CN113595347B - 用于电机的单线无三相并接断头绕线工艺及其应用的电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电机的单线无三相并接断头绕线工艺及其应用的电机，通过自动绕线设备对定子齿根据预设的三相绕组目标进行单线绕设，自动绕线设备的绕线机械臂采用控制器进行驱动控制，当绕设至需要对相邻不同相绕组并接输出的位置时，绕线机械臂将其所对应的单相绕组向定子外侧延伸后，通过弯折返回定子内侧继续对定子齿进行与延伸前绕组相不同的单相绕组绕设，将向定子外侧延伸的绕组弯折点作为单相绕组的无断点接头输出点；本发明不仅避免了三相并接时进行断头连接所耗费的工序时间以及所产生的废线，而且无需设置附加防护固定装置，显著节约了电机绕组成本，同时提出的绕线工艺快速便捷，提高了单线无三相并接断头绕线工艺的实施效率。

Description

用于电机的单线无三相并接断头绕线工艺及其应用的电机

技术领域

本发明属于电机绕组设计领域，具体涉及了一种用于电机的单线无三相并接断头绕线工艺，本发明还涉及了该单线无三相并接断头绕线工艺应用的电机。

背景技术

为了提高电机绕组的槽满率，本申请人在线提出了具有特定层数分布的绕组基本单元设计(可参见CN113036971A以及申请号为202110681900.7的在先申请)，并采用单线完成绕组的绕设。然而，本申请人在做进一步的推广实施应用后发现，由于采用单线绕组，需要对绕组进行断开，然后进行各相绕组的并行焊接，不可避免地会发生较多数量的绕组接头(通常采用三相并接的星形接法)，接头不仅耗用了较多工序，而且导致了较多断头废线，同时还需要额外为各绕组接头准备防护固定装置，导致制造成本的增加，而且也不利于结构美观度；具体可分别参见图3和图4所示的具有2个电机基本单元和具有4个电机基本单元的单线电机绕组结构，其中，图3所示的2个电机基本单元的单线电机绕组需要做2个三相((包括U相、V相、W相)并接a1、a2(至少需要做6处断头)；图4所示的4个电机基本单元的单线电机绕组需要做4个三相并接b1、b2、b3和b4(至少需要做12处断头)，当电机基本单元的数量越多，所需的三相并接断头数量更多。

为了解决以上技术问题，申请人对无接头绕组技术进行了检索，发现公告号为CN2896668Y的实用新型专利公开了一种直线抽油电机无接头绕线工艺装备,将抽油电机定子水平安装在旋转支架上,其心轴通过传动副与减速电机主轴连接,在多组三相线圈起始部位径向,安装一副随动挂架,其中一相线轴安装在旁边的线轴支架上,另外两相线轴安装在定子起始部位的随动挂架上。在抽油电机定子三相绕组线圈绕线时,每绕完一相线圈,无需剪断线头再绕另一相线圈,最后再将各组同相线圈接头焊接起来等辅助工作,实现多组三相绕组线圈,每相多组线圈仅为一根绕线，但其应用的定子结构及其绕线结构与常规电机结构具有明显区别，无法应用于常规领域；而公开号为CN104617721A的发明专利公开了高效交流电动机定子绕组的制备方法，包括绕线、穿线、嵌线工艺。所述绕线工艺为：每相U、V、W有六个线圈U1、U2、U3、U4、V1、V2、V3、V4、W1、W2、W3、W4，其中每相6个线圈连续绕成，绕后的线圈绕向一致，每相6个线圈之间无接头；其中W1、W3、V2、V4、U2、U4均包括2个大线圈，大线圈的跨距1～9槽，W2、W4、V1、V3、U1、U3均是1个小线圈，跨距1～8槽。所述穿线工艺在所述绕线工艺之后、所述嵌线工艺之前，穿线工艺的作用是使每相的大线圈与小线圈的绕向相反，该方案采用多组并绕，显然不适合用于单线绕设工艺。

