一种无刷双馈电机绕线转子绕组及制作方法

摘要

本发明涉及一种无刷双馈电机绕线转子绕组及制作方法，本发明所的是采用由两套多相子绕组叠加复合构成的多相绕线型绕组。这两套子绕组所含线圈数量和节距均不相同，其中一套m相子绕组，每相由匝数为N1、按顺序编号的n1个线圈串联构成，为双层或单层，线圈节距为y1；另一套m相子绕组为单层，每相由匝数为N2，顺序编号的n2个线圈串联构成，线圈节距为y2，n2与y2满足关系式n2=z/(p1+p2)-y2，两套m相子绕组合成后每相全部线圈n=n1+n2顺序串联再自短路连接，通过调整线圈个数和节距或相对匝数，移动这两套子绕组相对位置，做到最佳匹配而产生叠加效应，达到提高绕组线圈导体基波利用率及削弱谐波的目的。

权利要求

1.一种无刷双馈电机绕线转子绕组，由两套多相子绕组叠加复合构成的多相绕线型绕组，其特征在于：所述的两套多相子绕组所含线圈数量和节距均不相同，其中一套m相子绕组的每相由匝数为N1、按顺序编号的n1个线圈串联构成，且该套m相子绕组为双层或单层，线圈节距为y1；另一套m相子绕组为单层，每相由匝数为N2、按顺序编号的n2个线圈串联构成，线圈节距为y2，n2与y2满足关系式n2=z/(p1+p2)-y2，两套m相子绕组合成后的每相全部线圈n=n1+n2，分别按顺序串联再自短路连接，m等于给定的两种基本极对数p1和p2之和，N2、N1分别为正整数，按获得两种基本极对数p1和p2下绕组系数最大，且其余谐波磁势含量尽可能小的原则，确定线圈节距y1和实际的线圈个数n1，y2为一个与y1不相同的整数，转子基本槽数z0=p1+p2，将基本槽数z0扩展为新的转子槽数z=kz0，k为正整数。

2.如权利要求1所述的无刷双馈电机绕线转子绕组的制作方法，这种转子绕组由两套多相子绕组复合构成，其特征在于包括以下步骤：

（1）根据给定的基本极对数p1和p2，得出转子基本槽数z0=p1+p2；

（2）将基本槽数z0扩展为新的转子槽数z=kz0，k为正整数；

（3）确定转子绕组相数m=z0=p1+p2和每相含有的最大槽数zφ=z/m，若采用双层绕组，这里zφ也表示每相相邻顺序串联的最大线圈个数，此基础上，再分别确定两套子绕组各相绕组的串联实际线圈个数和线圈节距； （4）各相绕组对于两种基本极对数p1和p2都必须做到对称布置，具体做法是，在p1

说明书

一种无刷双馈电机绕线转子绕组及制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种无刷双馈电机绕线转子绕组及制作方法。

背景技术

[0002] 交流无刷双馈电机适用于变频调速系统，其特点是运行可靠和所需变频器容量小等。这种电机定子上有两套绕组，一套极对数为p1，另一套极对数为p2 。当定子绕组p1接
通电网电源,产生磁极对数为p1的旋转磁场，转子中感应电流除产生p1对极磁场外，还产
生p2对极磁场，这两种极对数磁场相对转子而言，旋转方向相反,如这时在定子p2 绕组接
变频电源，改变变频电源的频率，就可以改变电机转速。

[0003] “无刷双馈变频调速电动机的原理及在发电厂辅机拖动中的应用前景”(电工技术杂志，2002年第1期，pp.7-10)介绍了无刷双馈变频调速电动机的工作原理及现有无刷双
馈调速系统存在的一些问题。无刷双馈变频调速电动机要想有较好的性能，关键在于转子。
近年来研究的转子结构主要有两种，一种为磁阻转子，另一种为笼型短路绕组转子。由于磁
阻转子其铁芯必须制成类似凸极的结构，笼型短路绕组转子其绕组必须制成同心式分布短
路绕组，在这些条件的限制下，使得这两种转子只能适用于特定的极数，且性能指标离工业
实用要求有相当差距。

