单绕组倍极双速电动机不等匝绕组

摘要

本发明所属技术领域为电动机制造。多速电动机因绕组谐波成份高，噪声标准高于单速，最小转矩不高。原有技术不能单调最小转矩。发明把双层叠绕对称不等匝运用于单绕组倍极(基极60度，倍极120度相带)双速电动机削弱谐波。如附图，发明解决了120度相带的谐波求和计算。采用Excel权数可视技术，对q(基极为每极每相，倍极为每对极每相槽数)＝4，6，8，10寻求到各自能使基极和倍极的5，7次绕组系数都低于单速等匝通用跨距的5，7次绕组系数的跨距和匝比。可用于产品降低噪声，提高最小转矩。根据试制结果，可配以对应的不等槽面积定子冲片，让性能全优。方案的方法可用于功率变比变化的产品设计和产品有方向的改进。

说明书

技术领域  电动机制造

背景技术 王怀林.谈适用于对称不等匝的绕组系数公式.中小型电机，1996，23(2)：28～29有60度相带公式，有参数q+0.5-0.5Y，为推出120度相带公式提供了条件。

发明内容单绕组多速电动机因为绕组谐波成份高，噪声高于单速电机(例如YD90S-4/2噪声标准83分贝Y90S-2噪声标准1级/2级70/75分贝)，最小转矩不高，不能满足特殊要求(包括出口要求)时也无法单独调整(有时失去订单)。在单速电机中，人们广泛运用双层叠绕对称不等匝绕组去削弱绕组谐波。本发明是用Excel权数可视技术求得双层叠绕对称不等匝方案。方案中5次，7次绕组系数低于单速等匝通用跨距的绕组系数。可用于使现有产品降低噪，提高最小转矩，提高倍极功率因数。方案的方法可用于功率变比变化的产品设计和产品有方向的改进。本发明的单绕组倍极双速电动机是基极60度相带，倍极120度相带的绕组。计算不等匝的绕组系数需要60度和120度相带求和绕组系数公式。公式q值，对于60度相带是每极每相槽数，对于120度相带是每对极每相槽数。Y为跨距槽数。公式用Excel计算仅需同相组第一槽对同相组对称轴的槽距数。求得60度相带为：q+0.5-0.5Y；120相带为：0.25q+0.5-0.5Y。

Excel权数可视技术布局：A2为每极每相槽数，B2为跨距，C2＝A2+0.5-0.5*B2，C3＝C2+1，选中C3自动填充至C11，这就是槽权数。D2～D11输入对应匝数(含零匝，等匝也可全取1)。D12＝SUM(D2：D11)E1输入1，F1输入5，G1输入7。E2＝$D2*COS(F$1*3.1415926*$C2/3/$A$2)选中E2自动填充至E11。这就是槽权数效应。E12＝SUM(E2：E11)这就是槽权数效应和。E13＝E12/$D$12。C15＝0.25*A2+0.5-0.5*B2。C16＝C15+1，选中C16自动填充至C24。D15＝D2，选中D15自动填充至D25。E15＝$D15*COS(E$1*3.1415926*$C15/1.5/$A$2)，选中E15自动填充至E24。E25＝SUM(E15：E24)，E26＝E25/$D$25。选中E2至E26自动填充至G26。

利用Excel权数可视技术布局，对基极每极每相槽数为4，6，8，10单绕组倍极双速电动机求得表1相关匝比，表2绕组方案。根据产品中有使用非整距(对于120度相带而言)绕组的规格，对产品中倍极整距的规格，按相关匝比求得可实施匝数方案。表中任意不等匝绕组的计算用了任意不等匝的公式，不详述。

