CN108768032B - 交流电机定子绕组及端部联接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流电机定子绕组及端部联接方法，该定子绕组的上层绕组和下层绕组均包括五根线棒，上层绕组和下层绕组的线棒沿槽高方向依次排列；定子绕组同一槽内放置有上层线圈边和下层线圈边，组成同一定子线圈的上层线圈边/下层线圈边的一条边放置在槽的上层，另一条边放置在距离线圈节距的槽的下层；组成同一定子线圈的上层绕组五根线棒与下层绕组五根线棒在端部分为若干股线组，按照首尾对应的原则将各股线组进行联接；本发明设计的交流电机定子绕组及端部联接方法可以有效降低定子绕组股线间环流及环流损耗，保证电机稳定运行。

Description

交流电机定子绕组及端部联接方法

技术领域

本发明涉及交流电机设计与制造技术领域，具体涉及一种交流电机定子绕组及端部联接方法。

背景技术

交流电机的定子线棒由多根股线并绕而成，在端部由鼻端连接。由于定子线棒各股线与端部漏磁场交链的磁链不同，股线回路间存在电势差，形成循环电流，从而产生较大的环流损耗，严重影响定子线棒的绝缘安全和使用寿命，不能保证电机处于稳定运行状态，为解决上述问题，在上世纪八十年代，有学者提出端部分组联接的思想，最早提出的端部分组联接方法是R联接和T联接。

随着电机容量越来越大，并联股线数越来越多，定子线棒各股线与端部漏磁场产生的环流及环流损耗较大而导致交流电机不能稳定运行。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的交流电机定子绕组及端部联接方法可以降低线棒各股线与端部漏磁场产生的环流及环流损耗。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种交流电机定子绕组，该定子绕组包括上层绕组和下层绕组，上层绕组和下层绕组均包括五根线棒，且上层绕组和下层绕组的线棒沿槽高方向依次排列；定子绕组的同一槽内放置有上层线圈边和下层线圈边，组成同一定子线圈的上层线圈边/下层线圈边的一条边放置在一个槽的上层，其另一条边放置在距离线圈节距的槽的下层；

在线棒的端部，组成同一定子线圈的上层绕组五根线棒中邻近槽口的第N根线棒的a端与下层绕组五根线棒中远离槽口的第N根线棒的a端联接；上层绕组五根线棒中邻近槽口的第m根线棒的b端与下层绕组五根线棒中远离槽口的第m+1根线棒的b端联接；其中，1≤N≤5，1≤m≤4；

上层绕组五根线棒中邻近槽口的第五根线棒的b端与下层绕组五根线棒中远离槽口的第一根线棒的b端均为端部引出线端。

进一步地，每根线棒均包括两排股线，其中一排股线比另一排股线多一根股线。

进一步地，每根线棒内的股线在鼻端沿线棒高度方向分为若干股线组；相互联接的两根线棒，其中一根线棒的第n股线组与另一个线棒的第n股线组联接。

进一步地，两排股线中，一排股线为八根股线，另一排股线为七根股线；每根线棒邻近槽口方向的三根股线为第一股线组，沿槽底方向紧邻第一股线组的四根股线为第二股线组，沿槽底方向紧邻第二股线组的四根股线为第三股线组，靠近槽底方向的最后四根股线为第四股线组。

进一步地，每根所述股线和每个股线组外均包覆有一层绝缘漆层，每根线棒外均包覆有一层外绝缘层。

进一步地，每个槽内的上层线圈边与下层线圈边通过端部联接块联接。

进一步地，所述端部联接块中部设置有铜片，相互配合的第n股线组通过铜片联接。

第二方面，提供一种交流电机定子绕组的端部联接方法，其包括：

S1、对槽内上层绕组和下层绕组的线棒的所有股线进行编号

S11、对邻近槽口侧线棒的股线沿槽口至槽底方向将左排股线从1到8依次编号，右排股线沿槽底至槽口方向从9到15依次编号；

S12、接着对紧邻已编号线棒的线棒的股线按照从左排编完再编右排的方式进行编号；

S13、重复步骤S12，直至同一槽内的所有线棒的股线已完成编号；

S14、采用步骤S11至步骤S13的方式对另一个槽内的上层绕组和下层绕组的线棒的所有股线进行编号，直至所有槽内的线棒已完成编号；

S2、将步骤S1的线棒内股线在鼻端沿线棒高度方向分为若干股线组

线棒的两排股线中，一排为八根股线，另一排为七根股线；

每根线棒邻近槽口方向的三根股线为第一股线组，沿槽底方向紧邻第一股线组的四根股线为第二股线组，沿槽底方向紧邻第二股线组的四根股线为第三股线组，靠近槽底方向的最后四根股线为第四股线组；

