CN110190696A - 一种扁铜线电机电枢绕组结构布置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种扁铜线电机电枢绕组结构布置，包括含有多个槽的定子铁芯及槽中的多个绕组层，每个绕组层由多个扁铜线导体线圈形成。所述的扁铜线导体线圈结构包括相绕组端部电源引出线导体线圈、扁铜线中性连接点导体线圈、U形扁铜线导体线圈。其中，所述的相绕组端部电源引出线导体包括导体转折端部、连接导体转折部分的导体腿部；所述的扁铜线中性连接点导体包括导体转折端部、连接导体转折部分的导体腿部，以及实现每相绕组电源引出线的导体部电连接的联通部导体；所述的扁铜线导体线圈可包括三种不同节距的导体线圈即第一导体、第二导体及第三导体线圈，多个扁铜线导体线圈可形成八个绕组组，八个绕组组可彼此串并连。
Description
技术领域
本发明涉及电气领域的电机定子组件，具体为一种扁铜线电机电枢绕组结构布置。
背景技术
现有技术的扁铜线电机的电枢绕组存在形状各异的扁铜线导体线圈种类过多的技术问题，导致导体线圈布置复杂、定子电枢绕组端部连接线过多、定子电枢绕组装配及焊接难度增加等工艺问题，不利于生产制造。
相较于传统的圆铜线电机，虽然定子槽中采用扁铜线导体线圈可以显著地提升电机的槽满率。但是由于集肤效应，导致扁铜线导体线圈的有效截面积被减小。特别是电机在高转速运行时，集肤效应更加地盛行，扁铜线导体线圈中电流分配不均匀，大量的电流在扁铜线导体线圈的上部流动，AC电阻增加，导致电机焦耳损失严重，电机发热严重及效率低下的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种扁铜线电枢绕组结构，以解决现有技术中存在的形状各异扁铜线导体线圈种类过多的技术问题以及扁铜线导体线圈集肤效应导致电机发热严重及效率低的问题。
本发明提供一种扁铜线电机电枢绕组结构布置，其中，
包括1条并联支路数或2条及以上的偶数个并联支路数，每个支路可以星形或三角形构造连接多相电枢绕组，每相绕组端部电源引出线和中性点连接线与扁铜线焊接点被分别布置于同一定子端部不同侧；
电机电枢绕组沿定子槽口径向向上分布四层以上的扁铜线绕组层L1、L2、L3、L4……，其中每个绕组层由多个扁铜线导体线圈形成，所述的扁铜线导体线圈结构包括相绕组端部电源引出线导体线圈、扁铜线中性连接点导体线圈和U形扁铜线导体线圈；
所述的相绕组端部电源引出线导体线圈包括导体转折端部，其沿着定子圆周内圆延申跨越二分之一(整节距减一)个槽、连接导体转折部分的导体腿部，其沿着定子圆周内圆延申跨越二分之一(整节距减一)个槽；
所述的扁铜线中性连接点导体线圈包括导体转折端部，其沿着定子圆周内圆延申跨越二分之一(整节距减一)个槽、连接导体转折部分的导体腿部，其沿着定子圆周内圆延申跨越二分之一(整节距减一)个槽，以及实现每相绕组电源引出线的导体部电连接的联通部导体线圈；
所述的U型扁铜线导体线圈(1)包括导体转折端部(12)、连接导体转折部分的导体第一腿部(13)和导体第二腿部(14)，其第一腿部和第二腿部长度相等，沿定子圆周内圆延申跨越二分之一(整节距减一)个槽；
在一些实施方式中，所述的U型扁铜线导体线圈包括三种不同节距的导体线圈，第一导体线圈(15)，其导体转折部两端之间沿定子圆周内圆延申跨越整节距个槽，第二导体线圈(16)，其导体转折部两端之间沿定子圆周内圆延申跨越整节距加一个槽，及第三导体线圈(17)，其导体转折部两端之间沿定子圆周内圆延申跨越整节距加二个槽；第一导体线圈(15)、第二导体线圈(16)及第三导体线圈(17)分别被构造成沿着定子圆周内圆延申跨越的第一数量、第二数量和第三数量的扁铜线导体线圈，其中第二数量大于第一数量，第一数量和第三数量相等。
