一种高功率密度盘式电机绕组结构及其卷绕制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高功率密度盘式电机绕组结构及其卷绕制备方法。电机绕组结构，包括多个结构相同的线圈卷绕件按照短距或整矩的方式嵌入铁芯槽内，或单独作为无铁芯绕组直接成型，每个线圈卷绕件由一块铜板上冲出或线切割出的线圈结构展开件从左到右卷绕构成，线圈结构展开件以类似波浪线的形状平铺于钢板上，根据卷绕的匝数确定优选的卷绕半径，根据电机下线槽的面积确定优选的导线截面积，根据内外径尺寸确定优选的线圈有效长度。本发明专利技术使得槽满率更高、气隙平整度更好、内径空隙利用率更高，对于高功率密度的设计和加工则非常有益。这种绕组结构能够提供多套模块化线圈部件，便于电机制造，从而减少制造成本，减少制造误差发生率。

A Winding Structure of High Power Density Disc Motor and Its Winding Method

The invention relates to a winding structure of a high power density disc motor and a winding preparation method thereof. The motor winding structure includes several coil windings with the same structure embedded in the iron core groove in the way of short distance or rectification, or directly formed as coreless windings separately. Each coil winding part is made up of a coil structure unfolding part punched out from a copper plate or cut by wire, which is wrapped from left to right. The coil structure unfolding part is laid flat on the steel plate in the shape similar to a wave line according to the winding. The optimum winding radius is determined by the number of turns, the optimum cross-sectional area of the conductor is determined by the area of the groove under the motor, and the optimum effective length of the coil is determined by the size of the inner and outer diameter. The invention makes the tank full rate higher, the air gap smoothness better and the utilization ratio of the inner diameter gap higher, and is very beneficial for the design and processing of high power density. This winding structure can provide multiple sets of modular coil components, which is convenient for motor manufacturing, thus reducing manufacturing costs and the incidence of manufacturing errors.

