專利名稱：：一種凸極同步電機(jī)轉(zhuǎn)子變極的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于凸極同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：同步電機(jī)的調(diào)速有多種方式，但變極調(diào)速最為簡(jiǎn)便易行。與異步電機(jī)不同，同步電機(jī)變極調(diào)速需要同時(shí)改變定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的極對(duì)數(shù)。原理上，同步電機(jī)定子繞組變極問(wèn)題與異步電機(jī)定子繞組變極相同，其研究也已相當(dāng)深入，同步電機(jī)變極的特點(diǎn)或是難點(diǎn)主要在于轉(zhuǎn)子變極。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，同步電機(jī)可分為隱極式和凸極式兩種，隱極機(jī)的氣隙是均勻的而凸極機(jī)氣隙是非均勻的。實(shí)際應(yīng)用中需要調(diào)速的同步電機(jī)多為低速凸極機(jī)，因此對(duì)于凸極機(jī)轉(zhuǎn)子變極問(wèn)題進(jìn)行研究有一定意義。改變凸極同步電機(jī)轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)的方法有分組反接方式、短接部分磁極線圈再分組反接方式、以及大小磁極加分組反接方式等。其中分組反接方式最為簡(jiǎn)單，但氣隙磁場(chǎng)中諧波分量大，電磁材料利用率低，大小磁極方式的氣隙磁場(chǎng)諧波分量則相對(duì)較小，電磁材料利用率也有提高。目前變極凸極同步電機(jī)轉(zhuǎn)子通常采用磁極大小寬度不同，間距不等的結(jié)構(gòu)形式，為確定這樣一個(gè)轉(zhuǎn)子變極方案，一般的做法是先將兩種極數(shù)沿轉(zhuǎn)子圓周表面的極性變化用長(zhǎng)方格表示，即形成一個(gè)極區(qū)圖，然后借助于這個(gè)極區(qū)圖來(lái)確定磁極位置，以及不同寬度的大、小極布置方案。不過(guò)，這種極區(qū)圖實(shí)際上只是一個(gè)粗略的分析工具，僅僅用此很難準(zhǔn)確確定磁極位置，或是各個(gè)磁極的大小及間距。目前的大小極不等距分布這種結(jié)構(gòu)本身也存在空間或材料利用率低的問(wèn)題，而且，這種結(jié)構(gòu)常要求在一種極數(shù)下丟掉一些勵(lì)磁極，這不但會(huì)使轉(zhuǎn)子繞組接線復(fù)雜化并造成材料利用率進(jìn)一步下降。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種凸極同步電機(jī)轉(zhuǎn)子變極的設(shè)計(jì)方法，解決現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法存在的磁極大小寬度不等、轉(zhuǎn)子繞組接線復(fù)雜、空間或材料利用率低的問(wèn)題。本發(fā)明的一種凸極同步電機(jī)轉(zhuǎn)子變極的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟第一步.給定變前極極對(duì)數(shù)Pl和變后極極對(duì)數(shù)p2，Pl和p2為正整數(shù)，Pl>p2;選擇密槽系數(shù)k，k為任意正整數(shù)；第二步.確定虛擬轉(zhuǎn)子槽數(shù)Z，Z=2kPl;根據(jù)給定的p^P2以及Z，分別作變前極極對(duì)數(shù)Pi槽號(hào)相位圖和變后極極對(duì)數(shù)P2槽號(hào)相位圖；第三步.在變前極極對(duì)數(shù)p工槽號(hào)相位圖上任選l列作為原始磁極列，其所含槽號(hào)，代表變極前原有磁極的初始位置；第四步.