CN112910143B - 一种成型换位绕组永磁同步电机定子线棒换位方法 - Google Patents

一种成型换位绕组永磁同步电机定子线棒换位方法 Download PDF

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Abstract

一种成型换位绕组永磁同步电机定子线棒换位方法，涉及永磁同步电机设计与制造技术领域。本发明是为了解决传统匝内换位应用到每槽线圈匝数较多的永磁同步电机中后，每匝线圈各自换位导致所需的换位空间较多，每根股线换位时占据槽内空间减小，进而造成电机槽满率下降和环流抑制效果下降的问题。本发明所述的一种成型换位绕组永磁同步电机定子线棒换位方法，永磁同步电机包括1或2层绕组，每层绕组包括N匝线圈，N匝线圈中的所有股线共分为K组，每组中的股线排成2行，所述股线均为扁线结构，每组中的所有股线均采用匝间交织换位方式进行换位。本发明不仅适用水平换位，也适用罗贝尔线棒换位。

Description

一种成型换位绕组永磁同步电机定子线棒换位方法
技术领域
本发明属于永磁同步电机设计与制造技术领域。
背景技术
随着永磁同步电机在新能源汽车领域的应用越来越广泛，进一步提升电机的效率和运行性能已经成为了现阶段永磁同步电机研发的重点。由于扁线结构绕组可以提升电机槽满率，采用扁线结构的发卡绕组也越来越多的被应用到了车用驱动永磁同步电机中。但是现阶段扁线电机存在一定问题，如：电机绕组中的附加电流包括涡流和环流两种，线径增加后两种电流都会增加，采用扁线结构可以抑制涡流却无法抑制环流，所以电机的环流损耗会成为铜损的重要一部分，造成电机局部温升过高等问题。
成型换位绕组在永磁同步电机中的使用可以解决上述提到的问题，成型换位绕组本身的扁线结构可以提升电机槽满率，又可以通过槽内换位的方式解决股线间环流的问题。现阶段成型换位绕组的研究主要集中在大型交流电机，在永磁同步电机中的应用还处在起步阶段。对于双层绕组的大型交流电机，绕组每层往往只有一匝线圈，采用匝内换位方式。永磁同步电机绕组不同于大型交流电机，每槽线圈匝数较多，电机线圈换位方式决定如果永磁同步电机也采用类似大型交流电机的匝内换位方式时，每匝换位线圈都会需要一定的槽内空间进行换位，最终导致电机槽满率下降；还有就是线圈匝数增多后，每匝线圈占据槽内径向空间变小，采用匝内换位时每根股线经过径向磁场位置也减小，导致股线换位对环流抑制效果下降。
发明内容
本发明是为了解决传统匝内换位应用到每槽线圈匝数较多的永磁同步电机中后，每匝线圈各自换位导致所需的换位空间较多，每根股线换位时占据槽内空间减小，进而造成电机槽满率下降和环流抑制效果下降的问题，现提供一种成型换位绕组永磁同步电机定子线棒换位方法。
一种成型换位绕组永磁同步电机定子线棒换位方法，永磁同步电机包括M层绕组，M＝1或2，每层绕组包括N匝线圈，N匝线圈中的所有股线共分为K组，每组中的股线排成2行，所述股线均为扁线结构，N和K均为正整数，每组中的所有股线均采用匝间交织换位方式进行换位。
进一步的，上述匝间交织换位方式具体为：
每组中两行分别有k和k+1根股线，使得一行中出现一个股线空位，k为正整数，与股线空位相邻的股线始终延同一方向对股线空位进行补位，当股线空位到达所在行一端且所在行中没有股线能够进行补位时，由另一行与股线空位相邻的股线对股线空位进行补位，如此循环，直至任意股线回到其初始位置时完成换位；每组中股线换位方式均相同。
进一步的，上述每半匝线圈的两端同一股线位置相同。
进一步的，将共同换位的N个半匝线圈在端部进行分离，每半匝线圈的一端均通过并头套与其对应的另外每半匝线圈的一端相连，构成一匝线圈。
进一步的，上述对股线空位进行补位的方向为逆时针方向或顺时针方向。
进一步的，上述股线外表面涂有绝缘漆。
进一步的，上述并头套与线圈连接处填充有焊接材料。
本发明所述的一种成型换位绕组永磁同步电机定子线棒换位方法具有如下优点：
1.在槽面积不变的情况下能够增加槽内股线数，提升电机的槽满率；
2.减小部分线圈并联后总电阻，从而降低电机直流铜耗，减少电机发热量；
3.能够使每根股线经过更多槽内磁场位置，从而更好平衡漏磁场感应出电动势，进一步减小环流损耗；
4.不仅适用水平换位，也适用罗贝尔线棒换位，且电机每槽内线圈匝数越多，电机性能提升的越多。
附图说明
图1为匝内换位结构示意图；
图2为匝间交织换位结构示意图；
图3为匝内换位线圈结构局部立体图；
图4为匝间换位线圈结构局部立体图；
图5为匝内换位槽轴向端面示意图；
图6为匝间交织换位槽轴向端面示意图；
图7为匝间交织换位端部连接示意图；
图8为图3结构的横截面视图；
图9为图4结构的横截面视图。
具体实施方式
如图1、3、5和8所示均为匝内换位结构。其中，以双层绕组为例，每层由两匝线圈组成，匝内换位对应的半匝线圈均由9根股线并绕而成。以每半匝线圈中的股线排列成两行为例，其中一行为4根股线，另一行为5根股线。两个半匝线圈内部的9根股线在槽内各自进行换位，且每匝线圈在槽内径向空间上无重叠。同时两个半匝线圈共需要空持两根股线空位实现各自的换位。
具体实施方式一：参照图2、4、6、7和9具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种成型换位绕组永磁同步电机定子线棒换位方法，其中永磁同步电机包括M层绕组，每层绕组包括N匝线圈，线圈中的股线均为扁线结构。本实施方式中N＝2，2匝线圈中的所有股线作为1个整体，即1组。这些股线排成2行，两行分别有9和10根股线，使得两个半匝线圈中只出现一个股线空位。因此在换位时采用匝间交织360°换位方式让19根股线一起进行换位，两匝线圈在槽径向空间上有重叠，每根股线在换位过程中经过整个层内空间。
具体为：
与股线空位相邻的股线始终延顺时针方向(或逆时针方向)对股线空位进行补位，当股线空位到达所在行一端且所在行中没有股线能够进行补位时，由另一行与股线空位相邻的股线对股线空位进行补位，如此循环，直至任意股线回到其初始位置时完成换位。
具体的，如图9所示，对每个股线进行编号，当左上角出现空位时，以顺时针方向进行补位为例：首先1号股线向上移动，使得原1号股线位置出现新空位，然后后面的2、3、4、5、1’、2’、3’、4’号股线均依次向上移动，使得原来4’号股线的位置出现空位，此时股线空位所在行没有能够补位的股线，则另一行与股线空位相邻的5’号股线对股线空位进行补位，使得原来5’号股线的位置出现空位。那么按照上述规律，9’、8’、7’、6’、10、9、8、7、6号股线依次向下进行补位，当原来6号股线的位置出现空位时，再由另一行的股线补位，整个补位循环方向为顺时针，且补位过程中只有一个股线空位。
如图7所示，当任意股线回到其初始位置时停止换位。最后，在端部将不同匝线圈股线进行分离，每半匝线圈的两端同一股线位置相同，在线圈与并头套连接处有4个半匝线圈，每半匝线圈的一端均通过并头套与其对应的另外每半匝线圈的一端相连，构成一匝线圈。图7中外侧两半匝线圈通过外侧并头套3连接构成一匝线圈，内侧两半匝线圈通过内侧并头套2连接构成一匝线圈，内外两个并头套错开一定高度防止交叉接触。
实际应用时，股线外表面涂有绝缘漆，并头套与线圈连接处填充有焊接材料。
相比于匝内换位，本实施方式中所述的一种成型换位绕组永磁同步电机定子线棒换位方法，每半匝线圈可以多一根股线。对于每槽匝数4匝的永磁同步电机，采用匝间交织换位后每槽能够多出4根股线，相比匝内换位可以提升5％槽满率。以一台160kW永磁同步电机为例，采用三维有限元法分别对匝内换位和匝间交织换位进行了计算，采用匝间交织换位方式相比与匝内换位每根线棒铜耗降低了6.16W。因此，采用本实施方式提供的成型换位绕组永磁同步电机换位方法能够有效节省槽内线圈换位空间，提升电机槽满率，降低绕组铜耗。该方法不只适用于水平换位线棒，还适用于罗贝尔线棒换位。
综上所述，匝间交织换位能够克服多匝线圈在槽内换位时出现的槽满率下降问题，可以在槽面积不变的情况下增加槽内股线数，进一步可降低电机直流铜耗，减小电机发热量。该方法的使用还可以使每根股线经过更多槽内磁场位置，通过平衡漏磁场感应出的电动势，进一步减小环流损耗。同时，本发明不只适用于水平换位，也适用罗贝尔线棒换位，且电机每槽匝数越多，对电机性能提升的越多。

