CN113595288B - 永磁电机的变截面低损耗自冷却跑道式绕组 - Google Patents

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Abstract

永磁电机的变截面低损耗自冷却跑道式绕组，涉及永磁电机技术领域。本发明是为了能够使高功率密度永磁电机绕组铜耗降低及槽内绕组快速冷却。本发明所述的永磁电机的变截面低损耗自冷却跑道式绕组，包括由一根连续平直线棒沿跑道形状绕制而成的N匝线圈，连续平直线棒包括一根空心扁股线和偶数根实心扁股线，偶数根实心扁股线平均分为两列排布，空心扁股线位于任意一列、使得另外一列的列尾或列首存在一个股线空位，与股线空位相邻的股线始终沿顺时针方向或逆时针方向对股线空位进行补位，当股线空位回到其初始位置时，构成一个小连接段，如此循环，当任意一根股线回到其初始位置时，构成一个大连接段，两个大连接段构成一匝线圈。

Description

永磁电机的变截面低损耗自冷却跑道式绕组
技术领域
本发明属于永磁电机技术领域，尤其涉及电机绕组。
背景技术
永磁电机作为交流驱动系统的核心装置，广泛应用在新能源汽车和航空航天等领域。随着技术的进步，不断提高永磁电机功率密度和效率成为了永磁电机设计研发的关键问题之一。永磁电机的损耗主要来源于铁耗和绕组铜耗，损耗越大，对电机性能影响越大。由于永磁电机一半以上的损耗来自于绕组铜耗，所以降低绕组铜耗是实现永磁电机高功率密度及高效的重要途径。
高功率密度永磁电机设计时不但要满足电磁与机械性能的要求，而且还要满足冷却与温升的要求。高功率密度永磁电机的散热技术是保证电机安全稳定运行的关键技术，而绕组是高功率密度永磁电机运行过程中的主要发热源。由于处于电机定子槽内的绕组散热困难，冷却装置距离热源越近，散热效果越好，因此亟需一种能够有效使槽内绕组冷却的方式。
发明内容
本发明是为了能够使高功率密度永磁电机绕组铜耗降低及槽内绕组快速冷却，现提供永磁电机的变截面低损耗自冷却跑道式绕组。
永磁电机的变截面低损耗自冷却跑道式绕组，包括由一根连续平直线棒沿跑道形状绕制而成的N匝线圈，N为正整数，连续平直线棒包括一根空心扁股线7和偶数根实心扁股线8，偶数根实心扁股线8平均分为两列排布，每一列均沿其厚度方向排布，空心扁股线7位于任意一列、使得另外一列的列尾或列首存在一个股线空位，与股线空位相邻的股线始终沿顺时针方向或逆时针方向对股线空位进行补位，当股线空位回到其初始位置时，构成一个小连接段6，如此循环，当任意一根股线回到其初始位置时，构成一个大连接段，两个大连接段构成一匝线圈。
进一步的，上述空心扁股线7的中空部分通入有流体冷却介质。流体冷却介质为水或乙二醇。
进一步的，上述空心扁股线7横截面的内外轮廓均为圆角矩形，且二者的几何中心重合，外轮廓与内轮廓的宽度分别为W和w、高度分别为H和h，W-w＝H-h。
进一步的，上述空心扁股线7和实心扁股线8的宽度相等，空心扁股线7的高度大于实心扁股线8的高度。
进一步的，上述空心扁股线7横截面实心部分的面积等于实心扁股线8横截面的面积。
进一步的，上述跑道形线圈包括两个直线段和两个端部段，直线段和端部段的长度分别为L和W，则连续平直线棒的总长度为T＝2×N×(L+W)。
进一步的，上述小连接段6的长度为(L+W)/Q，Q为一个大连接段所包含小连接段6的数量。
进一步的，上述空心扁股线7的内外表面均涂覆有绝缘漆膜，实心扁股线8的外表面也涂覆有绝缘漆膜，连续平直线棒外表面缠有绝缘布带。
进一步的，上述每个小连接段6均包括4个首尾依次相接的子连接段，第一个子连接段的长度与第三个子连接段的长度相等，第二个子连接段的长度与第四个子连接段的长度相等，第一个子连接段的长度是第二个子连接段的2/3，
以任一股线为例，该股线由所在列移动到另一列的子连接段为横向子连接段，该股线在所在列内移动的子连接段为纵向子连接段，该股线位置不变的子连接段为直线子连接段。
针对现有技术的不足，本发明提供一种永磁电机的变截面低损耗自冷却跑道式绕组，具体的，空心扁股线与实心扁股线总横截面积不同，但实心铜面积相同，空心扁股线内部充入冷却介质以冷却绕组。并绕后的空心扁股线和实心扁股线根据一定的连接方式连接形成一根连续平直线棒，线棒经线模连续绕制成多匝集中跑道式线圈后直接嵌套在定子齿上。简化了嵌线难度，削弱了环流损耗，改善了定子散热能力。
本发明能够广泛应用于永磁电机领域，具体为齿绕式永磁电机，尤其适用于双层分数槽集中绕组永磁电机。
附图说明
图1为连续平直线棒的三维立体示意图；
图2为连续平直线棒的俯视图；
图3为连续平直线棒的主视图；