基于本申请发明人在本领域的多年专注研究经验，本申请人希望寻求技术方案来解决以上技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于电机的单线无三相并接断头绕线工艺及其应用的电机，不仅避免了三相并接时进行断头连接所耗费的工序时间以及所产生的废线，而且无需设置附加防护固定装置，显著节约了电机绕组成本，同时提出的绕线工艺快速便捷，显著提高了单线无三相并接断头绕线工艺的实施效率，非常适合进行规模推广实施。

本发明的技术方案如下：

一种用于电机的单线无三相并接断头绕线工艺，所述电机包括磁耦合安装为一体的定子和永磁转子，所述定子设有若干呈圆周间隔状分布的定子齿，相邻定子齿之间形成绕组槽，所述绕线工艺通过自动绕线设备对所述定子齿根据预设的三相绕组目标进行单线绕设，其中，所述三相绕组采用三角形接法，所述自动绕线设备的绕线机械臂采用控制器进行驱动控制，当绕设至需要对相邻不同相绕组并接输出的位置时，所述绕线机械臂将其所对应的单相绕组向定子外侧延伸后，通过弯折返回定子内侧继续对定子齿进行与延伸前绕组相不同的单相绕组绕设，将向定子外侧延伸的绕组弯折点作为单相绕组的无断点接头输出点。当每个绕组槽具有同等匝数绕组的条件下，本申请涉及的电机转速＝1.732*采用常规星形接法绕组的电机转速(具有多断点接头输出绕组)。

优选地，所述自动绕线设备通过勾线臂对向定子外侧延伸的绕组进行勾线限位，实现所述弯折效果。

优选地，所述绕组采用漆包线，通过剥离或熔化或腐蚀去除所述绕组弯折点的绝缘层，实现无断点接头输出。

优选地，所述电机由1个或多个电机基本单元组成，各电机基本单元分别采用独立控制信号实现驱动运行，且各电机基本单元之间无电角度差异；单个电机基本单元中的极对数与绕组槽数采用互为质数关系，同时单个绕组基本单元中的极数与绕组槽数采用互为质数关系。

优选地，当电机采用多个电机基本单元时，将相同绕组相的各电机基本单元的无断点接头输出点进行并接输出。

优选地，通过外部连接线分别与相同绕组相的各电机基本单元的无断点接头输出点进行电连接。

优选地，各电机基本单元中每相绕组的无断点接头输出点数量为1个。

优选地，所述自动绕线设备包括绕线机械臂和勾线臂；所述绕线机械臂包括分别安装在绕线臂上的进线嘴和绕线嘴，所述绕线臂采用控制器驱动控制，通过控制驱动所述绕线臂使得绕线嘴带动绕组向定子外侧进行延伸至所述勾线臂，通过所述勾线臂对延伸的绕组进行勾线限位，实现所述弯折效果。

优选地，一种电机，所述电机采用如上所述的单线无三相并接断头绕线工艺。

优选地，所述电机采用永磁同步电机，应用于两轮或三轮电动车中。

本申请创造性地提出了将绕组向定子外侧延伸弯折形成无断点接头输出点，具体通过绕线机械臂组合勾线臂在进行单线绕设的过程中将绕组向定子外侧延伸弯折，且将绕组在弯折前后所对应的绕组相设置为不相同，进而实现三相绕组的输出连接，可以直接替代三相并接时具有多断头连接点的绕组结构，不仅避免了三相并接时进行断头连接所耗费的工序时间以及所产生的废线，而且无需设置附加防护固定装置，显著节约了电机绕组成本，同时本申请提出的绕线工艺快速便捷，显著提高了单线无三相并接断头绕线工艺的实施效率，非常适合进行规模推广实施。