【技术实现步骤摘要】
一种高功率密度盘式电机绕组结构及其卷绕制备方法
本专利技术涉及绕组及线圈部件的制备领域，尤其涉及一种高功率密度盘式电机绕组结构及其卷绕制备方法。
技术介绍
盘式旋转电机由于轴向尺寸短、结构紧凑、散热条件好等诸多优势成为目前高功率密度电机发展的重要趋势。诸如这些盘式旋转电机具有定子和转子两部分构成，定子与转子都呈盘型结构，两者间的气隙是与电机转轴垂直的平面。提高电机绕组的槽满率和无铁芯设计都是提高电机功率密度的有效途径，但这两种方式的采用会影响整个绕组的平整度，继而影响气隙平面的均匀度，因此高功率密度和高性能这两个指标，在电机的设计和加工方面来说常常是很难兼顾的。特别是盘式电机的绕组，绕组内径和外径的差别比较大，造成外径处绕组空闲较多，而内径处绕组排线空间紧张，导致端部空间吃紧，每个线圈在端部互相叠压排列，存在绝缘层破坏而短路的风险，诸如专利号CN108768033A和CN108015119A公开的扁铜线成型绕组的设计和加工方法应用在此类盘式电机绕组中都存在类似问题。另外，专利号CN101490933B和US2012/0217836A1公开了一种发夹式绕组的结构形式，将U型导体插入线槽后再将端部弯曲焊接。该类绕组可以提高槽满率和整体刚度，但其绕组结构受工艺影响，只能做波绕组，而且焊接前的端部整形部分工装头复杂，自动化处理有难度。特别是对于有的电机对电动势和磁动势要求较高，需要通过采用叠绕组的方式灵活选择节距，或需要通过叠绕组的短距线圈缩短端部的场合，此类绕组就很难应对。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高功率密度盘式电机绕组结构及其卷绕制备方法，以解决上述技术问题，为实现上述目的本专利技术采用以下技术方案：一种高功率密度盘式电机绕组结构，包括多个结构相同的线圈卷绕件按照短距或整矩的方式嵌入铁芯槽内，或单独作为无铁芯绕组直接成型，每个线圈卷绕件由一块铜板上冲出或线切割出的线圈结构展开件从左到右卷绕构成，所述线圈结构展开件以类似波浪线的形状平铺于钢板上，根据卷绕的匝数确定优选的卷绕半径，根据电机下线槽的面积确定优选的导线截面积，根据内外径尺寸确定优选的线圈有效长度。优选的，所述线圈结构展开件以平面展开的形式进行绝缘层镀膜处理。优选的，所述线圈结构展开件的始端侧被沿卷绕方向由内到外卷绕数圈后构成线圈卷绕件。优选的，所述线圈卷绕件的外缘形状为圆形、带倒角的矩形或椭圆形中的任一形状。优选的，所述线圈卷绕件按设计要求排列好之后，采用连接件将每一相相邻线圈卷绕件的始端侧和末端侧经焊接进行电连接，或根据实际需要将每一相相邻线圈卷绕件的始端侧和始端侧经焊接进行电连接。优选的，所述线圈卷绕件的两个线圈边以上下层的状态排列在两个槽中，无交叠现象。上述的线圈结构展开件因为平面展开的状态，大大减少了绝缘膜镀膜工艺的复杂度。整个线圈由平面件卷绕而成，无需人工线绕，对于采用固定截距的绕组，只需要采用两种结构件就能完成整个绕组的制造，实现了线圈制造机械化，提高了生产效率，特别适合单层链式绕组、单层或双层叠绕组的型式。根据本专利技术生产的线圈，由于每个线圈卷绕件和相邻线圈卷绕件采用结构件焊接，不存在重叠和交叉现象，大大降低了线圈制造过程中绝缘破坏的可能性。此外，线圈卷绕件省去了传统成型扁铜线的端部鼻子，减少了铜耗和线圈漏感，提高了电机效率。一种高功率密度盘式电机绕组结构的卷绕制备方法，包括如下步骤：将所述线圈结构展开件始端侧沿卷绕方向由内到外卷绕数圈构成线圈卷绕件；然后将线圈卷绕件按照电机设计的方案以短距或整距的方式嵌入铁芯槽内，对于无铁芯绕组则直接成型；在这种情况下，所述线圈卷绕件用连接件经焊接进行电连接，根据设计方案，每一相相邻的线圈卷绕件可以采用一个线圈卷绕件始端侧的绕组头与另一个线圈卷绕件的末端侧连接，线圈卷绕件末端侧的绕组头与另一个线圈卷绕件的始端侧用连接件连接；或采用一个线圈卷绕件始端侧的绕组头与另一个线圈卷绕件的始端侧连接，线圈卷绕件末端侧的绕组头与另一个线圈卷绕件的末端侧用连接件连接。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术提供一种叠绕组结构，使得槽满率更高、气隙平整度更好、内径空隙利用率更高，对于高功率密度的设计和加工则非常有益。这种绕组结构能够提供多套模块化线圈部件，便于电机制造，从而减少制造成本，减少制造误差发生率。附图说明图1为根据本专利技术的单层链式绕组实施方式的结构示意图；图2为本专利技术中线圈结构展开件在钢板上的示意图；图3为说明本专利技术中线圈卷绕件的形成顺序的简图(a、b、c代表不同的工序)；图4为本专利技术中线圈卷绕件之间的连接示意图。图5为根据本专利技术的双层叠式绕组实施方式的结构示意图。其中，1、1A、1B为线圈卷绕件，2为线圈结构展开件，3为连接件，4为卷绕始端侧，4A为卷绕末端侧，5为绕组。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细阐述。实施例1图1是根据本专利技术一个实施例的单层链式绕组结构的示意图。该绕组结构(5)可包括多个线圈卷绕件(1)和连接件(3)；一般情况下，绕组为三相绕组，例如U相、V相和W相。每相绕组匝数相等，电阻相等，空间分布互差120°。当绕组为多套或多支路时，它们之间可以采用并联或串联的结构形势连接起来。此实施例中相数为3，槽数为96，极数为16，每极每相槽数为2，采用单层交叉链式绕组的连接方式。每相绕组包括16个线圈卷绕件(1)，每个线圈卷绕件(1)的两个有效边跨过6个槽。根据电机设计的结果，每个线圈卷绕件为5匝导线，每匝导线的面积为4.8mm2,因此可采用一张厚度为0.8mm，面积为1m2的铜板(钢带的一部分)，进行冲压，如图2所示，最多可获得93个线圈结构展开件(2)，铜材的利用率可以达到73％。上述线圈结构展开件(2)完成绝缘镀膜工艺后进行卷绕构成线圈卷绕件(1)。线圈卷绕件(1)的制造过程，具体地说，如图3所示，将线圈结构展开件(2)的始端侧(4)从左到右卷绕，9个卷绕位置每个都有优选的卷绕半径。最终经过图3(b)构成了图3(c)所示的线圈卷绕件(1)，上述线圈卷绕件(1)有两个线圈边，每个线圈边有5匝铜扁线，线圈卷绕件(1)的卷绕始端侧(4)和卷绕末端侧(4A)分别为这个线圈卷绕件的两个引出头，线圈截面积完全相同。将三相48个线圈卷绕件的96个引出头采用连接件(3)将每一相相邻线圈卷绕件(1、1A、1B)的始端侧引出头(4)和末端侧引出头(4A)根据图4进行焊接，留出6个引出头作为三相绕组的连接出头，构成横向扁平状态的绕组(5)。此外，线圈卷绕件(1)的两个线圈边以上下层的状态排列在两个槽中，不仅避免了交叠现象，省去了传统线圈绕制过程中过线和跳线的工艺，提高了槽满率，也为双层线圈的制造提供了可能。本专利技术的线圈不仅可作为有铁芯电机的线圈嵌入到铁芯槽中，也可以直接作为无铁芯电机的线圈，特别适合薄型化要求强烈的高密度盘式旋转电机。实施例2图5是根据本专利技术一个实施例的双层叠式绕组结构的示意图。该绕组结构可包括多个线圈卷绕件(1)和连接件(3)。一般情况下，绕组为三相绕组，例如U相、V相和W相。每相绕组匝数相等，电阻相等，空间分布互差120°。当绕组为多套或多支路时，它们之间可以采用并联或串联的结构形势连接起来。此案例中相数为3，槽数为96，极数为16，每极每相槽数为2，采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高功率密度盘式电机绕组结构，其特征在于，包括多个结构相同的线圈卷绕件(1)按照短距或整矩的方式嵌入铁芯槽内，或单独作为无铁芯绕组直接成型，每个线圈卷绕件(1)由一块铜板上冲出或线切割出的线圈结构展开件(2)从左到右卷绕构成，所述线圈结构展开件(2)以类似波浪线的形状平铺于钢板上，根据卷绕的匝数确定优选的卷绕半径，根据电机下线槽的面积确定优选的导线截面积，根据内外径尺寸确定优选的线圈有效长度。

