q=3～8同心式变截面绕组、小大槽定子片及绕组参数

摘要

q＝3～8同心式变截面绕组、小大槽定子片及绕组参数之发明所属技术领域电机制造。归纳的每极每相槽数q＝3～8同心式不等匝绕组对应跨距下槽内导体数同一少多比0.866/1，使绕组5/7次谐波接近零，可全面改善电机性能。以变截面焊接绕组或小大槽定子冲片可获得绕组最大截面，降低热负荷；同心式不等匝绕组端接线较短可降低铜耗；5/7次谐波接近零降杂耗同时也降低电机温升。综合效果允许改小风扇降低机械耗。结论：不失为设计制造高效电机的有效措施，用于普通电机可节材、省工。

说明书

技术领域

电机制造

背景技术

金阳  陈维静.一个双层不等匝绕组的优化布置.中小型电机，1994，21(4)：14～17优化结果表中：q＝3的第二方案、q＝4/5/6的第三方案和本发明采用的跨距对应。相关比较于后续表中。比较说明放弃等槽满率可取。

赵庆普.低谐波绕组在高转差率电机上应用.中小型电机，1990，17(2)：15～17 16页右下求得：a＝1.6587，b＝2.7087，c＝1.9153，d＝1。按此匝比算得5，7次谐波幅值0.00083，0.00083，按等槽满率取整a＝18，b＝28，c＝18，d＝8。算得5，7次谐波幅值0.05557，0.01147。等槽满率限制，结果大打折扣。

卫爱民  单敬爱  李莉.三相实用型正弦分布绕组的研究.中小型电机，1996，23(1)：7～11。表1中q＝3～8的平均跨距小于本发明采用的跨距。大跨距下的低谐波方案在降低电机热负荷方面有独特的效果。故不讨论此背景技术。

黄国治  傅丰礼.Y2系列三相异步电动机技术手册：296～297。单双层绕组表13-6里q＝4，q＝5中3-2-3，q＝6，q＝7，q＝8没有给出匝比参数，只提示为两种匝数。实际上仅q＝4和8基础匝比为两种匝数，为满足有效串联导体数要求时匝数种数会增加。

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有公式，有参数q+0.5-0.5Y，为权数可视技术提供了条件。

公知技术  量体裁衣

发明内容

放弃等槽满率限制。运用Excel权数可视技术对q＝3～8进行不等匝优化归纳，配以变截面绕组或小大槽定子片。变削足适履为放足穿履、量足做履。

Excel权数可视技术布局：A2为每极每相槽数，B2为跨距(对于单双层绕组为效应跨距)，C2＝A2+0.5-0.5*B2 C3＝C2+1，选中C3自动填充至C9，这就是槽权数。D2～D9输入对应匝数(含零匝，等匝也可全取1)。D10＝SUM(D2：D9)。F1输入1，G1至R1输入5，7，11，13...35，37(37以内6倍数加，减1)F2＝$D2*COS(F$1*3.1415926*$C2/3/$A$2)选中F2自动填充至F9。这就是槽权数效应。F10＝SUM(F2：F9)这就是槽权数效应和。F11＝F10/$D$10。F12＝F11/$F$11/F$1*100。F13＝F12*F12。选中F2至F13向右自动填充至R13。S13＝SUM(G13：R13)。F14＝SQR(S13)布局中的文字和符号：A1输为：q，B1输为：Y，D1输为：匝数或匝数比，E1输为：谐波次数，E10输为：右有效串联导体数，E11输为：绕组系数(幅值)，E12输为：比值百分数，E13输为：比值百分数平方，E14输为：综合谐波强度。

用Excel权数可视技术对每极每相槽数q＝3～8按图示跨距、槽内导数少多比接近0.866/1作相关对比。

表13为背景技术金文6-3方案。表11，14，16为产品跨距方案(多跨距取优)。

表12对应图1中q＝6、表10，15，17对应图2槽内导体数少多比方案。表中5，7，11列对应值为该次谐波幅值。

观察表1，5/7次谐波同为正，减1、2链匝比，5/7次谐波能同时降低。尝试结果如表2。如图中q＝4，两个单层链匝比系数为2*0.866，两个双层链匝比系数为1+1＝2。少多匝比(槽内导体数比)为0.866/1。

