CN112421816A - 一种新型不等面积换位扁线绕组永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型不等面积换位扁线绕组永磁电机，属于永磁电机技术领域，其技术方案要点包括定子铁芯、扁线绕组和绝缘，所述的定子铁芯和扁线绕组共同构成该永磁电机定子部分，所述的定子绕组包括放置在定子铁芯槽内部的大面积扁线绕组和分股扁线绕组，所述的分股扁线绕组的厚度小于大面积扁线绕组的厚度，所述绝缘分为设于定子铁芯槽内部的槽绝缘以及设置在相邻绕组之间的绕组绝缘，该不等面积换位扁线绕组不仅可以解决传统圆股线绕组电机槽满率和功率密度低的问题，还可以降低扁线绕组的涡流损耗和环流损耗，在保证高功率密度的前提下能有效降低电机温升和提高电机的效率。
Description
技术领域
本发明涉及永磁电机技术领域，更具体地说，具体涉及一种不等面积换位扁线绕组永磁电机。
背景技术
随着新能源电动汽车的不断发展，对高功率密度、小体积的驱动电机需求进一步的提高，这就需要新结构、新材料、新工艺的创新支撑。永磁电机作为新型特种电机因其体积小，效率高，结构简单等众多优势在新能源电动汽车中得到广泛应用。其中定子绕组作为永磁电机的核心部件直接关系到电机的整体性能，然而目前多数电机定子绕组主要采用传统的圆股线绕组，采用圆股线绕组的电机具有槽满率较低、铜耗较大、电机发热严重等不足等缺陷，且功率密度和效率有待进一步提高。以扁线绕组替代圆股线绕组是目前新能源电动汽车电机绕组的主要发展趋势，扁线绕组电机不仅可以提高槽满率、提高功率密度还可以降低绕组损耗和电机温升等优势。
新能源汽车电机转速和频率较高，扁线绕组由于厚度较大，在高频磁场下会产生严重集肤效应和邻近效应，导致扁线绕组的交电阻耗增大产生涡流损耗，进一步引起电机效率降低，为了解决这一问题可以将扁线绕组分成面积较小的多股扁线绕组，但多股绕组之间并联因为处于槽中不同的漏磁场中感应出的电动势也将不同，势必在并联股线之间穿产生循环电流，进一步在分股扁线绕组上引起新的环流损耗。为解决现有技术中的上述缺陷，本发明专利提供了一种新型不等面积换位扁线绕组。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种不等面积换位扁线绕组永磁电机，其优点在于该定子扁线绕组不仅能够具有发卡绕组高槽满率、高功率密度、低直流铜耗的优点，还能降低集肤效应引起的扁线绕组上的涡流损耗和分股绕组之间的环流损耗以提高电机效率。
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种新型不等面积换位扁线绕组永磁电机，包括定子铁芯、绝缘、槽楔和扁线绕组，所述定子铁芯、绝缘、槽楔和扁线绕组共同构成该永磁电机的定子部分，所述定子铁芯包括定子齿部和定子轭部，所述定子齿和定子轭部之间的间隙构成定子铁芯槽，所述的扁线绕组包括设置在定子铁芯的定子铁芯槽内部的多个大面积扁线绕组和分股分股扁线绕组，所述分股扁线绕组的厚度小于大面积扁线绕组的厚度，所述绝缘分为设于定子铁芯槽内部的槽绝缘以及设置在相邻绕组之间的绕组绝缘。
作为本发明专利进一步的方案：所述分股扁线绕组位于所述定子铁芯槽内部并靠近槽楔的位置处，且分股扁线绕组由两个的分股扁线共同构成。
作为本发明专利进一步的方案：所述大面积扁线绕组的层数为多层，所述大面积扁线绕组沿着远离槽楔的方向面积大于分股扁线绕组的总面积。
作为本发明专利进一步的方案：所述分股扁线绕组在极相组相邻槽两端进行端部扭转换位，使分股扁线绕组分别处于定子铁芯槽中的不同位置，依次进行串接后再进行并接。
作为本发明专利进一步的方案：所述大面积扁线绕组和分股扁线绕组均由多段扁线绕组连接而成，每个所述的扁线绕组段具有放置于槽中的直线段和位于定子铁芯两侧的连接段，且在端部的连接段进行焊接。