【技术特征摘要】
1.一种高功率密度盘式电机绕组结构，其特征在于，包括多个结构相同的线圈卷绕件(1)按照短距或整矩的方式嵌入铁芯槽内，或单独作为无铁芯绕组直接成型，每个线圈卷绕件(1)由一块铜板上冲出或线切割出的线圈结构展开件(2)从左到右卷绕构成，所述线圈结构展开件(2)以类似波浪线的形状平铺于钢板上，根据卷绕的匝数确定优选的卷绕半径，根据电机下线槽的面积确定优选的导线截面积，根据内外径尺寸确定优选的线圈有效长度。2.根据权利要求1所述的一种高功率密度盘式电机绕组结构，其特征在于，所述线圈结构展开件(2)以平面展开的形式进行绝缘层镀膜处理。3.根据权利要求1所述的一种高功率密度盘式电机绕组结构，其特征在于，其特征在于，所述线圈结构展开件(2)的始端侧被沿卷绕方向由内到外卷绕数圈后构成线圈卷绕件(1)。4.根据权利要求1所述的一种高功率密度盘式电机绕组结构，其特征在于，所述线圈卷绕件(1)的外缘形状为圆形、带倒角的矩形或椭圆形中的任一形状。5.根据权利要求1所述的一种高功率密度盘式电机绕组结构，其特征在于，所述线圈卷绕件(1)按设计要求排列好之后，采用连接件(3)将每一相相...

【专利技术属性】
技术研发人员：程林锋，白立安，潘登，杜锦华，唐庆，
申请(专利权)人：西安远飞航空技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61