永磁电机定子及其多根并绕软绕组换位嵌线方法与流程

本发明涉及电机技术领域，特别涉及永磁电机定子及其多根并绕软绕组换位嵌线方法。

背景技术：

对于多根并绕软绕组永磁电机，定子线圈往往采用成本低、制作简单的圆形线圈。在电机设计上，软绕组一般适用于电压等级低的电机，定子线圈的匝数少，每匝线圈并绕根数多。绕组多根并绕会带来以下问题：一方面，在线圈的制作上，每匝多根并绕，需要电机制作厂家铜线库存量大，同时存在各根线间松紧不一，给绕线带来难度。并且，同一线圈的不同匝长度不相等，从而造成每匝的电阻、电抗不一致，嵌放到电机槽内后，各股线在槽部各点的磁几何位置不同，造成永磁电机各股线间的反电动势不同，从而造成各股线的电流不等，股线间存在较大的环流，进而造成各股线间温差增大，电机运行恶劣。另一方面，由于电机内交变磁场的作用，在定子槽内不同位置的磁场不同，由于集肤效应，会使绕组各股线间的电流分布不均匀，造成电机绕组发热不均。另外，电机制作过程中形位公差影响，造成不同槽内磁场有较大的差异，从而加剧绕组各股线间电流不平衡，造成电机绕组温升增高、振动噪声增大。

技术实现要素：

本发明的目的旨在至少解决所述的技术缺陷之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种永磁电机定子的多根并绕软绕组换位嵌线方法，其特征在于：具体包括以下嵌线过程：

首先，将多根并绕软绕组线圈分多组绕制，设定定子每匝并绕根数为N根，然后将N根漆包线分成M组；N为漆包线总数，一般为20-60的自然数；M为分组数，即漆包线总数N与绕线机单次绕组根数的比值；其中M组线圈为定子每匝并绕根数N根漆包线分组形成；将所述M组线圈按照1至M进行编号；

假设一条支路有P个线圈，绕线时，绕制出M组线圈，每组由P个线圈串联；假设P个线圈按照绕组规律分别位于1、2、3、4……P号槽内；从定子槽底开始嵌线，1号槽内各分组线圈嵌放顺序为1、2、3、……M；2号槽内嵌放顺序为2、3、4……M、1；依次类推，M号槽内嵌放顺序为M、1、2……、M-1；M+1号槽内各分组线圈嵌放顺序为1、2、3、……M；如此循环往复，直到嵌线完成。

进一步，所述绕组排列顺序，根据电机极数和定子槽数，确定相邻二个槽的电角度，按六十度相带分相，确定出来的顺序。

进一步，将N根漆包线平均分为M组，如若不能平分，即分为M-1组q根并绕和一组N-(M-1)*q根并绕，其中N为20-60的自然数；M为漆包线总数N与绕线机单次绕组根数的比值；q为N对(M-1)进行取整运算所得整数。

进一步，所述的嵌线过程中，在槽内相邻分组的线圈之间垫放一层薄膜绝缘材料。

本发明还提供一种基于多根并绕软绕组换位嵌线方法的永磁电机定子，其特征在于，包括设有定子槽楔的定子铁芯和设置在定子槽内的绕组。

首先，将多根并绕软绕组线圈分多组绕制，设定定子每匝并绕根数为N根，然后将N根漆包线分成M组；N为漆包线总数一般为20-60的自然数；M为分组数，即漆包线总数N与绕线机单次绕组根数的比值；其中M组线圈为定子每匝并绕根数N根漆包线分组形成；将所述M组线圈按照1至M进行编号。

假设一条支路有P个线圈，绕线时，绕制出M组线圈，每组由P个线圈串联；假设P个线圈按照绕组规律分别位于1、2、3、4……P号槽内，从定子槽底开始嵌线，1号槽内各分组线圈嵌放顺序为1、2、3、……M；2号槽内嵌放顺序为2、3、4……M、1；依次类推，M号槽内嵌放顺序为M、1、2……、M-1；M+1号槽内各分组线圈嵌放顺序为1、2、3、……M；如此循环往复，直到嵌线完成。

进一步，所述绕组排列顺序，根据电机极数和槽数，确定相邻二个槽的电角度，按六十度相带分相，确定出来的顺序。

进一步，将N根漆包线平均分为M组，如若不能平分，即分为M-1组q根并绕和一组N-(M-1)*q根并绕，其中N为20-60的自然数；M为漆包线总数N与绕线机单次绕组根数的比值；q为N对(M-1)进行取整运算所得整数。