附图说明  图1中对同相组第一槽冠以3q+1得60度相带第一槽对同相组对称轴的距离槽数：[3q+1-(Y+q)]/2＝q+0.5-0.5Y。对同相组第一槽冠以3q/2+1得120度相带第一槽对同相组对称轴的距离槽数：[3q/2+1-(Y+q)]/2＝0.25q+0.5-0.5Y(用背景技术的直角三角型法也得此结果)。图2是q＝6 Y＝8双层对称不等匝示意图。在图中下层方框1对上层三角9，错位槽数2，等于＝Y-q。(这里因为Y总是1.5q左右)。图右边槽内导体数为a+b；a+c；b+c。

具体实施方式对照表2做好线模算好线规即可试制(基极以杂耗降低补尝铜耗增加，倍极以杂耗降低和电流减小补尝铜耗增加)。性能不满足要求时，可按表1配以对应的不等槽面积(槽深不变)定子冲片，减小定子电阻，让性能全优。从Excel权数可视技术计算过程可以看出，方案的方法可用于功率变比变化的产品设计和产品有方向的改进。即偏重于某一极数的基波增加或谐波削弱。对于YD90L-4/2，我曾把64/64/64/64匝改为51/77/77/51匝，跨距Y＝6不变，上下层错位槽数＝6-4＝2，槽内导体数为：128/128/128/128。对于4极，原绕组系数1/5/7为0.837/0.224/0.224。改后为0.863/0.126/0.126。试制结果，起动转矩/最大转矩/最小转矩：原2.59/2.79/1.10；现2.28/3.06/2.19。噪声：原74.1；现61.5。温升：原63.6；现53.4。功率因数：原0.772；现0.794效率：原76.53(实测杂耗22.8瓦)；现79.32(取0.5％，8.2瓦)。若5次谐波接近零，起动转矩会稳定些。

                                     表1  相关匝比

    q＝4  匝比  1  1.3  1.3  1    1  1.3  1.3    1     Y＝5  错1   位重叠   1   1   1.3   1.3     1   1   1.3     1.3  槽内  导体数   2   2.3   2.6   2.3     2   2.3   2.6     2.3  槽内导体  数比对称  段   2   2.3   2.6   2.3     2  取槽面积  比对称段   2   2.5   2.5   2.5     2    q＝6  匝比  1  1  1.3  1.3    1  1  1    1    1.3    1.3    1  1     Y＝8   错2  位重叠   1   1   1   1     1.3   1.3   1     1     1     1     1.3   1.3  槽内  导体数  2  2  2.3  2.3    2.3  2.3  2    2    2.3    2.3    2.3  2.3  取槽面积  比对称段  2  2.3  2.3    2.3  2.3  2    q＝8  匝比  1  1  1  1.7    1.7  1  1    1    1    1    1  1.7     Y＝10  错2  位重叠   1   1   1   1     1   1.7   1.7     1     1     1     1   1  槽内  导体数   2   2   2   2.7     2.7   2.7   2.7     2     2     2     2   2.7  取槽面积  比对称段  2  2  2.7    2.7  2.7  2.7    2    2  q＝10  匝数  4    4    4    6    6    6    6    4    4    4    4    4    4    6   Y＝12  错2   位重叠   4     4     4     4     4     6     6     6     6     4     4     4     4     4  槽内  导体数  8    8    8    10    10    12    12    10    10    8    8    8    8    10  q＝10  匝数  3    3    5    5    5    5    5    5    3    3    3    3    5    5   Y＝12  错2  位重叠   3     3     3       3     5     5    5     5     5    5     3     3     3     3  槽内  导体数  6    6    8    8    10    10    10    10    8    8    6    6    8    8  取槽面积  比对称段    4    4    5    5    5    5    5    4    4

