一种绕线转子无刷双馈电机 技术领域 本发明属于绕线转子电机， 具体涉及一种绕线转子无刷双馈电机， 其转子采用不 等节距和不等匝数线圈结构。
背景技术 无刷双馈电机在大容量交流变频调速方面以及船用轴带发电、 水力发电和风力发 电方面有着广泛的应用前景， 结构简单、 坚固耐用， 转子上取消电刷和滑环， 运行安全可靠， 维护成本低， 其最大的优点是所需变频器的容量小， 可降低系统成本。 无刷双馈电机是由两 套不同极对数的定子绕组和转子构成的交流感应电机， 两套定子绕组分别称为功率绕组和 控制绕组， 转子可采用特殊笼型、 磁阻转子或者绕线转子。 无刷双馈电机基本原理是经过特 殊设计的转子使得两套定子绕组产生不同极对数的旋转磁场间接相互作用， 并能对其相互 作用进行控制来实现能量传递 ； 电机既能作为电动机运行， 也能作为发电机运行， 兼有异步 电机和同步电机的特点。改变控制绕组的连接方式及其供电电源电压和电流的幅值、 相位 以及频率能够实现无刷双馈电机的多种运行方式。
影响无刷双馈电机性能的关键因素在于转子的结构。 国内外无刷双馈电机的转子 主要采用特殊笼型和磁阻转子两种结构， 其中特殊笼型转子加工制造容易， 成本低廉 ； 磁阻 转子结构坚固， 转子由铁心冲片和永磁体构成， 转子上没有导体和绕组。 特殊笼型转子必须 制成同心式分布短路绕组结构， 磁阻转子其铁心必须制成类似凸极的结构， 在这些条件的 限制下， 使得这两种转子结构均存在谐波含量大的缺点。
专利号 200910061297.1 的发明专利 “一种绕线转子无刷双馈电机” ， 包括定子和 转子， 定子上具有相互独立的功率绕组和控制绕组， 功率绕组和控制绕组分别为极对数 p1、 p2 的三相对称绕组 ； 转子铁心上具有 m 相转子绕组， p1、 p2 为正整数， 且 p1 ≠ p2， m ＝ (p1+p2)/ mk， 当 (p1+p2) 为奇数时， mk ＝ 1 ； 当 (p1+p2) 为偶数时， mk ＝ 2 ； 其转子绕组线圈采用等节距 ( 等跨距 ) 的结构， 通过利用转子绕组齿谐波磁动势来满足交流无刷双馈电机的转子设计 要求， 槽空间利用率、 转子绕组有效导体利用率以及绕组系数偏低。
发明内容 本发明提供一种绕线转子无刷双馈电机， 解决现有绕线转子无刷双馈电机存在的 槽空间利用率、 转子绕组有效导体利用率以及绕组系数偏低的问题。
本发明的一种绕线转子无刷双馈电机， 包括定子和转子， 定子上具有相互独立的 功率绕组和控制绕组， 功率绕组和控制绕组分别为极对数 p1、 p2 的三相对称绕组 ； 所述转子 转子铁心上具有 m 相转子绕组、 每相转子 铁心上沿圆周均匀分布 Z 个转子槽， Z ＝ n(p1+p2)， 绕组有 a 条并联支路， 每条并联支路由二或三个线圈组构成， n ＝ 1 ～ 30， a ＝ 1 ～ 4， p 1、 p2 为 1 ～ 30、 且 p1 ≠ p2， m ＝ (p1+p2)/mk， 当 (p1+p2) 为奇数时， mk ＝ 1 ； 当 (p1+p2) 为偶数时， mk ＝2； 其特征在于 ：
所述并联支路由二个线圈组构成时， 第一线圈组有 2 ～ 6 种不同匝数的线圈， 均采
用第一节距 y1， 线圈总数为 1 ～ (nmk/a)， 各线圈匝数为 1 ～ 80 ； 第二线圈组有 1 ～ 4 种不 同匝数的线圈， 均采用第二节距 y2， 线圈总数为 1 ～ (nmk/a)， 各线圈匝数为 1 ～ 80 ； 第一线 圈组内各线圈串联， 第二线圈组内各线圈串联， 第一线圈组和第二线圈组自短路联结 ；
所述并联支路由三个线圈组构成时， 第一线圈组有 2 ～ 6 种不同匝数的线圈， 均采 用第一节距 y1， 线圈总数为 1 ～ (nmk/a)， 各线圈匝数为 1 ～ 80 ； 第二线圈组有 1 ～ 4 种不 同匝数的线圈， 均采用第二节距 y2， 线圈总数为 1 ～ (nmk/a)， 各线圈匝数为 1 ～ 80 ； 第三线 圈组有 1 ～ 4 种不同匝数的线圈， 均采用第三节距 y3， 线圈总数为 1 ～ (nmk/a)， 各线圈匝 数为 1 ～ 80 ； 第一线圈组内各线圈串联， 第二线圈组内各线圈串联， 第三线圈组内各线圈串 联， 第一线圈组和第二、 第三线圈组自短路联结 ；