在一些实施方式中，多个扁铜线导体线圈可以形成一定数量的绕组组，绕组组的数量等于绕组层的层数，且可彼此串并联；第一绕组组(U1-U2、V1-V2、W1-W2)由第一和第二层的扁铜线导体线圈组成；第二绕组组(X2-X1、Y2-Y1、Z2-Z1)由第二和第一层的扁铜线导体线圈组成；第三绕组组(U3-U4、V3-V4、W3-W4)由第三和第四层的扁铜线导体线圈组成；第四绕组组(X4-X3、Y3-Y4、Z3-Z4)由第四层和第三层的扁铜线导体线圈组成；第五绕组组(U5-U6、V5-V6、W5-W6)由第五层和第六层的扁铜线导体线圈组成；第六绕组组(X6-X5、Y6-Y5、Z6-Z5)由第六层和第五层的扁铜线导体线圈组成；第七绕组组(U7-U8、V7-V8、W7-W8)第七层和第八层的扁铜线导体线圈组成；第八绕组组(X8-X7、Y8-Y7、Z8-Z7)第八层和第七层的扁铜线导体线圈组成。
在一些实施方式中，所述的第一绕组组可包括3乘以(电机极数减三)个布置在第一及第二绕组层中的第二导体线圈(16)、三个分别布置在第一及第二绕组层中的第一导体线圈(15)、三个分别布置在第一及第二绕组层中的第三导体线圈(17)，以及三个分别布置在第一绕组层中的相绕组端部电源引出线导体线圈(4)；
所述的第二绕组组可包括3乘以(电机极数减三)个布置在第二及第一绕组层中的第二导体线圈(16)、三个布置在第二及第一绕组层中的第一导体线圈(15)、三个布置在第二及第一绕组层中的第二导体线圈(17)，以及一个布置在第一绕组层中的第一中性连接点导体线圈(2)；
所述的第三绕组组可包括3乘以(电机极数减三)个布置在第三及第四绕组层中的第二导体线圈(16)、三个布置在第三及第四绕组层中的第一导体线圈(15)、三个布置在第三及第四绕组层中的第三导体线圈(17)；
所述的第四绕组组可包括3乘以(电机极数减三)个布置在第四及第三绕组层中的第二导体线圈(16)、三个布置在第四及第三绕组层中的第一导体线圈(15)、以及三个布置在第四及第三绕组层中的第三导体线圈(17)；
所述的第五绕组组可包括3乘以(电机极数减三)个布置在第五及第六绕组层中的第二导体线圈(16)、三个布置在第五及第六绕组层中的第一导体线圈(15)、三个布置在第五及第六绕组层中的第三导体线圈(17)；
所述的第六绕组组可包括3乘以(电机极数减三)个布置在第六及第五绕组层中的第二导体线圈(16)、三个布置在第六及第五绕组层中的第一导体线圈(15)、三个布置在第六及第五绕组层中的第三导体线圈(17)；
所述的第七绕组组可包括3乘以(电机极数减三)个布置在第七及第八绕组层中的第二导体线圈(16)、三个布置在第七及第八绕组层中的第一导体线圈(15)、三个分别在第七及第八绕组层中的第三导体线圈(17)，以及一个布置在第八绕组层中的第二中性连接点导体线圈(3)；
所述的第八绕组组可包括3乘以(电机极数减三)个布置在第八及第七绕组层中的第二导体线圈(16)、三个分别布置在第八及第七绕组层中的第一导体(15)、三个分别布置在第八及第七绕组层中的第三导体线圈(17)，以及三个布置在第八绕组层中的相绕组端部电源引出线导体线圈(5)。
在一些实施方式中，所述的第一、第三、第五、第七绕组组的电连接可通过布置九个第二导体线圈16来实现；所述的第二、第四、第六、第八绕组组同样地通过布置九个第二导体线圈16来实现电连接。通过第二导体线圈来实现不同绕组组的电连接，可有效地减少端部焊接点，提高产品的可靠性。