在變前極極對(duì)數(shù)Pl槽號(hào)相位圖上選取與原始磁極列相鄰的n列作為移動(dòng)列，代表進(jìn)行變極方案選擇時(shí)磁極可能移動(dòng)到的位置，所述相鄰的n列處于原始磁極列3一側(cè)或者兩側(cè)，11=1，2，…k;第五步.將所述原始磁極列槽號(hào)和移動(dòng)列槽號(hào)重新按變后極極對(duì)數(shù)p2的槽號(hào)相位排布，分別列于變后極極對(duì)數(shù)P2的槽號(hào)相位圖下，形成分列槽號(hào)相位圖，在分列槽號(hào)相位圖上任意位置，用1根對(duì)稱軸線將按變后極極對(duì)數(shù)^槽號(hào)相位排布的原始磁極列槽號(hào)和移動(dòng)列槽號(hào)，平分為兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分互差180°對(duì)稱，原始磁極列和移動(dòng)列，各自被分為互差18(T對(duì)稱的兩個(gè)槽號(hào)組；將原始磁極列分為互差180°對(duì)稱的兩個(gè)槽號(hào)組，作為基本變極方案；在基本變極方案中，將任一個(gè)槽號(hào)組所包括的槽號(hào)反向，原始磁極列對(duì)應(yīng)極對(duì)數(shù)即從PZ變?yōu)镻2;第六步.先選擇線圈跨距y，y=k=、，式中、為變前極pj及距；在基本變極方案中，去掉位于兩個(gè)槽號(hào)組邊緣的m個(gè)槽號(hào)，m=1，2，…p乂2;將所述原始磁極列兩個(gè)槽號(hào)組去掉的m個(gè)槽號(hào)用移動(dòng)列中順序相鄰近的槽號(hào)替換；第七步.所述原始磁極列兩個(gè)槽號(hào)組去掉的槽號(hào)替換后，去掉被線圈跨距覆蓋的原始磁極列槽號(hào)，得到初步變極方案；基本變極方案對(duì)于極對(duì)數(shù)Pl而言，繞組利用系數(shù)高諧波含量低，但對(duì)于極對(duì)數(shù)p2，對(duì)應(yīng)的繞組利用系數(shù)低，諧波含量大，為提高極對(duì)數(shù)P2的繞組系數(shù)，必須去掉位于兩個(gè)槽號(hào)組邊緣的一些槽號(hào)，使變后極^對(duì)應(yīng)的相帶寬度變窄；第八步.對(duì)所述初步變極方案作繞組磁動(dòng)勢(shì)諧波分析以進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定方案是否可用，是則將所述初步變極方案作為正式變極方案；否則重新選擇密槽系數(shù)k，轉(zhuǎn)第二步，或者將所述原始磁極列兩個(gè)槽號(hào)組去掉的m個(gè)槽號(hào)用移動(dòng)列中順序次鄰近的槽號(hào)替換，所述移動(dòng)列中順序次鄰近的槽號(hào)相對(duì)所述相鄰近的槽號(hào)以步長(zhǎng)t乂k移動(dòng)，轉(zhuǎn)第七步。按上述步驟能找到可用的轉(zhuǎn)子變極方案，所設(shè)計(jì)的凸極變極同步電機(jī)，其定子三相繞組具有Pl和P2兩種不同的極對(duì)數(shù)，其中Pl為多極對(duì)數(shù)，P2為少極對(duì)數(shù)；轉(zhuǎn)子上布置的磁極為凸極不等距結(jié)構(gòu)，磁極大小寬度相同，磁極間距為T(mén)l+Tl(n-l)/k(Tl=JiD/(2p》，D為轉(zhuǎn)子外徑；n=1，…k;k為正整數(shù))，每個(gè)磁極上繞有直流勵(lì)磁線圈，全部磁極分為兩組，當(dāng)兩組磁極線圈通過(guò)電流方向相同時(shí)，轉(zhuǎn)子呈現(xiàn)極對(duì)數(shù)Pi;當(dāng)兩組磁極線圈通過(guò)電流方向相反時(shí)，轉(zhuǎn)子呈現(xiàn)極對(duì)數(shù)P2，轉(zhuǎn)子繞組采用串聯(lián)/并聯(lián)接法時(shí)，通過(guò)滑環(huán)引出線為3根；采用串聯(lián)/串聯(lián)接法時(shí)，通過(guò)滑環(huán)引出線為4根。