本发明专利技术实施例公开了一种用于高速电机绕组的交流复合导线，涉及电机技术领域，能够在提高电机功率密度的同时，还能够在绕组在出现短路故障时进行磁场抑制。导线包括外部扁铜线、扁铜线绝缘、内部圆线、圆线绝缘和端部连接件等。扁铜线为空心结构，两扁铜线端部由端部连接件实现连接。扁铜线分为内外两瓣，两瓣之间接触面的漆皮保留。圆线内嵌于扁铜线内。扁铜线和圆线两部分分别组成扁铜线绕组和圆线绕组，各自连接两套独立的变换器，变换器之间完全电气隔离，两部分导线中的电流可以独立控制。当任意一套导线组成的绕组出现短路故障时，可以控制另一套绕组对磁场进行抑制，以避免短路故障进一步恶化。免短路故障进一步恶化。免短路故障进一步恶化。
【技术实现步骤摘要】
一种用于高速电机绕组的交流复合导线
[0001]本专利技术涉及电机
，尤其涉及一种用于高速电机绕组的交流复合导线。
技术介绍
[0002]电机是机电能量转换的核心部件，由于其能量转化效率高、控制灵活，在工业生产、航空航天、交通、家电等领域得到了广泛的应用。在新能源汽车、多电飞机等新兴行业，以高速电机取代传统的能量利用方式成为了重要发展方向。高速电机功率密度更高、电机系统被动元件更轻更小，是进一步提高电机系统机电能量转换效率、减少能源浪费的重要举措。
[0003]与其他电机相比，高速电机交流绕组中流过高频的交流电，高频的交流电引起的槽漏磁场将在导线中感应出涡流。感应涡流的存在导致导线横截面上电流分布不均匀，即在导线部分区域电流密度会大幅减小，进而引起导线的有效截面积大大下降。随着频率升高，有效截面积的下降愈专利技术显，这一现象通常被称为绕组的交流效应。
[0004]为了应对高速电机绕组的交流效应，可以采用线径合适的细圆形导线或者更复杂的利兹线作为电机绕组的导线，然而由于电机槽内壁绝缘纸和导线之间，以及导线与导线之间存在大量的空隙，采用这类导线将导致电机齿部空间内用于导电的面积大大下降。同时由于这些空隙的存在，槽内导线和铁芯之间散热条件恶化，进一步限制了导线的载流能力。
[0005]也有采用空心铜导线组成电机绕组的方案，并且在内部空腔通以冷却介质，也可以避免交流效应的影响。但这种方案的内部空腔的存在牺牲了大量的槽内空间，导致了在功率需求一定的前提下，电机需要增大尺寸才能够补偿这一部分导电能力的损失，从而电机功率密度难以进步一提高。此外，高速电机绕组在出现短路故障时，需要快速减小励磁磁场。当励磁调节动作不够及时或者无法直接调节励磁磁场时，绕组的短路故障将会进一步恶化，这不仅影响电机功率输出能力，更危及电机系统的运行安全。
[0006]因此，如何在提高电机功率密度的同时，还能够在绕组在出现短路故障时进行磁场抑制，成为了高速电机绕组需要进一步改进的方向。
技术实现思路
[0007]本专利技术的实施例提供一种用于高速电机绕组的交流复合导线，在提高电机功率密度的同时，还能够在绕组在出现短路故障时进行磁场抑制。
[0008]为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：
[0009]一种用于高速电机绕组的交流复合导线，包括：外部扁铜线(1)、扁铜线绝缘(2)、内部圆线(3)和内部圆线绝缘(6)；外部扁铜线(1)为空心结构，外部扁铜线(1)的内外表面均涂有绝缘漆，外部扁铜线(1)的端部接入端部连接件，所述端部连接件的种类包括：无顶部开口端部连接件(4)和有顶部开口端部连接件(5)；内部圆线(3)内嵌于外部扁铜线(1)内。
[0010]外部扁铜线(1)包括：内瓣(11)和内瓣(10)两部分；内瓣(11)和内瓣(10)的接触端面为内外瓣Z型台阶端面(14)，内瓣(11)和内瓣(10)的接触端面上也涂有绝缘漆。
[0011]当所述交流复合导线应用于径向磁通的内转子电机时，外部扁铜线(1)的内瓣(11)和内瓣(10)的分界面沿外部扁铜线(1)的径向分布；靠近槽口的外部扁铜线(1)的内瓣(11)的截面积，小于靠近槽底的外部扁铜线(1)的内瓣(11)的截面积；靠近槽口的外部扁铜线(1)的内瓣(10)的截面积，小于靠近槽底的外部扁铜线(1)的内瓣(10)的截面积。
[0012]扁铜线内瓣宽度(13)和扁铜线外瓣宽度(12)的数值关系符合其中，B
n1
,B
n2
分别代表垂直于扁铜线内瓣宽度(13)和扁铜线外瓣宽度(12)的指示线方向的磁密，l
12
表示扁铜线内瓣宽度值，l
13
表示扁铜线外瓣宽度值。
[0013]外部扁铜线(1)各边界的最大厚度，通过所处工作频率确定，并且所述最大厚度不大于电机基波频率对应的集肤深度，所述集肤深度为其中，ρ为铜电阻率，f为铜导线内部交流电流的基波频率，μ为铜的磁导率。
[0014]若内部圆线(3)和外部扁铜线(1)采用一样的绕组安装型式，则所述端部连接件采用无顶部开口端部连接件(4)，且内部圆线(3)和外部扁铜线(1)相互绝缘；若内部圆线(3)和外部扁铜线(1)采用不一样的绕组安装型式，则所述端部连接件采用有顶部开口端部连接件(5)，其中，有顶部开口端部连接件(5)的转弯处设置有用于内部圆线(3)伸出的通孔。
