是一條沿槽階躍的對稱正弦曲線，這就從物理圖象說明采用本發(fā)明形成的20°和24°相帶繞組，亦即18相和15相繞組，完全消滅了除齒諧波以外的所有相帶諧波。從而完全消除了相帶諧波產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩和雜散損耗，改善了轉(zhuǎn)矩特性，提高了電機(jī)效率，能獲得最佳節(jié)能效果，同時(shí)減少了電機(jī)的振動和噪音。當(dāng)然，由于線圈的匝數(shù)不可能為小數(shù)，必須圓整，由此產(chǎn)生的誤差會在繞組中引起微小的諧波，但這是最低諧波分量，是有槽電機(jī)的極限。
本發(fā)明所涉及的三相交流電機(jī)繞組可以由軟線圈構(gòu)成，也可以由硬線圈構(gòu)成。
本發(fā)明的嵌線工藝可采用同心線圈雙層繞組嵌線方法，使之與普通電機(jī)繞組相同，適應(yīng)于工業(yè)性生產(chǎn)。
以上通過各種不同q值的電機(jī)的實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述。但具體的實(shí)施方案和實(shí)例并不是本發(fā)明的全部范圍的限定，本發(fā)明的構(gòu)思及其技術(shù)方案將由所附的權(quán)利要求加以限定。
權(quán)利要求
1.一種三相交流電機(jī)繞組，其特征在于采用槽磁勢矢量合成法，使槽磁勢合成矢量的時(shí)間電角度等于該槽的空間電角度；同時(shí)每槽線圈按一定的匝數(shù)比取值，保證每槽合成槽磁勢矢量的幅值相等。這樣，每一槽就變成一個(gè)相，槽分度(電角度)等于繞組相帶數(shù)，形成360°P/Z1相帶繞組(P為極對數(shù)，Z1為定子數(shù))，亦即形成Z1/P相繞組。
2.一種如權(quán)利要求1所述的繞組，其特征在于定子槽數(shù)為3的倍數(shù)，即Z1＝3NN為自然數(shù)，當(dāng)N等于偶數(shù)時(shí)，為整數(shù)槽繞組，即q等于整數(shù)(q為每極每相槽數(shù));當(dāng)N等于奇數(shù)時(shí)，為分?jǐn)?shù)槽繞組，即q等于分?jǐn)?shù)。
3.一種如權(quán)利要求1、2所述的繞組，其特征在于q等于整數(shù)的繞組，采用Y-△接線圈串聯(lián)連接，并按一定的排列有序分布。
4.一種如權(quán)利要求1、2所述的繞組，其特征在于q等于分?jǐn)?shù)的繞組，采用普通單相電機(jī)“正弦”繞組那樣分布，其不同在于繞組線圈在三分之一定子槽上分布且極距為分?jǐn)?shù)。
5.一種如權(quán)利要求1、2、3所述的繞組，其特征在于q＝3的電機(jī)，形成20°相帶繞組，亦即形成18相繞組。每個(gè)極相組線圈的排列分布如下Yb Ya Yb△c △c各槽的匝數(shù)比a∶b∶c＝1∶0.3473∶1.1848
6.一種如權(quán)利要求1、2、3所述的繞組，其特征在于q＝4的電機(jī)，形成15°相帶繞組，亦即形成24相繞組，每個(gè)極相組線圈的排列分布如下Yb Ya Yb△c △d △c各槽的匝數(shù)比a∶b∶c∶d＝1∶0.5176∶0.8966∶1.7321
7.一種如權(quán)利要求1、2、3所述的繞組，其特征在于q＝5的電機(jī)，形成12°相帶繞組，亦即形成30相繞組，每個(gè)極相線圈的排列分布如下Yc Yb Ya Yb Yc△d △e △e △d各槽的匝數(shù)比a∶b∶c∶d∶e＝1∶0.6180∶0.2090∶0.7202∶1.4090
8.一種如權(quán)利要求1、2、3所述的繞組，其特征在于q＝6的電機(jī)，形成10°相帶繞組，亦即形成36相繞組，每個(gè)極相組線圈的排列如下Yc Yb Ya Yb Yc△d △e △f △e △d各槽的匝數(shù)比a∶b∶c∶d∶e∶f＝1∶0.6840∶0.3473∶0.6015∶1.1848∶1.7321
9.一種如權(quán)利要求1、2、3所述的繞組，其特征在于q＝7的電機(jī)，形成8.57°相帶繞組，亦即形成42相繞組，每個(gè)極相組線圈的排列如下Yd Yc Yb Ya Yb Yc Yd△e △f △g △g △f △e各槽的匝數(shù)比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g＝1∶0.7307∶0.4450∶0.2981∶0.5163∶1.0211∶1.5030
10.一種如權(quán)利要求1、2、3所述的繞組，其特征在于q＝8的電機(jī)，形成7.5°相帶繞組，亦即形成48相繞組，每個(gè)極相組線圈的排列如下Yd Yc Yb Ya Yb Yc Yd△e △f △g △h △g △f △e各槽的匝數(shù)比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g∶h＝1∶0.7654∶0.5176∶0.2611∶0.4522∶0.8966∶1.3257∶1.7321
11.一種如權(quán)利要求1、2、3所述的繞組，其特征在于q＝9的電機(jī)，形成6.67°相帶繞組，亦即形成54相繞組，每個(gè)極相組線圈的排列如下Ye Yd Yc Yb Ya Yb Yc Yd Ye△f △g △h △i △i △h △g △f各槽的匝數(shù)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
12.一種如權(quán)利要求1、2、3所述的繞組，其特征在于q＝10的電機(jī)，形成6°相帶繞組，亦即形成60相繞組，每個(gè)極相組線圈的排列如下Ye Yd Yc Yb Ya Yb Yc Yd Ye△f △g △h △i △j △i △h △g △f各槽的匝數(shù)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