所述的設(shè)計(jì)方法，得到所述正式變極方案之后，如果磁極相互之間間隔超過(guò)t一t乂k，則可以在轉(zhuǎn)子最大磁極間隔內(nèi)加裝輔助導(dǎo)磁極，電機(jī)轉(zhuǎn)子上布置的磁極數(shù)目為2p2，輔助導(dǎo)磁極數(shù)目為2(Pl_p2)，輔助導(dǎo)磁極上不設(shè)置勵(lì)磁線圈。所述的設(shè)計(jì)方法，得到所述正式變極方案之后，如果磁極相互之間間隔超過(guò)t一t乂k，也可以在轉(zhuǎn)子所有大于t工的磁極間距內(nèi)均布置輔助導(dǎo)磁極，輔助導(dǎo)磁極上不設(shè)置勵(lì)磁線圈。本發(fā)明基于隱極轉(zhuǎn)子分析，因此從理論上而言，磁極以步長(zhǎng)、/k移動(dòng)，相互之間間隔超過(guò)h+、/k，也即比正常極距、超過(guò)一個(gè)虛擬槽距間隔時(shí)，可考慮加裝輔助導(dǎo)磁極，輔助導(dǎo)磁極上不設(shè)置勵(lì)磁線圈，僅作為導(dǎo)磁通路，輔助導(dǎo)磁極寬度可為t乂k的整數(shù)倍。電機(jī)轉(zhuǎn)子上布置的磁極數(shù)目為2p^輔助導(dǎo)磁極數(shù)目為2(p「p》，布置在轉(zhuǎn)子最大磁極間隔內(nèi)，這將可能改善磁路的導(dǎo)磁狀況；可以看出，本發(fā)明是將凸極轉(zhuǎn)子看成隱極轉(zhuǎn)子，且轉(zhuǎn)子齒槽沿圓周均勻分布為分析基礎(chǔ)的，通過(guò)本發(fā)明所獲得的變極方案，磁極數(shù)目通常等于兩種極數(shù)中的少極數(shù)，磁極間距不等，但可以做到磁極大小相等，兩種極數(shù)下都不用丟極，繞組利用率高，且出線頭可為3個(gè)，換接簡(jiǎn)便，移動(dòng)磁極的相對(duì)位置可獲得不同的變極方案以進(jìn)行選擇，磁極每次沿轉(zhuǎn)子圓周表面移動(dòng)的步長(zhǎng)為T(mén)/k(這里、也可以表示為、=JiD/(2p》，D為轉(zhuǎn)子外徑)，顯然，選取更大的k值可更精細(xì)地調(diào)整變極方案。本發(fā)明從原理上來(lái)說(shuō)仍然為分組反接的反向變極法，但是本發(fā)明通過(guò)引入"虛擬槽"的概念，將凸極轉(zhuǎn)子看作隱極轉(zhuǎn)子來(lái)進(jìn)行分析，也即將凸極轉(zhuǎn)子圓周表面的磁極看成是隱極轉(zhuǎn)子圓周表面均勻分布的齒槽，并對(duì)每一齒槽寬度進(jìn)行虛擬細(xì)分化為多槽均勻分布轉(zhuǎn)子，細(xì)分的程度由變極方案所要求磁極沿轉(zhuǎn)子表面可能移動(dòng)的步長(zhǎng)決定，這時(shí)的槽位置也代表了磁極可能移動(dòng)到的位置，然后建立相應(yīng)多槽轉(zhuǎn)子的槽號(hào)相位圖，按反向法一般原理，以及遵循兩種極數(shù)下繞組系數(shù)最大、諧波含量最少且保持轉(zhuǎn)子凸極結(jié)構(gòu)不變的原則，采用觀察法構(gòu)建新的轉(zhuǎn)子變極方案，所獲得的轉(zhuǎn)子變極方案采用繞組磁勢(shì)諧波分析法進(jìn)行選擇和評(píng)價(jià)。本發(fā)明引入"虛擬槽"的概念，將凸極轉(zhuǎn)子化為多槽隱極轉(zhuǎn)子來(lái)分析，通過(guò)從中排除和選擇適當(dāng)?shù)牟?，使得所獲得的變極方案仍然保持凸極結(jié)構(gòu)不變，且磁極大小寬度相同，導(dǎo)體利用率高，諧波含量低，兩種極數(shù)下均無(wú)需丟棄任何磁極而實(shí)現(xiàn)三滑環(huán)切換變極。