CN113300517A - 一种散线绕组电机和绕组换位方法 - Google Patents

一种散线绕组电机和绕组换位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种散线绕组电机和绕组换位方法，属于电机领域。通过改变线圈绕线方法，采用翻折对称和绕组模具成型下线的工艺操作，以达到补偿并绕导体磁链差异。其中采用的串联线圈换位方法，尤其配合下线模具的成型压制后，进行后续翻折整型，从而实现串联线圈换位，在保证槽满率的情况下，简化下线流程，提高工业可行性和产品一致性；其中采用的单线圈换位方法，尤其是配合下线模具成型压制后，进行后续翻折整型，从而实现单线圈换位，在这种方式下，使得换位扭转难度降低，槽内导体位置相对集中，相比于传统的换位方式，槽满率更高。

Description

一种散线绕组电机和绕组换位方法
技术领域
本发明属于电机领域，更具体地，涉及一种散线绕组电机和绕组换位方法。
背景技术
永磁电机由于在效率、功率密度和高可靠性上的优势，正广泛应用于新能源相关产业，推动新一轮电气化进程发展。
散线绕组是通过将一根或多根并绕导线沿着径向嵌在永磁电机的定子槽内，环绕定子齿形成多匝的结构，作为电机线圈充当与转子磁场进行能量交换的媒介。由于散线绕组加工工艺简单可靠，制造成本较低，因此在电机领域，尤其是商用电机中得到广泛的应用。
由于电机槽内漏磁场的影响，导致槽内并绕导体交链磁链沿槽深呈现阶梯性差异，从而引起并绕导体之间产生环流，导致了巨大的交流铜耗，造成局部热点，给电机安全带来不可确定性。工程上多采用换位的方法，改变并绕导体槽内排布，从而减少交流铜耗。但对于散线绕组电机，由于其导体位置具有不确定性，以及现有的对电机高槽满率的要求，导致换位过程缺乏实质可行的实施方案，这也是亟待解决的关键问题。
公开号为CN111900816A、名称为“一种散线绕组电机”的专利文献公开了根据并绕导体的实测电感进行换位，使得两串联线圈对应串联的M根并绕导体间电感差异最小。定子线圈的出线端子所在一端固定有接线板，串联的并绕导体需要通过电压焊的方式压制在接线板的对应接线铜排上。然而，其中的换位工艺繁琐，需要对每根导体进行电感测量；新增了接线板，增加了结构的复杂性；加工难度大，不利于广泛推广。另外，公开号为CN112421816A、名称为“一种新型不等面积换位扁线绕组永磁电机”的专利文献公开了采用不等面积的扁线绕组，靠近槽楔处的绕组更薄且分有两股，靠近槽底处的绕组更厚且只有单股。通过对靠近槽楔处的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槽中的不同位置且依次进行串接后再进行并接。然而，这种针对分两股的扁线绕组提出端部扭转的换位方式，而这种措施对于多股并绕的散线绕组而言实现难度大，适用范围有较大的局限性。
因此，针对散线绕组电机研究一种换位方法，以起到规范下线步骤，提高机械自动化程度，减少交流铜耗，保障电机安全运行的作用具有重要意义。
发明内容
针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种散线绕组电机和绕组换位方法，旨在解决现有换位方法操作繁琐、自动化程度低的问题。通过改变线圈绕线方法，采用翻折对称和绕组模具成型下线的工艺操作，以达到补偿并绕导体磁链差异，增加换位下线的机械自动化程度，规范换位方法步骤，形成低交流铜耗下线关键技术，弥补了行业空缺。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种散线绕组电机，所述电机的定子包括m个串联线圈，所述m个串联线圈由一根或多根并绕导体沿径向嵌于定子槽内并环绕定子齿而形成；
