CN113872364A - 一种漆包扁线与扁线电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种漆包扁线与扁线电机。该漆包扁线由导线与包覆在导线外围的绝缘材料构成，导线的任一纵向截面呈带若干凹陷的大矩形，所述凹陷呈一边开口的小矩形，开口边位于大矩形的上边和/或下边；相邻凹陷之间的导线宽度是所述导线的趋肤效应深度的1.8‑2.2倍；凹陷底部至大矩形对边的深度或者上下成对的凹陷底部之间的深度是所述导线的趋肤效应深度的0.8‑1.2倍。该漆包扁线能够有效减轻甚至解决因趋肤效应而导致的电阻增加，损耗功率增加的问题，在扁线电机等驱动系统中具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于漆包线技术领域，具体涉及一种漆包扁线与扁线电机。
背景技术
扁线电机是一种新型电机，其定子绕组所用的导线从常用的多根细的圆线转变成几根粗的矩形导线，俗称扁线。
与传统圆线电机相比，扁线电机具有如下优点：
(1)在相同功率条件下，扁线体积更小，用材更少，成本更低，或者在相同体积条件下，扁线槽满率提升，功率密度提升。圆线变成扁线，从理论上来说，在空间不变的前提下，填充的铜可以增加20-30％，从某种程度上等同于增加20-30％的功率。
(2)温度性能更好。由于内部空隙变少，扁线与扁线之间的接触面积大，散热和热传导更好；绕组和铁心槽之间接触更好，热传导更好；而电机对散热和温度是非常敏感的，散热性变好，性能会提升。有人通过温度场仿真，得出相同设计的扁铜线电机绕组温升比圆铜线电机低10％。
(3)电磁噪音更低，使电枢具备更好的刚度，对电枢噪音具有抑制作用；并且，通过相对较小的槽口尺寸能够有效降低齿槽力矩，进一步降低电机电磁噪音。
但是，由于工艺限制，扁线电机中定子的每个槽内的导体数较少，只能采用较大截面的导体，较大的截面会导致趋肤效应，即，当导体内通过交流电流时导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小，结果使导体的电阻增加，损耗功率也增加，因此限制了扁线电机的推广应用。
发明内容
针对上述技术现状，本发明提供一种漆包扁线，能够减轻甚至解决趋肤效应造成的导线电阻增加，损耗功率增加的问题。
本发明提供的技术方案为：一种漆包扁线，如图1-4所示，由导线(1)与绝缘材料(2)构成；绝缘材料(2)包覆在导线(1)外围；导线(1)的长度方向为横向，与横向相垂直的截面为纵向截面；其特征是：所述导线(1)的任一纵向截面呈带若干凹陷(3)的大矩形，所述大矩形的上边与下边构成导线深度方向的对边，所述大矩形的左边与右边构成导线宽度方向的对边；
所述凹陷(3)呈一边开口的小矩形，开口边位于所述大矩形的上边和/或下边；
如图2所示，当所述开口边位于大矩形的上边或下边时：
相邻凹陷(3)之间的导线宽度(12)是所述导线的趋肤效应深度的1.8-2.2倍，优选为1.9-2.1倍，最优选为2倍；
所述凹陷底边至大矩形对边的深度(16)是所述导线的趋肤效应深度的0.8-1.2倍，优选为0.9-1.1倍，最优选为1倍；
如图4所示，当所述开口边位于大矩形的上边和下边时：
所述凹陷上下成对设置，并且每对凹陷中，下方凹陷位于上方凹陷的正下方；
上方凹陷中，相邻凹陷(3)之间的导线宽度(12)是所述导线的趋肤效应深度的1.8-2.2倍，优选为1.9-2.1倍，最优选为2倍；