Claims (6)

1.一种成型换位绕组永磁同步电机定子线棒换位方法，永磁同步电机包括M层绕组，M＝1或2，每层绕组包括N匝线圈，N匝线圈中的所有股线共分为K组，每组中的股线排成2行，所述股线均为扁线结构，N为大于等于2的正整数，K为正整数，
其特征在于，
每组中的所有股线均采用匝间交织换位方式进行换位；
所述匝间交织换位方式具体为：
每组中两行分别有k和k+1根股线，使得一行中出现一个股线空位，k为正整数，
与股线空位相邻的股线始终延同一方向对股线空位进行补位，当股线空位到达所在行一端且所在行中没有股线能够进行补位时，由另一行与股线空位相邻的股线对股线空位进行补位，如此循环，直至任意股线回到其初始位置时完成换位；
每组中股线换位方式均相同。
2.根据权利要求1所述的一种成型换位绕组永磁同步电机定子线棒换位方法，其特征在于，每半匝线圈的两端同一股线位置相同。
3.根据权利要求1或2所述的一种成型换位绕组永磁同步电机定子线棒换位方法，其特征在于，
将共同换位的N个半匝线圈在端部进行分离，每半匝线圈的一端均通过并头套与其对应的另外每半匝线圈的一端相连，构成一匝线圈。
4.根据权利要求1所述的一种成型换位绕组永磁同步电机定子线棒换位方法，其特征在于，对股线空位进行补位的方向为逆时针方向或顺时针方向。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种成型换位绕组永磁同步电机定子线棒换位方法，其特征在于，股线外表面涂有绝缘漆。
6.根据权利要求3所述的一种成型换位绕组永磁同步电机定子线棒换位方法，其特征在于，并头套与线圈连接处填充有焊接材料。
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