本發(fā)明涉及電機(jī)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種雙繞組定子及電機(jī)。

背景技術(shù)：

在多電/全電飛機(jī)、電動(dòng)汽車(chē)、艦船等的推進(jìn)系統(tǒng)中，電機(jī)系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要，為提高可靠性，目前多采用雙繞組電機(jī)系統(tǒng)。并且雙繞組電機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成為高可靠電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的一種趨勢(shì)。

目前的雙繞組電機(jī)系統(tǒng)中，通常將傳統(tǒng)電機(jī)的單套電樞繞組改為兩套獨(dú)立供電的電樞繞組；在正常工況時(shí)，由第一套電樞繞組輸出功率或兩套電樞繞組同時(shí)輸出功率；當(dāng)?shù)谝惶纂姌欣@組發(fā)生故障時(shí)，切換為第二套電樞繞組單獨(dú)工作，以保證持續(xù)功率輸出。

如圖1所示，為傳統(tǒng)雙繞組電機(jī)的定子示意圖，a1、b1、c1為第一套繞組三相線(xiàn)圈，a2、b2、c2為第二套繞組三相線(xiàn)圈。其中第一套繞組a1、b1、c1按常規(guī)對(duì)稱(chēng)雙層分布繞組排列，第二套繞組a2、b2、c2在相同槽位置按常規(guī)對(duì)稱(chēng)雙層繞組排列，即定子每個(gè)槽內(nèi)共有4層繞組。但該結(jié)構(gòu)中，存在第二套繞組a2、b2、c2和第一套繞組a1、b1、c1中的同相線(xiàn)圈位于相同槽位置的問(wèn)題，如圖中a1、a2線(xiàn)圈。

圖2為另一種傳統(tǒng)雙繞組定子示意圖，此結(jié)構(gòu)中第一套繞組a1、b1、c1和第二套繞組a2、b2、c2均為單層分布繞組，第二套繞組a2、b2、c2和第一套繞組a1、b1、c1中的同相線(xiàn)圈仍然位于相同槽位置處，如圖中a1、a2線(xiàn)圈。

上述方案中，由于兩套繞組的同相線(xiàn)圈位于相同槽位置處，亦即兩套繞組共磁路，處于深度耦合狀態(tài)(即與第一套繞組匝鏈的磁通同時(shí)與第二套繞組匝鏈)。當(dāng)?shù)谝惶桌@組工作時(shí)，第二套繞組感應(yīng)電勢(shì)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重畸變，影響第二套繞組的正常工作，因此，兩套繞組無(wú)法實(shí)現(xiàn)同時(shí)解耦控制。

此外，由于傳統(tǒng)雙繞組電機(jī)方案不能實(shí)現(xiàn)雙套繞組同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)主繞組故障時(shí)，只能等電機(jī)轉(zhuǎn)速跌落至接近0時(shí)冗余繞組才能切入進(jìn)行備份運(yùn)行，切換時(shí)間較長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)上述雙繞組電機(jī)中的兩套繞組無(wú)法實(shí)現(xiàn)同時(shí)解耦控制的問(wèn)題，提供一種雙繞組定子及電機(jī)。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是，提供一種雙繞組定子，包括定子鐵芯、第一套繞組和第二套繞組，所述定子鐵芯的內(nèi)周具有12*(1+n)*k個(gè)沿圓周方向均勻分布的定子槽，所述k為不小于2的正整數(shù)，在采用雙層繞組時(shí)所述n為0，在采用單層繞組時(shí)所述n為1；所述第一套繞組包括多相繞組且每一相繞組由均勻分布在定子鐵芯內(nèi)周的多個(gè)極相組構(gòu)成；所述第二套繞組包括多相繞組且每一相繞組由均勻分布在定子鐵芯內(nèi)周的多個(gè)極相組構(gòu)成；所述第一套繞組和第二套繞組的同相繞組分屬不同的極相組。

