CN209963848U - 一种适合多极多相永磁发电机的定子绕组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适合多极多相永磁发电机的定子绕组。本定子绕组的每相绕组由多个线圈连接而成；每个线圈由单根导体（外包绝缘）绕制而成，包括嵌入定子槽内的导体（称槽内导体）和不嵌入定子槽内的端部导体；线圈相邻两个槽内导体之间的距离（所跨定子槽数）可以为等距或不等距；同一线圈在定子槽中处于同一层，相邻两层线圈的端部分别布置在定子两侧，相邻两层线圈的槽内导体均处于同一个槽内；相邻上下层两个线圈连接成一个线圈组，线圈组的输入输出端分别为位于一同个定子槽内的上下层导体；线圈组进一步连接成相绕组。本实用新型的绕组具有端部长度小、电阻小发、漏抗小、散热效果好等优点，对提高电机功率因数、效率具有重要意义。本实用新型尤其适合多极多相的永磁发电机。

Description

一种适合多极多相永磁发电机的定子绕组

技术领域

本实用新型涉及发电机领域，具体涉及一种多极多相永磁发电机的定子绕组。

背景技术

当今，在先进的工业领域及能源领域，希望使用的电动机或发电装机积更小、重量更轻、效率更高，要求电机有较高的效率、功率因素、功率密度等性能。

当前被广泛采用的永磁电机，磁通以径向分布为主，定子齿部和电枢绕组导体所在的槽位于同一截面，磁通经过定子齿部，电机电流通过定子槽内导体，对于一定的定子内径尺寸(以内转子结构为例)，定子槽的宽度与齿部宽度互相制约，电机优化设计的主要目标是通过优化磁密分布，提高电磁有效利用率、优化散热效果、减小转矩脉动等。

径向磁通分布的永磁发电机的体积与电机热损耗密切相关，其中电机线圈导体的发热损耗和电机导热效果对电机的功率密度有重要影响。本实用新型提出了一种有助于减小电阻损耗、提高电机导热性能、功率因素的线圈技术，对电机的性能提升具有重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对已有技术存在的不足提供一种适合多极多相永磁发电机的定子绕组，通过绕组导体的布置和连接方式等的创新，和减小端部长度、提高导体与定子铁芯的导热性能等措施，从而降低电机热损耗、提高功率因数和效率。

为达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种适合多极多相永磁发电机的定子绕组，每相绕组由多个线圈(组)连接而成，其特征在于：

每个线圈组由二个线圈组成。

每个线圈由单根导体(外包绝缘)绕制，包括嵌入定子槽内的导体(称为槽内导体)和不嵌入定子槽内的端部导体。

线圈相邻两个槽内导体之间的距离(所跨定子槽数)可以为等距或不等距。同一线圈在定子槽中处于同一层，相邻两层线圈的端部分别布置在定子两侧；相邻两层线圈的槽内导体均处于同一个槽内。

相邻上下层线圈连接成一个线圈组，线圈组的输入输出端分别为位于一同个定子槽内的上下层导体。

优选的技术方案中，所述多相为大于等于3相。

优选的技术方案中，每相由多个线圈组通过串联或并联连接而成。

优选的技术方案中，所述线圈均为单根外包有绝缘材料的导体构成。

优选的技术方案中，所述线圈导体的截面为圆形或矩形。

优选的技术方案中，各所述导体的可以适应不同的槽形。定子的槽形可以是槽中心线穿过电机中心点的直槽(截面为矩形)，也可以是槽中心线偏离电机中心点的非直槽(截面为平行四边形)。

本实用新型中，每个线圈组由二个线圈组成；每个线圈由单根导体绕制，包括嵌入定子槽内的导体(槽内导体)和不嵌入定子槽内端部导体；线圈相邻两个槽内导体之间的距离(所跨定子槽数)可以为等距或不等距。同一线圈在定子槽中处于同一层，相邻两层线圈的端部导体分别布置在定子两侧，两层的槽内导体均处于同一个槽内；相邻上下层线圈连接成一个线圈组，线圈组的输入输出端分别为位于一同个定子槽内的上下层导体。

这样，一个线圈组的上下层导体是对称布置。因此，很方便在槽内放置多个线圈组，有利于提高槽的利用率。

由于线圈端部导体在定子两侧的距离短，绕组漏抗小；而且，每个双层导体元件所在的定子槽中，流经上下层导体的电流方向一致，每层各导体之间为串联关系，各线圈内的导体之间为串联关系，因此，线圈电压与线圈的元件边数目有关，方便进行电压调整。

