CN114337154A - 三相单层链式绕组嵌线方法、定子组件、三相电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三相单层链式绕组嵌线方法、定子组件、三相电机，其中的三相单层链式绕组嵌线方法，包括：将同一定子槽内的各相绕组分为n份线圈，n为大于1的整数；依据预设的嵌线规则将每一个相下的n份线圈分n次嵌入到对应的目标定子槽内。根据本发明，一方面能够减小每次嵌线过程中损伤铜线的风险、降低嵌线难度、提高效率，另一方面，通过调整每次之间的嵌线相序，使得整形过程中三相绕组均匀变形，得到高对称度的三相负载，从而能够有效降低定子三相电阻、电感不平衡。

Description

三相单层链式绕组嵌线方法、定子组件、三相电机

技术领域

本发明属于电机设计技术领域，具体涉及一种三相单层链式绕组嵌线方法、定子组件、三相电机。

背景技术

目前常用的单层链式绕组分布如图1所示，以图中2极12槽单层链式绕组中U相为例进行介绍，电流从节点U1输入然后分别1→6、12→7，此时1→6与12→7头头尾尾相连形成2路并联电路；若将6号槽U21节点与12输入端连接，则为1路串联电路；其它两相原理与U相一致。图2为定子平面展开示意图，101定子槽、102定子绕组、103定子端部绕组(圆表示跨距)，其中102定子绕组是由一定匝数Nc以及并绕根数Nt的铜线组成。匝数Nc影响电机反电势，并绕根数Nt影响电机电流密度。

通常单层链式绕组是一种工艺简单，嵌线方便的绕组方式。但当应用于定子内径较小的大功率高速电机(高速电机转速高所以转子外径受限，导致定子内径同样较小)时存在以下缺陷：

①易伤线、损坏绝缘。嵌线时需要将整个线圈放到定子内部，当定子内径较小时，嵌线过程中铁心容易刮伤铜线、损伤绝缘层，运行时存在安全隐患；

②三相负载不平衡。如图2所示，嵌线过程中必然需先嵌入某一相以图中U相(虚线)为例，其它两相均叠加在U相之上，这就使得整形过程中U相为变形量最大的一相且远大于其它两相。最终导致电机三相电阻、电感不平衡，对于高速电机电阻、电感不平衡量至少＜5％。三相负载不平衡会导致：(1)三相电压不平衡，电机内存在逆序电流和逆序磁场存在，产生较大的逆序转矩，造成电动机三相电流分配不平衡，使某相绕组电流增大；(2)电机转矩会产生脉动振荡、产生噪声，同时三相不平衡导致谐波增加转子发热过量、降低电机的最大运行负荷等问题。

发明内容

因此，本发明提供一种三相单层链式绕组嵌线方法、定子组件、三相电机，能够克服现有技术中的三相单层链式绕组嵌线方式存在易伤线、损坏绝缘，最先嵌入定子槽内的绕组变形大导致三相负载不平衡的不足。

为了解决上述问题，本发明提供一种三相单层链式绕组嵌线方法，包括：

将同一定子槽内的各相绕组分为n份线圈，n为大于1的整数；

依据预设的嵌线规则将每一个相下的n份线圈分n次嵌入到对应的目标定子槽内。

在一些实施方式中，

当n为偶数时，所述预设的嵌线规则为：

采用第奇数份线圈嵌线方式嵌线，然后采用第偶数份线圈嵌线方式嵌线，之后交替采用第奇数份线圈嵌线方式与第偶数份线圈嵌线方式嵌线，直至所述n份线圈全部嵌入到对应的目标定子槽内。

在一些实施方式中，

采用以下方式进行第奇数份线圈嵌线：

选择三相中的任一相作为第一相，将所述第一相中的第奇数份线圈嵌入对应的目标定子槽内，然后，选择剩余两相中的任一相作为第二相，将所述第二相中的第奇数份线圈嵌入对应的目标定子槽内，再然后，选择最后一相作为第三相，将所述第三相中的第奇数份线圈嵌入对应的目标定子槽内；