本发明通过对电枢绕组分布方式优化设计，有效地减少了形状各异的扁铜线导体种类过多、导体线圈布置复杂、定子电枢绕组端部连接线过多、定子电枢绕组装配及焊接难度增加等工艺问题。
另外，通过合理地布置每个槽中的扁铜线绕组层，可降低电机谐波含量且使每个槽中分布不同的相电流可以有效地降低电机在高转速运行时的集肤效应，进而解决扁线电机在高速区域效率低下的问题。
附图说明
图1是扁铜线导体线圈结构构造示意图；
图2是扁铜线电枢绕组的每槽扁铜线导体线圈分布图；
图3是扁铜线电枢绕组定子组件分布截面图；
图4是扁铜线电枢绕组定子组件绕组展开示意图；
图5是扁铜线电枢绕组定子组件的U相绕组展开示意图；
图6是扁铜线电枢绕组实施例1电连接原理示意图；
图7是扁铜线电枢绕组实施例2电连接原理示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明进行进一步详细的说明。
本发明的定子组件包含适合于本申请的任何数量的极槽配合。
所述的扁铜线定子组件可包括1条并联支路数或2及以上的偶数个并联支路数，每个支路可以星形或三角形构造连接的三相电枢绕组，每相绕组端部电源引出线和中性点连接线与扁铜线焊接点被分别布置于同一定子端部不同侧：每相绕组端部电源引出线和中性点连接线被布置于图5所示的定子铁芯端部51侧，扁铜线焊接点被布置于定子铁芯端部52侧，避免了相绕组端部电源引出线点在径向方向上与U型扁铜线焊接点的重叠，从而避免其潜在的短路风险。
本发明以极对数P＝4、槽数S＝48，Y型构造电连接为例说明。参考图3，扁铜线电枢绕组定子组件包含48个定子槽且所述的定子槽中分布八个扁铜线绕组层分别为第一、第二、第三、第四、第五、第七、第八槽层L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7和L8。
参考图2，扁铜线绕组层布规律为由定子槽口22沿着电机径向方向向上分别为第一、第二、第三、第四、第五、第七、第八槽层。其中，每个绕组层由多个扁铜线导体线圈形成。所述的扁铜线导体线圈结构如图1所示，其包括相绕组端部电源引出线导体线圈4&5、扁铜线中性连接点导体线圈2&3、U型扁铜线导体线圈1。
所述的相绕组端部电源引出线导体线圈4&5包括导体转折端部22(其沿着定子圆周内圆延申跨越2.5个槽)、连接导体转折部分的导体腿部21(其沿着定子圆周内圆延申跨越2.5个槽)。
所述的扁铜线中性连接点导体线圈2&3包括导体转折端部18(其沿着定子圆周内圆延申跨越2.5个槽)、连接导体转折部分的导体腿部20(其沿着定子圆周内圆延申跨越2.5个槽)，以及实现每相绕组电源引出线的导体部电连接的联通部导体线圈19。
所述的U型扁铜线导体线圈1包括导体转折端部12、连接导体转折部分的导体第一腿部13和导体第二腿部14，其第一腿部和第二腿部长度相等(沿定子圆周内圆跨越2.5个槽)。所述的任一扁铜线绕组层由多个扁铜线导体组成，相应的扁铜线导体的第一腿部在所述定子槽中的一绕组层中，相应的扁铜线导体的第二腿部在所述定子槽中的另一绕组层中，即每个所述的扁铜线导体线圈被分布在相邻的两层电枢绕组层中。
如图1所示，所述的U形扁铜线导体线圈包括三种不同节距的导体线圈，第一导体线圈15(其导体转折部两端之间沿定子圆周内圆延申跨越6个槽)、第二导体线圈16(其导体转折部两端之间沿定子圆周内圆延申跨越7个槽)、及第三导体线圈17(其导体转折部两端之间沿定子圆周内圆延申跨越8个槽)。第一导体、第二导体及第三导体线圈分别被构造成沿着定子圆周内圆延申跨越的第一数量、第二数量和第三数量的扁铜线导体线圈，其中第二数量大于第一数量，第一数量和第三数量相等。
