一种适用于电机非对称绕组布局的近似对称化设计方法

本发明属于电机绕组布局设计，具体涉及一种适用于电机非对称绕组布局的近似对称化设计方法。

背景技术：

1、目前，针对电机非对称绕组布局的近似对称化设计方法主要有三种：第一种为槽偏移法，如文献[李文轩. 永磁辅助同步磁阻电机的非常规绕组设计及转矩性能分析. 江苏: 江苏大学, 2023]中报道；第二种为多层套绕组绕制法，如公开号为cn108880019a的中国发明专利申请中提出适用于39槽12极三相永磁同步电机的六层套绕组分相方法；第三种为三层三相绕组绕制法，如文献[y. demir, e yolacan, a. m. el-refaie and m.aydin. investigation of different winding configurations and displacements ofa nine-phase permanent-magnet-synchronous motor with unbalanced ac windingstructure. ieee transactions on industry applications, 2019, 55(4): 3660-3670]中报道。

2、利用上述研究方法可改善电机非对称绕组布局的对称性，但槽偏移法会导致电机转矩密度的下降，影响电机效率、散热等性能；多层套绕组绕制法主要适用于特定极槽配合39槽12极的绕组近似对称化设计，且该方法的实现需经过多个三相绕组连续绕制，在一定程度上增加了绕组嵌线的复杂度及时长；而三层三组绕组绕制法更适用于九相电机绕组布局的近似对称化设计。

3、因此，针对当前应用较为广泛的三相电机，能够全面满足其在不同极-槽比下的高转矩密度、低转矩脉动需求的普适性非对称绕组近似对称化设计方法仍缺乏相关理论支持，因而有待于进一步深入研究与探索。

技术实现思路

1、针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种适用于电机非对称绕组布局的近似对称化设计方法，在一定程度上可降低三相电机非对称绕组布局设计的盲目性，并可有效实现不同极-槽配比下三相电机非对称绕组布局的近似对称化设计。

2、一种适用于电机非对称绕组布局的近似对称化设计方法，包括如下步骤：

3、（1）引入基波磁动势偏差矢量，构建三相电机非对称绕组布局近似对称化设计准则；

4、（2）基于三相电机非对称绕组布局近似对称化设计准则，生成使基波磁动势偏差矢量尽可能趋近于零的合成矢量；

5、（3）以a相作为固定相，并根据所述合成矢量调整b相和c相槽相量沿定子圆周的分布，最终确定三相电机非对称绕组布局的近似对称化设计方案。

6、进一步地，所述基波磁动势偏差矢量是由三相对称绕组与三相非对称绕组的基波合成磁动势矢量产生的，a相基波磁动势偏差矢量=0，b相基波磁动势偏差矢量=-，c相基波磁动势偏差矢量=-，其中为三相对称绕组的b相基波合成磁动势矢量，为三相非对称绕组的b相基波合成磁动势矢量，为三相对称绕组的c相基波合成磁动势矢量，为三相非对称绕组的c相基波合成磁动势矢量。

7、进一步地，所述步骤（1）中三相电机非对称绕组布局近似对称化设计准则的表达式如下：

8、

9、，

10、其中：

fδφ为b相基波磁动势偏差矢量的幅值，

θδ为b相基波磁动势偏差矢量在空间上的初相位角，

fd为由绕组不对称因素产生的基波合成磁动势椭圆形轨迹长短轴的有效值，

f+为由绕组不对称因素产生的基波旋转磁动势中逆时针旋转分量的幅值，

f-为由绕组不对称因素产生的基波旋转磁动势中顺时针旋转分量的幅值。

11、进一步地，所述步骤（2）中合成矢量的表达式如下：

12、

13、其中：为使与尽可能相等的合成矢量，(δ

xδb'b, δ

yδb'b)为合成矢量的坐标，

a

i=[

xa

i,

ya

i]t、

b

i=[

xb

i,

yb

i]t和

c

i=[

xc

i,

yc

i]t分别为a、b和c相中的第

i个槽相量，

xa

i和

ya

i分别为a相第

i个槽相量在x轴和y轴方向的投影坐标值，

xb

i和

yb

i分别为b相第

i个槽相量在x轴和y轴方向的投影坐标值，

xc

i和

yc

i分别为c相第

i个槽相量在x轴和y轴方向的投影坐标值，

i=1,2,…,

q/3，

q为电机定子槽数，

nc为初始方案中每槽导体数的一半；

l1,

l2,

l3,…,

l2

q为一组正整数用以决定电机绕组层数，其实质对应为2

q个槽导体增加或减少的线圈匝数，这组正整数基于三相电机非对称绕组布局近似对称化设计准则通过带有精英策略的遗传算法进行寻优得到。

14、进一步地，基于三相电机非对称绕组布局近似对称化设计准则，b相基波磁动势偏差矢量的表达式如下：

15、

16、其中：

θ为沿定子内圆周表面的电角度，

ω为角频率，

t表示时间，δ

xbb'=

xb-

xb'，δ

ybb'=

yb-

yb'，

xb和

yb分别为b相基波合成磁动势矢量在x轴和y轴方向的投影坐标值，

xb'和

yb'分别为b相基波合成磁动势矢量在x轴和y轴方向的投影坐标值，

fδφ为b相基波磁动势偏差矢量的幅值，

θδ为b相基波磁动势偏差矢量在空间上的初相位角。

17、进一步地，所述幅值

fδφ和初相位角

θδ的表达式如下：

18、

19、进一步地，所述步骤（3）中根据遗传算法寻优确定的一组正整数

l1,

l2,

l3,…,

l2

q调整b相槽相量沿定子圆周的分布；然后通过以下算式确定c相内所需调整的槽相量序号xc

i，进而调整c相对应的槽相量沿定子圆周的分布，以使与的差尽可能趋向于为0，即c相基波磁动势偏差矢量趋向于为0；

20、

21、其中：

α1为槽相量

b1空间上的初始相位角，

p为电机极对数，mod[ ]表示取余运算。

22、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器用于执行该计算机程序以实现上述适用于电机非对称绕组布局的近似对称化设计方法。

23、一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时以实现上述适用于电机非对称绕组布局的近似对称化设计方法。

24、本发明通过引入“基波磁动势偏差矢量”概念构建了三相电机非对称绕组布局近似对称化设计准则，完善了三相非对称绕组的近似对称化设计理论，并给出了具有良好对称性的三相非对称绕组布局的近似对称化设计方案，在一定程度上可降低三相电机非对称绕组布局设计的盲目性，并可有效实现不同极-槽配比下三相电机非对称绕组布局的近似对称化设计，因此本发明方法具有较强的通用性和易实现性。