进一步，在槽内相邻分组的线圈之间垫放一层薄膜绝缘材料。

根据本发明实施例的永磁电机定子及其多根并绕软绕组换位嵌线方法相比于现有技术至少具有以下优点：

一、降低集肤效应及制作形位公差的影响，降低电机温升及振动。

二、各组线圈位于槽内不同的磁几何位置，降低了支路反电动势的不平衡度，减低各股线间的环流。

三、线圈分组绕制，降低绕线难度。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的永磁电机定子多根并绕软绕组嵌线示意图；

图2为本发明的基于多根并绕软绕组嵌线方法的永磁电机定子结构示意图；

附图标记

其中，1是定子铁芯，2为槽绝缘，3为层级线圈，4为层级线圈，5为定子槽楔。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的实施例一种永磁电机定子的多根并绕软绕组换位嵌线方法，具体包括以下步骤:

步骤1，设定定子每匝并绕根数为N根漆包线，将N根漆包线分成M组；将M组线圈按照1至M进行编号，在步骤1中，将N根漆包线平均分为M组；如若不能平分，即分为M-1组q根并绕和一组N-(M-1)*q根并绕。对于大功率永磁电机并绕根数一般在20到60根，甚至更多；N为漆包线总数，一般为20-60的自然数；M为漆包线总数N与绕线机单次绕组根数的比值。其中M组线圈为定子每匝并绕根数N根漆包线分组形成；将所述M组线圈按照1至M进行编号，M为漆包线总数N与绕线机单次绕组根数的比值。

步骤2，假设一条支路有P个线圈，绕线时，绕制出M组层级线圈3，每组由P个线圈串联；假设P个线圈按照绕组规律分别位于1、2、3、4……P号槽内；从定子槽底开始嵌线，在1号槽内各分组线圈嵌放顺序为1、2、3、……M；2号槽内嵌放顺序为2、3、4……M、1；依次类推，M号槽内嵌放顺序为M、1、2……、M-1；M+1号槽内各分组线圈嵌放顺序为1、2、3、……M；如此循环往复，直到嵌线完成。

绕组排列顺序，根据电机极数和槽数，确定相邻二个槽的电角度，按六十度相带分相，确定出来的顺序。其中，六十度相带分相是指在三相电机中为了获得三相对称绕组，一种方法是在每个极下均匀分成三个相等范围，每个相带占有60°电角度；另一种方法是把每对极所占范围均匀分为三等分，使每个相带占有120°电角度。常用60度相带，是因为60度相带比120度相带具有更高的合成电势，绕组利用率高。

每极下每相绕组占有的范围即每极下同一相绕组所连续占据的定子槽数，称为相带，一般用电角度表示。

在嵌线过程中，在槽内相邻分组的线圈之间垫放一层薄膜绝缘材料。

如图1所示，下面以具体实施例详细说明嵌线过程。

本发明永磁电机多根并绕软绕组定子线圈换位嵌线技术，为了方便说明，以一个跨距为2，每条支路有8个线圈，每个线圈分为4组绕制(即每层绕组分为四层)为例，说明嵌线规律。一个线圈分成四组绕制，每组称为层级线圈3，分别为A11～X11，A12～X12，A13～X13，A14～X14，四组层级线圈并绕根数可以完全相同，也可以有一组不同其他三组相同。根据电机极数和槽数，具体为确定相邻二个槽的电角度，在按照六十度相带分相，分出来的顺序，该支路的8个线圈对应的槽位号分别为1，-4，6，11，-13，16，-18，-23，则A11号线圈绕组在1号槽位于第一层，在4号槽位于四层，在6号槽位于第三层，在11号槽位于第二层，然后在13号槽位于第一层，位于16号槽的第四层，位于18号槽的第三层，位于23号槽的第二层。

上述是实施例得以实现依据的具体理论推导过程如下：

在不考虑偏心、制作形位公差等对气隙磁场的影响，仅考虑由于集肤效应引起的槽内不同磁几何位置造成的影响。假定各槽中每匝的第i层线圈的不平衡反电势为：

E_i＝4.44fΦ_i

以上文中A相的一条支路的串联的各导体为例，Eij表示第i号槽，第j层线圈的不平衡反电势

假定E41表示4号槽中第1层线圈的不平衡反电势，则A相一条支路的四层线圈不平衡反电势为：

A11～X11：EA11＝E11+E44+E63+E112+E131+E164+E183+E232＝2(E₁+E₂+E₃+E₄)

A12～X12：EA12＝E12+E41+E64+E113+E132+E161+E184+E233＝2(E₁+E₂+E₃+E₄)

A13～X13：EA13＝E13+E42+E61+E114+E133+E162+E181+E234＝2(E₁+E₂+E₃+E₄)

A14～X14：EA14＝E14+E43+E62+E111+E134+E163+E182+E231＝2(E₁+E₂+E₃+E₄)