当 p1 ＜ p2 时， y1、 y2、 y3 的取值范围为 Z/(2p2) ～ Z/(2p1) 之间的整数， 且 y1 ＜ y2、 y1 ＜ y3、 y2 ≠ y3 ； 当 p1 ＞ p2 时， y1、 y2、 y3 的取值范围为 Z/(2p1) ～ Z/(2p2) 之间的整数， 且 y1 ＜ y2、 y1 ＜ y3、 y2 ≠ y3。
所述的绕线转子无刷双馈电机， 其特征在于 ：
所述第一线圈组中， 2 ～ 6 种不同匝数的线圈以相中轴线左右对称， 其匝数按余弦 规律分布。 所述的绕线转子无刷双馈电机， 其特征在于 ：
所述并联支路由二个线圈组构成时， 所述第一线圈组产生的磁动势矢量和第二线 圈组产生的磁动势矢量和叠加在同一轴线上 ；
所述并联支路由三个线圈组构成时， 所述第一线圈组产生的磁动势矢量和第二、 第三线圈组产生的磁动势矢量和叠加在同一轴线上。
本发明提出的绕线转子结构， 其主要依据是交流电机绕组理论中关于绕组 “齿谐 波” 理论和基于不等节距和不等匝数线圈正弦绕组理论的应用。首先根据绕组 “齿谐波” 理 论， 将转子绕组设计成能同时感应出极对数为 p1 和 p2 的基波磁动势， 然后基于正弦绕组理 论， 采用不等节距和不等匝数线圈对转子绕组进行调整， 尽可能降低电机谐波含量。
对于 Z 个转子槽， 按照极对数 p 设计的 m 相对称绕组， 除产生极对数为 p 的基波磁 动势外， 还将同时产生极对数为 kZ±p(k ＝ 1， 2， 3，……正整数 ) 的齿谐波磁动势， 其绕组 系数与基波相同。极对数 v ＝ Z-p 和 v ＝ Z+p 较少， 称为极对数 p 基波的一阶齿谐波。利 用绕组产生的一阶齿谐波， 当转子槽数 Z ＝ p1+p2， p1 和 p2 是无刷双馈电机所需要的两种极 对数时， “齿谐波” 的主要特点如下 ：
(1) 对于转子槽数 Z ＝ p1+p2， 极对数 p1 和极对数 p2 是一种共轭关系， 极对数 p1 产 生的磁动势与极对数 p2 产生的磁动势成对出现， 旋转方向相反 ；
(2) 极对数 p1 与极对数 p2 绕组系数相等。
根据无刷双馈电机的工作原理， 要求转子绕组能同时产生 p1 和 p2 两种不同极对 数的旋转磁动势， 并且这两种极对数产生的磁动势旋转方向相反。根据上述的 “齿谐波” 理 论， “齿谐波” 转子绕组构成的两种不同极对数产生的磁动势便满足无刷双馈电机转子的设 计要求。但是这样构成的转子绕组所产生磁动势中， 除了所需要的极对数 p1 和极对数 p2 以 外， 还存在 kZ±p(k ＝ 2， 3， 4， ……正整数 ) 等其它极对数的齿谐波， 这些齿谐波， 尤其是极 对数较低的， 相对于极对数 p1 与极对数 p2 磁动势的幅值将很大， 严重影响电机的性能， 必须 尽可能设法削弱， 以减小其影响。
根据电机学原理， 增加转子槽数， 能满足电机槽配合的要求， 而且有效削弱其它极 对数的齿谐波。为保证所需要的极对数 p1 和极对数 p2 产生的磁动势成对出现， 转子槽数应 按 (p1+p2) 的整倍数增加， 也即新的转子槽数 Z 满足关系式 ： Z ＝ n(p1+p2)， 式中 n 是正整数。 转子相数不变， 每相绕组中所有槽号相邻的线圈顺序串联后再作自短路联结。
增加转子槽数虽然能有效削弱其它极对数的齿谐波， 但这样的分布效应不可避免 地削弱有用的极对数 p1 和极对数 p2 磁动势。为了保证无刷双馈电机具有良好的性能， 必须 设法使得转子绕组在两种不同极对数下磁动势的正弦分布排列， 极对数 p1 和极对数 p2 产生 的磁动势幅值尽可能大， 而除此之外的其它极对数谐波产生的磁动势幅值尽可能小。
值得注意的是， 在增加转子槽数且采用等节距线圈的情况下， 若利用全部转子槽 内的线圈， 这时转子每相绕组中会有一些线圈产生的感应电势是相互抵消的， 为保证转子 绕组能够产生较强的极对数 p1 和极对数 p2 磁动势， 就必须去掉一部分线圈。在丢弃一部分 线圈的基础上， 为实现转子绕组在两种不同极对数下磁动势的正弦分布排列， 基于正弦绕 组理论， 转子绕组可以采用不等节距和不等匝数线圈结构。