附图说明

图1是本申请实施例1中的定子结构示意图(未示出绕组)；

图2是本申请实施例1中的单线无断点接头绕组结构示意图；

图3是本申请背景技术所述的常规单线绕组结构示意图(2个电机基本单元)；

图4是本申请背景技术所述的常规单线绕组结构示意图(4个电机基本单元)；

图5是本申请实施例2中的单线无断点接头绕组结构示意图；

图6是本申请实施例3中的单线无断点接头绕组结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种用于电机的单线无三相并接断头绕线工艺，电机包括磁耦合安装为一体的定子和永磁转子，定子设有若干呈圆周间隔状分布的定子齿，相邻定子齿之间形成绕组槽，绕线工艺通过自动绕线设备对定子齿根据预设的三相绕组目标进行单线绕设，其中，三相绕组采用三角形接法；自动绕线设备的绕线机械臂采用控制器进行驱动控制，当绕设至需要对相邻不同相绕组并接输出的位置时，绕线机械臂将其所对应的单相绕组向定子外侧延伸后，通过弯折返回定子内侧继续对定子齿进行与延伸前绕组相不同的单相绕组绕设，将向定子外侧延伸的绕组弯折点作为单相绕组的无断点接头输出点。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1：一种电机，电机采用永磁同步电机，可以根据实际需要应用于两轮或三轮电动车中，在本实施方式中，永磁同步电机包括磁耦合安装为一体的定子1和永磁转子，定子1安装在定子安装架2上，定子1设有若干呈圆周间隔状分布的定子齿11，相邻定子齿11之间形成绕组槽12，具体地，请参见图1所示，在本实施方式中，电机采用26对极48绕组槽12，也就是说，定子齿11的数量为48个，当然地，也可以采用其他规格的电机；优选地，为了进一步提高电机的驱动效果，在本实施方式中，电机的跨距系数＝1；其中，跨距系数取与绕组槽数量/极数之间比值相同或最接近的正整数；具体优选地，例如采用，5对极12绕组槽、14对极24绕组槽、13对极24绕组槽、16对极36绕组槽、30对极54绕组槽或40对极72绕组槽等，本实施例不做唯一限定；

请参见图2所示，在本实施方式中，定子1采用单线无三相并接断头绕线工艺进行三相绕组的绕设，该电机绕线工艺通过自动绕线设备对定子齿11根据预设的三相绕组(包括U相、V相、W相)目标进行单线绕设，三相绕组目标设定为三角形接法；其中，自动绕线设备的绕线机械臂采用控制器进行驱动控制，当绕设至需要对相邻不同相绕组并接输出的位置时，绕线机械臂将其所对应的单相绕组向定子外侧延伸后，通过弯折返回定子1内侧继续对定子齿进行与延伸前绕组相不同的单相绕组绕设，将向定子1外侧延伸的绕组弯折点作为单相绕组的无断点接头输出点c1、c2、c3；具体优选地，在本实施方式中，自动绕线设备可以采用公知的自动绕线设备结构，只要根据本实施例要求的绕线工艺方案所需的驱动方案预先输入存储在控制器中，确保自动绕线设备按预定的目标绕线工艺方案进行驱动控制即可，对于自动绕线设备的其余相关结构，本实施例不做特别唯一限制，这些都是本领域技术人员基于本申请的记载方案可做出的常规技术选择；优选地，自动绕线设备包括绕线机械臂和勾线臂；绕线机械臂包括分别安装在绕线臂上的进线嘴和绕线嘴，绕线臂采用控制器驱动控制，通过控制驱动绕线臂使得绕线嘴带动绕组向定子外侧进行延伸至勾线臂，通过勾线臂对向定子外侧延伸的绕组进行勾线限位，实现对延伸的绕组进行弯折的效果，整个操作过程便捷且高效，直接避免了常规电机绕组中的三相并接断头连接输出结构；优选地，在本实施方式中，在进行单线绕设的过程中，可以根据定子的实际规格预先设置绕线机械臂需要将目标位置的绕组进行向外侧延伸的长度，本实施例不做特别限定；优选地，在本实施方式中绕组采用漆包铜线，优选地，漆包铜线的线径范围为0.7-1.3mm；在本实施方式中，在绕设完毕后，可以通过剥离或熔化或腐蚀去除绕组弯折点的绝缘层(即为漆包铜线的绝缘包覆防护层)，实现无三相并接断点接头输出；还需要特别说明的是，为了绕组的实际快速接线，本实施例涉及的各绕组相之间的连接根据需要，仍然可以采用断点连接工艺。

