CN116345761B - 高功率密度永磁同步电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高功率密度永磁同步电机，包括定子线圈本体，定子线圈本体上包括U相绕组、V相绕组和W相绕组；U相绕组包括若干U相线圈，V相绕组包括若干V相线圈、W相绕组包括若干W相线圈；若干U相线圈和若干W相线圈的进线和出线均从定子线圈本体的一侧引出，若干V相线圈的进线和出线均从定子线圈本体的另一侧引出；本发明提供了一种优化后的电机定子绕线结构和出线方法，使电机定子绕组端部空间利用率大幅度提高。
Description
技术领域
本发明属于电机领域。
背景技术
因永磁同步电机无需电励磁，转子损耗极低，电机具有功率因数高，效率高，功率密度大等特点，近些年永磁电机在工矿行业中占据重要地位。在这些市场化的永磁同步电机中，永磁同步电机在较小的体积中表现出远超常规电机的功率密度。为保证电机绕组中能够输入足够大的电流，同时为了避免三相产生环流，电机一般采用Y接，电机引线需承受线电流，引线需进一步加粗，如此引线更难接入绕组，这又限制了电机功率密度的继续提高。目前行业内定子绕组均采用单侧引出线，没有完全利用定子绕组端部空间。针对于此，目前已有新型的线圈两端绕线和出线方法，达到了节省绕组端部空间，节省铜线，降低铜耗，提高功率密度的目的。
以一台72槽16极8路三相永磁电机绕组展开图图一为例。传统绕组接线如图1所示：
其中A1/A2/A3/A4/A5/A6/A7/A8代表U相各路输入；
X1/X2/X3/X4/X5/X6/X7/X8代表U相各路输出；
其中B1/B2/B3/B4/B5/B6/B7/B8代表V相各路输入；
Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7/Y8代表V相各路输出；
其中C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8代表W相各路输入；
Z1/Z2/Z3/Z4/Z5/Z6/Z7/Z8代表W相各路输出；
从图1的展开图上可以看出，U、V、W三相所有绕组采用从左到右，同一侧下线和出线，所有U、V、W各相出线最后连接到一起，形成一个星点。
这种传统绕线和接线方法简单，三相所有进线均集中在在绕组端部同一侧。三相所有的出线也位于绕组进线同一侧，最后并联成一个星点。但这种方式的缺陷是跑圈线过长，大量的铜线集中在绕组一侧，大量铜线浪费，并产生额外的铜耗。同时端部尺寸过长，严重影响绕组端部通风，进一步影响散热，也压缩了铁芯轴向长度。大量的连接线导致出线工艺复杂，电机的可靠性降低，详见图3；
与此同时该类型的定子的散热也存在完全封闭的弊端。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高功率密度永磁同步电机，利用优化后电机定子两端绕线和出线方法，电机定子绕组端部空间利用率大幅度提高。
技术方案：为实现上述目的，本发明的高功率密度永磁同步电机，其特征在于：包括定子线圈本体，定子线圈本体上包括U相绕组、V相绕组和W相绕组；U相绕组包括若干U相线圈，V相绕组包括若干V相线圈、W相绕组包括若干W相线圈；若干U相线圈和若干W相线圈的进线和出线均从定子线圈本体的一侧引出，若干V相线圈的进线和出线均从定子线圈本体的另一侧引出。
进一步的，定子线圈本体固定在电机机壳内侧，电机机壳外固定有接线盒，电机机壳与接线盒的连接处存在一个a过线孔和一个b过线孔，a过线孔和b过线孔分布在定子线圈本体的两侧；
从定子线圈本体一侧引出的若干U相线圈和若干W相线圈的进线和出线均从a过线孔穿出到接线盒内；从定子线圈本体另一侧引出的若干V相线圈的进线和出线均从b过线孔穿出到接线盒内。
进一步的，若干U相线圈、若干W相线圈和若干V相线圈所引出的出线均在接线盒内连接成星点。
进一步的，若干U相线圈、若干V相线圈和若干W相线圈在定子线圈本体上均呈圆周阵列均匀分布。
进一步的，定子线圈本体为槽极路三相永磁电机定子。
进一步的，a过线孔和b过线孔在穿过线束后仍然漏风。
进一步的，接线盒内存在冷却风扇。
进一步的，冷却风扇出风侧形成正压仓、冷却风扇进风侧形成负压仓，正压仓和负压仓分别连通a过线孔和b过线孔。
有益效果：本发明提供了一种优化后的电机定子绕线结构和出线方法，使电机定子绕组端部空间利用率大幅度提高；达到了节省绕组端部空间，节省铜线，降低铜耗，提高功率密度大大降低了工艺难度，并提高了电机的可靠性的目的。对于高功率密度三相永磁同步电机批量化和进一步提高性能有着积极意义；与此同时还提出了新的主动散热方案。
附图说明
附图1为现有定子线圈绕组展开图；
附图2为本方案的线圈绕组展开图；
附图3为改进前和改进后的比较示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至3所示的高功率密度永磁同步电机，包括定子线圈本体4，定子线圈本体4上包括U相绕组、V相绕组和W相绕组；U相绕组包括若干U相线圈，V相绕组包括若干V相线圈、W相绕组包括若干W相线圈，若干U相线圈、若干V相线圈和若干W相线圈在定子线圈本体4上均呈圆周阵列均匀分布；若干U相线圈和若干W相线圈的进线和出线均从定子线圈本体4的一侧引出，若干V相线圈的进线和出线均从定子线圈本体4的另一侧引出；如图3定子线圈本体4固定在电机机壳2内侧，定子线圈本体4内同轴心转动设置有转子5，电机机壳2外固定有接线盒1，电机机壳2与接线盒1的连接处存在一个a过线孔8.1和一个b过线孔8.2，a过线孔8.1和b过线孔8.2分布在定子线圈本体4的两侧；从定子线圈本体4一侧引出的若干U相线圈和若干W相线圈的进线和出线均从a过线孔8.1穿出到接线盒1内；从定子线圈本体4另一侧引出的若干V相线圈的进线和出线均从b过线孔8.2穿出到接线盒1内；若干U相线圈、若干W相线圈和若干V相线圈所引出的出线均在接线盒1内连接成星点。