所述m个串联线圈均分为第一子线圈和第二子线圈，所述第一子线圈和第二子线圈各包括m/2个线圈；
其中，所述第一子线圈以标准绕线方向顺向绕制，所述第二子线圈以同样的接线方式沿着与标准绕线方向相反的方向绕制后，再翻折180°嵌入定子槽内。
本发明的第二方面也提供了一种散线绕组电机，所述电机的定子包括m个串联线圈，所述m个串联线圈由一根或多根并绕导体沿径向嵌于定子槽内、环绕定子齿而形成；每个线圈包含Tc匝并绕导体；
所述Tc匝并绕导体均分为第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分各包括Tc/2匝并绕导体；
所述第一部分沿着定子齿按照一定跨距顺向绕制，所述第二部分沿着相反方向在距离相同跨距的定子齿上绕制，再翻折180°嵌入定子槽内。
进一步地，所述绕制采用模具进行辅助。
进一步地，所述接线方式为波绕组嵌线或叠绕组嵌线。
本发明的第三方面提供了一种电机的绕组换位方法，所述电机的定子包括m个串联线圈，包括以下步骤：
先以标准绕线方向顺向绕制m/2个线圈，再以同样的接线方式沿着与标准绕线方向的相反方向绕制剩下m/2个线圈，再翻折180°嵌入定子槽内。
本发明的第四方面提供了一种电机的绕组换位方法，所述电机中的每个定子线圈包含Tc匝并绕导体，包括以下步骤：
将并绕导体沿着定子齿按照一定的跨距绕制Tc/2匝，再沿着相反方向在距离相同跨距的定子齿上绕制剩下的Tc/2匝，再翻折180°嵌入定子槽内。
进一步地，所述绕组换位方法采用模具进行辅助。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明中采用的串联线圈换位方法，尤其配合下线模具的成型压制后，进行后续翻折整型，从而实现串联线圈换位，在保证槽满率的情况下，简化下线流程，提高工业可行性和产品一致性。
(2)本发明中采用的单线圈换位方法，尤其是配合下线模具成型压制后，进行后续翻折整型，从而实现单线圈换位，在这种方式下，使得换位扭转难度降低，槽内导体位置相对集中，相比于传统的换位方式，槽满率更高。
(3)本发明提出的换位方法，囊括了单线圈和多线圈两种方式，且操作过程简单，工业应用可行性强；此外，通过与成型模具相结合，进行自动化扭转换位，工业应用前景广泛。
附图说明
图1是本发明实施例绕组连接方式图。
图2是本发明实施例串联线圈标准绕线方式的示意图。
图3是本发明实施例线圈个数为偶数时串联线圈换位方法一示意图。
图4是本发明实施例线圈个数为奇数时串联线圈换位方法一示意图。
图5是本发明实施例线圈个数为偶数时串联线圈换位方法二示意图。
图6是本发明实施例线圈个数为奇数时串联线圈换位方法二示意图。
图7是本发明实施例单线圈标准绕线方式的示意图。
图8是本发明实施例线圈个数为偶数时单线圈换位方法一示意图。
图9是本发明实施例线圈个数为奇数时单线圈换位方法一示意图。
图10是本发明实施例线圈个数为偶数时单线圈换位方法二示意图。
图11是本发明实施例线圈个数为奇数时单线圈换位方法二示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
为实现上述目的，本发明实施例的第一方面提供了一种散线绕组电机，所述电机的定子包括m个串联线圈，所述m个串联线圈由一根或多根并绕导体沿径向嵌于定子槽内并环绕定子齿而形成；
所述m个串联线圈均分为第一子线圈和第二子线圈，所述第一子线圈和第二子线圈各包括m/2个线圈；