在本發(fā)明所述的雙繞組定子中，所述第一套繞組包括第一u相繞組、第一v相繞組、第一w相繞組，且所述第一v相繞組的極相組與所述第一u相繞組的極相組在定子鐵芯的內(nèi)周上間隔120°、所述第一w相繞組的極相組與第一u相繞組在定子鐵芯的內(nèi)周上間隔240°；所述第二套繞組包括第二u相繞組、第二v相繞組、第二w相繞組，且所述第二v相繞組的極相組與所述第二u相繞組的極相組在定子鐵芯的內(nèi)周上間隔120°、所述第二w相繞組的極相組與第二u相繞組在定子鐵芯的內(nèi)周上間隔240°。

在本發(fā)明所述的雙繞組定子中，所述雙繞組定子為具有2*(1+n)*k極轉(zhuǎn)子的電機(jī)的定子；所述第一套繞組和第二套繞組中，同一相繞組的各相鄰極相組相差6個(gè)定子槽。

在本發(fā)明所述的雙繞組定子中，所述雙繞組定子采用雙層繞組結(jié)構(gòu)，且所述雙繞組定子的鐵芯包括48個(gè)定子槽；所述第一套繞組的功率為第二套繞組的功率的3倍；第一u相繞組、第一v相繞組、第一w相繞組分別包括6個(gè)極相組，所述第二u相繞組、第二v相繞組、第二w相繞組分別包括2個(gè)極相組。

在本發(fā)明所述的雙繞組定子中，在所述第一套繞組，每一相繞組的各個(gè)極相組均在空間相對(duì)的位置呈對(duì)稱(chēng)分布；在所述第二套繞組中，每一相繞組的各個(gè)極相組均在空間相對(duì)的位置呈對(duì)稱(chēng)分布。

在本發(fā)明所述的雙繞組定子中，所述第一套繞組中的各個(gè)線(xiàn)圈匝數(shù)相同，所述第二套繞組的各個(gè)線(xiàn)圈匝數(shù)相同。

在本發(fā)明所述的雙繞組定子中，每一所述定子槽的槽滿(mǎn)率相同。

本發(fā)明還提供一種雙繞組電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子、兩個(gè)逆變器以及如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的雙繞組定子；所述兩個(gè)逆變器的輸出端分別連接到第一套繞組和所述第二套繞組。

在本發(fā)明所述的雙繞組電機(jī)中，所述雙繞組電機(jī)還包括切換單元，所述切換單元分別與兩個(gè)逆變器連接，并用于切換兩個(gè)逆變器的工作狀態(tài)。

在本發(fā)明所述的雙繞組電機(jī)中，所述轉(zhuǎn)子為表貼式轉(zhuǎn)子、內(nèi)置徑向式轉(zhuǎn)子、內(nèi)置切向式轉(zhuǎn)子、多層磁鋼轉(zhuǎn)子、混合磁路轉(zhuǎn)子或海爾貝克陣列轉(zhuǎn)子。

本發(fā)明的雙繞組定子及電機(jī)，通過(guò)使兩套繞組分屬不同的極相組，避免了兩套繞組共磁路耦合，從而可實(shí)現(xiàn)兩套繞組同時(shí)解耦。并且，本發(fā)明還通過(guò)功率分配實(shí)現(xiàn)不同功率同時(shí)輸出，不僅提高了電機(jī)功率密度，也縮短了主繞組故障時(shí)切換到冗余繞組時(shí)的切換時(shí)間，提高了可靠性。此外，本發(fā)明還通過(guò)使兩套繞組各自在空間成對(duì)稱(chēng)分布，避免了單套繞組工作時(shí)產(chǎn)生的單邊磁拉力，使得電磁噪音較小。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有四層結(jié)構(gòu)的雙繞組電機(jī)定子的線(xiàn)圈繞制示意圖；

圖2是現(xiàn)有雙層結(jié)構(gòu)的雙繞組電機(jī)定子的線(xiàn)圈繞制示意圖；

圖3是本發(fā)明雙繞組定子實(shí)施例中第一套繞組的三相繞組的示意圖；

圖4是圖3中雙繞組定子中第一套繞組的第一u相繞組的示意圖；

圖5是圖3中雙繞組定子中第二套繞組的第二u相繞組的示意圖；

圖6是本發(fā)明雙繞組電機(jī)的轉(zhuǎn)子的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