[0004] 无刷双馈电机转子也可以采用绕线型绕组。绕线型绕组接线方式灵活，线圈跨距可以改变，每个线圈的匝数也可以不同，可能做到显著提高转子性能，使之达到实用化的目
的。

[0005] 关于无刷双馈电机绕线转子绕组，中国专利ZL200710051768.1文件中公开了一种无刷双馈电机绕线转子绕组，这种绕线转子绕组所要求的两种基波极对数p1和p2绕组系
数较高，但因为具有的转子槽数较少，转子绕组谐波含量过大而影响了绕组性能；另一个中
国专利ZL200910061297.1文件中公开了另一种无刷双馈电机绕线转子绕组，其性能得到
了改进，高次谐波含量可以较小，但是却存在线圈有多种匝数，工艺复杂，两种基波极对数
p1和p2的相对绕组系数调整困难，绕组布置空间利用率较低等不足。

[0006] 交流无刷双馈电机也能作为发电机运行，用于风力或水力发电等需要做到变速恒频输出电能的场合。

发明内容

[0007] 本发明目的在于提供一种一种无刷双馈电机绕线转子绕组及制作方法，根据这种方法能克服上述不足，制作出具有优良性能的无刷双馈电机绕线转子绕组。这种电机转子
绕组所依据的仍然是磁动势“齿谐波”原理，但具体构成是采用由两套多相子绕组叠加复合
构成的多相绕线型绕组。这两套子绕组所含线圈数量和节距均不相同，通过调整线圈个数
和节距或是线圈相对匝数，及移动这两套子绕组的相对位置而产生的叠加效应，达到既提
高整体绕组系数又削弱谐波的目的。

[0008] 一种无刷双馈电机绕线转子绕组，由两套多相子绕组叠加复合构成的多相绕线型绕组，其特征在于：所述的两套多相子绕组所含线圈数量和节距均不相同，其中一套m相子
绕组的每相由匝数为N1、按顺序编号的n1个线圈串联构成，且该套m相子绕组为双层或单
层，线圈节距为y1；另一套m相子绕组为单层，每相由匝数为N2、按顺序编号的n2个线圈串
联构成，线圈节距为y2， n2与y2满足关系式n2=z/(p1+p2)-y2，两套m相子绕组合成后的每相
全部线圈n=n1+n2，分别按顺序串联再自短路连接，m等于给定的两种基本极对数p1和p2之
和，N2、N1分别为正整数，按获得两种基本极数p1和p2下绕组系数最大，且其余谐波磁势含
量尽可能小的原则，确定线圈节距y1和实际的线圈个数n1，y2为根据要求给定一个与y1不
相同的整数。

[0009] 一种无刷双馈电机绕线转子绕组的制作方法，具体步骤如下：

[0010] （1）根据给定的极对数p1和p2，得出转子基本槽数z0=p1+p2；

[0011] （2）将z0扩展为新的转子槽数z=kz0（k为正整数）；

[0012] （3）确定转子绕组相数m=z0=p1+p2和每相可能含有的最大槽数zφ=z/m，若采用双层绕组，这里zφ也表示每相相邻顺序串联的最大线圈个数，此基础上，再分别确定两套绕
组各相绕组的串联实际线圈个数和线圈节距；

[0013] （4）各相绕组对于两种极对数p1和p2都必须做到对称布置，具体做法是，假定p1＜p2，先利用p1槽号相位图排列m相绕组对称方案，然后再利用p2槽号相位图校核该方案
对于p2的对称性；

[0014] （5）第一套m相子绕组的每相由匝数为N1、按顺序编号的线圈串联构成，既可以为双层也可以为单层。具体确定方法为：在最大槽数zφ=z/m的基础上，根据磁势分析结果，
按获得两种基本极数下绕组系数最大，且其余谐波磁势含量尽可能小的原则，来初步确定
线圈节距y1和实际的线圈个数n1，一般有n1＜zφ，这也就是说，若采用双层绕组，每相由n1
个相邻顺序排列的线圈串联构成，这些线圈的节距为y1；