从上式中可以看出，虽然单个槽内的不同层线圈之间存在反电势差，但对于一条支路的各层线圈之间整体对外表现为平衡，不存在反电势差。从中可以得出结论，采用换位嵌线技术可以最大限度的降低由于集肤效应造成的槽内导体反电势不平衡度。

如图2所示，本发明还提供一种基于多根并绕软绕组嵌线方法的永磁电机定子，包括设有定子槽楔5的定子铁芯1和设置在定子槽内的绕组；所述相邻的定子槽楔5之间设有槽绝缘2。

假设一条支路有P个线圈，绕线时，绕制出M组层级线圈3，每组由P个线圈串联；假设P个线圈按照绕组规律分别位于1、2、3、4……P号槽内，从定子槽底开始嵌线，1号槽内各分组线圈嵌放顺序为1、2、3、……M，2号槽内嵌放顺序为2、3、4……M、1；依次类推，M号槽内嵌放顺序为M、1、2……、M-1；M+1号槽内各分组线圈嵌放顺序为1、2、3、……M；如此循环往复，直到嵌线完成。

N为漆包线总数，一般为20-60的自然数；M为分组数，即漆包线总数N与绕线机单次绕组根数的比值；P为电机支路线圈数；其中，M组线圈为定子每匝并绕根数N根漆包线分组形成；将所述M组线圈按照1至M进行编号。

绕组排列顺序，根据电机极数和定子槽数，确定相邻二个槽的电角度，按六十度相带分相，确定出来的顺序。其中，六十度相带分相是指在三相电机中为了获得三相对称绕组，一种方法是在每个极下均匀分成三个相等范围，每个相带占有60°电角度；另一种方法是把每对极所占范围均匀分为三等分，使每个相带占有120°电角度。常用60度相带，是因为60度相带比120度相带具有更高的合成电势，绕组利用率高。

每极下每相绕组占有的范围即每极下同一相绕组所连续占据的定子槽数，称为相带，一般用电角度表示。

在嵌线过程中，在槽内相邻分组的线圈之间垫放一层薄膜绝缘材料即层间绝缘3。

如图1所示，下面以具体实施例详细说明多根并绕软绕组嵌线技术绕制的永磁电机定子的嵌线技术。

本发明永磁电机多根并绕软绕组定子线圈换位嵌线技术，为了方便说明，以一个跨距为2，每条支路有8个线圈，每个线圈分为4组绕制(即每层绕组分为四层)为例，说明嵌线规律。一个线圈分成四组绕制，每组称为层级线圈4，分别为A11～X11，A12～X12，A13～X13，A14～X14，此实施例中，该支路的8个线圈对应的槽位号分别为1，-4，6，11，-13，16，-18，-23，则A11号线圈绕组在1号槽位于第一层，在4号槽位于四层，在6号槽位于第三层，在11号槽位于第二层，然后在13号槽位于第一层，位于16号槽的第四层，位于18号槽的第三层，位于23号槽的第二层。

上述是实施例得以实现依据的具体理论推导过程如下：

在不考虑偏心、制作形位公差等对气隙磁场的影响，仅考虑由于集肤效应引起的槽内不同磁几何位置造成的影响。假定各槽中每匝的第i层线圈的不平衡反电势为：

E_i＝4.44fΦ_i

以上文中A相的一条支路的串联的各导体为例，Eij表示第i号槽，第j层线圈的不平衡反电势；

假定E41表示4号槽中第1层线圈的不平衡反电势，则A相一条支路的四层线圈不平衡反电势为：

A11～X11：EA11＝E11+E44+E63+E112+E131+E164+E183+E232＝2(E₁+E₂+E₃+E₄)

A12～X12：EA12＝E12+E41+E64+E113+E132+E161+E184+E233＝2(E₁+E₂+E₃+E₄)

A13～X13：EA13＝E13+E42+E61+E114+E133+E162+E181+E234＝2(E₁+E₂+E₃+E₄)

A14～X14：EA14＝E14+E43+E62+E111+E134+E163+E182+E231＝2(E₁+E₂+E₃+E₄)

从上式中可以看出，虽然单个槽内的不同层线圈之间存在反电势差，但对于一条支路的各层线圈之间整体对外表现为平衡，不存在反电势差。从中可以得出结论，采用换位嵌线技术可以最大限度的降低由于集肤效应造成的槽内导体反电势不平衡度。

本发明提供的永磁电机定子及其多根并绕软绕组制作方法，具有以下优点：线圈制造工艺简单，嵌线简单、性能可靠、实用性高，可以广泛应用于低压大功率永磁电机中，有效提高了永磁电机的可靠性和使用寿命，并降低了加工制作成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。