一种削弱目标谐波的方法、低谐波绕组、轴向磁通电机与流程

1.本发明涉及轴向磁通电机技术领域，更具体地说，涉及一种削弱目标谐波的方法、低谐波绕组、轴向磁通电机。


背景技术：

2.集中绕组电机，尤其是分数槽集中绕组电机具有制作工艺简单，功率密度及转矩密度大、齿槽转矩小等，因此得到广泛的应用。但集中绕组存在电枢磁场谐波丰富的弊端，丰富的磁场谐波导致电机涡流损耗和振动噪声增大，从而影响了电机的综合性能。


技术实现要素：

3.本发明的目的是削弱集中绕组中电枢磁场的谐波，从而提高轴向磁通电机的性能。
4.为实现上述目的，提供了如下技术方案：
5.一种削弱目标谐波的方法，包括：
6.在定子铁芯上绕制三套绕组；
7.通过调整所述三套绕组的电流初相角使三组目标谐波的矢量互成设定的角度，从而达到目标效果，所述目标效果包括：所述三组目标谐波相互抵消或相互削弱，所述三组目标谐波分别与所述三套绕组对应。
8.优选地，100
°
≤所述设定的角度≤140
°
。
9.优选地，所述目标效果还包括：三组基波相叠加，所述三组基波分别与所述三组绕组对应。
10.优选地，所述三套绕组的电流初相角是通过调整所述三套绕组的得电时刻来调整的。
11.本发明还提供了一种低谐波绕组，所述绕组包括三套绕组，所述三套绕组并联连接在母线上，在所述三套绕组中，有两套绕组分别与两个延时器串接，所述两个延时器分别使所述两套绕组延时得电，以改变所述两套绕组的电流初相角，以使三组目标谐波的矢量互成设定的角度，从而实现目标效果，所述目标效果包括：所述三组目标谐波相互抵消或削弱，所述三组目标谐波分别与所述三套绕组对应。
12.优选地，所述目标还包括：三组基波相叠加，所述三组基波分别与所述三组绕组对应。
13.优选地，100
°
≤所述设定的角度≤140
°
。
14.优选地，所述两个延时器均与控制器电连接，所述控制器用于控制所述两个延时器的延时时间。
15.优选地，所述三套绕组均为三相绕组，且所述三套绕组中的线圈数相同，所述三套绕组对应的定子铁芯的槽数z＝9*k，所述k为正整数。
16.优选地，在所述三套绕组中的每套绕组中，三相绕组对应的有效导体之间依次相
差同样数目的定子齿。
17.优选地，在所述三套绕组中的两套绕组中，同类相的相绕组对应的有效导体之间相差的定子齿数目相同。
18.优选地，所述k＝2，且极数p＝14，所述三套绕组中每相的相绕组包括2个线圈。
19.优选地，在所述三套绕组中的第一套绕组中，第一个相绕组的第一个线圈从1槽进入，从18槽穿出，第二个线圈从9槽进入，从10槽穿出；
20.第二个相绕组的第一个线圈从13槽进入，从12槽穿出，第二个线圈从3槽进入，从4槽穿出；
21.第三个相绕组的第一个线圈从7槽进入，从6槽穿出，第二个线圈从15槽进入，从16槽穿出。
22.优选地，在所述三套绕组中的第二套绕组中，第一个相绕组的第一个线圈从17槽进入，从18槽穿出，第二个线圈从9槽进入，从8槽穿出；
23.第二个相绕组的第一个线圈从11槽进入，从12槽穿出，第二个线圈从3槽进入，从2槽穿出；
24.第三个相绕组的第一个线圈从5槽进入，从6槽穿出，第二个线圈从15槽进入，从14槽穿出。
25.优选地，在所述三套绕组中的第三套绕组中，第一个相绕组的第一个线圈从14槽进入，从13槽穿出，第二个线圈从4槽进入，从5槽穿出；
26.第二个相绕组的第一个线圈从8槽进入，从7槽穿出，第二个线圈从16槽进入，从17槽穿出；
27.第三个相绕组的第一个线圈从2槽进入，从1槽穿出，第二个线圈从10槽进入，从11槽穿出。
28.本发明还提供了一种轴向磁通电机，包括绕组，所述绕组为上述任意一种低谐波绕组。
29.从上述技术方案可以看出，本发明在定子铁芯上绕制了三套绕组，通过调整这三套绕组的电流初相角来调整三套绕组中目标谐波的矢量夹角，从而使三套绕组中目标谐波的矢量互成120
°
，或者尽可能地接近120
°
。目标谐波为影响轴向磁通电机性能的主要谐波。每套绕组对应一组目标谐波，在三组目标谐波的矢量互成120
°
或者接近120
°
时，三组目标谐波合成后的矢量幅值为零，或者接近零，从而实现了消除或削弱目标谐波的目的，那么就提高了轴向磁通电机的性能。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例中的方案，下面将对实施例中描述所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本发明一具体实施例提供的三组目标谐波的矢量互成120
°
时的示意图；
32.图2为本发明一具体实施例提供的14极18槽的线圈分布图；
