申请/专利权人：上海鸣志电器股份有限公司

申请日：2017-08-01

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN109327093B

主分类号：H02K3/28

分类号：H02K3/28

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.03.08#实质审查的生效;2019.02.12#公开

摘要：本发明涉及一种用于无齿槽电机的嵌套绕组，该绕组由n个内外径尺寸不同的线圈嵌套而成，且同相位的线圈进行并联或者串联连接，其中嵌套线圈数n大于等于2。与现有技术相比，本发明可以有效减小并接线圈间的电势差，从而减小绕组的损耗，提升电机高速运行性能等优点。

主权项：1.一种用于无齿槽电机的嵌套绕组，其特征在于，该绕组由n个内外径尺寸不同的单个线圈嵌套而成，且同相位的线圈进行并联或者串联连接，其中线圈的数量n大于等于2；所述的单个线圈为单股绕组或者多股绕组，若为单股绕组，将不同层内相同相位的线圈并联，形成一相绕组；若为多股绕组，先将位于不同嵌套层的同相线圈组按照反电势幅值与相位串联后一致原理串联，然后将串联后的线圈并联形成一相绕组。

全文数据：一种用于无齿槽电机的嵌套绕组技术领域本发明涉及一种电机绕组，尤其是涉及一种用于无齿槽电机的嵌套绕组。背景技术对于无齿槽永磁电机，电机主要零部件包括定子铁芯、定子绕组、转子磁钢和转轴，其中绕组是无齿槽永磁电机的核心部件。传统的空心杯电机如US.4,5543,507由于绕组直接曝露在气隙磁场中，在高速旋转的磁场中会感生出很大的涡流损耗，见图1，为此在设计空心杯绕组时候需要采用较细的铜线绕制线圈，基于这个需求，为了充分利用电机的定转子空间，需要采用多股并绕的方案绕制线圈，但是传统的叠绕组方案如果采用多股方案绕制，并绕的线圈之间会产生一个相位差，如果将两个线圈并联，那么该相位差会引起内部环流，继而引起损耗。专利US20090315427、US20070103025和CN200610136515.X在一定程度上解决同心式绕组在无齿槽电机中降低涡流问题，但是专利中仅仅适合同心式结构，不适合叠绕组和斜绕组，无法解决叠绕组和斜绕组在无齿槽电机中所遇到的绕组问题。另外，US20070103025和CN200610136515.X在绕组制作过程中需要将若干个绕组进行拼装和卷圆，工艺难度大，同时，单个线圈只能绕制成菱形结构，不适合六边形绕组结构；专利CN201310021865.1和CN201310188734.2提出了无齿槽绕组的绕组方式以及不同绕组的组合方式，但是这两个专利仍然没有解决无齿槽电机的在大功率、高转速出现的技术问题；图1为传统叠绕组双股绕制的线圈展开图，1-1为并绕的线圈一，1-2为并绕的线圈二，导线粗细仅仅为了区分两个线圈，并非代表线径；1-3为并绕后的抽头一，1-4为并绕后的抽头二。传统的叠绕组的多股方案，由于1-1在空间上超前1-2一个相位差，当磁场作用在线圈上，线圈1-1感生反电势在时间上与1-2有一个相位差。由于这个相位差的存在，使得绕组并联后，绕组会产生内部环流。发明内容本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于无齿槽电机的嵌套绕组。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于无齿槽电机的嵌套绕组，该绕组由n个内外径尺寸不同的线圈嵌套而成，且同相位的线圈进行并联或者串联连接，其中嵌套线圈数n大于等于2。所述的嵌套线圈为叠绕组、斜绕组或同心式绕组。所述的绕制线圈的导线为圆线、扁线或者多股绞线。所述的嵌套线圈中同一层内的单个线圈根据需要进行星型联结或者角型联结。所述的n个内外径尺寸不同的线圈根据需要进行串联或者并联，若不同层的线圈之间需要并联，则并联的同相绕组需要满足电阻、电感、相同转速的反电动势幅值和相位相等或者差值小于设定阈值。所述的同相位的线圈串联时，根据需要将串联后的线圈进行星型联结或者角型联结。所述的单个线圈为单股绕组或者多股绕组，若为多股绕组，先将位于不同嵌套层的同相线圈组按照反电势幅值与相位串联后一致原理串联，然后将串联后的线圈组并联或者串联形成一相绕组。例如单个线圈均由m股绕制，上述这样内外径不同的线圈，同相之间串联，串联后同相线圈仍然为m股，这m股需要满足电阻、电感、相同转速的反电动势幅值仍然相等或者接近，然后将属于同相的m股线进行并联。所述的单个线圈为多股绕组时，所述的多股绕组的线径相同或者不同。所述的单个线圈绕制成菱形、六边形、多边形或者其他形状的线圈。