并且，每个线圈中的元件，无论是双层导体元件还是单层导体元件，均在导体外包覆有外包绝缘材料，绕组导体两侧通过绝缘直接与槽的两侧接触，大大提高绕组导体的散热能力。

因此，本实用新型的电机定子绕组以及定子组件，线圈端部端，电阻损耗小、漏抗小；导体两侧与槽壁接触，散热效果好。

与现有技术相比，本实用新型具有以下显而易见的实质性特点和技术进步：

(1)电压调整方便，本实用新型绕组比整数匝绕组在设计上容易调整电压与磁通之间关系；本实用新型绕组(线圈)可方便与多极电机匹配，尤其适合用作多极多相电机的定子组件；

(2)端部导线长度小，本实用新型绕组(线圈)端部尺寸小，节省材料，减小铜耗、减少电机漏抗；

(3)散热效果好，绕组采用上下层，每根导体两侧直接与定子槽接触.

(4)本实用新型绕组(线圈)具有漏抗小、导电损耗小、功率因数高的特点和电场参与能量转换的优势，对提高电机功率(转矩)密度和效率具有重要意义。

附图说明

图1为由两种不同类型(对称结构)的单个线圈连接成线圈组的示意图(等距绕制)。

图2为线组槽内导体与转子磁极的相对位置示意图。

图3为不等距绕制的线圈组形状(两种类型连接)的示意图。

具体实施方式

以下，结合附图和优选实施例对本实用新型进行详细说明，以更清楚地理解本实用新型的技术内容。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

实施例一：

参见图1～图3，一种适合多极多相永磁发电机的定子绕组，每相绕组由多个线圈组连接而成，每个线圈组由二个线圈组成；每个线圈由单根导体外包绝缘绕制而成，包括嵌入定子槽内的导体—槽内导体和不嵌入定子槽内的端部导体；线圈相邻两个槽内导体之间的距离—所跨定子槽数为等距或不等距；同一线圈在定子槽中处于同一层，相邻两层线圈的端部分别布置在定子两侧；相邻两层线圈的槽内导体均处于同一个槽内；相邻上下层线圈连接成一个线圈组，线圈组的输入输出端分别为位于一同个定子槽内的上下层导体。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述多相为大于等于3相；所述槽内布置的线圈层数与电机相数有关，层数为电机相数的两倍；所述每相由多个线圈组通过串联或并联连接而成；所述线圈或线圈组，每个线圈的导体均由单根外包有绝缘介质材料的导体构成；所述线圈的导体，导体截面为圆形或矩形。

实施例三：

实施例中，一种设在定子上的多相绕组，每相由一个线圈组或多个线圈组连接而成，一个线圈组由两个结构上对称的线圈组成。

其中，一个典型的“导体间隔恒定槽数”的线圈结构如图1所示，(a)为两种类型线圈在定子槽内的分布图，(b)和(c)为两个结构上对称的线圈，上层线圈包括上层线圈首端(槽内)导体11、上层线圈末端(槽内)导体13，在上层线圈首端(槽内)导体11和上层线圈末端(槽内)导体13之间还联接有若干个上层线圈中间(槽内)导体12和上层线圈中间端部导体14；下层线圈包括下层线圈首端(槽内)导体 15、下层线圈末端(槽内)导体17，在下层线圈首端(槽内)导体15和下层线圈末端(槽内)导体17之间还联接有若干个下层线圈中间(槽内)导体16和上层线圈中间端部导体18；图中一个线圈两个相邻导体之间间隔的定子槽数为常数。

两个对称结构的线圈组成一个线圈组，并在槽中分上下层布置，如图1(a)所示，上下层线圈的各对应槽内导体分别处于同一槽中，对应端部导体分别位于定子铁心两侧，将上层线圈末端(槽内)导体13与下层线圈末端(槽内)导体17连接，19为连接点，上层线圈末端(槽内)导体13与下层线圈末端(槽内)导体17为同一个导体，形成一个线圈组，上层线圈首端(首端)导体11、下层线圈首端(槽内)导体15形成线圈组的输入、输出端。

因此，每个线圈只有单根导体在槽中沿圆周方向排列分布，即绕组导体一侧或两侧通过绝缘直接与槽的两侧接触，大大提高绕组导体的散热能力。

而且，所有线圈均在导体外包覆有外包绝缘材料，保证同一槽内导体之间相互绝缘，上下层导体之间形成寄生电容，由于上下层导体之间距离近，上下层之间电场大，对应的电容可以对绕组导体的电感其补偿作用，提高发电机的功率因数。

此外，组成单个线圈的每个槽内导体对应一个定子槽，各两两相邻的槽内导体所跨的定子槽数(各相邻导体的间距)可以相同或不相同。因此，对于线圈内两两相邻导体间隔等距的线圈，该距离与电机的相数相关并被确定，对于线圈内两两相邻导体间隔不等距的线圈，则可用平均间距来代替该间距。

