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专利号: 2020114857519
申请人: 河海大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种低谐波模块化绕组的设计方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤1、确定每极每相槽型:计算电机绕组的每极每相槽数v,并根据v值结果,将电机绕组的每极每相槽型分为整数槽、假分数槽和真分数槽;

步骤2、计算槽极比q:槽极比q=Q/P,其中Q为定子槽数,P为电机极数;

步骤3、确定整数槽和假分数槽中的绕组类型:根据步骤1确定的每极每相槽型以及步骤2计算的槽极比q,确定整数槽和假分数槽中的绕组类型,绕组类型包括三角绕组和梯形绕组;整数槽和假分数槽中绕组类型的具体确定方法,包括如下步骤:步骤3A、当每极每相槽型为整数槽时,若槽极比q为偶数,则采用梯形绕组;若槽极比q为奇数,则采用三角绕组;

步骤3B、当每极每相槽型为假分数槽时,若槽极比q最接近的整数为偶数,则采用梯形绕组;若槽极比q最接近的整数为奇数,则采用三角绕组;

步骤4、计算整数槽和假分数槽中的绕组层数m,具体计算方法如下:步骤4A、当每极每相槽型为整数槽或假分数槽,且采用三角绕组时,绕组层数m需同时满足如下公式(1)~(3):

其中,k为正整数,即m为Q/3的约数; P}函数能返回 和P的最大公约数;

round()为四舍五入函数;

步骤4B、当每极每相槽型为整数槽或假分数槽,且采用梯形绕组时,绕组层数m需同时满足如下公式(4)~(6):

步骤5、确定真分数槽中的绕组类型及绕组层数m:当每极每相槽型为真分数槽时,绕组层数m需满足步骤4A中的公式(1)或步骤4B中的公式(4),且m满足m∈[2,4];

步骤6、计算每层绕组的线圈匝数:根据磁链变化和正弦曲线的拟合过程,分别计算整数槽和假分数槽绕组中每层线圈的匝数、以及真分数槽绕组中每层线圈的匝数;

整数槽和假分数槽绕组中每层线圈匝数的计算方法,包括如下步骤:步骤6A1、m层线圈匝数编号:m层线圈的匝数按照从小到大分别为N1、N2、……、Ni、……、Nm‑1、Nm;

步骤6A2、第i层线圈匝数Ni的计算方法为:其中,

式中,α为单个定子槽所占的电角度;

步骤6A3、m层线圈匝数布设,具体布设方法如下:当m为奇数时,m层线圈的匝数布设为:Nm=N0,N1+Nm‑1=N0、N2+Nm‑2=N0、…、Ni+Nm‑i=N0;

其中,N0为单个定子槽所能容纳的匝数上限;其中,1≤i≤(m‑1)/2;

当m为偶数时,m层线圈的匝数布设为:Nm=N0,Nm/2=N0/2,N1+Nm‑1=N0,N2+Nm‑2=N0、…、Ni+Nm‑i=N0;其中,1≤i≤(m‑2)/2;

真分数槽绕组中每层线圈匝数的计算方法,包括如下步骤:步骤6B1、计算e,具体计算方法公式为:(1)计算极槽比q,计算公式为:式中,Q1和n1为极槽比q最简分数形式下的分子和分母;

(2)计算e,计算公式为:

e=(2k‑1)‑(2k‑2)q  (9)式(9)中,k为自然数,且k的取值,使得e≥‑1;

步骤6B2、计算f(k):对步骤6B1中的每个取值k对应的e,均按照如下公式(10),计算f(k):

式中,sign()为符号函数,fix()为向零取整的取整函数;所有满足要求的取值k,计算得到的f(k),按照k值从小至大分别排序为f(1)、f(2)、f(3)、...、f(k);

步骤6B3、计算行向量A:行向量A为关于f(k)的行向量,具体表达式为:A=[A1 A2 A1 A2...]  (11)其中,

A1为序列:f(1)f(2)f(3)...f(k)A2为序列:f(k)f(k‑1)...f(2)f(1)式(11)中,A1和A2序列元素相同但排列顺序相反;向量A是A1和A2的循环组合,组合后,A中的元素总数不少于2m‑2+Q1个;

步骤6B4、求解系数矩阵Btri或Btra,具体求解公式为:式中,Btri对应三角绕组的系数矩阵,Btra对应梯形绕组的系数矩阵;A(1)、A(2)、A(3)、A(Q1)、A(Q1+1)、A(Q1+2m‑2)和A(Q1+2m‑1)分别表示向量A中的第1、2、3、Q1、Q1+1、Q1+2m‑2和Q1+

2m‑1个元素;

步骤6B5、计算磁链系数F:令Na=x,Nm‑a=y,且x+y=N0,x,y∈[0,N0],则磁链系数F的计算方法为:

(1)当绕组类型为三角绕组时,磁链系数F的计算公式为:F=BtriXa·x+BtriYa·y其中,向量Xa和Ya,根据绕组层数m的奇偶性所确定,具体确定方法为:当m为奇数时,a为区间[1,(m‑1)/2]内的整数,向量Xa和Ya为:T

Xa=[01×(a‑1) 1 01×(m‑a‑1) 1 01×(m‑a‑1) 1 01×(a‑1)]T

Ya=[01×(m‑a‑1) 1 01×(a‑1) 1 01×(a‑1) 1 01×(m‑a‑1)]当m为偶数时,a为区间[1,(m‑2)/2]内的整数,向量Xa和Ya的取值为:(2)当绕组类型为梯形绕组时,磁链系数F的计算公式为:F=BtraXa·x+BtraYa·y其中,向量Xa和Ya,根据绕组层数m的奇偶性所确定,具体确定方法为:当m为奇数时,a为区间[1,(m‑1)/2]内的整数,向量Xa和Ya的取值为:T

Xa=[01×(a‑1) 1 01×(m‑a‑1) 1 1 01×(m‑a‑1) 1 01×(a‑1)]T

Ya=[01×(m‑a‑1) 1 01×(a‑1) 1 1 01×(a‑1) 1 01×(m‑a‑1)]当m为偶数时,a为区间[1,(m‑2)/2]内的整数,向量Xa和Ya的取值为:(3)计算得出的磁链系数F中包含Q1个元素,取绝对值,从绝对值最小的元素向后提取元素,直至出现重复元素,并分别记为f1、f2、…、fg;

步骤6B6、计算电角度α,具体计算公式为:式中,Q1为极槽比q最简分数形式下的分子;

步骤6B7、确定目标拟合函数:将步骤6B6中的确定的f1、f2、…、fg,采用最小二乘法原理进行拟合,得到目标拟合函数为;

步骤6B8、确定x和y:将x+y=N0以及步骤6B6计算得到的电角度α,代入步骤6B7确定的目标拟合函数中,当目标拟合函数最小时,所对应的x,y值即为所求的Na和Nm‑a。