13.一種如權(quán)利要求1、2、4所述的繞組，其特征在于q＝1 1/2的電機(jī)，形成40°相帶繞組，亦即形成9相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下a b c各槽的匝數(shù)比a∶b∶c＝0.6527∶1∶0.2267
14.一種如權(quán)利要求1、2、4所述的繞組，其特征在于q＝2 1/2的電機(jī)，形成24°相帶繞組，亦即形成15繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下a b c d e各槽的匝數(shù)比a∶b∶c∶d∶e＝0.3820∶0.8271∶1∶0.6180∶0.1292
15.一種如權(quán)利要求1、2、4所述的繞組，其特征在于q＝3 1/2的電機(jī)，形成17.14°相帶繞組，亦即形成21相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下a b c d e f g各槽的匝數(shù)比a∶b∶c∶d∶e∶f∶g＝0.2693∶0.6052∶0.8872∶1∶0.7546∶0.4422∶0.0904
16.一種如權(quán)利要求1、2、4所述的繞組，其特征在于q＝4 1/2的電機(jī)，形成13.33°相帶繞組，亦即形成27相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下a b c d e f g h i各槽的匝數(shù)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
17.一種如權(quán)利要求1、2、4所述的繞組，其特征在于q＝5 1/2的電機(jī)，形成10.91°相帶繞組，亦即形成33相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下a b c d e f g h i j k各槽的匝數(shù)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
18.一種如權(quán)利要求1、2、4所述的繞組，其特征在于q＝6 1/2的電機(jī)，形成9.23°相帶繞組，亦即形成39相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下a b c d e f g h i j k l m各槽的匝數(shù)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
19.一種如權(quán)利要求1、2、4所述的繞組，其特征在于q＝7 1/2的電機(jī)，形成8°相帶繞組，亦即形成45相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下a b c d e f g h i j k l m n o各槽的匝數(shù)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
20.一種如權(quán)利要求1、2、4所述的繞組，其特征在于q＝8 1/2的電機(jī)，形成7.06°相帶繞組，亦即形成51相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下a b c d e f g h i j k l m n o p q各槽的匝數(shù)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
21.一種如權(quán)利要求1、2、4所述的繞組，其特征在于q＝9 1/2的電機(jī)，形成6.32°相帶繞組，亦即形成57相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下a b c d e f g h i j k l m n o p q r s各槽的匝數(shù)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
22.一種如權(quán)利要求1、2、4所述的繞組，其特征在于q＝10 1/2的電機(jī)，形成5.71°相帶繞組，亦即形成63相繞組，每個(gè)極相組線圈的分布如下a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u各槽的匝數(shù)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
23.一種如權(quán)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所述的繞組，其特征在于線圈可以是軟線圈，也可以是硬線圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及到三相電機(jī)繞組，特別是采用槽磁勢矢量合成法，使槽磁勢合成矢量的時(shí)間電角度等于該槽的空間電角度；同時(shí)每槽線圈按一定的匝數(shù)比取值，保證每槽合成槽磁勢矢量的幅值相等。這樣，每一槽就是一個(gè)相，形成360°P/Z1相帶繞組(P為極對數(shù)，Z1為定子槽數(shù))，使氣隙磁勢波形成為一條沿槽階躍的對稱正弦曲線。最大限度地消除了除齒諧波以外的相帶諧波及其產(chǎn)生的雜散損耗和脈動轉(zhuǎn)矩。提高了電機(jī)效率；減少了振動和噪聲。本發(fā)明還將定子槽數(shù)從六的倍數(shù)擴(kuò)展到三的倍數(shù)。
文檔編號H02K3/28GK1109649SQ9510120
公開日1995年10月4日 申請日期1995年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月20日
發(fā)明者楊任力 申請人:杜立忠