参考图3-4，在上述的多个扁铜线导体线圈可以形成八个绕组组，八个绕组组可彼此串并联。第一绕组组(U1-U2、V1-V2、W1-W2)由第一和第二层的扁铜线导体线圈组成；第二绕组组(X2-X1、Y2-Y1、Z2-Z1)由第二和第一层的扁铜线导体线圈组成；第三绕组组(U3-U4、V3-V4、W3-W4)由第三和第四层的扁铜线导体线圈组成；第四绕组组(X4-X3、Y3-Y4、Z3-Z4)由第四层和第三层的扁铜线导体线圈组成；第五绕组组(U5-U6、V5-V6、W5-W6)由第五层和第六层的扁铜线导体线圈组成；第六绕组组(X6-X5、Y6-Y5、Z6-Z5)由第六层和第五层的扁铜线导体线圈组成；第七绕组组(U7-U8、V7-V8、W7-W8)第七层和第八层的扁铜线导体线圈组成；第八绕组组(X8-X7、Y8-Y7、Z8-Z7)第八层和第七层的扁铜线导体线圈组成。
在第一实施列中，以极对数P＝4、槽数S＝48，并联支路数为2，Y形构造电连接为例说明。参考图3-5，所述的每相绕组端部电源引出线包括1个布置在第一绕组层中的相绕组端部电源引出线导体线圈20，以及1个布置在第八绕组层中的相绕组端部电源引出线导体线圈21；所述的中性连接线包括有一个布置在第一绕组层中的扁铜线中性连接点导体2即第一中性连接点，以及一个布置在第八绕组层中的扁铜线中连接点导体线圈3即第二中性连接点。其中，扁铜线中性连接点导体线圈2&3构造包括三个每相绕组电源引出线的导体部18、实现每相绕组电源引出线的导体部电连接的联通部19，以及导体腿部20。
参考图5，所述的第一绕组组可包括十五个布置在第一及第二绕组层中的第二导体线圈16、三个分别布置在第一及第二绕组层中的第一导体线圈15、三个分别布置在第一及第二绕组层中的第三导体线圈17，以及三个分别布置在第一绕组层中的相绕组端部电源引出线导体线圈4。
所述的第二绕组组可包括十五个布置在第二及第一绕组层中的第二导体线圈16、三个布置在第二及第一绕组层中的第一导体线圈15、三个布置在第二及第一绕组层中的第二导体线圈17，以及一个布置在第一绕组层中的第一中性连接点导体线圈2。
所述的第三绕组组可包括十五个布置在第三及第四绕组层中的第二导体线圈16、三个布置在第三及第四绕组层中的第一导体线圈15、三个布置在第三及第四绕组层中的第三导体线圈17。
所述的第四绕组组可包括十五个布置在第四及第三绕组层中的第二导体线圈16、三个布置在第四及第三绕组层中的第一导体线圈15、以及三个布置在第四及第三绕组层中的第三导体线圈17。
所述的第五绕组组可包括十五个布置在第五及第六绕组层中的第二导体线圈16、三个布置在第五及第六绕组层中的第一导体线圈15、三个布置在第五及第六绕组层中的第三导体线圈17。
所述的第六绕组组可包括十五个布置在第六及第五绕组层中的第二导体线圈16、三个布置在第六及第五绕组层中的第一导体线圈15、三个布置在第六及第五绕组层中的第三导体线圈17。
所述的第七绕组组可包括十五个布置在第七及第八绕组层中的第二导体线圈16、三个布置在第七及第八绕组层中的第一导体线圈15、三个分别在第七及第八绕组层中的第三导体线圈17，以及一个布置在第八绕组层中的第二中性连接点导体线圈3。
所述的第八绕组组可包括十五个布置在第八及第七绕组层中的第二导体线圈16、三个分别布置在第八及第七绕组层中的第一导体15、三个分别布置在第八及第七绕组层中的第三导体线圈17，以及三个布置在第八绕组层中的相绕组端部电源引出线导体线圈5。
