一种高功率密度盘式电机绕组结构及其卷绕制备方法与流程

本发明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。

背景技术：

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。

技术实现要素：

本发明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，为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

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。根据本发明生产的线圈，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，本发明具有以下优点：本发明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为根据本发明的单层链式绕组实施方式的结构示意图；

图2为本发明中线圈结构展开件在钢板上的示意图；

图3为说明本发明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为本发明中线圈卷绕件之间的连接示意图。

图5为根据本发明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发明作进一步详细阐述。

实施例1

图1是根据本发明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。本发明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是根据本发明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，采用双层叠绕组的连接方式。每相绕组包括32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。

可以采用如图2所示的方法进行线圈结构展开件(2)的冲压，其厚度为0.8mm,面积为1㎡的铜版，采用如图3所示的方法进行线圈卷绕件(1)的制造。和实施例1不同的是，此方案中每个槽里有2个线圈边，三相绕组共有96个线圈卷绕件，192个引出头采用连接件(3)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)。

另外，上述线圈卷绕件的外缘形态为扇形，但是所述形状也可以是圆形、椭圆形或带倒角的矩形。此发明不仅适用于嵌入铁芯中的线圈，也同样适用于无铁芯线圈。

以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。