[0015] （6）第二套m相子绕组为单层，每相由匝数为N2，顺序编号的线圈串联构成，其中线圈个数n2与这时的线圈节距y2有关。具体确定方法为：先给定线圈节距y2，线圈个数n2
按关系式n2=z/(p1+p2)-y2计算，以保证为单层绕组，每相由n2个相邻顺序排列的线圈串联
构成；

[0016] （7）将以上所确定的两套m相子绕组合成为一套m相绕组。该合成绕组连接方式是将这两套m相子绕组全部线圈n=n1+n2顺序串联后自短路连接；

[0017] （8）为使得合成后转子绕组对应的两种基本极对数p1和p2绕组系数最大，谐波磁势含量最小，且有高的空间利用率，可以调整两套子绕组的相对位置，或是返回步骤5)或
6)，调节线圈节距y1和y2，及线圈个数n1及n1，当然也可改变两套子绕组线圈的匝数N1和
N2，再根据绕组磁势分析结果判断是否达到所要求的最佳匹配状况以确定绕组方案。

[0018] 本发明的两套子绕组所含线圈数量和节距均不相同，通过调整线圈个数和节距或是线圈相对匝数，及移动这两套子绕组的相对位置而产生的叠加效应，达到既提高整体绕
组系数又削弱谐波的目的。

附图说明

[0019] 图1为A1相绕组的A11子相和A21子相接线示意图。

具体实施方式

[0020] 以下结合实施例对本发明进一步说明。

[0021] 一种无刷双馈电机绕线转子绕组，由两套多相子绕组叠加复合构成的多相绕线型绕组，其特征在于：所述的两套多相子绕组所含线圈数量和节距均不相同，其中一套m相子
绕组的每相由匝数为N1、按顺序编号的n1个线圈串联构成，且该套m相子绕组为双层或单
层，线圈节距为y1；另一套m相子绕组为单层，每相由匝数为N2、按顺序编号的n2个线圈串
联构成，线圈节距为y2，n2与y2满足关系式n2=z/(p1+p2)-y2，两套m相子绕组合成后的每相
全部线圈n=n1+n2，分别按顺序串联再自短路连接，m等于给定的两种基本极对数p1和p2之
和，N2、N1分别为正整数，按获得两种基本极数p1和p2下绕组系数最大，且其余谐波磁势含
量尽可能小的原则，确定线圈节距y1和实际的线圈个数n1，y2为根据要求给定一个与y1不
相同的整数。

[0022] 具体制作方法按以下实施例来制作：

[0023] 实施例1：

[0024] 有一台无刷双馈电机转子，其中p1=2，p2=4，z=54，由两套多相子绕组叠加构成的绕线转子绕组方案。

[0025] 按以上所述方法，这时相数m=p1+p2=2+4=6，每相基本槽数zφ=z/m=54/6=9。

[0026] 首先考虑第一套子绕组。假定该子绕组为双层绕组，因为每相是由顺序编号的线圈串联构成，如果这时取线圈数n1=zφ=9，其所对应的相带宽，尽管对于p1=2而言可能是合
适的，但是对于p2=4则可能过大，这会造成p2=5绕组系数过低，因此必须去掉一些线圈，至
于去掉多少，及线圈节距y1，需进行谐波分析后才能决定。这里取n1=6＜zφ=9，及y1=7。又
因为相数m=6，各相绕组空间依次相差2π/m机械角度，于是可利用槽号相位图或是槽矢量
星形图得到各相对应的线圈号为：A11相（1，2，3，4，5，6）；A12相（28，29，30，31，32，33）；B11相（10，11，12，13，14，15）；B12相（37，38，39，40，41，42）；C11相（19，20，21，22，23，24）；C12相 （46，47，48，49，50，51）。槽号相位图或是槽矢量星形图都是现有标准的，本领域技术人员也都知道，因此这里也就不再给出图。