S3、联接组成同一定子线圈的上层绕组与下层绕组中的线棒

S31、上层绕组五根线棒中邻近槽口的第N根线棒的a端与下层绕组五根线棒中远离槽口的第N根线棒的a端联接，1≤N≤5；

S32、上层绕组五根线棒中邻近槽口的第m根线棒的b端与下层绕组五根线棒中远离槽口的第m+1根线棒的b端联接，1≤m≤4；

S33、上层绕组五根线棒中邻近槽口的第五根线棒的b端与下层绕组五根线棒中远离槽口的第一根线棒的b端均为端部引出线端；

S34、将相互联接的两根线棒的a端的第n股线组相互对齐，且不存在交叉，之后，将对齐后的第n股线组进行相向延伸，并在第n股线组联接处用与第n股线组截面积相等的铜片联接对应的股线组；

S35、将相互联接的两根线棒的b端的第n股线组相互对齐，且不存在交叉，之后，将对齐后的第n股线组进行相向延伸，并在第n股线组联接处用与第n股线组截面积相等的铜片联接对应的股线组；

S35、重复步骤S31至步骤S34，完成同一定子线圈的上层绕组与下层绕组中的所有线棒的联接；

S4、重复步骤S3，完成所有槽内的上层绕组与下层绕组中的所有线棒的联接。

本发明的有益效果为：本方案通过对线棒端部联接方式的改进，可以更有效地抑制由端部漏磁场产生的股线环流及环流损耗，提高电机运行效率，保证电机安全稳定运行。另外本方案的该联接方式是在端部进行，与槽内无关，适用于传统槽内各种换位情况，通用性很强，在交流电机的设计制造领域可以广泛应用。

附图说明

图1是本方案定子绕组三维全域模型示意图。

图2是本方案单层绕组槽内不换位的结构示意图。

图3是本方案单个定子线圈上层线圈边的槽口截面示意图。

图4是本方案单个定子线圈下层线圈边的槽口截面示意图。

图5是图3中上层线圈边与图4中下层线圈边的联接示意图。

图6是本方案定子绕组三维全域模型中上层线圈边与下层线圈边端部联接的简化视图。

图7是图6中只保留两个槽的绕组端部分组联接示意图。

图8是图7中多匝绕组端部以线棒1与线棒10’为例的联接示意图。

其中，1、线棒；2、上层绕组；3、下层绕组；4、槽；5、股线；6、股线组；7、端部联接块。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

根据本申请的一个实施例，参见图1，图1示出了交流电机定子绕组三维全域模型的示意图，三维定子全模型包括定子铁心L、全部定子绕组R和周围空气域K。

其中，定子绕组包括上层绕组2和下层绕组3，上层绕组2和下层绕组3均包括五根线棒1，且上层绕组2和下层绕组3的线棒1沿槽4高方向依次排列，具体可以参考图3和图4。

定子绕组的同一槽4内放置有上层线圈边和下层线圈边，组成同一定子线圈的上层线圈边/下层线圈边的一条边放置在一个槽4的上层，其另一条边放置在距离线圈节距的槽4的下层。

上层线圈边/下层线圈边的安放可以参考图6，图6中第1号槽与第11号槽中的绕组进行外部连接，y表示线圈节距，其中，g为第11号槽的下层绕组，h为第1号槽中的上层绕组，第11号槽的下层绕组和第1号槽中的上层绕组又组成一个线圈，此时第11号槽的下层绕组构成该线圈的下层线圈边，第1号槽中的上层绕组为该线圈的上层线圈边。