圖1Z=24，Pl=12槽號(hào)相位圖；圖2(a)常規(guī)反向法變極方案，Z=24，p2=10槽號(hào)相位圖；圖2(b)常規(guī)反向法變極方案，Pl=12槽號(hào)按p2=10相位分布圖；圖2(c)常規(guī)反向法變極方案，p2=10槽號(hào)相位分布圖(180°相帶)；圖2(d)常規(guī)反向法變極方案，p2=10槽號(hào)相位分布圖(150°相帶)；圖3Z=96，Pl=12槽號(hào)相位圖；圖中，自左向右第1、3列為移動(dòng)列(虛線框內(nèi)槽號(hào))，第2列為磁極列(實(shí)線框內(nèi)槽號(hào))；圖4(a)Z=96，p2=IO槽號(hào)相位圖；圖4(b)按p2=10相位排列的磁極列槽號(hào)(實(shí)線框內(nèi))和移動(dòng)列槽號(hào)(虛線框內(nèi))；圖4(c)完成的極比24/20變極方案；圖5k=4磁極布置示意圖，圖中，白色T形為勵(lì)磁極，黑色T形為導(dǎo)磁極；圖6k=4，24/20變極繞組勵(lì)磁極線圈接線圖；圖7(a)k=5，極比24/20，Pl=12槽號(hào)相位分布圖;圖7(b)k=5，極比24/20，p2=10槽號(hào)相位分布圖;圖8k=5磁極布置示意圖，圖中，白色T形為勵(lì)磁極，黑色T形為導(dǎo)磁極。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。下面以極對(duì)數(shù)p工=12，p2=10，極比24/20變極轉(zhuǎn)子為例，說(shuō)明本發(fā)明?，F(xiàn)有常規(guī)反向變極法，變前極p工=12，即有24個(gè)磁極，將之看成沿轉(zhuǎn)子圓周均勻5分布的24槽，也可以認(rèn)為這時(shí)的k二1，Z=2kPl二24，對(duì)應(yīng)p工槽號(hào)相位圖如圖l所示。由圖l可看出，Pi槽號(hào)相位圖中共含左右兩列槽號(hào)，任取其一列作為變前極Pi對(duì)應(yīng)槽號(hào)，然后畫(huà)出對(duì)應(yīng)變后極p2=10的p2槽號(hào)相位圖，如圖2a所示，將上述Pl對(duì)應(yīng)槽號(hào)按p2相位畫(huà)在P2槽號(hào)相位圖(圖2(a))下，并按反向法變極原理將這些槽號(hào)劃分為互差180。的兩組，如圖2(b)所示，兩組分別標(biāo)注為"I"，"II"，變極時(shí)可任意將其中一組槽號(hào)反向，轉(zhuǎn)子繞組即呈現(xiàn)為極對(duì)數(shù)^=IO，這樣就得到了常規(guī)變極方案，如圖2(c)所示?，F(xiàn)有常規(guī)反向法變極方案，變前極Pl繞組系數(shù)高，為1.0，且諧波含量低，但對(duì)于變后極P2，繞組系數(shù)低至0.622，且諧波分量大，這樣就很難實(shí)際應(yīng)用。一般而言，變后極p2繞組系數(shù)低的直接原因是相帶過(guò)寬，因此，為提高變后極p2繞組系數(shù)，可以考慮去掉相帶邊緣一些槽號(hào)使帶寬變窄，例如在圖2(c)中去掉槽號(hào)2，14，-8，-20，相帶寬從180°縮減為150°，如圖2(d)所示。繞組系數(shù)也相應(yīng)提高至0.721。不過(guò)，從對(duì)繞組的基本要求來(lái)看，往往希望既有高的繞組系數(shù)也希望能有低的諧波含量，這種單純?nèi)ゲ鄣姆椒m然表面上能提高變后極P2繞組系數(shù)，但另一方面，轉(zhuǎn)子實(shí)際導(dǎo)體利用率大大降低，而且諧波分析結(jié)果表明，其主要諧波幅值并未明顯降低，由此可見(jiàn)，常規(guī)方法是無(wú)法得到兩種極數(shù)下導(dǎo)體利用率高且諧波含量低的變極方案的。本發(fā)明是由現(xiàn)有常規(guī)反向變極法發(fā)展而來(lái)。—、實(shí)施例l，包括以下步驟第一步.給定變前極極對(duì)數(shù)Pl=12和變后極極對(duì)數(shù)p2=10;選擇密槽系數(shù)k=4;第二步.