[0027] 然后考虑第二套子绕组，该子绕组为单层绕组，假定其线圈节距为y2=6，每相由n2个相邻顺序排列的线圈串联构成，n2=z/(p1+p2)-y2=54/(2+4)-6=3，也即每相由3个相邻顺
序排列的线圈串联构成。必须要说明的是，这3个线圈具体空间位置与第一套绕组对应相
线圈的空间位置密切相关，必须根据谐波分析结果才能最后确定。根据对称性，利用槽号相
位图得到各相线圈一种可能排列方案为：A21相（3，4，5）；A22相（30，31，32）；B21相（12，13，
14）；B22相（39，40，41）；C21相（21，22，23）；C22相（48，49，50）。以上分别获得两套子绕组线圈槽号排列方案后，将其叠加组合在一起，即有：A1相（A11+A21）；A2相（A12+A22）；B1相（B11+ B21）；B2相（B12+B22）；C1相（C11+C21）；C2相（C12+C22）。其中每相两个子绕组连接方式为正向串联后自短路联接，对于A1相，接线方法如附图1所示，其余各相绕组与之相同，可以类推，其
中线圈匝比可取N1/N2=1/1。

[0028] 实施例2：

[0029] 一台无刷双馈电机转子，p1=2，p2=4，z=84，由两套多相子绕组叠加构成的绕线转子绕组方案。

[0030] 按以上所述方法，这时相数m=p1+p2=2+4=6，每相基本槽数zφ=z/m=84/6=14。

[0031] 其线圈槽号排列的一种方案，对于第一套子绕组，取n1=9，及y1=12，这时各相线圈槽号分别为：A11相（1，2，3，4，5，6，7，8，9）；A12相（43，44，45，46，47，48，49，50，51）；B11相（15，16，17，18，19，20，21，22，23）；B12相（57，58，59，60，61，62，63，64，65）；C11相（29，30，31，
32，33，34，35，36，37）；C12相 （71，72，73，74，75，76，77，78，79）。

[0032] 对于第二套子绕组，因为是单层绕组，如果取线圈节距为y2=9，则线圈槽号数应为：n2=z/(p1+p2)-y2=84/(2+4)-9=5，各相线圈槽号可取为：A21相（4，5，6，7，8）；A22相（46，
47，48，49，50）；B21相（18，19，20，21，22）；B22相（60，61，62，63，64）；C21相（32，33，34，35，36）；
B22相（74，75，76，77，78）。

[0033] 将上述两套子绕组各相对应线圈槽号叠加组合，可获得转子绕组排列的一种方案，即有：A1相（1，2，3，4，5，6，7，8，9）+（4，5，6，7，8）；A2相（43，44，45，46，47，48，49，50，51）+（46，47，48，49，50）；B1相（15，16，17，18，19，20，21，22，23）+（18，19，20，21，22）；B2相（57，
58，59，60，61，62，63，64，65）+（60，61，62，63，64）；C1相（29，30，31，32，33，34，35，36，37）+（32，33，34，35，36）；C2相（71，72，73，74，75，76，77，78，79）+（74，75，76，77，78）。

[0034] 若要获得不同的转子绕组方案，可改变第二套子绕组线圈节距，例如，取y2=10，则这时的线圈槽号数为：n2=z/(p1+p2)-y2=84/(2+4)-10=4，各相线圈槽号可取为：A21相（4，5，
6，7）；A22相（46，47，48，49）；B21相（18，19，20，21）；B22相（60，61，62，63）；C21相（32，33，34，
35）；C22相（74，75，76，77）。

[0035] 转子绕组方案必须要通过磁势谐波分析的才能最后确定，而其中两套子绕组的空间相对位置，线圈节距和相对匝数等都对谐波分析结果有影响。对于以上转子绕组方案，当
y1=12，y2=9，两套子绕组线圈匝数相等时，即N1/N2=1/1的谐波分析结果列于表1，作为比较，表1也同时列出了两套子绕组线圈匝数不相等，N1/N2=4/3时的谐波分析结果。可以看出，当
匝比N1/N2=1/1时，有一个相对幅值为4.0659%的极对数p=8谐波，而N1/N2=4/3时，这个p=8
的谐波被离散了，其相对幅值下降为2.7116%，与此同时，两个极对数分别为p1=2和p2=4的
主波绕组系数也发生了变化。上述两个不同匝比方案均为可用方案，实际应用中究竟选择
哪一个方案，可根据工况或是工艺要求确定，当然也可根据本发明继续设计别的更好方案。

[0036] 表1 磁势谐波分析结果(y1=12,y2=9,n1=9,n2=5)

[0037]