                                        表2  绕组方案

   规格  方案  跨距  匝数有效串联 导体数  5次绕  组系数  7次绕 组系数 系数 S/L/R/Kg q＝4 Y＝11单速1-121/1/1/1/ 0.163 0.096 S q＝4 Y＝10单速1-111/1/1/1/ 0.053 0.041 截面系数 q＝4 Y＝6基极1-71/1/1/12.709 0.145 0.111 L 原方案倍极3.346 0.224 0.224 长度系数 q＝4 Y＝5本方案1-61/1.3/1.3/1 R基极2.694 0.037 0.057 电阻系数倍极3.792 0.042 0.042 Kg YD 801-2/4原方案1-7132/132/132/132 重量系数0.55/0.45kW基极357.6 0.145 0.111 0.763倍极441.7 0.224 0.224 1.07本方案1-6133/173/173/133 1.40基极358.4 0.037 0.057 0.82倍极504.5 0.042 0.042 YD 802-2/4原方案1-7107/107/107/107289.8 0.145 0.111 0.75/0.55kW基极358.0 0.224 0.224 0.764倍极 1.07本方案1-6107/140/140/107 1.40基极289.4 0.037 0.055 0.82倍极407.4 0.041 0.041 YD 90S-2/4原方案1-785/85/85/85 1.1/0.85kW基极230.2 0.145 0.111 0.759倍极284.4 0.224 0.224 1.08本方案1-685/112/112/85 1.43基极230.8 0.037 0.052 0.82倍极325.1 0.041 0.041 YD 90L-2/4原方案1-764/64/64/64   规格  方案  跨距   匝数有效串联 导体数  5次绕  组系数  7次绕  组系数  系数  S/L/R/Kg YD 90L-2/4基极173.4 0.145 0.111 0.762 1.8/1.3kW倍极214.2 0.224 0.224 1.09本方案1-6 64/84/84/64 1.43基极173.4 0.037 0.054 0.83倍极244.2 0.041 0.041 YD 225M-6/12原方案1-7 11/11/11/11 20/12kW基极29.8 0.145 0.111 0.733倍极36.8 0.224 0.224 1.13本方案1-6 11/15/15/11 1.54基极30.5 0.039 0.039 0.83倍极43.0 0.039 0.039 YD 250M-6/12原方案1-7 9/9/9/9 24/15kW基极24.4 0.145 0.111 0.750倍极30.1 0.224 0.224 1.12本方案1-6 9/12/12/9 1.49基极24.6 0.038 0.048 0.84倍极34.7 0.040 0.040 YD 280S-6/12原方案1-7 8/8/8/8 30/20kW基极21.7 0.145 0.111 0.727倍极26.8 0.224 0.224 1.13本方案1-6 8/11/11/8 1.56基极22.3 0.039 0.037 0.82倍极31.5 0.038 0.038 YD 280M-6/12原方案1-7 7/7/7/7 37/24kW基极18.96 0.145 0.111 0.700倍极23.42 0.224 0.224 1.16本方案1-6 7/10/10/7 1.66基极19.95 0.04 0.022 0.82倍极28.22 0.036 0.036 q＝6 Y＝13单速1-14 1/1/1/1/1/1 0.113 0.145 q＝6 Y＝9基极1-10 1/1/1/1/1/14.057 0.139 0.103 原方案倍极4.987 0.188 0.154 q＝6 Y＝8本方案1-9 1/1/1.3/1.3/1/1基极4.072 0.089 0.057倍极5.493 0.073 0.058 YD 160M-2/4原方案1-10 18/18/18/18/18/18 11/9kW基极73.0 0.139 0.103 0.857倍极89.8 0.188 0.154 1.05本方案1-9 18/18/24/24/18/18 1.23基极74.1 0.092 0.048 0.90   规格  方案  跨距   匝数有效串联 导体数  5次绕  组系数  7次绕  组系数  系数  S/L/R/Kg YD 160M-2/4倍极100.0 0.068 0.059 YD 160L-2/4原方案1-10 15/15/15/15/15/15 14/11kW基极60.8 0.139 0.103 0.857倍极74.8 0.188 0.154 