針對(duì)現(xiàn)有的雙繞組電機(jī)無(wú)法對(duì)兩套繞組同時(shí)解耦的問(wèn)題，本發(fā)明的雙繞組定子使兩套繞組分屬不同的極相組，避免了兩者的共磁路耦合。具體地，本發(fā)明的雙繞組電機(jī)包括定子鐵芯、第一套繞組和第二套繞組，上述第一套繞組可為主繞組，第二套繞組則為輔助繞組。上述定子鐵芯的內(nèi)周具有12*(1+n)*k個(gè)沿圓周方向均勻分布的定子槽，其中k為不小于2的正整數(shù)。在采用雙層繞組結(jié)構(gòu)時(shí)n為0，即定子鐵芯的內(nèi)周具有12k個(gè)定子槽，如24個(gè)定子槽、36個(gè)定子槽、48個(gè)定子槽等；在采用單層繞組結(jié)構(gòu)時(shí)n為1，即定子鐵芯的內(nèi)周具有24*k個(gè)定子槽，如48個(gè)定子槽、72個(gè)定子槽等。上述第一套繞組包括多相繞組且每一相繞組由均勻分布在定子鐵芯內(nèi)周的多個(gè)極相組構(gòu)成；第二套繞組包括多相繞組且每一相繞組由均勻分布在定子鐵芯內(nèi)周的多個(gè)極相組(每一極相組包括2個(gè)線(xiàn)圈)構(gòu)成；上述第一套繞組和第二套繞組的同相繞組分屬不同極相組。

由于兩套繞組的同相繞組分屬不同極相組，因此消除了兩套繞組的共磁路深度耦合，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)解耦控制，進(jìn)而縮短主繞組故障時(shí)的切換時(shí)間。

上述雙繞組定子可用作具有2*(1+n)*k極轉(zhuǎn)子的電機(jī)(即該電機(jī)的轉(zhuǎn)子的極數(shù)為2*(1+n)*k)的定子，從而第一套繞組和第二套繞組同相繞組的各相鄰極相組之間相差6個(gè)定子槽。

如圖3-5所示，是應(yīng)用于具有8極48槽雙繞組三相電機(jī)的定子的繞組示意圖，該定子采用雙層繞組結(jié)構(gòu)，且第一套繞組(主繞組)功率為第二套繞組(冗余繞組)功率的3倍。

在該雙繞組定子中，第一套繞組包括第一u相繞組u1、第一v相繞組v1、第一w相繞組w1，且第一v相繞組v1的極相組與第一u相繞組u1的極相組在定子鐵芯的內(nèi)周上間隔120°、第一w相繞組w1的極相組與第一u相繞組u1在定子鐵芯的內(nèi)周上間隔240°；第二套繞組包括第二u相繞組u2、第二v相繞組v2、第二w相繞組w2，且第二v相繞組v2的極相組與第二u相繞組u2的極相組在定子鐵芯的內(nèi)周上間隔120°、第二w相繞組w2的極相組與第二u相繞組u2在定子鐵芯的內(nèi)周上間隔240°。

由于本實(shí)施例中第一套繞組功率為第二套繞組功率的3倍，所以選取極相組2～4以及空間相對(duì)的極相組6～8作為第一套繞組的第一u相繞組u1，如圖4所示，該6個(gè)極相組線(xiàn)圈2～4、6～8根據(jù)第一套繞組承擔(dān)的功率及輸入電壓可串聯(lián)或并聯(lián)。第二套繞組的第二u相繞組u2連接如圖5所示，由于本實(shí)施例中第二套繞組功率僅為主繞組功率的三分之一，所以選取極相組線(xiàn)圈1和極相組線(xiàn)圈5作為第二u相繞組u2。通過(guò)上述方式，使得在每一套繞組中，每一相繞組的各個(gè)極相組在空間相對(duì)的位置呈對(duì)稱(chēng)分布，消除了當(dāng)單套繞組單獨(dú)工作時(shí)產(chǎn)生的單邊磁拉力，從而降低了電磁噪音。