正弦绕组是一种 “高精度” 不等匝线圈结构的绕组， 已成功应用于普通单相和三相 感应电机设计中， 通过合理调配各线圈的匝数和排列方式来消除谐波， 使得槽内电流沿圆 周按正弦分布， 从而其合成磁动势是较理想的正弦波。正弦绕组可对每相串联的各个线圈 作增减 1 匝及以上数量的调节， 其串联线圈匝数有较宽的微调效果。由于正弦绕组具有微 调的能力， 因此其能使得指定极对数 p1 和极对数 p2 下的绕组系数尽可能大， 而除此之外的 其它极对数谐波绕组系数尽可能小。 把正弦绕组理论引入无刷双馈电机转子绕组设计能够 有效解决转子绕组谐波含量较大的问题。
无刷双馈电机的转子正弦绕组设计与普通正弦绕组设计有所不同， 其需要保证转 子每相绕组在极对数 p1 下的磁动势作近似正弦分布排列， 在极对数 p2 下的磁动势也作近似 正弦分布排列。 为了兼顾到两种不同极对数下的绕组系数并且同时削弱其它谐波的绕组系 数， 转子正弦绕组每相线圈的匝数按照正规律配置， 各线圈的匝数比应在两种极对数正弦 分布排列得到匝数比之间的区域内进行取值并进行一定的调整， 这样的绕组分布便能在极 对数 p1 和极对数 p2 下均为近似正弦分布排列。转子正弦绕组能调整槽内线圈匝数来改变 极对数 p1 和极对数 p2 以及其它谐波的绕组系数， 从而改变各个极对数的磁动势分量在总磁 动势中的比重。
本发明的绕线转子主要设计步骤和规律如下 ：
(1) 选取一种合适的线圈节距作为第一节距， 依据正弦绕组理论， 对这种节距下绕 组进行不等匝线圈结构的设计， 在第一节距下， 不同匝数的线圈以相中轴线左右对称， 其匝 数按余弦规律分布。
(2) 由于利用一种节距设计的不等匝线圈结构的绕线转子， 丢弃的一部分线圈中 会存在一部分有效导体没有得到很好的利用， 因此再选取另外一种不同的节距作为第二节 距或者另外两种不同的节距作为第二、 第三节距， 在保证每槽内放置的导体不超过其最大 值的前提下， 利用丢弃的线圈采用不等匝结构进行绕组设计， 进一步提高整个转子绕组极 对数 p1 和极对数 p2 产生的磁动势幅值。每相绕组中所有线圈电流一样， 采用第一节距的线 圈组产生的磁动势矢量和与采用第二、 第三节距的线圈组产生的磁动势矢量和叠加在同一 轴线上。(3) 遵循极对数 p1 和极对数 p2 产生的磁动势幅值尽可能大， 而除此之外的其它极 对数谐波产生的磁动势幅值尽可能小的原则， 将每相两种或者三种不同节距线圈组作自短 路联结， 线圈组内各不等匝的线圈顺序串联， 利用槽号相位图和谐波分析结果， 对两种或者 三种不同节距线圈组， 线圈组内各线圈的匝数作进一步优化调整。
本发明绕组线圈中并联支路的线圈组采用两种或者三种不同的节距， 线圈组内每 个线圈的匝数都能灵活调整， 槽空间的利用率、 转子绕组的有效导体利用率以及绕组系数 提高 5％～ 15％； 能够实现绕组在两种不同极对数下磁动势的近似正弦分布排列， 最大程度 抑制其余谐波， 减少谐波含量。 附图说明
图 1(a) 为 Z ＝ 6， p1 ＝ 2 时的槽号相位图 ；
图 1(b) 为 Z ＝ 6， p1 ＝ 2 时的三相槽号相位分布图 ；
图 2(a) 为 Z ＝ 6， p2 ＝ 4 时的槽号相位图 ；
图 2(b) 为 Z ＝ 6， p2 ＝ 4 时的三相槽号相位分布图 ；
图 3 为 Z ＝ 6， p1 ＝ 2， p2 ＝ 4 时的三相绕线转子绕组接线图 ； 图 4(a) 为 Z ＝ 84， p1 ＝ 2 时的槽号相位图 ；
图 4(b) 为 Z ＝ 84， p1 ＝ 2 时的三相槽号相位分布图 ；
图 5(a) 为 Z ＝ 84， p2 ＝ 4 时的槽号相位图 ；
图 5(b) 为 Z ＝ 84， p2 ＝ 4 时的三相槽号相位分布图 ；
图 6 为 Z ＝ 84， p1 ＝ 2， p2 ＝ 4， y1 ＝ 11 时利用全部槽内线圈的三相绕线转子绕组 接线图 ；
图 7 为 Z ＝ 84， p1 ＝ 2， p2 ＝ 4， y1 ＝ 11 时采用不等匝线圈的三相绕线转子绕组接 线图 ；
图 8 为本发明当 Z ＝ 84， p1 ＝ 2， p2 ＝ 4， y1 ＝ 11 和 y2 ＝ 14 时采用两种不等节距、 不等匝线圈的三相绕线转子绕组接线图 ；
图 9(a) 为 Z ＝ 84， p1 ＝ 2， p2 ＝ 4， y1 ＝ 11 和 y2 ＝ 14 时采用两种不等节距、 不等 匝线圈在 p1 ＝ 2 下的槽号相位图和一相绕组不同节距下的槽号相位分布图 ；