参考图1&3，所述的第一、第三、第五、第七绕组组的电连接可通过布置九个第二导体线圈16来实现，即实现第一支路的电连接连接；所述的第二、第四、第六、第八绕组组同样地通过布置九个第二导体线圈16来实现电连接，即实现第二支路的电连接。通过合理地布置第二导体线圈来实现不同绕组层的电连接有效地减少了扁铜线导体线圈的端部焊接点，提高了产品的可靠性。
参考图3，定子槽S41的绕组层中分配着不同相的扁铜线导体线圈:W1,U2,W3,U4,W5,U6,W7,U8，即每个槽中分布不同的相电流。其可以有效地降低电机在高转速运行时的集肤效应，进而解决扁线电机在高速区域效率低下的问题。
在第二实施例中，参考图7，以三角形构造电连接代替图6中的Y形构造电连接。仅需相应地调整上述的第二绕组组中布置在第一绕组层中的第一中性连接点导体线圈18为三个布置在第一绕组层中相绕组端部电源引出线导体线圈20；调整第七绕组组中布置在第八绕组层中的第二中性连接点导体19为三个布置在第八绕组层中相绕组端部电源引出线导体线圈21。
以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也视为发明保护之内。
Claims (5)
1.一种扁铜线电机电枢绕组结构布置，其中，
包括1条并联支路数或2条及以上的偶数个并联支路数，每个支路可以星形或三角形构造连接多相电枢绕组，每相绕组端部电源引出线和中性点连接线与扁铜线焊接点被分别布置于同一定子端部不同侧；
电机电枢绕组沿定子槽口径向向上分布四层以上的扁铜线绕组层L1、L2、L3、L4……，其中每个绕组层由多个扁铜线导体线圈形成，所述的扁铜线导体线圈结构包括相绕组端部电源引出线导体线圈、扁铜线中性连接点导体线圈和U形扁铜线导体线圈；
所述的相绕组端部电源引出线导体线圈包括导体转折端部，其沿着定子圆周内圆延申跨越二分之一(整节距减一)个槽、连接导体转折部分的导体腿部，其沿着定子圆周内圆延申跨越二分之一(整节距减一)个槽；
所述的扁铜线中性连接点导体线圈包括导体转折端部，其沿着定子圆周内圆延申跨越二分之一(整节距减一)个槽、连接导体转折部分的导体腿部，其沿着定子圆周内圆延申跨越二分之一(整节距减一)个槽，以及实现每相绕组电源引出线的导体部电连接的联通部导体；
所述的U型扁铜线导体线圈(1)包括导体转折端部(12)、连接导体转折部分的导体第一腿部(13)和导体第二腿部(14)，其第一腿部和第二腿部长度相等，沿定子圆周内圆延申跨越二分之一(整节距减一)个槽；
所述的U型扁铜线导体线圈(1)包括导体转折端部(12)、连接导体转折部分的导体第一腿部(13)和导体第二腿部(14)，其第一腿部和第二腿部长度相等，沿定子圆周内圆延申跨越二分之一(整节距减一)个槽。
2.如权利要求1所述的扁铜线电机电枢绕组结构布置，其中，
所述的U型扁铜线导体线圈包括三种不同节距的导体线圈，第一导体线圈(15)，其导体转折部两端之间沿定子圆周内圆延申跨越整节距个槽，第二导体线圈(16)，其导体转折部两端之间沿定子圆周内圆延申跨越整节距加一个槽，及第三导体线圈(17)，其导体转折部两端之间沿定子圆周内圆延申跨越整节距加二个槽；第一导体线圈(15)、第二导体线圈(16)及第三导体线圈(17)分别被构造成沿着定子圆周内圆延申跨越的第一数量、第二数量和第三数量的扁铜线导体线圈，其中第二数量大于第一数量，第一数量和第三数量相等。
3.如权利要求1所述的扁铜线电机电枢绕组结构布置，其中，