在线棒的端部，组成同一定子线圈的上层绕组五根线棒1中邻近槽口的第N根线棒的a端与下层绕组五根线棒中远离槽口的第N根线棒的a端联接；上层绕组五根线棒中邻近槽口的第m根线棒的b端与下层绕组五根线棒中远离槽口的第m+1根线棒的b端联接；其中，1≤N≤5，1≤m≤4；

上层绕组2五根线棒1中邻近槽口的第五根线棒的b端与下层绕组五根线棒中远离槽口的第一根线棒的b端均为端部引出线端。

采用本方案的端部联接方式，可以使得相互联接的两根线棒分组情况完全相同，按照首尾对应的原则进行联接可以更大程度上削弱端部漏磁场的影响，循环电势降低，股线间环流及环流损耗相应减小。

线棒1的联接可以参考图5，图5是图3中上层线圈边与图4中下层线圈边的联接示意图，将线棒10’的a端与线棒1的a端相连，通过线棒1的b端与线棒9’的b端相连，再由线棒9’的a端与线棒2的a端相连，通过线棒2的b端与线棒8’的b端相连，经线棒8’的a端与线棒3的a端相连，通过线棒3的b端与线棒7’的b端相连，再经线棒7’的a端与线棒4的a端相连，通过线棒4的b端与线棒6’的b端相连，线棒6’的a端与线棒5的a端联接。

其中线棒5的b端和线棒10’的b端均为端部引出线端。

如图2至图4所示，每根线棒1均包括两排股线，其中一排股线比另一排股线多一根股线，定子线棒由奇数根股线组成，通过空出的一根股线的位置可以在槽内进行换位，同样高度的股线，奇数根股线要比偶数根股线多一根，增加了槽的利用率。

每根线棒1内的股线5在鼻端沿线棒1高度方向分为若干股线组3；相互联接的两根线棒1，其中一根线棒1的第n股线组与另一个线棒1的第n股线组联接。

将定子线棒分为若干股线组，此时股线环流由股线组之间的电势差以及本组内的股线单元间的电势差所产生，每个股线组相对于整根线棒高度减小，股线组内股线单元间由端部漏磁场产生的电势差相应减小，故股线间环流及环流损耗降低。

实施时，本方案优选两排股线中，一排股线为八根股线5，另一排股线为七根股线5。每根线棒1邻近槽口方向的三根股线5为第一股线组，沿槽4底方向紧邻第一股线组的四根股线5为第二股线组，沿槽1底方向紧邻第二股线组的四根股线5为第三股线组，靠近槽底方向的最后四根股线为第四股线组。

再次参考图2至图4，图2示出了交流电机单层绕组五根线棒的结构示意图，五根线棒1沿槽4高方向依次排列，每根线棒1均包括两排共十五根股线5，左排的股线比右排的股线多一根，槽4内线棒4均采取不换位方式，每根股线5在槽4内的相对位置不会发生改变。

图3示出了本发明单个定子线圈上层线圈边的槽口截面示意图，从图中可以看出，将编号股线沿线棒高度分为四组：股线1、股线2和股线15为第一组，股线3、4、13和14为第二组，股线5、6、11和12为第三组，最后股线7、8、9、10为第四组，图中q表示其中第6根线棒的股线情况。图4是本发明单个定子线圈下层线圈边的槽口截面示意图，股线分组情况与图3中相同。

为了进一步加强绝缘保护，本方案优选每根所述股线5和每个股线组6外均包覆有一层绝缘漆层，每根线棒外均包覆有一层外绝缘层。

如图6所示，每个槽内的上层线圈边与下层线圈边通过端部联接块联接7。所述端部联接块7中部设置有铜片，相互配合的第n股线组通过铜片联接。

图7是将图6中第1号槽与第11号槽从定子绕组三维全域模型中提出来，只保留绕组一端的分组联接示意图，绕组中线棒1与线棒10’相连，线棒2与线棒9’相连，线棒3与线棒8’相连，线棒4与线棒7’相连，线棒5与线棒6’相连。