采用以下方式进行第偶数份线圈嵌线：

将所述第三相中的第偶数份线圈嵌入对应的目标定子槽内，然后，将所述第二相中的第偶数份线圈嵌入对应的目标定子槽内，将所述第一相中的第偶数份线圈嵌入对应的目标定子槽内。

在一些实施方式中，

当n等于3时，所述预设的嵌线规则为：

选择三相中的任一相作为第一相，将所述第一相中的第一份线圈嵌入对应的目标定子槽内，然后，选择剩余两相中的任一相作为第二相，将所述第二相中的第一份线圈嵌入对应的目标定子槽内，再然后，选择最后一相作为第三相，将所述第三相中的第一份线圈嵌入对应的目标定子槽内；然后，

将所述第二相中的第二份线圈嵌入对应的目标定子槽内，然后，将所述第三相中的第二份线圈嵌入对应的目标定子槽内，将所述第一相中的第二份线圈嵌入对应的目标定子槽内；再然后，

将所述第三相中的第三份线圈嵌入对应的目标定子槽内，然后，将所述第一相中的第三份线圈嵌入对应的目标定子槽内，将所述第二相中的第三份线圈嵌入对应的目标定子槽内。

在一些实施方式中，

当n为大于3的奇数时，所述预设的嵌线规则为：

依据n为偶数时的所述预设的嵌线规则，对除最后三份线圈之外的偶数份线圈进行嵌线；

依据n等于3时的所述预设的嵌线规则，对最后三份线圈进行嵌线。

在一些实施方式中，

n份线圈中的每一份线圈内的线圈匝数相等。

本发明还提供一种定子组件，包括定子铁芯以及嵌装于所述定子铁芯的定子槽内的多层定子绕组，多层所述定子绕组采用上述的三相单层链式绕组嵌线方法形成。

本发明还提供一种三相电机，包括上述的定子组件。

本发明提供的一种三相单层链式绕组嵌线方法、定子组件、三相电机，嵌线时把单层链式绕组每槽内的绕组分多次嵌入，一方面能够减小每次嵌线过程中损伤铜线的风险、降低嵌线难度、提高效率，另一方面，通过调整每次之间的嵌线相序，使得整形过程中三相绕组均匀变形，得到高对称度的三相负载，从而能够有效降低定子三相电阻、电感不平衡。

附图说明

图1为现有技术中的2极12槽单层链式2路双星点接法绕组分布示意图

图2为现有技术中与图1相对应的定子组件的定子平面展开示意图；

图3为本发明实施例的定子组件的定子平面展开示意图。

附图标记表示为：

101、定子槽；102、定子绕组；103、定子端部绕组；201、定子铁芯。

具体实施方式

结合参见图1至图3所示，根据本发明的实施例，提供一种三相单层链式绕组嵌线方法，包括：

将同一定子槽101内的各相绕组分为n份线圈，n为大于1的整数；

依据预设的嵌线规则将每一个相下的n份线圈分n次嵌入到对应的目标定子槽101内。该技术方案中，嵌线时把单层链式绕组每槽内的绕组分多次嵌入，一方面能够减小每次嵌线过程中损伤铜线的风险、降低嵌线难度、提高效率，另一方面，通过调整每次之间的嵌线相序，使得整形过程中三相绕组均匀变形，得到高对称度的三相负载，从而能够有效降低定子三相电阻、电感不平衡。

当n为偶数时，所述预设的嵌线规则为：

采用第奇数份线圈嵌线方式嵌线，然后采用第偶数份线圈嵌线方式嵌线，之后交替采用第奇数份线圈嵌线方式与第偶数份线圈嵌线方式嵌线，直至所述n份线圈全部嵌入到对应的目标定子槽101内。具体的，采用以下方式进行第奇数份线圈嵌线：选择三相中的任一相作为第一相，将所述第一相中的第奇数份线圈嵌入对应的目标定子槽101内，然后，选择剩余两相中的任一相作为第二相，将所述第二相中的第奇数份线圈嵌入对应的目标定子槽101内，再然后，选择最后一相作为第三相，将所述第三相中的第奇数份线圈嵌入对应的目标定子槽101内；采用以下方式进行第偶数份线圈嵌线：将所述第三相中的第偶数份线圈嵌入对应的目标定子槽101内，然后，将所述第二相中的第偶数份线圈嵌入对应的目标定子槽101内，将所述第一相中的第偶数份线圈嵌入对应的目标定子槽101内。如此能够保持偶数份线圈的嵌线后线圈变形量的大体一致，从而使得最终电机定子三相电阻、电感不平衡度较小。具体例如当n＝4时，采用第奇数份线圈嵌线方式与第偶数份线圈嵌线方式嵌线交替2次即可全部嵌线完毕，而n＝6时，采用第奇数份线圈嵌线方式与第偶数份线圈嵌线方式嵌线交替3次即可全部嵌线完毕。

