[发明专利]一种应用于高速永磁电机的低谐波多层不等匝绕组及其设计方法

说明书

本发明公开了一种应用于高速永磁电机的低谐波多层不等匝绕组及其设计方法，该永磁电机是一种新型绕组拓扑结构：低空间谐波多层不等匝绕组，本发明公开的绕组拓扑结构的特点为电机的每相绕组在一个极距下占据整个电机槽内，每个定子铁心槽里的绕组为两层以上，而每层绕组的匝数均不相同，每个定子铁心槽里的总导体数相等。通过对定子铁心每个槽里每层绕组的匝数进行合适的调整选择，该绕组型式可以产生更加趋于正弦形状的气隙磁动势，降低高速永磁电机的空间谐波，从而降低高速永磁电机的涡流损耗、转矩波动等，提升高速永磁电机的输出性能。

技术领域

本发明属于高速永磁电机领域，具体涉及一种应用于高速永磁电机的低谐波多层不等匝绕组及其设计方法。

背景技术

高速永磁电机具有高功率密度、高效率、转速范围宽以及体积小等优点，广泛应用于微型燃气轮机、离心式空气压缩机、飞轮储能、新能源分布式发电等领域。

对于高速永磁电机来说，电机的旋转速度每分钟高达数万甚至数十万转，超高速运行使得电机的磁场交变频率非常高，谐波频率更高，高速永磁电机的铁芯损耗、转子涡流损耗远高于常规永磁电机，此外，高频谐波还会引起振动、噪声、和其他问题，影响电机输出性能和安全性能。电枢绕组作为电机的“心脏”，起着通过电流产生电磁转矩实现机电能量转换的作用。绕组的拓扑结构对高速永磁电机的电磁性能有决定性的影响，是衡量电机性能的关键因素。电机绕组设计的目的在于使绕组磁动势基波具有尽可能大的幅值，高次谐波含量越少越好，幅值越低越好。高速永磁电机绕组拓扑结构的设计主要包括绕组分布型式和导线线径的选择。定子绕组的类型则决定了绕组的绕组系数、基波分布系数和谐波含量，对电机磁性能有较大影响。

目前，高速永磁电机中采用的定子绕组主要有以下几种型式：正弦绕组结构、单层绕组结构、双层绕组结构和背绕式结构。但是正弦波绕组设计和制作难度较高；单层绕组空间磁动势波形较大，双层绕组的端部长度较长，绝缘材料用量多；背绕式绕组利用率低，电机功率密度不高，可见各个类型的绕组均存在各类问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种应用于高速永磁电机的低谐波多层不等匝绕组及其设计方法，以解决现有技术中已有的高速永磁电机的绕组存在各类问题。本发明的电机绕组具有利用率高，空间谐波低，端部长度短等特点的新型低空间谐波多层不等匝绕组拓扑结构。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种应用于高速永磁电机的低谐波多层不等匝绕组，所述绕组分为三相的绕组，每一相绕组在每一个铁心槽内均设置，每一个相的绕组在每一个铁心槽内设置的匝数不同。

本发明的进一步改进在于：

优选的，三相绕组在每一个定子铁心槽的排列方式依据槽矢量行星图放置。

优选的，所述定子铁心槽围绕定子的周向设置，沿着定子的径向，三相绕组在定子铁心槽内依次放置。

优选的，每个铁心槽内的导体总数相等。

一种应用于高速永磁电机的低谐波多层不等匝绕组的设计方法，包括以下步骤：

步骤1，确定永磁电极的定子铁心槽的槽数和转子极数，进而获得永磁电极的初始极距和每极中每相的初始槽数；

步骤2，根据初始极距和每极中每相的初始槽数对绕组进行分相划分；

步骤3，通过初始极距和每极中每相的初始槽数，以及设定的绕组层数i，通过下式获得最终的最终极距τ_i，以及每极每相最终槽数q_i，

τ_i＝i*τ (3)

q_i＝i*q； (4)