图 9(b) 为 Z ＝ 84， p1 ＝ 2， p2 ＝ 4， y1 ＝ 11 和 y2 ＝ 14 时采用两种不等节距、 不等 匝线圈在 p2 ＝ 4 下的槽号相位图和一相绕组不同节距下的槽号相位分布图 ；
图 10 为本发明当 Z ＝ 84， p1 ＝ 2， p2 ＝ 4， y1 ＝ 11、 y2 ＝ 14 和 y3 ＝ 15 时采用三 种不等节距、 不等匝线圈的三相绕线转子绕组接线图 ；
图 11(a) 为 Z ＝ 84， p1 ＝ 2， p2 ＝ 4， y1 ＝ 11、 y2 ＝ 14 和 y3 ＝ 15 时采用两种不等 节距、 不等匝线圈在 p1 ＝ 2 下的槽号相位图和一相绕组不同节距下的槽号相位分布图 ；
图 11(b) 为 Z ＝ 84， p1 ＝ 2， p2 ＝ 4， y1 ＝ 11、 y2 ＝ 14 和 y3 ＝ 15 时采用两种不等 节距、 不等匝线圈在 p2 ＝ 4 下的槽号相位图和一相绕组不同节距下的槽号相位分布图 ；
图 12 为本发明当 Z ＝ 84， p1 ＝ 2， p2 ＝ 4， y1 ＝ 12 和 y2 ＝ 14 时采用两种不等节 距、 不等匝线圈的三相绕线转子绕组接线图。
图 13(a) 为 Z ＝ 84， p1 ＝ 2， p2 ＝ 4， y1 ＝ 12 和 y2 ＝ 14 时采用两种不等节距、 不 等匝线圈在 p1 ＝ 2 下的槽号相位图和一相绕组不同节距下的槽号相位分布图 ；
图 13(b) 为 Z ＝ 84， p1 ＝ 2， p2 ＝ 4， y1 ＝ 12 和 y2 ＝ 14 时采用两种不等节距、 不 等匝线圈在 p2 ＝ 4 下的槽号相位图和一相绕组不同节距下的槽号相位分布图。具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。
对比例 1 ：
绕线转子无刷双馈电机， 包括定子和转子， 定子上具有相互独立的功率绕组和控 制绕组， 功率绕组和控制绕组分别为极对数 p1 ＝ 2、 p2 ＝ 4 的三相对称绕组 ； 转子铁心上沿 圆周均匀分布 6 个转子槽， 具有 3 相、 每相有 1 条并联支路的转子绕组。
对于 Z ＝ 6， p1 ＝ 2， p2 ＝ 4 和 m ＝ 3 的转子绕组， 为了得到具体的接线方式， 给出 Z ＝ 6， p1 ＝ 2 时的槽号相位图， 如图 1(a) 所示， 图中， 整个槽号相位图的水平长度为 360° 电角度， 包含了正槽号和负槽号， 其中正槽号代表对应顺接串联的线圈产生的磁动势矢量， 而负槽号代表对应反接串联的线圈产生的磁动势矢量 ； 将槽号相位图划分为每个占 60° 的区域， 划出三个每个占 60°的区域并且互差 120°的区域， 三个区域内的槽号便分别代 表三相所占槽号， 以此得到的各相槽号分布如图 1(b) 所示， 其中 A 相占用槽号 1、 4， B 相占 用槽号 2、 5， C 相占用槽号 3、 6。 Z ＝ 6， p2 ＝ 4 时的槽号相位图， 如图 2(a) 所示， 图中， 整个槽号相位图的水平长度 为 360°电角度， 将槽号相位图划分为每个占 60°的区域， 划出三个每个占 60°的区域并 且互差 120°的区域， 三个区域内的槽号便分别代表三相所占槽号， 以此得到的各相槽号分 布如图 2(b) 所示， 其中 A 相占用槽号 1、 4， B 相占用槽号 3、 6， C 相占用槽号 2、 5。
由图 1(b) 和图 2(b) 对比可知， Z ＝ 6， p1 ＝ 2 时和 Z ＝ 6， p2 ＝ 4 时的 A、 B、 C三 相槽号分布相序正好相反， Z ＝ 6， p1 ＝ 2 时其中任一相槽号分布会与 Z ＝ 6， p2 ＝ 4 时的一 相槽号分布一致。
当每相转子绕组中线圈采用第一节距 y1 ＝ 1， Z ＝ 6， p1 ＝ 2 时和 Z ＝ 6， p2 ＝ 4 时 的相绕组分布系数均为 1， 绕组系数均为 0.866。这两点既符合了关于绕组 “齿谐波” 的理 论叙述， 也符合了关于无刷双馈电机转子工作原理的要求。