本实施例的定子线圈本体4为72槽16极8路三相永磁电机定子；如图2所示，
其中A1/A2/A3/A4/A5/A6/A7/A8代表U相各路输入；
X1/X2/X3/X4/X5/X6/X7/X8代表U相各路输出；
其中B1/B2/B3/B4/B5/B6/B7/B8代表V相各路输入；
Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7/Y8代表V相各路输出；
其中C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8代表W相各路输入；
Z1/Z2/Z3/Z4/Z5/Z6/Z7/Z8代表W相各路输出；
新型绕线和接线工艺采用两侧接线方法，从图2可以看出，三相中任意两相保持不变（图中U、W相不变），将其中一相(V相)绕组单独抽出，在U、W相的另一侧将V相绕组的头和尾对调，方向与原来相反，从右到左将V相各路线圈嵌入槽内。待三相下线结束后，U、W进线和出线仍从原先侧引出，V向进线和出线从对向引出，所有三相出线在接线盒内连接成星点。从接线图可以看出，各相绕组中电流方向与传统工艺一致，电气性能与原先一致。但原先侧引线仅为原先的2/3，端部空余空间提高近30%。从图3可以看出，本身端部剩余空间就足够，另一侧因仅占三相绕组的1/3，基本不影响端部空间。如此绕组端部通风能力提高，且跑圈线大幅度缩短，端部操作空间大，铁芯可以相应加长，电机功率密度可以进一步提高。
为了进一步的提高散热性能，提出了以下优化方案，如图3，a过线孔8.1和b过线孔8.2在穿过线束后仍然漏风；接线盒1内存在冷却风扇7；冷却风扇7出风侧形成正压仓1.1、冷却风扇7进风侧形成负压仓1.2，正压仓1.1和负压仓1.2分别连通a过线孔和b过线孔；如图3所示，这样冷却风扇7启动时，正压仓1.1内的空气先从a过线孔8.1进入电机机壳2内的定子线圈本体4的一侧，随后通过电机定转子气隙100流到电机机壳2内的定子线圈本体4另一侧，随后通过b过线孔流出到负压仓1.2中，并最终通过冷却风扇7回到正压仓1.1，从而使接线盒1内腔与电机机壳2内腔组合成了一个主动气体内循环，能对内循环气体的行进路径的所有发热部件进行均匀散热，尤其是上述内循环气体的行进路径使电机定转子气隙100中的气体参与进来，有效将电机定转子气隙100内的热量扩散，抑制各线圈的发热情况，从而使接线盒1内腔与电机机壳2内腔中的所有发热部件更加均匀高效散热。
以上所述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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.高功率密度永磁同步电机，其特征在于：包括定子线圈本体(4)，所述定子线圈本体(4)上包括U相绕组、V相绕组和W相绕组；U相绕组包括若干U相线圈，V相绕组包括若干V相线圈、W相绕组包括若干W相线圈；若干U相线圈和若干W相线圈的进线和出线均从定子线圈本体(4)的一侧引出，若干V相线圈的进线和出线均从定子线圈本体(4)的另一侧引出；
定子线圈本体(4)固定在电机机壳(2)内侧，电机机壳(2)外固定有接线盒(1)，电机机壳(2)与接线盒(1)的连接处存在一个a过线孔(8.1)和一个b过线孔(8.2)，a过线孔(8.1)和b过线孔(8.2)分布在定子线圈本体(4)的两侧；从定子线圈本体(4)一侧引出的若干U相线圈和若干W相线圈的进线和出线均从a过线孔(8.1)穿出到接线盒(1)内；从定子线圈本体(4)另一侧引出的若干V相线圈的进线和出线均从b过线孔(8.2)穿出到接线盒(1)内；a过线孔和b过线孔在穿过线束后仍然漏风；所述接线盒(1)内存在冷却风扇(7)；冷却风扇(7)出风侧形成正压仓(1.1)、冷却风扇(7)进风侧形成负压仓(1.2)，正压仓(1.1)和负压仓(1.2)分别连通a过线孔(8.1)和b过线孔(8.2)，冷却风扇(7)启动时，正压仓(1.1)内的空气先从a过线(8.1)孔进入电机机壳(2)内的定子线圈本体(4)的一侧，随后通过电机定转子气隙(100)流到电机机壳(2)内的定子线圈本体(4)另一侧，随后通过b过线孔流出到负压仓(1.2)中，并最终通过冷却风扇(7)回到正压仓(1.1)，从而使接线盒(1)内腔与电机机壳(2)内腔组合成了一个主动气体内循环；内循环气体的行进路径使电机定转子气隙(100)中的气体参与进来；
若干U相线圈、若干W相线圈和若干V相线圈所引出的出线均在接线盒(1)内连接成星点。
2.根据权利要求1所述的高功率密度永磁同步电机，其特征在于：所述定子线圈本体(4)为72槽16极8路三相永磁电机定子。
3.根据权利要求2所述的高功率密度永磁同步电机，其特征在于：若干U相线圈、若干V相线圈和若干W相线圈在定子线圈本体(4)上均呈圆周阵列均匀分布。
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