在第一套繞組中，各相繞組之間可采用y接(即三相繞組的首端或尾端連在一起)或三角接(即第一相的首端與第二相的尾端連在一起引出一根線(xiàn)；第二相的首端與第三相的尾端連在一起，引出一根線(xiàn)；第三相的首端與第一相的尾端連在一起，引出一根線(xiàn))，且該第一套繞組中各個(gè)極相組中的各個(gè)線(xiàn)圈的匝數(shù)相同。同樣地，在第二套繞組中，各相繞組之間可采用y接或三角接，且該第二套繞組中各個(gè)極相組中的各個(gè)線(xiàn)圈的匝數(shù)相同。并且，可根據(jù)第一套繞組和第二套繞組的功率分配關(guān)系確定兩套繞組中的各個(gè)線(xiàn)圈的匝數(shù)比。

同時(shí)，第一套繞組和第二套繞組的槽滿(mǎn)率也可保持相同，以提高功率密度并增強(qiáng)繞組的散熱性能。

上述雙繞組定子可直接應(yīng)用于雙繞組電機(jī)，該雙繞組電機(jī)包括轉(zhuǎn)子、兩個(gè)逆變器以及上述的雙繞組定子，兩個(gè)逆變器的輸出端分別連接到第一套繞組和所述第二套繞組，即第一套繞組和第二套繞組分別由兩個(gè)獨(dú)立的逆變器獨(dú)立供電。兩個(gè)逆變器的母線(xiàn)輸入電壓可相同也可不同，在正常工作時(shí)，第一套繞組(即主繞組)輸出功率，第二套繞組(即冗余繞組)可根據(jù)實(shí)際控制策略決定輸出功率或不輸出功率。

上述雙繞組電機(jī)還包括切換單元，該切換單元分別與兩個(gè)逆變器連接，并用于切換兩個(gè)逆變器的工作狀態(tài)。例如當(dāng)?shù)谝惶桌@組發(fā)生故障甚至燒毀時(shí)，切換單元使為第一套繞組供電的逆變器停止輸出并使為第二套繞組供電的逆變器輸出驅(qū)動(dòng)電流，將第二套繞組立刻切入工作，實(shí)現(xiàn)雙余度容錯(cuò)功能。由于兩套繞組分屬不同的極相組，避免了二者共磁路深度耦合，可實(shí)現(xiàn)兩套繞組解耦同時(shí)運(yùn)行，既可提高電機(jī)功率密度，也可縮短切換時(shí)間，可靠性更高。

在上述雙繞組電機(jī)中，轉(zhuǎn)子磁極數(shù)和定子的定子槽數(shù)滿(mǎn)足2*(1+n)*k/12*(1+n)*k，其中k為不小于2的正整數(shù)。在采用雙層繞組結(jié)構(gòu)時(shí)n為0，即轉(zhuǎn)子磁極數(shù)和定子的定子槽數(shù)滿(mǎn)足2k/12k，如4個(gè)轉(zhuǎn)子磁極24個(gè)定子槽、6個(gè)轉(zhuǎn)子磁極36個(gè)定子槽、8個(gè)轉(zhuǎn)子磁極48個(gè)定子槽等；在采用單層繞組結(jié)構(gòu)時(shí)n為1，即轉(zhuǎn)子磁極數(shù)和定子的定子槽數(shù)滿(mǎn)足4k/24k，如8個(gè)轉(zhuǎn)子磁極48個(gè)定子槽、12個(gè)轉(zhuǎn)子磁極72個(gè)定子槽。

上述轉(zhuǎn)子可采用各種磁路結(jié)構(gòu)，例如表貼式轉(zhuǎn)子、內(nèi)置徑向式轉(zhuǎn)子(i型，如圖6所示)、內(nèi)置切向式轉(zhuǎn)子(spoke型)、多層磁鋼轉(zhuǎn)子、混合磁路轉(zhuǎn)子(v、v+i等)或海爾貝克(halbach)陣列轉(zhuǎn)子等。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。