下方凹陷中，相邻凹陷(3)之间的导线宽度(12)是所述导线的趋肤效应深度的1.8-2.2倍，优选为1.9-2.1倍，最优选为2倍；
并且，成对凹陷的底部之间的深度(17)是所述导线的趋肤效应深度的0.8-1.2倍，优选为0.9-1.1倍，最优选为1倍。
如图2所示，当所述开口边位于大矩形的上边或下边时：
作为优选，所述大矩形的左边与其相邻的凹陷之间的导线宽度(13)是所述导线的趋肤效应深度的0.8-1.2倍，优选为1.9-2.1倍，最优选为2倍；
作为优选，所述大矩形的右边与其相邻的凹陷之间的导线宽度(14)是所述导线的趋肤效应深度的0.8-1.2倍，优选为1.9-2.1倍，最优选为2倍。
如图4所示，当所述开口边位于大矩形的上边和下边时：
作为优选，所述大矩形的左边与其相邻的上方凹陷之间的导线宽度(13)是所述导线的趋肤效应深度的0.8-1.2倍，优选为1.9-2.1倍，最优选为2倍；
作为优选，所述大矩形的右边与其相邻的上方凹陷之间的导线宽度(14)是所述导线的趋肤效应深度的0.8-1.2倍，优选为1.9-2.1倍，最优选为2倍；
作为优选，所述大矩形的左边与其相邻的下方凹陷之间的导线宽度(13)是所述导线的趋肤效应深度的0.8-1.2倍，优选为1.9-2.1倍，最优选为2倍；
作为优选，所述大矩形的右边与其相邻的下方凹陷之间的导线宽度(14)是所述导线的趋肤效应深度的0.8-1.2倍，优选为1.9-2.1倍，最优选为2倍。
所述凹陷(3)的宽度(15)较小为宜，优选为0.5mm-1.5mm。
作为优选，当所述开口边位于大矩形的上边或下边时，相邻凹陷之间的导线宽度(12)相等。
作为优选，当所述开口边位于大矩形的上边和下边时，上方凹陷中，相邻凹陷之间的导线宽度(12)相等。
作为优选，当所述开口边位于大矩形的上边和下边时，下方凹陷中，相邻凹陷之间的导线宽度(12)相等。
作为优选，当所述开口边位于大矩形的上边或下边时，各凹陷的深度(11)相等。
作为优选，当所述开口边位于大矩形的上边和下边时，上方凹陷中各凹陷的深度(11)相等。
作为优选，当所述开口边位于大矩形的上边和下边时，下方凹陷中各凹陷的深度(11)相等。
所述导线材料不限，例如可以是铜、铁、锌等金属或其合金，优选为电阻率效率小于2×10-7Ω·m的材料。
所述绝缘材料不限，优选为电阻率大于1010Ω·m的材料，例如可以是高分子绝缘材料，环氧树脂，金属氧化物等。
本发明中，所述大矩形与小矩形是相对而言的，即小矩形的面积小于大矩形的面积。为了区分，称为大矩形与小矩形。
本发明中，所述导线的趋肤效应深度的计算方式为：
其中，δ是趋肤效应深度，ρ是导线的电阻率，f为导线中电流工作频率，μ为导线材料的磁导率。
现有的扁线中，导体的纵向截面呈矩形，由于趋肤效应，当导体内通过交流电流时电流集中在导体表面的趋肤效应深度的薄层，而导体内部的实际电流很小(即，这部分导体被“闲置”)，导致导线电阻增加，损耗功率增加。本发明通过在导体的上表面和/或下表面设置若干凹陷结构，使导体整体呈带多齿的梳子型(如图2所示)或鱼骨型(如图4所示)，并且控制相邻凹陷之间的导线宽度是所述导线的趋肤效应深度的大约2倍，以及控制凹陷底部至大矩形对边的深度或者上下成对的凹陷底部之间的深度是所述导线的趋肤效应深度的大约1倍，具有如下有益效果：
当交流电流通过该带多齿的梳子型或鱼骨型导体时：