確定虛擬轉(zhuǎn)子槽數(shù)Z=2kPl=96;根據(jù)給定的Pl、p2以及Z，分別作變前極極對(duì)數(shù)Pi槽號(hào)相位圖(圖3)和變后極極對(duì)數(shù)^槽號(hào)相位圖(圖4(a)，只畫(huà)出180°范圍)；第三步.在變前極極對(duì)數(shù)Pl槽號(hào)相位圖(圖3)上選取第2列作為原始磁極列，其所含槽號(hào)，代表變極前原有磁極的初始位置；第四步.在變前極極對(duì)數(shù)Pl槽號(hào)相位圖(圖3)上分別選取與原始磁極列(第2列)相鄰的第1列和第3列作為移動(dòng)列，代表進(jìn)行變極方案選擇時(shí)磁極可能移動(dòng)到的位置；緊鄰第2列選取是為使變前極p工分布系數(shù)不至降得過(guò)多；第五步.將所述原始磁極列槽號(hào)和移動(dòng)列槽號(hào)重新按變后極極對(duì)數(shù)p2的槽號(hào)相位排布，分別列于變后極極對(duì)數(shù)^的槽號(hào)相位圖(圖4(a))下，形成分列槽號(hào)相位圖(圖4(b))，在分列槽號(hào)相位圖上任意位置，用1根對(duì)稱軸線將按變后極極對(duì)數(shù)p2槽號(hào)相位排布的原始磁極列槽號(hào)和移動(dòng)列槽號(hào)，平分為兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分互差180°對(duì)稱，原始磁極列和移動(dòng)列，各自被分為互差180°對(duì)稱的兩個(gè)槽號(hào)組；將原始磁極列分為互差180°對(duì)稱的兩個(gè)槽號(hào)組，分別標(biāo)注為"I"，"II"，作為基本變極方案，也即上述常規(guī)變極方案；在基本變極方案中，將標(biāo)注"II"槽號(hào)組所包括的槽號(hào)反向，如圖4(b)所示，這時(shí)原始磁極列對(duì)應(yīng)極對(duì)數(shù)即從Pi變?yōu)镻2;第六步.先選擇線圈跨距y，y二k二、二4;在基本變極方案中，去掉圖4(b)中磁極列所屬邊緣槽號(hào)34，82，10，58和38，86，14，62;并以移動(dòng)列中順序相鄰近槽號(hào)35，83，11，59(相對(duì)磁極列順序移動(dòng)了1槽)和41，89，17，65(相對(duì)磁極列順序移動(dòng)了3槽)替換；第七步.所述原始磁極列兩個(gè)槽號(hào)組去的槽號(hào)替換后，為保證轉(zhuǎn)子的凸極結(jié)構(gòu)，避免轉(zhuǎn)子線圈交叉重疊，去掉被線圈跨距覆蓋的原始磁極列槽號(hào)42,90，18，66，得到初步變極方案，該方案槽號(hào)對(duì)極對(duì)數(shù)P2而言的分布如圖4(c)所示，可以看出，這個(gè)變極方案與常規(guī)單速24極轉(zhuǎn)子相比，去掉了4個(gè)磁極。若要得到極對(duì)數(shù)p"只要將圖4(c)中標(biāo)注"II"的槽號(hào)組所屬槽號(hào)反向即可。上述k=4方案磁極布置示意圖如圖5所示。為符合一般習(xí)慣，圖中勵(lì)磁極按槽號(hào)大小次序重新進(jìn)行了順序編號(hào)，也即以數(shù)字1，2，...，20分別代表槽號(hào)94，2，6，11，17，22，26，30，35，41，46，50，54，59，65，70，74，78，83，89;每個(gè)槽號(hào)代表一個(gè)勵(lì)磁線圈。因?yàn)樵撟儤O方案線圈跨距是按24極整距選定，但由圖5可以看出勵(lì)磁極只有20個(gè)，勵(lì)磁極之間只能為不等距，如圖5中空心T形所示，按前述本發(fā)明理論可知，超過(guò)正常極66距k=Tl的間隔可加裝輔助導(dǎo)磁極，因此，對(duì)于較寬間距一A=了r,,可考慮加裝寬度為44一A:的導(dǎo)磁極，共4個(gè)，具體位置如圖5中黑色T形所示，對(duì)應(yīng)勵(lì)磁極線圈繞組接線如圖6所4示。