图 3 给出了 Z ＝ 6， p1 ＝ 2， p2 ＝ 4 时三相绕线转子绕组的具体接线方式， 图中， 左 边的线圈组为第 1 相转子绕组， 占用槽号 1、 4； 中间的线圈组为第 2 相转子绕组， 占用槽号 2、 5； 右边的线圈组为第 3 相转子绕组， 占用槽号 3、 6， 每相线圈组自短路联结。
当 Z ＝ 6 时， 转子槽数过少， 会导致转子绕组感应出其它含量较大的谐波， 从而使 得电机的损耗较大， 性能低下， 振动和噪音也会过大， 这样便不能达到实际工业应用的要 求。为解决这个问题， 考虑采用更多的槽数。
对比例 2 ：
绕线转子无刷双馈电机， 包括定子和转子， 定子上具有相互独立的功率绕组和控 制绕组， 功率绕组和控制绕组分别为极对数 p1 ＝ 2、 p2 ＝ 4 的三相对称绕组 ； 转子铁心上沿 圆周均匀分布 84 个转子槽， 具有 3 相、 每相有 2 条支路的转子绕组。
增加转子槽数后， 转子绕组中其它谐波的磁动势会明显削弱， 同时所需要的极对 数 p1 和极对数 p2 磁动势也受到分布效应的影响不可避免地会降低一些。
Z ＝ 84， p1 ＝ 2 时的槽号相位图如图 4(a) 所示， 图中， 整个槽号相位图的水平长度
为 360°电角度， 将槽号相位图划分为每个占 60°的区域， 划出三个每个占 120°的区域并 且互差 120°的区域， 三个区域内的槽号便分别代表三相所占槽号， 以此得到的各相槽号分 布如图 4(b) 所示， 其中 A 相占用槽号 1 ～ 14、 43 ～ 56， B 相占用槽号 15 ～ 28、 57 ～ 70， C 相占用槽号 29 ～ 42、 71 ～ 84。
Z ＝ 84， p2 ＝ 4 时的槽号相位图如图 5(a) 所示， 图中， 整个槽号相位图的水平长度 为 360°电角度， 将槽号相位图划分为每个占 60°的区域， 划出三个每个占 240°的区域并 且互差 120°的区域， 三个区域内的槽号便分别代表三相所占槽号， 以此得到的各相槽号分 布如图 5(b) 所示， 其中 A 相占用槽号 1 ～ 14、 43 ～ 56， B 相占用槽号 29 ～ 42、 71 ～ 84， C 相占用槽号 15 ～ 28、 57 ～ 70。
由图 4(b) 和图 5(b) 可知， 这时转子绕组槽号分布在 p1 ＝ 2 下为 120°电角度， 在 p2 ＝ 4 下为 240°电角度， 其绕组系数和对比例 1 相比均有了大幅度的降低。
图 6 给出了 Z ＝ 84， p1 ＝ 2， p2 ＝ 4 时利用全部槽内线圈的三相绕线转子绕组的具 体接线方式， 其中线圈第一节距 y1 ＝ 11， 图中， 第 1、 2 行为第 1 相转子绕组的第 1、 2 条并联 支路， 其中第 1 条并联支路占用槽号 1 ～ 14， 第 2 条并联支路占用槽号 43 ～ 56 ； 第 3、 4行 为第 2 相转子绕组的第 1、 2 条并联支路， 其中第 1 条并联支路占用槽号 29 ～ 42， 第 2 条并 联支路占用槽号 71 ～ 84 ； 第 5、 6 行为第 3 相转子绕组的第 1、 2 条并联支路， 其中第 1 条并 联支路占用槽号 15 ～ 28， 第 2 条并联支路占用槽号 57 ～ 70 ； 每相每条支路线圈组自短路 联结。在这种接线方式下， p1 ＝ 2 绕组系数为 0.6068， p2 ＝ 4 绕组系数为 0.4139。 图 7 给出了 Z ＝ 84， p1 ＝ 2， p2 ＝ 4 时采用不等匝线圈方案转子绕组的一种接线 方式， 其中线圈第一节距 y1 ＝ 11， 图中， 第 1、 2 行为第 1 相转子绕组的第 1、 2 条并联支路， 其中第 1 条并联支路占用槽号 2 ～ 13， 第 2 条并联支路占用槽号 44 ～ 55 ； 第 3、 4 行为第 2 相转子绕组的第 1、 2 条并联支路， 其中第 1 条并联支路占用槽号 30 ～ 41， 第 2 条并联支路 占用槽号 72 ～ 83 ； 第 5、 6 行为第 3 相转子绕组的第 1、 2 条并联支路， 其中第 1 条并联支路 占用槽号 16 ～ 27， 第 2 条并联支路占用槽号 58 ～ 69 ； 每相每条支路线圈组自短路联结， 槽 号上标数字表示线圈匝数。