多个扁铜线导体线圈可以形成一定数量的绕组组，绕组组的数量等于绕组层的层数，且可彼此串并联；第一绕组组(U1-U2、V1-V2、W1-W2)由第一和第二层的扁铜线导体线圈组成；第二绕组组(X2-X1、Y2-Y1、Z2-Z1)由第二和第一层的扁铜线导体线圈组成；第三绕组组(U3-U4、V3-V4、W3-W4)由第三和第四层的扁铜线导体线圈组成；第四绕组组(X4-X3、Y3-Y4、Z3-Z4)由第四层和第三层的扁铜线导体线圈组成；第五绕组组(U5-U6、V5-V6、W5-W6)由第五层和第六层的扁铜线导体线圈组成；第六绕组组(X6-X5、Y6-Y5、Z6-Z5)由第六层和第五层的扁铜线导体线圈组成；第七绕组组(U7-U8、V7-V8、W7-W8)第七层和第八层的扁铜线导体线圈组成；第八绕组组(X8-X7、Y8-Y7、Z8-Z7)第八层和第七层的扁铜线导体线圈组成。
4.如权利要求3所述的扁铜线电机电枢绕组结构布置，其中，
所述的第一绕组组可包括3乘以(电机极数减三)个布置在第一及第二绕组层中的第二导体线圈(16)、三个分别布置在第一及第二绕组层中的第一导体线圈(15)、三个分别布置在第一及第二绕组层中的第三导体线圈(17)，以及三个分别布置在第一绕组层中的相绕组端部电源引出线导体(4)；
所述的第二绕组组可包括3乘以(电机极数减三)个布置在第二及第一绕组层中的第二导体线圈(16)、三个布置在第二及第一绕组层中的第一导体线圈(15)、三个布置在第二及第一绕组层中的第二导体线圈(17)，以及一个布置在第一绕组层中的第一中性连接点导体(2)；
所述的第三绕组组可包括3乘以(电机极数减三)个布置在第三及第四绕组层中的第二导体线圈(16)、三个布置在第三及第四绕组层中的第一导体线圈(15)、三个布置在第三及第四绕组层中的第三导体线圈(17)；
所述的第四绕组组可包括3乘以(电机极数减三)个布置在第四及第三绕组层中的第二导体线圈(16)、三个布置在第四及第三绕组层中的第一导体线圈(15)、以及三个布置在第四及第三绕组层中的第三导体线圈(17)；
所述的第五绕组组可包括3乘以(电机极数减三)个布置在第五及第六绕组层中的第二导体线圈(16)、三个布置在第五及第六绕组层中的第一导体线圈(15)、三个布置在第五及第六绕组层中的第三导体线圈(17)；
所述的第六绕组组可包括3乘以(电机极数减三)个布置在第六及第五绕组层中的第二导体线圈(16)、三个布置在第六及第五绕组层中的第一导体线圈(15)、三个布置在第六及第五绕组层中的第三导体线圈(17)；
所述的第七绕组组可包括3乘以(电机极数减三)个布置在第七及第八绕组层中的第二导体线圈(16)、三个布置在第七及第八绕组层中的第一导体线圈(15)、三个分别在第七及第八绕组层中的第三导体线圈(17)，以及一个布置在第八绕组层中的第二中性连接点导体线圈(3)；
所述的第八绕组组可包括3乘以(电机极数减三)个布置在第八及第七绕组层中的第二导体线圈(16)、三个分别布置在第八及第七绕组层中的第一导体(15)、三个分别布置在第八及第七绕组层中的第三导体线圈(17)，以及三个布置在第八绕组层中的相绕组端部电源引出线导体线圈(5)。
5.如权利要求3所述的扁铜线电机电枢绕组结构布置，其中，所述的第一、第三、第五、第七绕组组的电连接可通过布置九个第二导体线圈(16)来实现，即实现第一支路的电连接连接；所述的第二、第四、第六、第八绕组组同样地通过布置九个第二导体线圈(16)来实现电连接，即实现第二支路的电连接。
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