下面结合附图3、4和图8，对交流电机定子绕组的端部I式联接方法进行详细说明，该方法包括步骤S1至步骤S4。

S1、对槽4内上层绕组2和下层绕组3的线棒1的所有股线5进行编号

S11、对邻近槽口侧线棒1的股线5沿槽口至槽底方向将左排股线从1到8依次编号，右排股线沿槽底至槽口方向从9到15依次编号；

S12、接着对紧邻已编号线棒的线棒1的股线5按照从左排编完再编右排的方式进行编号；

S13、重复步骤S12，直至同一槽内的所有线棒1的股线5已完成编号；

S14、采用步骤S11至步骤S13的方式对另一个槽内的上层绕组2和下层绕组3的线棒1的所有股线5进行编号，直至所有槽内的线棒1已完成编号；

S2、将步骤S1的线棒1内股线5在鼻端沿线棒1高度方向分为若干股线组

线棒1的两排股线中，一排为八根股线5，另一排为七根股线5；

每根线棒1邻近槽口方向的三根股线5为第一股线组，沿槽底方向紧邻第一股线组的四根股线5为第二股线组，沿槽底方向紧邻第二股线组的四根股线5为第三股线组，靠近槽底方向的最后四根股线为第四股线组；

如图8所示，若将上层线圈边分为的四组依次记为A、B、C、D，下层线圈边分为的四组依次记为a、b、c、d，则A-a，B-b，C-c，D-d，构成新型的端部分组联接方式。

S3、联接组成同一定子线圈的上层绕组2与下层绕组3中的线棒1

S31、上层绕组五根线棒中邻近槽口的第N根线棒的a端与下层绕组五根线棒中远离槽口的第N根线棒的a端联接，1≤N≤5；

S32、上层绕组五根线棒中邻近槽口的第m根线棒的b端与下层绕组五根线棒中远离槽口的第m+1根线棒的b端联接，1≤m≤4；

S33、上层绕组五根线棒中邻近槽口的第五根线棒的b端与下层绕组五根线棒中远离槽口的第一根线棒的b端均与电源联接；

S34、将相互联接的两根线棒的a端的第n股线组相互对齐，且不存在交叉，之后，将对齐后的第n股线组进行相向延伸，并在第n股线组联接处用与第n股线组截面积相等的铜片联接对应的股线组；

S35、将相互联接的两根线棒的b端的第n股线组相互对齐，且不存在交叉，之后，将对齐后的第n股线组进行相向延伸，并在第n股线组联接处用与第n股线组截面积相等的铜片联接对应的股线组；

S35、重复步骤S31至步骤S34，完成同一定子线圈的上层绕组与下层绕组中的所有线棒的联接；

S4、重复步骤S3，完成所有槽4内的上层绕组2与下层绕组3中的所有线棒1的联接。

下面结合具体的实例对采用本方案的联接方式形成的定子绕组的效果进行说明：

以一台5MW核电泵用电机为例，采用场路耦合三维有限元法分别对定子线棒端部采用不同分组联接方式下的环流损耗进行计算，包括R联接、T联接以及本发明提出联接方式，得到单槽内上、下层绕组3的环流损耗，结果显示，当端部采用R联接时，上层绕组2的环流损耗为133.06W，下层绕组3的环流损耗为43.96W；当端部采用T联接时，上层绕组2的环流损耗为133.05W，下层绕组3的环流损耗为31.16W；

当端部采用本发明的联接方式时，上层绕组2的环流损耗为133.05W，下层绕组3的环流损耗为22.47W，从以上结果中可以看出，采用本方案提出的联接方式与端部采用R联接相比下层环流损耗降低了48.89％，与端部采用T联接相比降低了27.89％，因此，本发明对于降低交流电机定子绕组的环流损耗起到了非常显著的效果，具有巨大的应用前景。

Claims (5)

1.交流电机定子绕组，其特征在于，该定子绕组包括上层绕组和下层绕组，上层绕组和下层绕组均包括五根线棒，且上层绕组和下层绕组的线棒沿槽高方向依次排列；定子绕组的同一槽内放置有上层线圈边和下层线圈边，组成同一定子线圈的上层线圈边/下层线圈边的一条边放置在一个槽的上层，其另一条边放置在距离线圈节距的槽的下层；

在线棒的端部，组成同一定子线圈的上层绕组五根线棒中邻近槽口的第N根线棒的a端与下层绕组五根线棒中远离槽口的第N根线棒的a端联接；上层绕组五根线棒中邻近槽口的第m根线棒的b端与下层绕组五根线棒中远离槽口的第m+1根线棒的b端联接；其中，1≤N≤5，1≤m≤4；