1.06本方案1-9 15/15/20/20/15/15 1.23基极61.7 0.092 0.048 0.91倍极83.4 0.068 0.059 YD 225M-4/8原方案1-10 6/7/6/7/6/7 34/24kW基极26.4 0.139 0.103 0.867倍极32.42 0.189 0.157 1.09本方案1-9 7/7/8/8/7/7 1.25基极27.1 0.078 0.099 0.94倍极36.3 0.097 0.055 YD 250M-4/8原方案1-10 5/6/5/6/5/6 42/30kW基极22.3 0.139 0.103 0.846倍极27.4 0.190 0.158 1.11本方案1-9 6/6/7/7/6/6 1.32基极23.4 0.080 0.093 0.94倍极31.4 0.093 0.056 YD 280S-4/8原方案1-10 5/5/5/5/5/5 55/40kW基极20.3 0.139 0.103 0.833倍极24.9 0.188 0.154 1.09本方案1-9 5/5/7/7/5/5 1.31基极21.0 0.096 0.031 0.91倍极28.4 0.058 0.060 YD 280M-4/8原方案1-10 4/4/4/4/4/4 67/47kW基极16.2 0.139 0.103 0.889倍极19.9 0.188 0.154 1.05本方案1-9 4/4/5/5/4/4 1.18基极16.0 0.086 0.07 0.93倍极21.6 0.080 0.057 q＝8 Y＝17单速1-18 1/1/1/1/1/1/1/1/1 0.128 0.141 q＝8 Y＝12基极1-13 1/1/1/1/1/1/1/1/15.405 0.137 0.099 原方案倍极6.634 0.178 0.136  q＝8 Y＝10   本方案   1-11 1/1/1/1.7  /1.7/1/1/1基极5.504 0.040 0.013倍极7.749 0.009 0.054 YD 180M-2/4原方案1-13 10匝   规格  方案  跨距   匝数有效串联 导体数  5次绕  组系数 7次绕 组系数  系数  S/L/R/Kg YD 180M-2/4基极54.1 0.137 0.099 0.741 18.5/15kW倍极66.4 0.178 0.136 1.09 本方案 1-11 10/10/10/17  /17/10/10/10  1.47基极55.0 0.040 0.013 0.81倍极77.5 0.009 0.054 YD 200L-2/4原方案1-13 9匝 22/18.5kW基极48.7 0.137 0.099 0.750倍极59.7 0.178 0.136 1.08 本方案 1-11 9/9/9/15  /15/9/9/9  1.44基极49.2 0.039 0.006 0.81倍极69.2 0.010 0.053 YD 225S-2/4原方案1-13 7匝 37/32kW基极37.8 0.137 0.099 0.778倍极46.4 0.178 0.136 1.05 本方案 1-11 7/7/7/11  /11/7/7/7  1.35基极37.4 0.038 0.011 0.82倍极52.5 0.015 0.051 YD 225M-2/4原方案1-13 6匝 45/37kW基极32.4 0.137 0.099 0.750倍极39.8 0.178 0.136 1.08 本方案 1-11 6/6/6/10  /10/6/6/6  1.44基极32.8 0.039 0.007 0.81倍极46.1 0.010 0.053 YD 250M-2/4原方案1-13 6匝 52/45kW基极32.4 0.137 0.099 0.750倍极39.8 0.178 0.136 1.07 本方案 1-11 6/6/6/10  /10/6/6/6  1.43基极32.8 0.039 0.007 0.81倍极46.1 0.010 0.053 YD 280S-2/4基极1-16 4匝27.0 0.137 0.099 0.667 原方案Y＝15倍极33.1 0.173 0.129 1.08  q＝10 本方案 1-13 4/4/4/6/6  /6/6/4/4/4  1.62   规格  方案  跨距   匝数有效串联 导体数  5次绕  组系数  7次绕  组系数  系数  S/L/R/Kg YD 280S-2/4基极27.1 0 0.0006 0.72 72/60kW倍极38.9 0 0.071  YD 280M-2/4 原方案 1-16 3/4/3/4/3  /4/3/4/3/4 82/72kW基极23.6 0.137 0.099 0.700倍极29.0 0.174 0.130 1.09 本方案 1-13 3/3/5/5/5  /5/5/5/3/3  1.56基极23.8 0 0.007 0.76倍极34.3 0 0.015