在齿部(即，大矩形端部至凹槽的导线部分以及相邻凹槽之间的导线部分)，由于齿部宽度是趋肤效应深度的大约2倍，因此，通过齿部的电流基本占满齿部宽度，即，基本无“闲置”导体部分，从而使该部分导体被有效利用，能够有效减轻甚至解决因趋肤效应而导致的电阻增加，损耗功率增加的问题；
在除齿部之外的主干部，由于其深度是趋肤效应深度的大约1倍，因此，通过主干部的电流基本占满主干部的深度，即，基本无“闲置”导体部分，从而使该部分导体被有效利用，能够有效减轻甚至解决因趋肤效应而导致的电阻增加，损耗功率增加的问题。
因此，当本发明的漆包扁线用于扁线电机的定子绕组时，能够减轻甚至解决电阻增加，电机损耗功率增加的问题，有利于包含扁线电机的电驱动系统的推广应用。
附图说明
图1是本发明漆包扁线的一种结构示意图。
图2是图1的纵向截面结构示意图。
图3是本发明漆包扁线的另一种结构示意图。
图4是图3的纵向截面结构示意图。
图2、4中的附图标记为：导线1、绝缘材料2、凹陷3、凹陷的深度11、相邻凹陷之间的导线宽度12、大矩形的左边与相邻的凹陷之间的导线宽度13、大矩形的右边与相邻的凹陷之间的导线宽度14、凹陷的宽度15，凹陷底边至大矩形对边的深度16、成对凹陷的底部之间的深度17。
具体实施方式
下面结合实施例与附图对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1：
如图1所示，漆包扁线整体呈带多齿的梳子型，由导线1与绝缘材料2构成，绝缘材料2包覆在导线1外围，导线1的长度方向为横向，与横向相垂直的截面为纵向截面。
如图2所示，导线1的任一纵向截面呈带3个凹陷3的大矩形，大矩形的上边与下边构成导线深度方向的对边，大矩形的左边与右边构成导线宽度方向的对边。
每个凹陷3呈一边开口的小矩形，开口边位于所述大矩形的下边。
本实施例中，导线材料是铜，绝缘材料是环氧树脂。该导线的趋肤效应深度的计算方式如下：
其中，δ是趋肤效应深度，ρ是导体的电阻率，f为导体中电流工作频率，μ为导体材料的磁导率。
选定电流的工作频率为800Hz，铜的电阻率1.75×10-8Ω·m，铜的磁导率为4π×10-7，可以得出电流工作频率为800Hz时，
即，趋肤效应深度为2.354mm。
本实施例中，大矩形的深度为5mm，宽度为21.4mm。
本实施例中，各凹陷的宽度15均为1mm，各凹陷的深度11均为2.7mm。
本实施例中，相邻凹陷之间的宽度12均为4.6mm，并且大矩形的左边与其相邻的凹陷之间的导线宽度13为4.6mm，大矩形的右边与其相邻的凹陷之间的导线宽度14为4.6mm，每个凹陷底边至大矩形上边的深度16均为2.3mm。
当工作频率为800Hz的交流电流通过该带多齿的梳子型扁线时：
在齿部，由于齿部宽度(对应宽度12、13与14)是趋肤效应深度的大约2倍，因此，通过齿部的电流基本占满齿部宽度，即，基本无“闲置”导体部分，从而使该部分导体被有效利用，有效减轻甚至解决因趋肤效应而导致的电阻增加，损耗功率增加的问题。
在除齿部之外的导线主干部，由于其深度16是2.3mm，是趋肤效应深度的大约1倍，因此，通过主干部的电流基本占满主干部的深度，即，基本无“闲置”导体部分，从而使该部分导体被有效利用，有效减轻甚至解决因趋肤效应而导致的电阻增加，损耗功率增加的问题。
因此，该漆包扁线作为扁线电机的绕组而应用于电驱动系统中具有良好的应用前景。
实施例2
如图1所示，漆包扁线整体呈带多齿的鱼骨型，由导线1与绝缘材料2构成，绝缘材料2包覆在导线1外围，导线1的长度方向为横向，与横向相垂直的截面为纵向截面。