圖6中，DpD2、D3分別為直流勵(lì)磁出線端，數(shù)字1，2，...，20各代表一個(gè)勵(lì)磁線圈。二、實(shí)施例2:在第一步中，令k二5，這時(shí)Z二2kPl=120，所獲得的一種變極方案，其在極對(duì)數(shù)Pi=12和^=10的槽號(hào)相位分布分別如圖7(a)和圖7(b)所示，圖8為這時(shí)的磁極布置示意圖。仍為符合一般習(xí)慣，圖8中勵(lì)磁極按槽號(hào)大小次序重新進(jìn)行了順序編號(hào)，也即以數(shù)字1，2，..，20分別代表圖中槽號(hào)111，116，1，7，15，21，26，31，37，45，51，56，61，67，75，81，86，91，97，105。圖8中勵(lì)磁極之間仍為不等間距，可以看出k=5和k=4時(shí)沿轉(zhuǎn)子圓周磁極分布規(guī)律相似，只是其中間距有所不同。圖8中，對(duì)大于正常極距k=ti的間隔仍標(biāo)出了4個(gè)寬度分別為l^=|*的輔助導(dǎo)磁極位置，具體位置如圖8中黑色T55形所示，對(duì)應(yīng)勵(lì)磁極線圈繞組接線仍如圖6所示。從以上實(shí)施例可以看出，實(shí)際上可能作出的變極方案是很多的，一般來(lái)說(shuō)，k值取得越大，得到可供選擇的變極方案就越多，為盡可能提高兩種極數(shù)下導(dǎo)體利用率，排列變極方案時(shí)需遵循兩種極數(shù)下槽號(hào)分布系數(shù)最大化的原則，這就要求直觀上觀察到槽號(hào)分布在比較窄的相帶內(nèi)，至于所獲得的變極方案是否適用還需對(duì)之進(jìn)行諧波分析后才能最后決定。三、諧波分析及結(jié)論關(guān)于應(yīng)用本發(fā)明獲得的變極方案的評(píng)價(jià)，可以利用繞組磁勢(shì)諧波分析法進(jìn)行。仍以極對(duì)數(shù)P工=12，p2=10，極比24/20的變極轉(zhuǎn)子為例，分別對(duì)于前述k=1，k=4，k=5等三種情況下作出的變極方案進(jìn)行繞組磁勢(shì)諧波分析，結(jié)果同列于表1和表2以便于比較。表lp2=10轉(zhuǎn)子繞組磁勢(shì)諧波分析7<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2Pl二12轉(zhuǎn)子繞組磁勢(shì)諧波分析<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表l和表2可以看出，對(duì)于k二l，為常規(guī)變極方案，當(dāng)p工=12時(shí)，繞組系數(shù)1.0高且諧波含量低，但P2二10時(shí)，180°帶寬繞組系數(shù)0.622低，且有一個(gè)幅值高達(dá)71.43%的28極齒諧波磁勢(shì)，而去掉四個(gè)邊緣槽號(hào)150°帶寬時(shí)的繞組系數(shù)0.721雖然有所提高，但28極齒諧波幅值仍為71.43%，說(shuō)明簡(jiǎn)單的去掉一些線圈并不能削弱齒諧波磁勢(shì)；對(duì)于k二5的變極方案，當(dāng)P2=10時(shí)，繞組系數(shù)0.8622顯著提高，而更為重要的是28極諧波幅值降為了37.06%，雖然這時(shí)？1=12的繞組系數(shù)O.92，與k=1常規(guī)變極相比較有所降低，諧波含量也增加了，但幅值較高的主要為低次諧波，影響較大的高次齒諧波還有所降低；對(duì)于k=4的變極方案，當(dāng)p2=10時(shí)，繞組系數(shù)0.8822進(jìn)一步提高，28極高次諧波幅值則進(jìn)一步降低至30.67X，同時(shí)Pi=12的繞組系數(shù)O.88，與k=5時(shí)的相比較更進(jìn)一步降低，但就兩種極數(shù)平衡來(lái)看，仍然是可以接受的。