图4为一个小连接段的三维示意图；
图5为一个小连接段内的5个截面示意图；
图6为一个大连接段的三维立体示意图。
图7为一个大连接段内的10个截面示意图；
图8为变截面低损耗自冷却跑道式绕组的三维结构示意图；
图9为变截面低损耗自冷却跑道式绕组的永磁电机定子的三维结构图；
图10为永磁电机定子的局部放大图。
定子铁心1、定子绕组2、定子齿3、定子槽部绕组4、定子端部绕组5、小连接段6、空心扁股线7、实心扁股线8。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图8具体说明本实施方式，本实施方式所述的永磁电机的变截面低损耗自冷却跑道式绕组，包括由一根连续平直线棒沿跑道形状绕制而成的N匝线圈，N为正整数。
连续平直线棒共有Q根铜制的股线，具体为一根空心扁股线7和Q-1根实心扁股线8，Q为奇数。偶数根实心扁股线8平均分为两列排布，每一列均沿其厚度方向排布。空心扁股线7位于任意一列、使得另外一列的列尾或列首存在一个股线空位。
与股线空位相邻的股线始终沿顺时针方向或逆时针方向对股线空位进行补位，当股线空位回到其初始位置时，构成一个小连接段6，如此循环，当任意一根股线回到其初始位置时，构成一个大连接段，两个大连接段构成一匝线圈。同时，Q也为一个大连接段所包含小连接段6的数量。
具体的，空心扁股线7横截面的内外轮廓均为圆角矩形，且二者的几何中心重合，外轮廓与内轮廓的宽度分别为W和w、高度分别为H和h，W-w＝H-h。空心扁股线7和实心扁股线8的宽度相等，空心扁股线7的高度大于实心扁股线8的高度。跑道形线圈包括两个直线段和两个端部段，直线段和端部段的长度分别为L和W，则连续平直线棒的总长度为T＝2×N×(L+W)。小连接段6的长度为(L+W)/Q，本实施方式中小连接段6的长度取值为28mm，L为200mm，W为52mm，
一根连续平直线棒包含2×N×Q个连接方式相同的小连接段6，每个小连接段6均包括4个首尾依次相接的子连接段。在每Q个小连接段6上完成一次完全相同的连接，空心扁股线7横截面实心部分的面积等于实心扁股线8横截面的面积，在整个连接过程中股线横截面积不变。
小连接段6中，第一个子连接段的长度与第三个子连接段的长度相等，第二个子连接段的长度与第四个子连接段的长度相等，第一个子连接段的长度是第二个子连接段的2/3。以任一股线为例，该股线由所在列移动到另一列的子连接段为横向子连接段，该股线在所在列内移动的子连接段为纵向子连接段，该股线位置不变的子连接段为直线子连接段。
如图4和5所示，本实施方式中股线共有9根并分别编号，以一个小连接段6为例，其中第一个子连接段起始截面为P1，第二个子连接段起始截面为P2，第三个子连接段起始截面为P3，第四个子连接段起始截面为P4，第四个子连接段结尾截面为P5。具体如下：
在第一个子连接段内，起始结构如图5P1所示，其间1号股线横向右移一个线宽，纵向位置不变。剩余8根股线位置保持不变；当第一个子连接段结束时如图5P2所示。
在第二个子连接段内，起始结构如图5P2所示，其间2～5号股线向上移动一个空心扁线的厚度，横向位置不变。1、6～9号股线位置保持不变；当第二个子连接段结束时如图5P3所示。
在第三个子连接段内，起始结构如图5P3所示，其间6号股线向左移动一个线宽，纵向位置不变。剩余8根股线位置保持不变；当第三个子连接段结束时如图5P4所示。
在第四个子连接段内，起始结构如图5P4所示，其间1、7～9号股线向下移动一个实心扁线的厚度，横向位置不变。2～6号股线位置保持不变；当第四个子连接段结束时如图5P5所示，此时股线空位也回到其初始位置。
进一步的，如图6所示，9个小连接段6首尾顺次连接构成一个大连接段。第1～9个小连接段6的起始横截面分别记为S1～S9，第9个小连接段6的结尾横截面记为S10，如图7所示。
进一步的，空心扁股线7的中空部分通入有流体冷却介质。流体冷却介质为水或乙二醇。空心扁股线7的内外表面均涂覆有绝缘漆膜，实心扁股线8的外表面也涂覆有绝缘漆膜，连续平直线棒外表面缠有绝缘布带。
具体实施方式二：本实施方式所述的是含有具体实施方式一所述变截面低损耗自冷却跑道式绕组的永磁电机定子，上述连续平直线棒根据定子铁心长度和定子齿宽度在线模中一圈一圈连续绕制成跑道式绕组，每匝线圈沿扁铜线高度方向依次垂直排列。
绕制完成的跑道式绕组直接嵌套在每一个定子齿3上，节距为1，跑道式绕组槽内定子槽部绕组4与槽高方向平行。嵌套完一个跑道式绕组后，在线圈两边分别放置层间绝缘后再继续嵌套另一个跑道式绕组。跑道式绕组全部嵌套完成后，从定子铁心1一端分别插入槽楔压紧。