这种不等匝线圈结构的转子绕组符合每相绕组的不等匝线圈以相中轴线左右对 称， 其匝数按余弦规律分布的特征。在图 7 的接线方式下， 每一相线圈总匝数为 160， p1 ＝ 2 有效匝数和绕组系数分别为 106.7 和 0.6666， p2 ＝ 4 有效匝数和绕组系数分别为 107.6 和 0.6725， 绕组系数与图 6 的接线方式相比有了较大的提高， 而且绕组磁动势其它谐波的 含量得到很好的控制。
图 7 的接线方式由于受到线圈节距一致的限制， 丢弃的一部分线圈中会存在一部 分有效导体没有得到很好的利用。在保证其它谐波的磁动势含量较低的情况下， 为了进一 步提高转子绕组在 p1 ＝ 2 和 p2 ＝ 4 下的绕组系数和导体利用率， 可采用不等节距和不等匝 线圈结构的转子绕组。
实施例 1 ：
包括定子和转子， 定子上具有相互独立的功率绕组和控制绕组， 功率绕组和控制 绕组分别为极对数 p1 ＝ 2、 p2 ＝ 4 的三相对称绕组 ； 转子铁心上沿圆周均匀分布 84 个转子 槽， 转子铁心上具有 3 相转子绕组、 每相转子绕组有 2 条并联支路， 每条并联支路由二个线 圈组构成，
并联支路中， 第一线圈组有 2 种不同匝数的线圈， 均采用第一节距 y1 ＝ 11， 线圈总 数为 9， 各线圈匝数分别为 14 和 22 ； 第二线圈组有 2 种不同匝数的线圈， 均采用第二节距 y2 ＝ 14， 线圈总数为 4， 各线圈匝数分别为 2 和 7 ； 第一线圈组内各线圈串联， 第二线圈组内各 线圈串联， 第一线圈组和第二线圈组自短路联结 ；
图 8 给出了实施例 1 的接线方式， 图中， 第 1、 2 行为第 1 相转子绕组的第 1、 2 条并 联支路， 其中第 1 条并联支路第一线圈组占用槽号 4 ～ 12， 第二线圈组占用槽号 2、 3、 10、 11， 第 2 条并联支路第一线圈组占用槽号 46 ～ 54， 第二线圈组占用槽号 44、 45、 52、 53 ； 第 3、 4 行为第 2 相转子绕组的第 1、 2 条并联支路， 其中第 1 条并联支路第一线圈组占用槽号 32 ～ 40， 第二线圈组占用槽号 30、 31、 38、 39， 第 2 条并联支路第一线圈组占用槽号 74 ～ 82， 第二线圈组占用槽号 72、 73、 80、 81 ； 第 5、 6 行为第 3 相转子绕组的第 1、 2 条并联支路， 其中 第 1 条并联支路第一线圈组占用槽号 18 ～ 26， 第二线圈组占用槽号 16、 17、 24、 25， 第2条 并联支路第一线圈组占用槽号 60 ～ 68， 第二线圈组占用槽号 58、 59、 66、 67 ； 槽号上标数字 表示线圈匝数， 槽号下标数字表示线圈节距。 这种接线方式第一节距的线圈组， 符合不同匝 数的线圈以相中轴线左右对称， 其匝数按余弦规律分布的特征。
图 9(a) 给出了图 8 所示接线方式在 p1 ＝ 2 下的槽号相位图以及第 1 相转子绕组 不同节距下的槽号相位分布图， 图中， 上面的 4 行数字给出了 Z ＝ 84， p1 ＝ 2 时的槽号相位 图， y1 ＝ 11 右边的两行数字代表第 1 相转子绕组第一线圈组的槽号相位分布， 第一线圈组 产生的磁动势矢量和叠加在相中轴线上 ； y2 ＝ 14 右边的四行数字代表第 1 相转子绕组第二 线圈组的槽号相位分布， 第二线圈组产生的磁动势矢量和也叠加在相中轴线上。
图 9(b) 给出了图 8 所示接线方式在 p2 ＝ 4 下的槽号相位图以及第 1 相转子绕组 不同节距下的槽号相位分布图， 图中， 上面的 4 行数字给出了 Z ＝ 84， p2 ＝ 4 时的槽号相位 图， y1 ＝ 11 右边的两行数字代表第 1 相转子绕组第一线圈组的槽号相位分布， 第一线圈组 产生的磁动势矢量和叠加在相中轴线上 ； y2 ＝ 14 右边的两行数字代表第 1 相转子绕组第二 线圈组的槽号相位分布， 第二线圈组产生的磁动势矢量和也叠加在相中轴线上。
由图 9(a) 和图 9(b) 中第 1 相转子绕组槽号相位分布能看出， 第一线圈组产生的 磁动势矢量和与第二线圈组产生的磁动势矢量和叠加在同一轴线上， 由绕组对称性可知， 第 2 相转子绕组和第 3 相转子绕组也符合此特征。