從以上分析可以看出，本發(fā)明基于"虛擬多槽"的概念，利用槽號(hào)相位圖將凸極轉(zhuǎn)子化為隱極轉(zhuǎn)子進(jìn)行分析而形成了一種新的設(shè)計(jì)方法。按照這種"虛擬多槽"的新設(shè)計(jì)理念，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)分布情況以虛擬槽的形式從磁勢(shì)分析角度表述，借助于槽號(hào)相位圖，容易確定每個(gè)磁極在槽號(hào)相位圖上的相位，更直觀地進(jìn)行變極方案設(shè)計(jì)，又因?yàn)樵谶@種情況下，需要移動(dòng)的磁極沿轉(zhuǎn)子圓周移動(dòng)的距離總是虛擬槽距的整倍數(shù)，選取較多的轉(zhuǎn)子槽數(shù)，就能獲得更精細(xì)的移動(dòng)，精確確定各個(gè)磁極沿轉(zhuǎn)子圓周的相對(duì)位置，為變極方案的編排提供明確、直觀的依據(jù)。傳統(tǒng)的凸極同步電機(jī)變極轉(zhuǎn)子方案，因?yàn)榭傂枰捎么笮〈艠O或是丟棄一部分磁極等，結(jié)果造成兩種極數(shù)下總會(huì)有一種極數(shù)繞組系數(shù)低或是導(dǎo)體利用率不高，而本發(fā)明得到的變極方案，兩種極數(shù)下繞組系數(shù)可以得到很好的平衡，磁極大小相同，數(shù)目通?？梢缘扔谏贅O數(shù)而無(wú)需丟棄任何磁極，導(dǎo)體利用率高，可以做到三滑環(huán)切換，繞組磁勢(shì)諧波分析結(jié)果表明其諧波含量可以控制在容許的范圍內(nèi)。基于本發(fā)明也能得到一些有用的結(jié)論，例如，本發(fā)明方案磁極仍然為不等間距，由于分析以隱極轉(zhuǎn)子為基礎(chǔ)，于是可推論，對(duì)于磁極較大間隔，可考慮加裝導(dǎo)磁極改善磁路的導(dǎo)磁狀況等。這些充分說(shuō)明，本發(fā)明提供了獲得更好轉(zhuǎn)子變極方案的一種可行途徑。權(quán)利要求一種凸極同步電機(jī)轉(zhuǎn)子變極的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟第一步.給定變前極極對(duì)數(shù)p1和變后極極對(duì)數(shù)p2，p1和p2為正整數(shù)，p1＞p2；選擇密槽系數(shù)k，k為任意正整數(shù)；第二步.確定虛擬轉(zhuǎn)子槽數(shù)Z，Z＝2kp1；根據(jù)給定的p1、p2以及Z，分別作變前極極對(duì)數(shù)p1槽號(hào)相位圖和變后極極對(duì)數(shù)p2槽號(hào)相位圖；第三步.在變前極極對(duì)數(shù)p1槽號(hào)相位圖上任選1列作為原始磁極列，其所含槽號(hào)，代表變極前原有磁極的初始位置；第四步.在變前極極對(duì)數(shù)p1槽號(hào)相位圖上選取與原始磁極列相鄰的n列作為移動(dòng)列，代表進(jìn)行變極方案選擇時(shí)磁極可能移動(dòng)到的位置，所述相鄰的n列處于原始磁極列一側(cè)或者兩側(cè)，n＝1，2，…k；第五步.將所述原始磁極列槽號(hào)和移動(dòng)列槽號(hào)重新按變后極極對(duì)數(shù)p2的槽號(hào)相位排布，分別列于變后極極對(duì)數(shù)p2的槽號(hào)相位圖下，形成分列槽號(hào)相位圖，在分列槽號(hào)相位圖上任意位置，用1根對(duì)稱軸線將按變后極極對(duì)數(shù)p2槽號(hào)相位排布的原始磁極列槽號(hào)和移動(dòng)列槽號(hào)，平分為兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分互差180°對(duì)稱，原始磁極列和移動(dòng)列，各自被分為互差180°對(duì)稱的兩個(gè)槽號(hào)組；將原始磁極列分為互差180°對(duì)稱的兩個(gè)槽號(hào)組，作為基本變極方案；在基本變極方案中，將任一個(gè)槽號(hào)組所包括的槽號(hào)反向，原始磁極列對(duì)應(yīng)極對(duì)數(shù)即從p1變?yōu)閜2；第六步.