当n等于3时，所述预设的嵌线规则为：

选择三相中的任一相作为第一相，将所述第一相中的第一份线圈嵌入对应的目标定子槽101内，然后，选择剩余两相中的任一相作为第二相，将所述第二相中的第一份线圈嵌入对应的目标定子槽101内，再然后，选择最后一相作为第三相，将所述第三相中的第一份线圈嵌入对应的目标定子槽101内；然后，将所述第二相中的第二份线圈嵌入对应的目标定子槽101内，然后，将所述第三相中的第二份线圈嵌入对应的目标定子槽101内，将所述第一相中的第二份线圈嵌入对应的目标定子槽101内；再然后，将所述第三相中的第三份线圈嵌入对应的目标定子槽101内，然后，将所述第一相中的第三份线圈嵌入对应的目标定子槽101内，将所述第二相中的第三份线圈嵌入对应的目标定子槽101内。如此能够保持三份线圈的嵌线后线圈变形量的大体一致，从而使得最终电机定子三相电阻、电感不平衡度较小。

当n为大于3的奇数时，所述预设的嵌线规则为：依据n为偶数时的所述预设的嵌线规则，对除最后三份线圈之外的偶数份线圈进行嵌线；依据n等于3时的所述预设的嵌线规则，对最后三份线圈进行嵌线，例如n为5时，将前两份线圈先按照前述的偶数份线圈的嵌线规则进行嵌线，然后对后三份线圈按照前述的n等于3的嵌线规则嵌线，保证线圈整体的变形的均匀性；再例如n＝9时，将前6份线圈先按照前述的偶数份线圈的嵌线规则进行嵌线(第奇数份线圈嵌线方式与第偶数份线圈嵌线方式交替3次)，然后对后三份线圈按照前述的n等于3的嵌线规则嵌线，保证线圈整体的变形的均匀性，依次类推。

最好的，n份线圈中的每一份线圈内的线圈匝数相等。

根据本发明的实施例，还提供一种定子组件，包括定子铁芯201以及嵌装于所述定子铁芯201的定子槽101内的多层定子绕组102，多层所述定子绕组102采用上述的三相单层链式绕组嵌线方法形成。

根据本发明的实施例，还提供一种三相电机，包括上述的定子组件。

以下结合几个实施例对本发明的技术方案进一步阐述：

如图3所示，将原本每槽内Nc匝Nt根并绕的铜线(共Nc*Nt根)分n次(示意图中为2次，实际根据情况可以分3次甚至更多次)嵌线，即将原线圈分为Nc匝&Nt/n根后嵌线n次；

以2次为例介绍本发明，如图3中所示虚线层为第1次嵌线层，此时首次嵌入的U、V、W三相均在底层，且第1次嵌线次序为U、V、W(此处嵌线次序非必要，结合后续嵌线次序，2次嵌线次序可以调节)根据嵌线次序，此时底层三相绕组整形后的线圈的变形量从大到小为U＞V＞W；然后进行第2次嵌线，下线次序为W、V、U，此时第2次嵌线整形导致的变形量从大到小为W＞V＞U；最终2次嵌线整形变形量叠加，三相U、V、W变形量大小U≈V≈W，三相变形均匀大小相近。

有益效果：

①降低三相负载电阻、电感不平衡度。利用分次嵌线并通过设置每次嵌线的次序，使得定子嵌线整形后的三相绕组变形均匀大小相近，从而使得最终电机定子三相电阻、电感不平衡度较小，通过多次实际验证按照本发明方式可保证三相不平衡度在3％以内。