在实施例 1 的接线方式下， 每一相线圈总匝数为 168， p1 ＝ 2 有效匝数和绕组系数 分别为 116.3 和 0.6922， p2 ＝ 4 有效匝数和绕组系数分别为 121.4 和 0.7225， 线圈总匝数、 有效匝数和绕组系数与图 7 的接线方式相比平均提高 7.6％左右， 其中 p2 ＝ 4 有效匝数提 高幅度最大达 12.8％， 而且绕组磁动势其它谐波的含量也能得到很好的控制。
实施例 2 ：
包括定子和转子， 定子上具有相互独立的功率绕组和控制绕组， 功率绕组和控制 绕组分别为极对数 p1 ＝ 2、 p2 ＝ 4 的三相对称绕组 ； 转子铁心上沿圆周均匀分布 84 个转子 槽， 转子铁心上具有 3 相转子绕组、 每相转子绕组有 2 条并联支路， 每条并联支路由三个线 圈组构成，
所述并联支路中， 第一线圈组有 4 种不同匝数的线圈， 均采用第一节距 y1 ＝ 11， 线 圈总数为 10， 各线圈匝数分别为 2、 15、 18 和 21 ； 第二线圈组有 2 种不同匝数的线圈， 均采用 第二节距 y2 ＝ 14， 线圈总数为 4， 各线圈匝数分别为 2 和 3 ； 第三线圈组有 1 种匝数的线圈，采用第三节距 y3 ＝ 15， 线圈总数为 2， 各线圈匝数为 7 ； 第一线圈组内各线圈串联， 第二线圈 组内各线圈串联， 第三线圈组内各线圈串联， 第一线圈组和第二、 第三线圈组自短路联结 ；
图 10 给出了实施例 2 的接线方式， 图中， 第 1、 2 行为第 1 相转子绕组的第 1、 2条 并联支路， 其中第 1 条并联支路第一线圈组占用槽号 3 ～ 12， 第二线圈组占用槽号 1、 3、 9、 11， 第三线圈组占用槽号 2、 9， 第 2 条并联支路第一线圈组占用槽号 45 ～ 54， 第二线圈组占 用槽号 43、 45、 51、 53， 第三线圈组占用槽号 44、 51 ； 第 3、 4 行为第 2 相转子绕组的第 1、 2条 并联支路， 其中第 1 条并联支路第一线圈组占用槽号 31 ～ 40， 第二线圈组占用槽号 29、 31、 37、 39， 第三线圈组占用槽号 30、 37， 第 2 条并联支路第一线圈组占用槽号 73 ～ 82， 第二线 圈组占用槽号 71、 73、 79、 81， 第三线圈组占用槽号 72、 79 ； 第 5、 6 行为第 3 相转子绕组的第 1、 2 条并联支路， 其中第 1 条并联支路第一线圈组占用槽号 17 ～ 26， 第二线圈组占用槽号 15、 17、 23、 25， 第三线圈组占用槽号 16、 23， 第 2 条并联支路第一线圈组占用槽号 59 ～ 68， 第二线圈组占用槽号 57、 59、 65、 67， 第三线圈组占用槽号 58、 65 ； 槽号上标数字表示线圈匝 数， 槽号下标数字表示线圈节距。 这种接线方式第一节距的线圈组， 符合不同匝数的线圈以 相中轴线左右对称， 其匝数按余弦规律分布的特征。
图 11(a) 给出了图 10 所示接线方式在 p1 ＝ 2 下的槽号相位图以及第 1 相转子绕 组不同节距下的槽号相位分布图， 图中， 上面的 4 行数字给出了 Z ＝ 84， p1 ＝ 2 时的槽号相 位图， y1 ＝ 11 右边的两行数字代表第 1 相转子绕组第一线圈组的槽号相位分布， 第一线圈 组产生的磁动势矢量和叠加在相中轴线上 ； y2 ＝ 14 右边的两行数字代表第 1 相转子绕组第 二线圈组的槽号相位分布， y3 ＝ 15 右边的两行数字代表第 1 相转子绕组第三线圈组的槽号 相位分布， 第二、 第三线圈组产生的磁动势矢量和也叠加在相中轴线上。
图 11(b) 给出了图 10 所示接线方式在 p2 ＝ 4 下的槽号相位图以及第 1 相转子绕 组不同节距下的槽号相位分布图， 图中， 上面的 4 行数字给出了 Z ＝ 84， p2 ＝ 4 时的槽号相 位图， y1 ＝ 11 右边的两行数字代表第 1 相转子绕组第一线圈组的槽号相位分布， 第一线圈 组产生的磁动势矢量和叠加在相中轴线上 ； y2 ＝ 14 右边的两行数字代表第 1 相转子绕组第 二线圈组的槽号相位分布， y3 ＝ 15 右边的两行数字代表第 1 相转子绕组第三线圈组的槽号 相位分布， 第二、 第三线圈组产生的磁动势矢量和也叠加在相中轴线上。
由图 11(a) 和图 11(b) 中第 1 相转子绕组槽号相位分布能看出， 第一线圈组产生 的磁动势矢量和与第二线圈组产生的磁动势矢量和叠加在同一轴线上， 由绕组对称性可 知， 第 2 相转子绕组和第 3 相转子绕组也符合此特征。