作为本发明专利进一步的方案：所述分股扁线绕组和大面积的扁线绕组的表面都包有绝缘漆，且二者绝缘漆的厚度是相同的。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本方案中，可以兼顾扁线绕组电机的各种优点，能够有效提高电机槽满率和功率密度，减小扁线绕组集肤效应引起的涡流损耗，减小股线绕组之间的环流损耗，降低电机温升，提高电机的效率；
（2）本方案中，以磁性槽楔还可以有效抑制齿槽转矩和转矩脉动。随着技术的日益发展，采用该方法的扁线绕组的制作工艺不难实现。对永磁同步电机的节能设计提供了一定程度上的参考价值，具有较大的使用意义。
附图说明
图1是不等面积换位扁线绕组永磁电机定子结构示意图。
图2是不等面积换位扁线绕组永磁电机定子结构正视图。
图3是扁线绕组直线段示意图。
图4是扁线绕组结构示意图。
图5是未换位槽内扁线绕组分布示意图。
图6是换位槽内扁线绕组分布示意图。
图中标号说明：
1、定子铁芯；2、大面积扁线绕组；3、分股扁线绕组；4、槽楔；5、绕组绝缘；6、定子铁芯齿部；7、定子铁芯轭部；8、定子铁芯槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1，本发明实施例中，一种新型不等面积换位扁线绕组永磁电机，包括定子铁芯（1）、绝缘、槽楔（4）和扁线绕组，其中定子铁芯、绝缘、槽楔和扁线绕组共同构成该永磁电机的定子部分，定子铁芯包括定子铁芯齿部（6）和定子铁芯轭部（7），定子铁芯齿部和定子铁芯轭部之间的间隙构成定子铁芯槽（8），其特征在于，定子绕组包括设置在定子铁芯的定子铁芯槽内部的4组大面积扁线绕组和两组分股扁线绕组，分股扁线绕组3的厚度小于大面积扁线绕组2的厚度，绝缘分为设于定子铁芯槽内部的槽绝缘以及设置在相邻绕组之间的绕组绝缘（5）。
本实施例中，在槽内沿着电机径向方向共有6层扁线绕组，其中靠近槽口处的2层扁线绕组采用具有分2股的扁线绕组，槽中间和槽底处的4层扁线绕组采用具有相对较大面积的整块扁线绕组，分股扁线绕组（3）总宽度与大面积扁线绕组2的宽度相同，但是二者的厚度不同，分股扁线绕组厚度较小即相对薄一些。
参阅图3，分股扁线绕组和大面积扁线绕组的表面都包有绝缘漆，且二者绝缘漆的厚度是等同的。
图4为扁线绕组的结构示意图，扁线绕组分为槽内的直线段和端部的连接段两部分，扁线绕组在制造中采用Hairpin绕组的形式，在绕组制造过程中先在端部进行扭转成型连接，这样可以减少一半的焊点，扁线绕组在安装时，采用轴向插线的技术，先将已经成型的扁线绕组从端部直接插入到定子铁芯槽中，顺序依次为：先放槽底的绕组，再放槽中间的绕组，最后放槽口的绕组，分股扁线绕组之间是并联的关系，而其中每层绕组之间是串联的关系。在此处定义已经成型连接的端为绕组的末端，仍需焊接的一端为绕组的首端，其连接步骤为：的第1层的扁线绕组末端在制造过程中已经和第2层扁线绕组的末端连接在一起，便可省去焊接，将第2层扁线绕组的首端和3层扁线绕组的首端进行焊接，第3层扁线绕组的首端和4层扁线绕组的首端进行焊接，第4层扁线绕组的首端和5层扁线绕组的首端进行焊接，第5层扁线绕组的首端和6层扁线绕组的首端进行焊接。其中第2层扁线绕组和第3层扁线绕组因为面积不同，为了避免焊点因为面积有较大的过渡热量累积导致焊点开焊，在焊接时要将焊点尽量焊成棱台形状，可以形成一个缓冲。其他层绕组之间因为面积相同，其焊接方法和常规的扁线绕组焊接方法相同，最后在槽口处插入槽楔以固定绕组。
实施例2