②降低损伤铜线风险，提高效率。通过将原先一个线圈Nc*Nt根转化为一个线圈Nc*Nt/n，嵌线过程中刮伤铜线的风险降低，同时嵌线难度下降，可以提高效率，线包高度更均匀。

可将槽内绕组分3次嵌入槽中，每次嵌线次序如下：第1次：U、V、W；第2次：V、W、U；第3次：W、U、V；按照上述次序嵌线，三相变形均匀大小相近。以此类推选取n＞3时通过调整每次嵌线的次序均可以实现本发明的有益效果。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上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。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种三相单层链式绕组嵌线方法，其特征在于，包括：

将同一定子槽(101)内的各相绕组分为n份线圈，n为大于1的整数；

依据预设的嵌线规则将每一个相下的n份线圈分n次嵌入到对应的目标定子槽(101)内。

2.根据权利要求1所述的三相单层链式绕组嵌线方法，其特征在于，

当n为偶数时，所述预设的嵌线规则为：

采用第奇数份线圈嵌线方式嵌线，然后采用第偶数份线圈嵌线方式嵌线，之后交替采用第奇数份线圈嵌线方式与第偶数份线圈嵌线方式嵌线，直至所述n份线圈全部嵌入到对应的目标定子槽(101)内。

3.根据权利要求2所述的三相单层链式绕组嵌线方式，其特征在于，

采用以下方式进行第奇数份线圈嵌线：

选择三相中的任一相作为第一相，将所述第一相中的第奇数份线圈嵌入对应的目标定子槽(101)内，然后，选择剩余两相中的任一相作为第二相，将所述第二相中的第奇数份线圈嵌入对应的目标定子槽(101)内，再然后，选择最后一相作为第三相，将所述第三相中的第奇数份线圈嵌入对应的目标定子槽(101)内；

采用以下方式进行第偶数份线圈嵌线：

将所述第三相中的第偶数份线圈嵌入对应的目标定子槽(101)内，然后，将所述第二相中的第偶数份线圈嵌入对应的目标定子槽(101)内，将所述第一相中的第偶数份线圈嵌入对应的目标定子槽(101)内。

4.根据权利要求2所述的三相单层链式绕组嵌线方法，其特征在于，

当n等于3时，所述预设的嵌线规则为：

选择三相中的任一相作为第一相，将所述第一相中的第一份线圈嵌入对应的目标定子槽(101)内，然后，选择剩余两相中的任一相作为第二相，将所述第二相中的第一份线圈嵌入对应的目标定子槽(101)内，再然后，选择最后一相作为第三相，将所述第三相中的第一份线圈嵌入对应的目标定子槽(101)内；然后，

将所述第二相中的第二份线圈嵌入对应的目标定子槽(101)内，然后，将所述第三相中的第二份线圈嵌入对应的目标定子槽(101)内，将所述第一相中的第二份线圈嵌入对应的目标定子槽(101)内；再然后，

将所述第三相中的第三份线圈嵌入对应的目标定子槽(101)内，然后，将所述第一相中的第三份线圈嵌入对应的目标定子槽(101)内，将所述第二相中的第三份线圈嵌入对应的目标定子槽(101)内。

5.根据权利要求4所述的三相单层链式绕组嵌线方法，其特征在于，

当n为大于3的奇数时，所述预设的嵌线规则为：

依据n为偶数时的所述预设的嵌线规则，对除最后三份线圈之外的偶数份线圈进行嵌线；

依据n等于3时的所述预设的嵌线规则，对最后三份线圈进行嵌线。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的三相单层链式绕组嵌线方式，其特征在于，

n份线圈中的每一份线圈内的线圈匝数相等。

7.一种定子组件，包括定子铁芯(201)以及嵌装于所述定子铁芯(201)的定子槽(101)内的多层定子绕组(102)，多层所述定子绕组(102)采用权利要求1至6中任一项所述的三相单层链式绕组嵌线方法形成。

8.一种三相电机，其特征在于，包括权利要求7所述的定子组件。

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