如图2所示，导线1的任一纵向截面呈带8个凹陷3的大矩形，大矩形的上边与下边构成导线深度方向的对边，大矩形的左边与右边构成导线宽度方向的对边。
每个凹陷3呈一边开口的小矩形，8个凹陷上下成对设置，即，其中4个小矩形的开口边位于所述大矩形的上边，构成上方凹陷，4个小矩形的开口边位于所述大矩形的下边，构成下方凹陷，并且每对凹陷中，下方凹陷位于上方凹陷的正下方。
本实施例中，导线材料是铜，绝缘材料是环氧树脂。该导线的趋肤效应深度的计算方式如下：
其中，δ是趋肤效应深度，ρ是导体的电阻率，f为导体中电流工作频率，μ为导体材料的磁导率。
选定电流的工作频率为800Hz，铜的电阻率1.75×10-8Ω·m，铜的磁导率为4π×10-7，可以得出电流工作频率为800Hz时，
即，趋肤效应深度为2.354mm。
本实施例中，大矩形的深度为7.7mm，宽度为27mm。
本实施例中，每个凹陷的宽度15均为1mm，各凹陷的深度11均为2.7mm。
本实施例中，上方凹陷中，相邻凹陷之间的宽度12均为4.6mm，并且大矩形的左边与其相邻的凹陷之间的导线宽度13为4.6mm，大矩形的右边与其相邻的凹陷之间的导线宽度14为4.6mm；下方凹陷中，相邻凹陷之间的宽度12均为4.6mm，并且大矩形的左边与其相邻的凹陷之间的导线宽度13为4.6mm，大矩形的右边与其相邻的凹陷之间的导线宽度14为4.6mm。
当工作频率为800Hz的交流电流通过该带多齿的梳子型扁线时：
在齿部，由于齿部宽度(对应宽度12、13与14)是趋肤效应深度的大约2倍，因此，通过齿部的电流基本占满齿部宽度，即，基本无“闲置”导体部分，从而使该部分导体被有效利用，有效减轻甚至解决因趋肤效应而导致的电阻增加，损耗功率增加的问题。
在除齿部之外的主干部位，由于其深度17是2.3mm，是趋肤效应深度的大约1倍，因此，通过主干部的电流基本占满主干部的深度，即，基本无“闲置”导体部分，从而使该部分导体被有效利用，有效减轻甚至解决因趋肤效应而导致的电阻增加，损耗功率增加的问题。
因此，该漆包扁线作为扁线电机的绕组而应用于电驱动系统中具有良好的应用前景。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种漆包扁线，由导线(1)与绝缘材料(2)构成，绝缘材料(2)包覆在导线(1)外围；导线(1)的长度方向为横向，与横向相垂直的截面为纵向截面；其特征是：
所述导线(1)的任一纵向截面呈带若干凹陷(3)的大矩形，所述大矩形的上边与下边构成导线深度方向的对边，所述大矩形的左边与右边构成导线宽度方向的对边；
所述凹陷(3)呈一边开口的小矩形，开口边位于所述大矩形的上边和/或下边；
当所述开口边位于大矩形的上边或下边时：
相邻凹陷(3)之间的导线宽度(12)是所述导线的趋肤效应深度的1.8-2.2倍；所述凹陷底边至大矩形对边的深度(16)是所述导线的趋肤效应深度的0.8-1.2倍；
当所述开口边位于大矩形的上边和下边时：
所述凹陷上下成对设置，并且每对凹陷中，下方凹陷位于上方凹陷的正下方；
上方凹陷中，相邻凹陷(3)之间的导线宽度(12)是所述导线的趋肤效应深度的1.8-2.2倍；
下方凹陷中，相邻凹陷(3)之间的导线宽度(12)是所述导线的趋肤效应深度的1.8-2.2倍；
并且，成对凹陷的底部之间的深度(17)是所述导线的趋肤效应深度的0.8-1.2倍。
2.如权利要求1所述的漆包扁线，其特征是：当所述开口边位于大矩形的上边或下边时，相邻凹陷(3)之间的导线宽度(12)是所述导线的趋肤效应深度的1.9-2.1倍，优选为2倍；