上层绕组五根线棒中邻近槽口的第五根线棒的b端与下层绕组五根线棒中远离槽口的第一根线棒的b端均为端部引出线端；

每根线棒均包括两排股线，其中一排股线比另一排股线多一根股线；

每根线棒内的股线在鼻端沿线棒高度方向分为四个股线组；四个股线组的划分方式为：两排股线中，一排股线为八根股线，另一排股线为七根股线；每根线棒邻近槽口方向的三根股线为第一股线组，沿槽底方向紧邻第一股线组的四根股线为第二股线组，沿槽底方向紧邻第二股线组的四根股线为第三股线组，靠近槽底方向的最后四根股线为第四股线组；

相互联接的两根线棒的分组情况完全相同，按照首尾对应的原则将其中一根线棒的第n股线组与另一个线棒的第n股线组联接，1≤n≤4，具体的，将上层线圈边分为的四组依次记为A、B、C、D，下层线圈边分为的四组依次记为a、b、c、d，则上层线圈边和下层线圈边按A-a，B-b，C-c，D-d的端部分组联接方式进行联接。

2.根据权利要求1所述的交流电机定子绕组，其特征在于，每根所述股线和每个股线组外均包覆有一层绝缘漆层，每根线棒外均包覆有一层外绝缘层。

3.根据权利要求1或2所述的交流电机定子绕组，其特征在于，每个槽内的上层线圈边与下层线圈边通过端部联接块联接。

4.根据权利要求3所述的交流电机定子绕组，其特征在于，所述端部联接块中部设置有铜片，相互配合的第n股线组通过铜片联接。

5.一种采用权利要求1-4任一所述的交流电机定子绕组的端部联接方法，其特征在于，包括：

S1、对槽内上层绕组和下层绕组的线棒的所有股线进行编号；

S11、对邻近槽口侧线棒的股线沿槽口至槽底方向将左排股线从1到8依次编号，右排股线沿槽底至槽口方向从9到15依次编号；

S12、接着对紧邻已编号线棒的线棒的股线按照从左排编完再编右排的方式进行编号；

S13、重复步骤S12，直至同一槽内的所有线棒的股线已完成编号；

S14、采用步骤S11至步骤S13的方式对另一个槽内的上层绕组和下层绕组的线棒的所有股线进行编号，直至所有槽内的线棒已完成编号；

S2、将步骤S1的线棒内股线在鼻端沿线棒高度方向分为若干股线组；

线棒的两排股线中，一排为八根股线，另一排为七根股线；

每根线棒邻近槽口方向的三根股线为第一股线组，沿槽底方向紧邻第一股线组的四根股线为第二股线组，沿槽底方向紧邻第二股线组的四根股线为第三股线组，靠近槽底方向的最后四根股线为第四股线组；

S3、联接组成同一定子线圈的上层绕组与下层绕组中的线棒；

S31、上层绕组五根线棒中邻近槽口的第N根线棒的a端与下层绕组五根线棒中远离槽口的第N根线棒的a端联接，1≤N≤5；

S32、上层绕组五根线棒中邻近槽口的第m根线棒的b端与下层绕组五根线棒中远离槽口的第m+1根线棒的b端联接，1≤m≤4；

S33、上层绕组五根线棒中邻近槽口的第五根线棒的b端与下层绕组五根线棒中远离槽口的第一根线棒的b端均为端部引出线端；

S34、将相互联接的两根线棒的a端的第n股线组相互对齐，且不存在交叉，之后，将对齐后的第n股线组进行相向延伸，并在第n股线组联接处用与第n股线组截面积相等的铜片联接对应的股线组；

S35、将相互联接的两根线棒的b端的第n股线组相互对齐，且不存在交叉，之后，将对齐后的第n股线组进行相向延伸，并在第n股线组联接处用与第n股线组截面积相等的铜片联接对应的股线组；

S35、重复步骤S31至步骤S34，完成同一定子线圈的上层绕组与下层绕组中的所有线棒的联接；

S4、重复步骤S3，完成所有槽内的上层绕组与下层绕组中的所有线棒的联接。