在实施例 2 的接线方式下， 每一相线圈总匝数为 166， p1 ＝ 2 有效匝数和绕组系数 分别为 116.4 和 0.7011， p2 ＝ 4 有效匝数和绕组系数分别为 120.5 和 0.7259， p1 ＝ 2 和 p2 ＝ 4 的绕组系数都能达到 0.7 以上， 并且绕组磁动势其它谐波的含量也很低。
实施例 3 ：
包括定子和转子， 定子上具有相互独立的功率绕组和控制绕组， 功率绕组和控制 绕组分别为极对数 p1 ＝ 2、 p2 ＝ 4 的三相对称绕组 ； 转子铁心上沿圆周均匀分布 84 个转子 槽， 转子铁心上具有 3 相转子绕组、 每相转子绕组有 2 条并联支路， 每条并联支路由二个线 圈组构成，
并联支路中， 第一线圈组有 4 种不同匝数的线圈， 均采用第一节距 y1 ＝ 12， 线圈总 数为 10， 各线圈匝数分别为 5、 13、 15 和 21 ； 第二线圈组有 2 种不同匝数的线圈， 均采用第二节距 y2 ＝ 14， 线圈总数为 8， 各线圈匝数分别为 3 和 4 ； 第一线圈组内各线圈串联， 第二线圈 组内各线圈串联， 第一线圈组和第二线圈组自短路联结 ；
图 12 给出了实施例 3 的接线方式， 图中， 第 1、 2 行为第 1 相转子绕组的第 1、 2条 并联支路， 其中第 1 条并联支路第一线圈组占用槽号 3 ～ 12， 第二线圈组占用槽号 1 ～ 4、 9 ～ 12， 第 2 条并联支路第一线圈组占用槽号 45 ～ 54， 第二线圈组占用槽号 43 ～ 46、 51 ～ 54 ； 第 3、 4 行为第 2 相转子绕组的第 1、 2 条并联支路， 其中第 1 条并联支路第一线圈组占用 槽号 31 ～ 40， 第二线圈组占用槽号 29 ～ 32、 37 ～ 40， 第 2 条并联支路第一线圈组占用槽 号 73 ～ 82， 第二线圈组占用槽号 71 ～ 74、 79 ～ 82 ； 第 5、 6 行为第 3 相转子绕组的第 1、 2 条并联支路， 其中第 1 条并联支路第一线圈组占用槽号 17 ～ 26， 第二线圈组占用槽号 15 ～ 18、 23 ～ 26， 第 2 条并联支路第一线圈组占用槽号 59 ～ 68， 第二线圈组占用槽号 57 ～ 60、 65 ～ 68 ； 槽号上标数字表示线圈匝数， 槽号下标数字表示线圈节距。这种接线方式第一节 距的线圈组， 符合不同匝数的线圈以相中轴线左右对称， 其匝数按余弦规律分布的特征。
图 13(a) 给出了图 12 所示接线方式在 p1 ＝ 2 下的槽号相位图以及第 1 相转子绕 组不同节距下的槽号相位分布图， 图中， 上面的 4 行数字给出了 Z ＝ 84， p1 ＝ 2 时的槽号相 位图， y1 ＝ 12 右边的四行数字代表第 1 相转子绕组第一线圈组的槽号相位分布， 第一线圈 组产生的磁动势矢量和叠加在相中轴线上 ； y2 ＝ 14 右边的四行数字代表第 1 相转子绕组第 二线圈组的槽号相位分布， 第二线圈组产生的磁动势矢量和也叠加在相中轴线上。
图 13(b) 给出了图 12 所示接线方式在 p2 ＝ 4 下的槽号相位图以及第 1 相转子绕 组不同节距下的槽号相位分布图， 图中， 上面的 4 行数字给出了 Z ＝ 84， p2 ＝ 4 时的槽号相 位图， y1 ＝ 12 右边的两行数字代表第 1 相转子绕组第一线圈组的槽号相位分布， 第一线圈 组产生的磁动势矢量和叠加在相中轴线上 ； y2 ＝ 14 右边的两行数字代表第 1 相转子绕组第 二线圈组的槽号相位分布， 第二线圈组产生的磁动势矢量和也叠加在相中轴线上。
由图 13(a) 和图 13(b) 中第 1 相转子绕组槽号相位分布能看出， 第一线圈组产生 的磁动势矢量和与第二线圈组产生的磁动势矢量和叠加在同一轴线上， 由绕组对称性可 知， 第 2 相转子绕组和第 3 相转子绕组也符合此特征。
在实施例 3 的接线方式下， 每一相线圈总匝数为 166， p1 ＝ 2 有效匝数和绕组系数 分别为 121.2 和 0.7302， p2 ＝ 4 有效匝数和绕组系数分别为 112.4 和 0.6773， 绕组磁动势 其它谐波的含量也很低。