优选地，在本实施方式中，电机由1个电机基本单元组成，在其他实施方式中，当然也可以采用多个电机基本单元组成，具体可参见实施例2和实施例3；各电机基本单元中每相绕组的无断点接头输出点数量为1个。

在每个绕组槽具有同等匝数绕组以及具有相同电机单元数量的条件下，本实施例的电机转速＝1.732*采用常规星形接法的电机转速(具有多个绕组接头)，又由于电机转速同并联电机单元数量成比例关系；本实施例1的电机转速接近于具有图3所示电机绕组的常规电机转速。

实施例2：本实施例2的其余技术方案同实施例1，区别在于，在本实施例2中，请参见图5所示，电机由2个电机基本单元组成，各电机基本单元分别采用独立控制信号实现驱动运行，且各电机基本单元之间无电角度差异，为了进一步提高电机的驱动效率，在本实施方式中，单个电机基本单元中的极对数与绕组槽数采用互为质数关系，同时单个绕组基本单元中的极数与绕组槽数采用互为质数关系；相对于采用非互为质数关系的相关方案，本实施例具有更加优异的驱动性能；

在本实施方式中，将相同绕组相的各电机基本单元的无断点接头输出点(包括d1、d2、d3、d4、d5、d6)进行并接输出，优选地，在本实施方式中，通过外部连接线(可同样采用漆包铜线)分别与相同绕组相的各电机基本单元的无断点接头输出点进行电连接，具体可以采用焊接连接。

实施例3：本实施例3的其余技术方案同实施例2，区别在于，在本实施例3中，电机采用30对极54绕组槽；请参见图6所示，电机由6个电机基本单元组成；在本实施方式中，将相同绕组相的各电机基本单元的无断点接头输出点(包括e1、d2、d3、d4、d5、d6)进行并接输出，优选地，在本实施方式中，通过外部连接线(可同样采用漆包铜线)分别与相同绕组相的各电机基本单元的无断点接头输出点进行电连接，具体可以采用焊接连接。

当然地，基于本申请的发明构思，还可以应用于具有其他规格对极、绕组槽的电机，也可以采用其他合适数量的电机基本单元，本实施例对此不做特别限定，本领域技术人员可以基于本申请的记载内容结合本领域的公知常识得到各种变化的实施方式，这些都应属于本申请的实施范围。

还需要特别说明的是，本申请涉及的单线无断点接头绕组结构可以根据实际需要制备单层或多层绕组结构，例如可具体结合应用在本申请人的相关在先专利申请中(例如：公开号为CN113036971A以及申请号为202110681900.7)，这些都是本领域技术人员结合本申请可做出的常规技术选择。当采用多层绕组方案时，尤其当应用尤其应用(n+1)层-n层式绕组分布结构时，优选地，本申请在实施时，永磁转子包括若干永磁磁钢，永磁磁钢的剩磁Br不小于1.2T，和/或且其矫顽力HCj不小于15Koe，即为15000Oe(奥斯特)；剩磁Br的单位为T(特斯拉)；定子中每相绕组的槽数为2a个，其中，a为≥1的正整数；经过实际验证，采用高牌号磁钢可达到类似的增加电机磁能积效果，而体积还可小于常规磁钢；采用相同回转半径的电机时，可明显减少磁钢的厚度：磁钢厚度减小，直轴磁阻随之减小，电机绕组的直轴电感会随直轴磁阻的减小而增达，直轴电感增大电机弱磁能力得到增强，进而可以大幅降低电机在高倍弱磁时能量损耗；将其通过组合应用(n+1)层-n层式绕组分布结构的电机定子以及具有高牌号永磁磁钢的转子，实现了对电机产品的优异弱磁扩速能力，弥补了单线绕组电机存在的转速固定劣势，通过弱磁扩速使得电机产品在后续应用端可以灵活满足不同需求，极大地改善了普适性。