[0015]通过真空浸漆工艺，在外部扁铜线(1)和槽内绝缘纸(7)之间的间隙、内部圆线(3)和外部扁铜线(1)之间的间隙和内部圆线(3)之间的间隙内填充绝缘漆；在外部扁铜线(1)的两瓣间的台阶的接触面上，保留绝缘漆。所述扁铜线两瓣之间台阶的接触面应保留绝缘漆，以减小感应涡流流通的路径，抑制交流效应的影响。
[0016]在内部圆线(3)的集束中设置导线内部空腔(9)，导线内部空腔(9)中用于填充绝缘的冷却介质。在外部扁铜线(1)的外表面上开设有孔(15)。
[0017]将所述交流复合导线绕制在高速电机(17)的绕组上，其中，外部扁铜线(1)和内部圆线(3)分别绕制出外部扁铜线绕组(18)和内部圆线绕组(19)；外部扁铜线绕组(18)连接变换器I(20)，内部圆线绕组(19)连接变换器II(21)，变换器I(20)与变换器II(21)之间电气隔离；变换器I(20)包括：支撑电容C1、第一开关管S1至第六开关管S6，和分别与第一开关管S1至第六开关管S6反向并联的第一二极管D1至第六二极管D6；变换器III(16)包括：支撑电容C2、第七开关管S7至第十二开关管S
12
，和分别与第七开关管S7至第十二开关管S
12
反向并联的第七二极管D7至第十二二极管D
12
。
[0018]本专利技术实施例提供的用于高速电机绕组的交流复合导线，该复合导线可以使得电机绕组在通入高频电流时仍然保持较大的有效导电面积。复合导线与铁芯接触充分，也增强了电机绕组的散热能力。在短路故障条件下，应用复合导线的电机能够通过复合导线两套绕组的协同控制，抑制短路电流，降低故障恶化的风险；某一套绕组出现开路故障时，复合导线的应用也使得电机具备一定的功率输出能力，电机的容错性能进一步增强。从而实现了在提高电机功率密度的同时，还能够在绕组在出现短路故障时进行磁场抑制。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0020]图1为本专利技术实施例提供的交流复合导线的整体结构示意图；
[0021]图2、3、4为本专利技术实施例提供的交流复合导线的横截面示意图；
[0022]图5为本专利技术实施例提供的交流复合导线上的开孔方式示意图；
[0023]图6为本专利技术实施例提供的一种可能的端部连接件的示意图；<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于高速电机绕组的交流复合导线，其特征在于，包括：外部扁铜线(1)、扁铜线绝缘(2)、内部圆线(3)和内部圆线绝缘(6)；外部扁铜线(1)为空心结构，外部扁铜线(1)的内外表面均涂有绝缘漆，外部扁铜线(1)的端部接入端部连接件，所述端部连接件的种类包括：无顶部开口端部连接件(4)和有顶部开口端部连接件(5)；内部圆线(3)内嵌于外部扁铜线(1)内。2.根据权利要求1所述的用于高速电机绕组的交流复合导线，其特征在于，外部扁铜线(1)包括：内瓣(11)和内瓣(10)两部分；内瓣(11)和内瓣(10)的接触端面为内外瓣Z型台阶端面(14)，内瓣(11)和内瓣(10)的接触端面上也涂有绝缘漆。3.根据权利要求2所述的用于高速电机绕组的交流复合导线，其特征在于，当所述交流复合导线应用于径向磁通的内转子电机时，外部扁铜线(1)的内瓣(11)和内瓣(10)的分界面沿外部扁铜线(1)的径向分布；靠近槽口的外部扁铜线(1)的内瓣(11)的截面积，小于靠近槽底的外部扁铜线(1)的内瓣(11)的截面积；靠近槽口的外部扁铜线(1)的内瓣(10)的截面积，小于靠近槽底的外部扁铜线(1)的内瓣(10)的截面积。4.根据权利要求2或3所述的用于高速电机绕组的交流复合导线，其特征在于，扁铜线内瓣宽度(13)和扁铜线外瓣宽度(12)的数值关系符合其中，B
n1
,B
n2
分别代表垂直于扁铜线内瓣宽度(13)和扁铜线外瓣宽度(12)的指示线方向的磁密，l
12
表示扁铜线内瓣宽度值，l
13
表示扁铜线外瓣宽度值。5.根据权利要求2或3所述的用于高速电机绕组的交流复合导线，其特征在于，外部扁铜线(1)各边界的最大厚度，通过所处工作频率确定，并且所述最大厚度不大于电机基波频率对应的集肤深度，所述集肤深度为其中，ρ为铜电阻率，f为铜导线内部交流电流的基波频率，μ为铜的磁导率。6.根据权利要求2所述的用于高速电机绕组的交流复合导线，其特征在于，若内部...
【专利技术属性】
技术研发人员：张卓然，廖晨东，张健，顾相培，李涵琪，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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