观察表4，7次谐波为正，减1、5链匝比，加2、3、4链匝比7次谐波能降低。尝试结果如表5、6。如图中q＝5，槽内导体数比为7.2/7.2/8/8.4/8。

观察表7，第1链效应为1，设匝数为1，可解二元一次方程求2、3、链对1链的匝比。结果如表8。如图中q＝3，槽内导体数比为2/2.275/2.275。

对于q＝6，7，8也照此办理。

按照图中同相组链顺序看；

对于q＝4，取定子冲片槽循环段两小接两大。面积小/大比：0.87/1，相对于原等槽面积2为0.93/1.07。

对于q＝5，取定子冲片槽循环段两小接叁大。面积小/大比：7.2/8.2，也可取为0.87/1。相对于原等槽面积2为0.93/1.07。

对于q＝3，取定子冲片槽循环段一小接两大。面积小/大比：2/2.275，也可取为0.87/1。相对于原等槽面积2为0.93/1.07。

对于q＝6，1单取定子冲片槽循环段叁小接两大再接壹小。面积小/大比：为0.87/1。相对于原等槽面积2为0.93/1.07。

对于q＝6，2单取定子冲片槽循环段两小接两大再接两小。面积小/大比：为0.82/1。可通用q＝6，1单0.87/1。相对于原等槽面积2为0.93/1.07。

对于q＝7，取定子冲片槽循环段肆小接叁大。面积小/大比：为0.87/1。相对于原等槽面积2为0.93/1.07。

对于q＝8，取定子冲片槽循环段肆小接肆大。面积小/大比：为0.87/1。相对于原等槽面积2为0.93/1.07。

综上所述对q＝3～8不等匝等槽满率，所需小/大面积比同为0.87/1。

对于新产品用小大槽定子冲片是可决策的方案。用变截面焊接绕组则是随时可行的选择。

例如：对于q＝8 Y＝17原4/5有效串联导体数/5/7次谐波幅值/综合谐波强度：30.86/0.128/0.14/3.93。单双层绕组参数：8/8/3/8/1/6，对应数值为：31.19/0.0056/0.0043/1.86。单层绕组为8匝，双层绕组槽内导体数为3+6＝8+1是9匝。单层绕组两链8匝用9根并绕，双层绕组4链3/8/1/6匝用8根并绕，第二链和第三链之间焊接，可使绕组电阻最小，使槽满率接近相等。单层中有的根数适当放大线径，效果更好。

对于q＝6一单、两单方案应注意到两单方案综合谐波强度高(见表12)。一单中(见表10)1.7321/1.074/1.4/0.6/0.658，(1.074+0.658)为少匝数槽内导体数，变截面时第5链不放大线径，第2链随第1链单层多放大线径即可。

附图说明

图1、图2是电机制造中广泛采用的双层同心式，单双层同心式绕组示意图。对于q＝3图，平均跨距为7(2～9)、q+0.5-0.5Y＝0、同相组段大圈重叠。对于q＝5单双层图，平均跨距为11(2.5～13.5)、效应跨距Y＝11+1＝12(因为有一个单层链)。q+0.5-0.5Y＝-0.5、对称轴位于同相组段两个大圈正中。对于q＝7图，平均跨距16(3～19)、效应跨距Y＝16+2＝18(因为有两个单层链)。q+0.5-0.5Y＝-1.5、对称轴位于同相组段肆个单层链正中。

图1、2图示了槽内上下层构成。图中同一槽内的匝数和称为槽内导体数。公式中的Y值对于单双层同心式绕组称为效应跨距，是绕组平均跨距加单层链数。

图3为发明所适用的电机定子槽形及槽形各参数含义图。可仅调整hs1、hs2、bs1、Rs 4尺寸，并让大小槽的hs1+hs2+Rs不变，即定子轭部磁密均匀，同时考虑定子齿磁密与气隙磁密分布合理。实现大小槽面积比