本实施例创造性地提出了将绕组向定子外侧延伸弯折形成无断点接头输出点，具体通过绕线机械臂在进行单线绕设的过程中将绕组向定子外侧延伸弯折，且将绕组在弯折前后所对应的绕组相设置为不相同，进而实现三相绕组的输出连接，可以直接替代三相并接时具有多断头连接点的绕组结构，不仅避免了三相并接时进行断头连接所耗费的工序时间以及所产生的废线，而且无需设置附加防护固定装置，显著节约了电机绕组成本，同时本实施例提出的绕线工艺快速便捷，显著提高了单线无三相并接断头绕线工艺的实施效率，非常适合进行规模推广实施。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种用于电机的单线无三相并接断头绕线工艺，所述电机包括磁耦合安装为一体的定子和永磁转子，所述定子设有若干呈圆周间隔状分布的定子齿，相邻定子齿之间形成绕组槽，其特征在于，所述绕线工艺通过自动绕线设备对所述定子齿根据预设的三相绕组目标进行单线绕设，其中，所述三相绕组采用三角形接法；所述自动绕线设备的绕线机械臂采用控制器进行驱动控制，当绕设至需要对相邻不同相绕组并接输出的位置时，所述绕线机械臂将其所对应的单相绕组向定子外侧延伸后，通过弯折返回定子内侧继续对定子齿进行与延伸前绕组相不同的单相绕组绕设，将向定子外侧延伸的绕组弯折点作为单相绕组的无断点接头输出点。

2.据权利要求1所述的单线无三相并接断头绕线工艺，其特征在于，所述自动绕线设备通过勾线臂对向定子外侧延伸的绕组进行勾线限位，实现所述弯折效果。

3.据权利要求1所述的单线无三相并接断头绕线工艺，其特征在于，所述绕组采用漆包线，通过剥离或熔化或腐蚀去除所述绕组弯折点的绝缘层，实现无断点接头输出。

4.根据权利要求1所述的单线无三相并接断头绕线工艺，其特征在于，所述电机由1个或多个电机基本单元组成，各电机基本单元分别采用独立控制信号实现驱动运行，且各电机基本单元之间无电角度差异，单个电机基本单元中的极对数与绕组槽数采用互为质数关系，同时单个绕组基本单元中的极数与绕组槽数采用互为质数关系。

5.根据权利要求1所述的单线无三相并接断头绕线工艺，其特征在于，当电机采用多个电机基本单元时，将相同绕组相的各电机基本单元的无断点接头输出点进行并接输出。

6.根据权利要求5所述的单线无三相并接断头绕线工艺，其特征在于，通过外部连接线分别与相同绕组相的各电机基本单元的无断点接头输出点进行电连接。

7.根据权利要求4所述的单线无三相并接断头绕线工艺，其特征在于，各电机基本单元中每相绕组的无断点接头输出点数量为1个。

8.根据权利要求1所述的单线无三相并接断头绕线工艺，其特征在于，所述自动绕线设备包括绕线机械臂和勾线臂；所述绕线机械臂包括分别安装在绕线臂上的进线嘴和绕线嘴，所述绕线臂采用控制器驱动控制，通过控制驱动所述绕线臂使得绕线嘴带动绕组向定子外侧进行延伸至所述勾线臂，通过所述勾线臂对延伸的绕组进行勾线限位，实现所述弯折效果。

9.一种电机，其特征在于，所述电机采用如权利要求1-8之一所述的单线无三相并接断头绕线工艺。

10.根据权利要求9所述的电机，其特征在于，所述电机采用永磁同步电机，应用于两轮或三轮电动车中。

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