作为优选，当所述开口边位于大矩形的上边和下边时：
上方凹陷中，相邻凹陷(3)之间的导线宽度(12)是所述导线的趋肤效应深度的1.9-2.1倍，更优选为2倍；
下方凹陷中，相邻凹陷(3)之间的导线宽度(12)是所述导线的趋肤效应深度的1.9-2.1倍，更优选为2倍。
3.如权利要求1所述的漆包扁线，其特征是：当所述开口边位于大矩形的上边或下边时，所述凹陷底边至大矩形对边的深度(16)是所述导线的趋肤效应深度的0.9-1.1倍，优选为1倍；
作为优选，当所述开口边位于大矩形的上边和下边时，成对凹陷的底部之间的深度(17)是所述导线的趋肤效应深度的0.9-1.1倍，更优选为1倍。
4.如权利要求1所述的漆包扁线，其特征是：当所述开口边位于大矩形的上边或下边时，所述大矩形的左边与其相邻的凹陷之间的导线宽度(13)是所述导线的趋肤效应深度的0.8-1.2倍，优选为1.9-2.1倍，最优选为2倍；
作为优选，所述大矩形的右边与其相邻的凹陷之间的导线宽度(14)是所述导线的趋肤效应深度的0.8-1.2倍，优选为1.9-2.1倍，最优选为2倍。
5.如权利要求1所述的漆包扁线，其特征是：当所述开口边位于大矩形的上边和下边时，所述大矩形的左边与其相邻的上方凹陷之间的导线宽度(13)是所述导线的趋肤效应深度的0.8-1.2倍，优选为1.9-2.1倍，最优选为2倍；
作为优选，所述大矩形的右边与其相邻的上方凹陷之间的导线宽度(14)是所述导线的趋肤效应深度的0.8-1.2倍，优选为1.9-2.1倍，最优选为2倍；
作为优选，所述大矩形的左边与其相邻的下方凹陷之间的导线宽度(13)是所述导线的趋肤效应深度的0.8-1.2倍，优选为1.9-2.1倍，最优选为2倍；
作为优选，所述大矩形的右边与其相邻的下方凹陷之间的导线宽度(14)是所述导线的趋肤效应深度的0.8-1.2倍，优选为1.9-2.1倍，最优选为2倍。
6.如权利要求1所述的漆包扁线，其特征是：所述凹陷(3)的宽度(15)为0.5mm-1.5mm。
7.如权利要求1所述的漆包扁线，其特征是：相邻凹陷(3)之间的导线宽度(12)相等。
8.如权利要求1所述的漆包扁线，其特征是：当所述开口边位于大矩形的上边或下边时，相邻凹陷之间的导线宽度(12)相等；
作为优选，当所述开口边位于大矩形的上边和下边时，上方凹陷中，相邻凹陷之间的导线宽度(12)相等；
作为优选，当所述开口边位于大矩形的上边和下边时，下方凹陷中，相邻凹陷之间的导线宽度(12)相等。
9.如权利要求1所述的漆包扁线，其特征是：当所述开口边位于大矩形的上边或下边时，各凹陷的深度(11)相等；
作为优选，当所述开口边位于大矩形的上边和下边时，上方凹陷中各凹陷的深度(11)相等；
作为优选，当所述开口边位于大矩形的上边和下边时，下方凹陷中各凹陷的深度(11)相等。
10.如权利要求1所述的漆包扁线，其特征是：所述导线材料的电阻率效率小于2×10-7Ω·m的材料；
作为优选，所述绝缘材料的电阻率大于1010Ω·m。
11.一种扁线电机，包括定子绕组，其特征是：所述定子绕组采用权利要求1至10中任一权利要求所用的漆包扁线。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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