其中，所述第一子线圈以标准绕线方向顺向绕制，所述第二子线圈以同样的接线方式沿着与标准绕线方向相反的方向绕制后，再翻折180°嵌入定子槽内。
本发明实施例的第二方面也提供了一种散线绕组电机，所述电机的定子包括m个串联线圈，所述m个串联线圈由一根或多根并绕导体沿径向嵌于定子槽内、环绕定子齿而形成；每个线圈包含Tc匝并绕导体；
所述Tc匝并绕导体均分为第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分各包括Tc/2匝并绕导体；
所述第一部分沿着定子齿按照一定跨距顺向绕制，所述第二部分沿着相反方向在距离相同跨距的定子齿上绕制，再翻折180°嵌入定子槽内。
进一步地，所述绕制采用模具进行辅助。
进一步地，所述接线方式为波绕组嵌线或叠套组嵌线。
本发明实施例的第三方面提供了一种电机的绕组换位方法，所述电机的定子包括m个串联线圈，包括以下步骤：
先以标准绕线方向顺向绕制m/2个线圈，再以同样的接线方式沿着与标准绕线方向的相反方向绕制剩下m/2个线圈，再翻折180°嵌入定子槽内。
本发明实施例的第四方面提供了一种电机的绕组换位方法，所述电机中的每个定子线圈包含Tc匝并绕导体，包括以下步骤：
将并绕导体沿着定子齿按照一定的跨距绕制Tc/2匝，再沿着相反方向在距离相同跨距的定子齿上绕制剩下的Tc/2匝，再翻折180°嵌入定子槽内。
进一步地，所述绕组换位方法采用模具进行辅助。
下面结合若干优选实施例，对上述实施例中涉及的内容进行说明。
本发明实施例提出的一种换位方法以跨距等于5的线圈为例进行说明，其串联线圈数为m，线圈匝数为Tc，每匝线圈并绕根数为n。其绕组连接如图1所示，在标准绕线过程中的绕线示意如图2所示。交流铜耗主要产生的原因在于槽内漏磁场沿着槽深方向向槽底递减，从而导致了处于不同位置处的并绕导体交链磁链不同，引起环流。本发明的换位方法旨在通过将槽内导体旋转180°，起到平衡并绕导体间交链磁链差异的作用。
对于具有串联线圈的电机可以采用两种换位方法：串联线圈换位和槽内导体换位，具体步骤分情况通过以下实施例说明：
实施例一
当串联线圈个数m为偶数时，如图3所示(m＝2)，可以先按照线圈跨距以叠绕组的方式先绕制m/2个线圈，之后再沿相反方向(相对于标准绕线方向)以同样的方式在槽内绕制剩下m/2个线圈。实际下线过程中，将反方向绕制的m/2个线圈向左翻折180°嵌入对应槽内(本发明所涉及的左右方向是指垂直于电机的轴向方向)，从而形成串联线圈换位的效果。当串联线圈个数m为奇数时，如图4所示(m＝3)，可以先以叠绕组的方式绕制前(m-1)/2个线圈和第(m+1)/2个线圈的一条线圈边，之后再沿相反方向(相对于标准绕线方向)以同样的方式绕制剩下的线圈。实际下线过程中，将反方向绕制的线圈向左翻折180°后嵌入对应槽内。这样对于第(m+1)/2个线圈实现的是该线圈内部的换位，而对于其余线圈实现的是串联线圈间的换位。进一步地，可以采用成型模具，借助机械臂进行工业自动化换位操作，使得导线规整，满足现如今对于高槽满率的要求，具有广阔的工业应用前景。
实施例二
如图5-6所示，先按照叠绕组方式绕制好m/2个线圈(若m为奇数则表示最后一个线圈只绕制一个线圈边)，之后借助模具绕制剩下m/2个线圈。模具绕制的线圈的位置为不采取换位措施时，接着前m/2个线圈按叠绕组方式继续绕制后m/2个线圈，此时后m/2个线圈所处位置沿电机端面向远离电机侧做镜像的位置。这样，将模具里的线圈沿轴向向电机侧翻折180°后嵌入对应槽内，即可实现串联线圈间的换位。可见，对于串联线圈换位，并不局限于左右翻折，借助相应模具沿电机轴向翻折也可以实现相同的换位效果。