Claims (6)

1.永磁电机的变截面低损耗自冷却跑道式绕组，其特征在于，包括由一根连续平直线棒沿跑道形状绕制而成的N匝线圈，N为正整数，
连续平直线棒包括一根空心扁股线(7)和偶数根实心扁股线(8)，偶数根实心扁股线(8)平均分为两列排布，每一列均沿其厚度方向排布，空心扁股线(7)位于任意一列、使得另外一列的列尾或列首存在一个股线空位，
与股线空位相邻的股线始终沿顺时针方向或逆时针方向对股线空位进行补位，当股线空位回到其初始位置时，构成一个小连接段(6)，如此循环，当任意一根股线回到其初始位置时，构成一个大连接段，两个大连接段构成一匝线圈；
空心扁股线(7)横截面的内外轮廓均为圆角矩形，且二者的几何中心重合，外轮廓与内轮廓的宽度分别为W和w、高度分别为H和h，W-w＝H-h；
空心扁股线(7)和实心扁股线(8)的宽度相等，空心扁股线(7)的高度大于实心扁股线(8)的高度；
空心扁股线(7)横截面实心部分的面积等于实心扁股线(8)横截面的面积；
空心扁股线(7)的中空部分通入有流体冷却介质。
2.根据权利要求1所述的永磁电机的变截面低损耗自冷却跑道式绕组，其特征在于，流体冷却介质为水或乙二醇。
3.根据权利要求1所述的永磁电机的变截面低损耗自冷却跑道式绕组，其特征在于，跑道形线圈包括两个直线段和两个端部段，直线段和端部段的长度分别为L和W，则连续平直线棒的总长度为T＝2×N×(L+W)。
4.根据权利要求3所述的永磁电机的变截面低损耗自冷却跑道式绕组，其特征在于，
小连接段(6)的长度为(L+W)/Q，
Q为一个大连接段所包含小连接段(6)的数量。
5.根据权利要求1所述的永磁电机的变截面低损耗自冷却跑道式绕组，其特征在于，
空心扁股线(7)的内外表面均涂覆有绝缘漆膜，实心扁股线(8)的外表面也涂覆有绝缘漆膜，连续平直线棒外表面缠有绝缘布带。
6.根据权利要求1所述的永磁电机的变截面低损耗自冷却跑道式绕组，其特征在于，每个小连接段(6)均包括4个首尾依次相接的子连接段，第一个子连接段的长度与第三个子连接段的长度相等，第二个子连接段的长度与第四个子连接段的长度相等，第一个子连接段的长度是第二个子连接段的2/3，
以任一股线为例，该股线由所在列移动到另一列的子连接段为横向子连接段，该股线在所在列内移动的子连接段为纵向子连接段，该股线位置不变的子连接段为直线子连接段。
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