在实施例1的基础上做了进一步改进，请参阅图5和图6，具有不等面积分股扁线绕组的换位结构，在槽内沿着电机径向方向共有6层扁线绕组，其中靠近槽口处的2层分股的扁线绕组是分为2股的扁线绕组，槽中间和槽底处的4层大面积扁线绕组是整块的扁线绕组。因为分股扁线绕组之间是并联的关系故将在股线绕组之间产生循环电流，采用端部扭转换位的方式减小其中的环流。具体换位连接方式如下：原先分股扁线绕组在圆周方向上分成2股扁线绕组，依次进行编号，第1层编号为1-1、1-2，第二层编号为2-1、2-2,大面积扁线绕组2编号为3、4、5、6，每一个编号的绕组所处槽中的位置是相同，其中1-1、1-2和2-1、2-2先在端部进行并联再与其他绕组进行串联连接。
参阅图6，其中槽1和槽2为同一极相组中的槽，槽1中的绕组布置方式采用未换位时布置方式，现在将槽2中的原先放置1-1的绕组现在放置1-2，将槽2中的原先放置1-2的绕组现在放置1-1。使槽1中的1-1连接槽2中的1-1，槽1中的1-2连接槽2中的1-2，按上述编号进行布置连接之后，最后将一个极相组中的第一个绕组首端和最后一个绕组的末端所有并联绕组在端部进行短接起来，就会使分股扁线绕组轮流处于槽内不同的位置，感应电动势相平衡，减小股线绕组之间的环流损耗。
采用本发明专利所提供的新型不等面积换位扁线绕组适用于目前扁线电机，可以兼顾扁线电机的各种优点，能够有效提高电机槽满率和功率密度，减小扁线绕组集肤效应引起的涡流损耗，还能减小股线绕组之间的环流损耗，降低电机温升，提高电机有效工作区，加以磁性槽楔还可以有效抑制齿槽转矩和转矩脉动。随着技术的日益发展，采用该方法的扁线绕组的制作工艺不难实现。对永磁同步电机的节能设计提供了一定程度上的参考价值，具有较大的使用意义。
本发明的保护范围不受分股扁线绕组具体形状的影响，也不受绕组端部连接工艺等影响，不受定子铁芯端部绕组的形状和连接形式的影响。
以上所述的，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限如此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种新型不等面积换位扁线绕组永磁电机，其特征在于：包括定子铁芯（1）、绝缘、槽楔（4）和扁线绕组，所述定子铁芯（1）、绝缘、槽楔和扁线绕组（4）共同构成该永磁电机的定子部分，所述定子铁芯（1）包括定子齿部（6）和定子轭部（7），所述定子齿部（6）和定子轭部（7）之间的间隙构成定子铁芯槽（8），其特征在于：所述的定子绕组包括设置在定子铁芯（1）的定子铁芯槽（8）内部的两个大面积扁线绕组（2）和分股分股扁线绕组（3），所述分股扁线绕组（3）的厚度小于大面积扁线绕组（2）的厚度，所述绝缘分为设于定子铁芯槽内部的槽绝缘以及设置在相邻绕组之间的绕组绝缘（5）。
2.根据权利要求1所述的一种不等面积换位扁线绕组永磁电机，其特征在于：所述分股扁线绕组（3）位于所述定子铁芯槽（8）内部并靠近槽楔（4）的位置处，且分股扁线绕组（3）由两个的分股扁线绕组共同构成。
3.根据权利要求1所述的一种不等面积换位扁线绕组永磁电机，其特征在于：所述大面积扁线绕组（2）的层数为多层，所述的多层大面积扁线绕组沿着远离槽楔（4）的方向面积大于分股扁线绕组的总面积。
4.根据权利要求1所述的一种不等面积换位扁线绕组永磁电机，其特征在于：所述分股扁线在极相组相邻槽两端进行端部扭转换位，使分股扁线绕组分别处于定子铁芯槽（8）中的不同位置且依次进行串接后再进行并接。
5.根据权利要求1所述的一种不等面积换位扁线绕组永磁电机，其特征在于：所述大面积扁线绕组（2）和分股扁线绕组（3）均由多段扁线绕组连接而成，每个所述的扁线绕组段具有放置于槽中的直线段和位于定子铁芯两侧的连接段，且在端部的连接段进行焊接。
6.根据权利要求1所述的一种不等面积换位扁线绕组永磁电机，其特征在于：所述分股扁线绕组和大面积的扁线绕组的表面都包有绝缘漆，且二者绝缘漆的厚度是相同的。
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