具体实施方式

可有三种实施方式1，直接实施二次设计；2，用变截面焊接绕组实施二次设计；3，配小大槽定子冲片实施二次设计。

准备工作是要较准确的设计绕线模。由双层叠绕线模数据(对原单层绕组规格尽量搜集其派生产品中的双层叠绕线模数据)可以快速设计绕线模，Excel布局是：A2输为原线模宽，A3输为原线模长，A4输为原匝数，A5输为原斜边长，A6输为原链数，A7输为原线模档板间宽(新线模以对应匝数求出对应宽数组)，A8输为原总长，A9输为原单匝长，A10输为总长比，A11输为电阻比，A12输为铜重比。B1～B7输入对应数据。B8＝(4*B5+2*B3)*B4*B6，B9＝B8/B4/B6，B10＝J10/B8，B11＝L10/B8，B12＝M10/B8。C1输为双层叠绕跨距，D1输为同心式跨距，D列输入对应数据。E2＝B$2/C$2*D2，F2＝3.1416*E2+2*$B$3，G2＝F2/(1.15～1.2)的系数。H1输为线模宽(新线模以此列宽对应数值为直径作两端园弧)。H2＝(G2-2$B$3)/3.1416。I1输为匝数排列，I列输入对匝数。J1输为链长，J2＝F2*I2，K1输为对原槽内导体数比，K列输入对应数据。L1输为电阻系数，L2＝J2*K2，M1输为铜重，M2＝J2/K2。E、F、G、H、J、L、M列均选中第二行自动填充至第九行。J、L、M列的第十行均为求和行。新、旧线模直线长相同。

上述第一二种实施方式对原产品仅由单层绕组或双层叠绕组改为同心式不等匝绕组，抓住有效串联导体数相等，电机性能稳定。积累经验可简化电机型式试验项目，节约试验成本，加快实施进度。单双层减少组内链数，节省下线工时效益显著。

下表是对Y315S-2用用变截面焊接绕组实施二次设计的计算。

  电阻  铜重  原宽  370  17  23  501  2253  1877  381  8  15018  0.89  13366  16874  原长  340  21  457  2116  1763  345  8  14106  0.89  12554  15849  原匝数  4.5  19  414  1979  1649  309  3  4948  1  4948  4948  原斜边  240  17  370  1842  1535  272  8  12283  1  12283  12283  原链数  8  15  326  1706  1421  236  1  1421  1  1421  1421  原模厚  13  283  1569  1307  200  6  7844  1  7844  7844  原总长  59040  0  0  680  567  (36)  0  0  0  原单匝  长  1640  0  0  680  567  (36)  0  0  0  总长比  0.94  55620  52416  59219  电阻比  0.89  铜重比  1.00

方法可用于要求实测杂耗的其他出口系列产品，例如NEMA系列等。

对于q＝8 Y＝17原产品可用下列方案，简述为原匝数：新匝比。

5匝：9/8/6/5/5/5；4.5匝：8/8/3/8/1/6；4匝：7/7/4/4/4/4；

3.5匝：6/6/4/2/5/3；3匝：6/5/3/4/3/3；2.5匝：5/4/3/3/2/3。

对双层同心式任意不等匝运用电磁程序计算时，应注意采用其准确的分布系数和短矩系数。发明中直接求的是绕组系数，除以求矢量和所得的分布系数得短矩系数。可以发现在固定跨距下短矩系数是变化的。双层叠绕若为任意不等匝时是同序不等。而双层同心式任意不等匝是逆序不等，等效成的上下层绕组在空间位置错开距离槽数随分布而变。在前述的Excel布局表中做：F16＝D2*SIN(3.1415926*C2/3/$A$2)，F17＝D2*COS(3.1415926*C2/3/$A$2)选中F16到G16自动填充至G23；F24＝SUM(F16：F23)、G24＝(G16：G23)、H24＝SQRT(F24*F24+G24*G24)、F25＝H24/D10、F26＝F11/F25。E25输入分布系数四字，E25输入短矩系数四字。

另外电磁计算程序中谐波单位漏磁导∑S应往小的方面修正。