33.图3为本发明一具体实施例提供的每套绕组的每相绕组的示意图；
34.图4为本发明一具体实施例提供的a类相线圈的分布图；
35.图5本发明一具体实施例提供的a类相绕组的示意图；
36.图6为本发明一具体实施例提供的14极18槽绕组的示意图；
37.图7是本发明一具体实施例提供的低谐波绕组的接线图；
38.图8为本发明提供的低谐波绕组与现有绕组产生的谐波的对比图。
具体实施方式
39.本发明公开了一种削弱目标谐波的方法，该方法能够消除或削弱目标谐波，从而提高轴向磁通电机的性能。本发明还公开了一种低谐波绕组及一种轴向磁通电机。
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
41.申请人发现影响轴向磁通电机的谐波通常为某个阶次或某几个阶次的谐波，这些谐波为需要消除的目标谐波。如果将目标谐波消除后，会显著提高轴向磁通的性能。为此，申请人创造性地设计了削弱目标谐波的方法和低谐波绕组。
42.削弱目标谐波的方法包括以下步骤：首先，在定子铁芯上绕制三套绕组，三套绕组对应地生成三组目标谐波。之后，通过调整三套绕组的电流初相角使三组目标谐波的矢量互成设定的角度，从而达到目标效果，所述目标效果包括：三组目标谐波相互抵消或相互削弱，所述三组目标谐波分别与所述三套绕组对应。
43.在三套绕组中，每一套绕组都会生成目标谐波，且三组目标谐波的阶次相同。在三组目标谐波的矢量夹角互为120
°
时，三组目标谐波合成后的矢量幅值为零，即三组目标谐波被完全消除。请参考附图1，在附图1中分别用d1、d2、d3表示三组目标谐波，在d1、d2、d3成如附图1所示的夹角时，即120
°
时，三组目标谐波被完全消除。
44.但是，在实际的操作中，三组目标谐波的矢量夹角可能无法互成120
°
，只能是接近120
°
。如果三组目标谐波的矢量夹角互成的角度接近120
°
，那么三组目标谐波无法被完全消除，但是会被削弱。
45.本发明将设定的角度优化为：100
°
≤所述设定的角度≤140
°°
。
46.需要说明的是：凡是以削弱三组目标谐波为目的而调整三套绕组的电流初相角，从而使三组目标谐波的矢量尽可能地互成120
°
时所获得的三组目标谐波的矢量夹角值，均落入本文的保护范围之内。
47.还需要说明的是，谐波的矢量方向与绕组的电流初相角有关，在电流初相角转过时，谐波的矢量方向也会转过因此，可以通过调整电流初相角来实现对谐波的矢量方向的调整。
48.进一步地，在考虑消除目标谐波时，同时要兼顾基波。三套绕组均能生成基波。三组基波的矢量方向相同时，三组基波相叠加，且叠加后的幅值最大，基波为有用波。因此，要以尽可能地削弱目标谐波以及尽可能地使三组基波的矢量方向相同为目的来调整三套绕组的电流初相角，从而不仅能够最大程度地削弱目标谐波，同时还能够获得幅值较大的基波。
49.进一步地，本发明通过调整三套绕组的得电时刻来调整三套绕组的电流初相角。
具体地，使三套绕组并联连接在母线上，之后在其中两套绕组上分别串接一个延时器。绕组的得电时刻改变，电流初相角就会改变。那么通过使两套绕组延迟得电，来调整两套绕组的电流初相角，那么就间接调整两套绕组对应的目标谐波的矢量方向，那么就可以使三组目标谐波的矢量夹角互为120
°
，或接近120
°
。
50.本发明还公开了一种低谐波绕组，该绕组包括三套绕组，该三套绕组并联连接在母线上。在三套绕组中，有两套绕组分别与两个延时器串接，两个延时器分别使两套绕组延时得电。两套绕组延时得电后，两套绕组的电流初相角就会发生对应的变化，那么两套绕组的目标谐波的矢量方向就会发生相应的变化。只要预先设计好两套绕组各自需要延时的时间，就能够使三套绕组的目标谐波的矢量互成设定的角度。在三套绕组的目标谐波的矢量互成设定的角度时，三组目标谐波相互抵消或削弱，同时还能够使三组基波相互叠加。
51.本发明将设定的角度优化为：100
°
≤所述设定的角度≤140
°
。
52.请参考附图7所示，图7是本发明一具体实施例提供的低谐波绕组的接线图。两个延时器均与控制器电连接，由控制器来决定两个延时器的延时时间。在通过目标谐波需旋转的角度推算出两个延时器的延时时间后，向控制器输入两个延时器的延时时间即可。
53.为了优化三套绕组的布置结构，作出了如下设计方案：三套绕组均为三相绕组，且三套绕组中的线圈数相同，三套绕组对应的定子铁芯的槽数z＝9*k，所述k为正整数。比如，第一套绕组包括a1相绕组、b1相绕组、c1相绕组，第二套绕组包括a2相绕组、b2相绕组、c2相绕组，第三套绕组包括a3相绕组、b3相绕组、c3相绕组。在三套绕组中，每一相的相绕组均包括k个线圈。