先選擇線圈跨距y，y＝k＝τ1，式中τ1為變前極p1極距；在基本變極方案中，去掉位于兩個(gè)槽號(hào)組邊緣的m個(gè)槽號(hào)，m＝1，2，…p1/2；將所述原始磁極列兩個(gè)槽號(hào)組去掉的m個(gè)槽號(hào)用移動(dòng)列中順序相鄰近的槽號(hào)替換；第七步.所述原始磁極列兩個(gè)槽號(hào)組去掉的槽號(hào)替換后，去掉被線圈跨距覆蓋的原始磁極列槽號(hào)，得到初步變極方案；第八步.對(duì)所述初步變極方案作繞組磁動(dòng)勢(shì)諧波分析以進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定方案是否可用，是則將所述初步變極方案作為正式變極方案；否則重新選擇密槽系數(shù)k，轉(zhuǎn)第二步，或者將所述原始磁極列兩個(gè)槽號(hào)組去掉的m個(gè)槽號(hào)用移動(dòng)列中順序次鄰近的槽號(hào)替換，所述移動(dòng)列中順序次鄰近的槽號(hào)相對(duì)所述相鄰近的槽號(hào)以步長(zhǎng)τ1/k移動(dòng)，轉(zhuǎn)第七步。2.如權(quán)利要求l所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于得到所述正式變極方案之后，如果磁極相互之間間隔超過(guò)t1+t乂k，則在轉(zhuǎn)子最大磁極間隔內(nèi)加裝輔助導(dǎo)磁極，電機(jī)轉(zhuǎn)子上布置的磁極數(shù)目為2&，輔助導(dǎo)磁極數(shù)目為2(Pl_p2)，輔助導(dǎo)磁極上不設(shè)置勵(lì)磁線圈。3.如權(quán)利要求l所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于得到所述正式變極方案之后，如果磁極相互之間間隔超過(guò)t1+t乂k，則在轉(zhuǎn)子所有大于、的磁極間距內(nèi)均布置輔助導(dǎo)磁極，輔助導(dǎo)磁極上不設(shè)置勵(lì)磁線圈。全文摘要一種凸極同步電機(jī)轉(zhuǎn)子變極的設(shè)計(jì)方法，屬于凸極同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，解決現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法存在的磁極大小寬度不等、轉(zhuǎn)子繞組接線復(fù)雜、空間或材料利用率低的問(wèn)題。本發(fā)明給定變前極極對(duì)數(shù)p1和變后極極對(duì)數(shù)p2，選擇密槽系數(shù)k，由此確定虛擬轉(zhuǎn)子槽數(shù)Z，然后作槽號(hào)相位圖，選取原始磁極列以及相應(yīng)的移動(dòng)列并劃分槽號(hào)組，用移動(dòng)列中相鄰近的槽號(hào)替換原始磁極列槽號(hào)組的邊緣槽號(hào)，得到初步變極方案并作諧波分析以確定正式變極方案。本發(fā)明將凸極轉(zhuǎn)子化為多槽隱極轉(zhuǎn)子來(lái)分析，通過(guò)從中排除和選擇適當(dāng)?shù)牟?，使得所獲得的變極方案仍然保持凸極結(jié)構(gòu)不變，且磁極大小寬度相同，導(dǎo)體利用率高，諧波含量低，無(wú)需丟棄任何磁極而實(shí)現(xiàn)三滑環(huán)切換變極。文檔編號(hào)H02P6/00GK101702606SQ20091027275公開(kāi)日2010年5月5日申請(qǐng)日期2009年11月13日優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日發(fā)明者朱澤堂,王雪帆申請(qǐng)人:華中科技大學(xué);湖北華博電機(jī)有限公司