这样，该线圈的拓扑结构可以根据定子槽数进行延伸拓展，形成所需要的极数，尤其适合多级多相的永磁电机线圈。这里的多相，尤其是指大于等于3相。

而且，所述各线圈23的相邻槽内导体分别对应转子的不同磁极，如图2所示。对于永磁电机，永磁转子上依次装配磁钢，形成N、S、N、S的分布，在磁钢间隙区域，在气隙中磁场表现为一个交变磁场(由N方向磁场变为S方向磁场)。图中21表示线圈组的一个出线端(上层线圈首端槽内导体)，22表示线圈组的另一个出线端(下层线圈首端槽内导体)，25表示线圈组的末端槽内导体(上下层线圈连接后)，24 表示转子永磁体。

图3为一个典型的“导体间隔非恒定槽数”的线圈组结构，图3(b)和图3(c) 分别为不等距绕制的单个线圈绕制形状(两种类型)的示意图，图3(a)为两种类型线圈连接的线圈组不等距绕制在定子槽内的分布。图3(b)和图3(c)为两个结构上对称的线圈，上层线圈组包括上层线圈首端31的槽内导体、上层线圈末端33的槽内导体，在上层线圈首端31的槽内导体和上层线圈末端33的槽内导体之间，还联接有若干个上层线圈中间段32和上层线圈中间端部34；下层线圈组包括下层线圈首端35的槽内导体、下层线圈末端37的槽内导体，在下层线圈首端35的槽内导体和下层线圈末端37的槽内导体之间，还联接有若干个下层线圈中间段36和下层线圈中间端部38；上层线圈末端33的槽内导体与下层线圈末端37的槽内导体连接为一个导体， 39为线圈连接点；图中一个线圈两个相邻导体之间间隔的定子槽数非恒定，即槽内导体不等距布置。

将上述多相绕组作为定子绕组装配在定子上，构成相应的定子组件。

本领域技术人员可以理解，上述的外包有绝缘材料的导体可以为一般电机常用的电磁线(即，漆包线)，由铜、或铝、或合金等具有高导电率的材料和外包绝缘膜组成；也可以是截面为矩形的导体(外包绝缘材料)，还可以为特别设计的截面形状的外包绝缘的导体。

可见，上述电机定子绕组，本实用新型绕组(线圈)可方便与多极电机匹配，尤其适合用作多极多相电机的定子组件，本实用新型绕组(线圈)端部尺寸小，节省材料，减小铜耗、减少电机漏抗；绕组导体一侧或两侧直接与定子槽接触，散热面积大，散热效果好。

上述电机定子绕组结构与技术，线圈组的上下两层线圈，对应的槽内导体处于同一个槽内，线圈具有较大的电容效应，有利于补偿电机绕组电感，提高电机功率因数。

因此本实用新型绕组(线圈)具有漏抗小、导电损耗小、功率因数高的特点和电场参与能量转换的优势，对提高电机性能具有重要意义。

由此可见，本实用新型的目的已经完整并有效的予以实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离所述原理下，实施方式可作任意修改。本实用新型包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。

Claims (6)

1.一种适合多极多相永磁发电机的定子绕组，每相绕组由多个线圈组连接而成，其特征在于：

每个线圈组由二个线圈组成；

每个线圈由单根导体外包绝缘绕制而成，包括嵌入定子槽内的导体—槽内导体和不嵌入定子槽内的端部导体；

线圈相邻两个槽内导体之间的距离—所跨定子槽数为等距或不等距；

同一线圈在定子槽中处于同一层，相邻两层线圈的端部分别布置在定子两侧；相邻两层线圈的槽内导体均处于同一个槽内；

相邻上下层线圈连接成一个线圈组，线圈组的输入输出端分别为位于一同个定子槽内的上下层导体。

2.如权利要求1所述的适合多极多相永磁发电机的定子绕组，其特征在于：所述多相为大于等于3相。

3.如权利要求1所述的适合多极多相永磁发电机的定子绕组，其特征在于：所述槽内布置的线圈层数与电机相数有关，层数为电机相数的两倍。

4.如权利要求1所述的适合多极多相永磁发电机的定子绕组，其特征在于：所述每相由多个线圈组通过串联或并联连接而成。

5.如权利要求1所述的适合多极多相永磁发电机的定子绕组，其特征在于：所述线圈或线圈组，每个线圈的导体均由单根外包有绝缘介质材料的导体构成。

6.如权利要求1所述的适合多极多相永磁发电机的定子绕组，其特征在于：所述线圈的导体，导体截面为圆形或矩形。

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