一种高功率密度盘式电机绕组结构及其折弯制备方法与流程

本发明涉及绕组及线圈部件折弯技术领域，尤其涉及一种高功率密度盘式电机绕组结构及其折弯制备方法。

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折弯制备方法，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弹簧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；每个线圈弹簧件由多个形状类似的线圈零件由内到外叠加数层构成，所述线圈零件由一块铜板上冲出或线切割出的线圈平面件根据优选的折弯角度和折弯半径沿相反的方向进行折弯形成。

作为本发明进一步的方案，所述线圈弹簧件通过弹簧拉伸的形式进行绝缘层镀膜处理，所述线圈弹簧件的每个线圈边中有n匝铜扁线径向重叠，可以获得n-1个轴向通风道。减少了线圈成型过程中绝缘破坏造成电机短路的风险。特别是，上述线圈弹簧件中每层线圈零件之间留有的轴向风道，对于高功率密度电机中必然存在的高温问题提供了有效的解决途径，使得因为较高的电密和磁密引起的高温有了很好的冷却通道，进一步提高电机的功率密度。

作为本发明进一步的方案，所述线圈平面件的个数由电机设计方案中的匝数确定，线圈平面件的尺寸根据电机下线槽的面积和长度共同确定，所述线圈平面件根据优选的折弯角度和折弯半径沿相反的方向进行折弯，可获得线圈零件，将多个线圈零件由内侧到外侧套叠数圈可构成线圈弹簧件，相邻线圈零件的端面采用激光焊接进行电连接。

作为本发明进一步的方案，所述线圈弹簧件的外缘形状为扇形、圆形、带倒角的矩形或椭圆形中的任一形状。

作为本发明进一步的方案，所述线圈卷绕件按设计要求排列好之后，采用铜导线或铜带将每一相相邻线圈弹簧件的引出端按照设计要求经焊接进行电连接。

作为本发明进一步的方案，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。

一种高功率密度盘式电机绕组结构的折弯制备方法，包括如下步骤：将所述线圈平面件根据优选的折弯角度和折弯半径沿相反的方向进行折弯，可获得线圈零件；将多个线圈零件由内侧到外侧套叠数圈可构成线圈弹簧件，相邻线圈零件的端面可采用激光焊接进行电连接；然后将线圈弹簧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；将所述线圈弹簧的引出头经铜线焊接则构成了电机绕组结构。整个线圈由平面件折弯而成，易于实现线圈制造机械化，提高了生产效率。线圈弹簧件的两个线圈边以上下层的状态自然排列在两个槽中，特别适合单层链式绕组、单层或双层叠绕组的型式。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明提供高功率密度盘式电机绕组结构，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；而且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为本发明中由线圈平面件构成线圈零件的折弯示意图(其中a、b、c、d、e分别为由内到外的线圈零件折弯示意图)；

图3为说明本发明中线圈弹簧件的散热效果图(其中a为侧视图、b为等轴侧视图)；

图4为根据本发明的双层叠式绕组实施方式的结构示意图；

图5为根据本发明的双层叠式绕组实施方式的槽内导体分布图。

图中：1线圈弹簧件，2线圈平面件，(2a、2b、2c、2d、2e)均为线圈零件，3电机绕组结构。

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3可包括多个线圈弹簧件1。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，采用单层交叉链式绕组的连接方式。每相绕组包括16个线圈弹簧件1，每个线圈弹簧件1的两个有效边跨过6个槽。

根据电机设计的结果，每个线圈弹簧件为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的铜板进行冲压，获得如图2所示的5个线圈平面件2，铜材的利用率高。

线圈零件(2a、2b、2c、2d、2e)的制造过程，具体地说，如图2所示，将线圈平面件2的左右两个线圈边沿着相反方向折弯，即一边向上折，另一边向下折，每个线圈平面件有8个折弯位置，每个折弯位置都有优选的折弯半径和折弯角度。每个线圈平面件的8个折弯位置左右对称，5个线圈平面件的对应位置折弯角度相同、折弯半径不同，最终获得了5个线圈零件(2a、2b、2c、2d、2e)。将上述的5个线圈零件按照由内侧到外侧的顺序套叠可构成线圈弹簧件1，相邻线圈零件的端面可采用激光焊接进行电连接，最终构成了线圈弹簧件1。上述线圈弹簧件1由于结构特点具有很好的拉伸性能，可以很容易的以图3所示的状态进行绝缘镀膜工艺。

最终获得的线圈弹簧件1有两个线圈边，每个线圈边有5匝铜扁线径向重叠，可以获得4个轴向通风道。每个线圈弹簧件1有两个引出头，线截面积完全相同。将三相48个线圈弹簧件的96个引出头按照设计方案采用铜线两两焊接，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(3)。

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4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弹簧件1；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个线圈弹簧件1，每个线圈弹簧件1的两个有效边跨过6个槽。

可以采用如图2所示的方法将冲压获得的线圈平面件2经过折弯得到线圈零件(2a、2b、2c、2d、2e)，最终获得线圈弹簧件1。和实施例1不同的是，此方案中每个槽里有2个线圈边，分别是相邻线圈弹簧件的上层边和下层边，每个线圈边有5匝铜扁线径向重叠，如图5所示，f代表轴向通风道，三相绕组共有96个线圈弹簧件，192个引出头采用铜导线进行焊接，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3。

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。