54.进一步地，在三套绕组中的每套绕组中，三相绕组对应的有效导体之间依次相差同样数目的定子齿，或者说三相绕组对应的有效导体之间的空间夹角相同。如此，才能够确保三相绕组的电相角互为120
°
。比如，对于14级18槽的三相轴向磁通电机，每套绕组中的三相绕组对应的有效导体之间依次相差6个定子齿。即在第一套绕组中，a1相绕组、b1相绕组、c1相绕组之间依次相差6个定子齿。在第二套绕组中，a2相绕组、b2相绕组、c2相绕组之间依次相差6个定子齿。在第三套绕组中，a3相绕组、b3相绕组、c3相绕组之间依次相差6个定子齿。
55.更进一步地，在三套绕组中的两套绕组中，同类相的相绕组之间相差的定子齿数目相同。比如在14极18槽的三相轴向磁通电机中，对于第一套绕组和第二套绕组来说，a1相绕组和a2相绕组为同类相的相绕组，b1相绕组和b2相绕组为同类相的相绕组，c1相绕组和c2相绕组为同类相的相绕组。a1相绕组和a2相绕组之间相差2个定子齿，b1相绕组和b2相绕组之间相差2个定子齿，c1相绕组和c2相绕组之间相差2个定子齿。第二套绕组和第三套绕组中同类相的相绕组之间均相差3个定子齿。比如a2相绕组与a3相绕组之间相差3个定子齿。
56.本发明公开了极数为14，槽数为18的绕组的具体结构。14极18槽的三相绕组包括三套绕组，分别为第一套绕组、第二套绕组、第三套绕组。每套绕组中的每相绕组包括2个线圈。具体结构如下：
57.请参考附图6，图6为本发明一具体实施例提供的14极18槽绕组的示意图。在三套绕组中的第一套绕组中，第一个相绕组的第一个线圈从1槽进入，从18槽穿出，第二个线圈从9槽进入，从10槽穿出。第二个相绕组的第一个线圈从13槽进入，从12槽穿出，第二个线圈
从3槽进入，从4槽穿出。第三个相绕组的第一个线圈从7槽进入，从6槽穿出，第二个线圈从15槽进入，从16槽穿出。
58.在三套绕组中的第二套绕组中，第一个相绕组的第一个线圈从17槽进入，从18槽穿出，第二个线圈从9槽进入，从8槽穿出。第二个相绕组的第一个线圈从11槽进入，从12槽穿出，第二个线圈从3槽进入，从2槽穿出。第三个相绕组的第一个线圈从5槽进入，从6槽穿出，第二个线圈从15槽进入，从14槽穿出。
59.在三套绕组中的第三套绕组中，第一个相绕组的第一个线圈从14槽进入，从13槽穿出，第二个线圈从4槽进入，从5槽穿出。第二个相绕组的第一个线圈从8槽进入，从7槽穿出，第二个线圈从16槽进入，从17槽穿出。第三个相绕组的第一个线圈从2槽进入，从1槽穿出，第二个线圈从10槽进入，从11槽穿出。
60.需要说明的是，本文仅仅是为了方便描述而为定子槽编制了序号，并不是说某个线圈必须从某个特定序号的定子槽中进入和穿出，本文仅仅保护线圈之间的相对位置关系。
61.在绕制14极18槽三相绕组时，可以采取如下方法：首先根据集中绕组的设计规律设计出线圈分布图，如附图2所示，图2为本发明一具体实施例提供的14极18槽的线圈分布图。在附图2中确定了每槽放置哪相线圈。每一相中标“ ”和
“-”
的导线实际电流方向相反。相邻两个同类相导线构成一个线圈，如a 和a-构成一个a类相线圈。需要说明的是，集中绕组的设计规律为公知常识，在此不再赘述。将附图2中的线圈分为三组三相绕组，因此得到了每组每相的绕组，请参考附图3，附图3为本发明提供的每套绕组的每相绕组的示意图。按照附图4的a类相线圈的分布图，绕制出a类相绕组，请参考附图5，附图5为a类相绕组的示意图。之后依次绕制b类相绕组和c类相绕组，最终得到14极18槽的三组三相绕组，如附图6所示。
62.本发明还公开了一种轴向磁通电机，包括绕组，该绕组为上述任意一种低谐波绕组，上述低谐波绕组具有上述优点，具有上述低谐波绕组的轴向磁通电机同样具有上述优点，故本文不再赘述。
63.请参考附图8，图8为本发明提供的低谐波绕组与现有绕组产生的谐波的对比图。从附图8中可以看出：本案绕组中1阶次，5阶次谐波基本被消除，基波(7阶次)略有升高。而1阶次，5阶次谐波为目标谐波，目标谐波的存在会使磁钢涡流明显增大，并且5阶次谐波与基波作用产生的力波会使电机振动噪声性能恶化。采用本案所提方案，目标谐波基本被消除，因此轴向磁通电机的损耗会减小，振动噪声特性得到优化。
64.最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
65.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
66.所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般
原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。