实施例三
槽内导体换位的标准绕制方式如图7所示，此时n根并绕导体沿着齿按照线圈跨距绕成Tc匝。在该换位方案中，当线圈匝数Tc为偶数时，将n根并绕导体在齿上绕完Tc/2匝之后，沿着相反方向跨距依然为5的齿上绕完剩下的Tc/2匝，之后，将后绕制的Tc/2匝线圈向左翻折180°嵌入对应槽内，从而起到并绕导体换位的作用，如图8所示(Tc＝2)。当线圈匝数Tc为奇数时，同样地，将n根并绕导体绕好前(Tc-1)/2匝和第(Tc+1)/2匝线圈的一条线圈边，接着沿着相反方向跨距依然为5的齿上绕完剩下匝数，最后将反方向绕制的线圈向右翻折180°后嵌入对应槽内，如图9所示(Tc＝3)。进一步地，可以采用成型模具，借助机械臂进行工业自动化换位操作，使得导线规整，满足现如今对于高槽满率的要求，具有广阔的工业应用前景。
实施例四
如图10-11所示，先沿着齿绕制好前Tc/2匝(当Tc为奇数时则表示最后一匝只绕制一条线圈边)，之后借助模具绕制剩下Tc/2匝线圈。模具绕制线圈的位置为当前线圈所处位置沿电机端面向远离电机侧做镜像后的位置。这样，将模具里的线圈沿轴向向电机侧翻折180°后嵌入对应槽内，即可实现单个线圈的槽内导体换位。可见，对于槽内导体换位，翻折方式也不局限于左右翻折，借助相应模具沿轴向翻折也可以实现相同的换位效果。
本发明所提出下线工艺和换位措施具有很好的交流铜耗抑制效果，且不改变相应的电机电磁环境，充分利用了电机内部空间。此外提出的实际可行的换位连接实施方案，并可推广为其他散线电机。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种散线绕组电机，所述电机的定子包括m个串联线圈，所述m个串联线圈由一根或多根并绕导体沿径向嵌于定子槽内并环绕定子齿而形成；其特征在于：
所述m个串联线圈均分为第一子线圈和第二子线圈，所述第一子线圈和第二子线圈各包括m/2个线圈；
其中，所述第一子线圈以标准绕线方向顺向绕制，所述第二子线圈以同样的接线方式沿着与标准绕线方向相反的方向绕制后，再翻折180°嵌入定子槽内。
2.一种散线绕组电机，所述电机的定子包括m个串联线圈，所述m个串联线圈由一根或多根并绕导体沿径向嵌于定子槽内、环绕定子齿而形成；每个线圈包含Tc匝并绕导体，其特征在于：
所述Tc匝并绕导体均分为第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分各包括Tc/2匝并绕导体；
所述第一部分沿着定子齿按照一定跨距顺向绕制，所述第二部分沿着相反方向在距离相同跨距的定子齿上绕制，再翻折180°嵌入定子槽内。
3.如权利要求1或2所述的散线绕组电机，其特征在于，所述绕制采用模具进行辅助。
4.如权利要求1或2所述的散线绕组电机，其特征在于，所述接线方式为波绕组嵌线或叠绕组嵌线。
5.一种电机的绕组换位方法，所述电机的定子包括m个串联线圈，其特征在于，包括以下步骤：
先以标准绕线方向顺向绕制m/2个线圈，再以同样的接线方式沿着与标准绕线方向的相反方向绕制剩下m/2个线圈，再翻折180°嵌入定子槽内。
6.一种电机的绕组换位方法，所述电机中的每个定子线圈包含Tc匝并绕导体，其特征在于，包括以下步骤：
将并绕导体沿着定子齿按照一定的跨距绕制Tc/2匝，再沿着相反方向在距离相同跨距的定子齿上绕制剩下的Tc/2匝，再翻折180°嵌入定子槽内。
7.如权利要求5或6所述的绕组换位方法，其特征在于，所述绕组换位方法采用模具进行辅助。
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