组成多相的单个线圈为60度相带或者120度相带；所述的单个线圈由3k个基本线圈组成，其中k为1、2、3、4..........。与现有技术相比，本发明具有以下优点：1.采用本专利所提出的空心杯绕组可以有效减小并接线圈间的电势差，从而减小绕组的损耗，提升电机高速运行性能；2.采用本专利所提出的空心杯绕组可以有效的提升空心杯绕组的占槽率，充分利用了电机的径向与周向空间，减小绕组的电阻，提升电机的运行效率；3.采用本专利所提出的空心杯绕组可以拓展电机的电压等级，丰富产品线；4.本专利的绕组的形状多样化，既可以是菱形的，也可以是六边形或者其他形状；5.本专利提出的空心杯绕组工艺简单，不同层的绕组单个制作方式与传统的空心杯绕组制作方式一致，产品生产有较强的延续性；6.本专利提出的空心杯绕组嵌套工艺容易实现，只需要对不同内外径的同相位的线圈或者线圈组进行并联连接就可实现；7.本专利的绕组适用性广泛，可以应用与多相电机；8.本专利的绕组形式丰富，用于嵌套的各层绕组可以采用多个线圈，例如3个线圈，6个线圈等；9.本专利绕组绕制既可以采用单股，也可以采用多股方案，使得电机更加适用于高速应用；10.本专利绕组所采用导线范围广泛可以是自粘性的圆形漆包线，或者为扁铜线，或者多股绞线等。附图说明图1为现有叠绕组双股绕制的线圈展开示意图，其中1-1为并绕的线圈一，1-2为并绕的线圈二，1-3为并绕后的抽头一，1-4为并绕后的抽头二；图2为实施例1的采用双层的叠绕组的空心杯绕组结构示意图；其中2-1为外层线圈、2-2为内层线圈、2-1-1～2-1-6为外层三相绕组抽头、2-2-1～2-2-6为内层三相绕组抽头；图3A为实施例1的外层线圈结构示意图；图3B为实施例1的内层线圈结构示意图；图4为实施例1同相绕组并联后接成三角形结构示意图；图5为实施例2的空心杯绕组结构示意图；5-1为外层线圈，5-2为内层线圈，5-1-1～5-1-12为外层绕组的抽头，5-2-1～5-2-12为内层绕组的抽头；图6A为实施例2的外层线圈结构示意图；图6B为实施例2的内层线圈结构示意图；图7A为实施例2的A相绕组结构示意图；图7B为实施例2的B相绕组结构示意图；图7C为实施例2的C相绕组结构示意图；图8A为实施例2的绕组各个线圈的反电势向量图；图8B～D为使用三股并绕的双层绕组的一相线圈的向量图，其中8B为A相外层的A1，A2，A3三个线圈串联，A相内层的A4，A5，A6三个线圈串联，然后将内外层串联的线圈并联，8C为A1，A5，A3三个线圈串联，A4，A2，A6三个线圈串联，然后将串联的线圈进行并联，8D为A1，A5，A4三个线圈串联，A3，A2，A6三个线圈串联，然后将串联的线圈进行并联；图9为根据图8原理绘制的线圈连接方式示意图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。本发明专利基于上述背景，利用线圈反电势的相位关系，推导出一种可以抑制绕组内部环流的空心杯绕组，本专利所述的绕组由多个内外径尺寸不同的绕组嵌套组成，每层绕组如果是单股线绕制，可以将不同层内相同相位的线圈并联，形成一相绕组。所并联的线圈需要电阻，电感，反电势相位和幅值相同或者接近，最后，按照需要接成三角形或者Y形。本专利所述的绕组中各层绕组也可以采用多股方案，其线径可以不同，也可相同，需要将不同层的同相线圈先按本专利所述的连接方案连接后形成一相绕组，然后按照需要接成三角形或者Y形。基于本专利原理也可以采用扁铜线，或者多股绞线绕制各层嵌套线圈。实施例1：图2为一种采用双层的叠绕组的空心杯绕组，外层线圈2-1和内层线圈2-2都采用叠绕绕组的方案，外层绕组为三相绕组实际应用中可以为多相，图3A为外层三相绕组，包括抽头2-1-1～2-1-6，其中2-1-1与2-1-2之间为A1线圈，2-1-3与2-1-4之间为B1线圈，2-1-5与2-1-6之间为C1线圈。图3B为内层绕组为三相绕组，实际应用中可以为多相，包括抽头2-2-1～2-2-6，其中2-2-1与2-2-2之间为A2线圈，2-2-3与2-2-4之间为B2线圈，2-2-5与2-2-6之间为C2线圈。线圈A1，B1，C1，A2，B2，C2在空间上各自占120°实际使用中每层绕组也可以采用60°划分一共6个线圈的方案，或者其他方案；线圈A1与A2采用并联连接，线圈B1与B2采用并联连接，线圈C1与C2采用并联连接，然后接成三角形，见图4，实际应用中可以按照需要结成Y形。每个线圈采用单根自粘性漆包线制作，也可以采用扁铜线绕线或者多股铜线绞线的形式；用于嵌套的线圈数量至少为2个。实施例2:实施例2的外形与实施例1类似，见图5，但是实施例2中用于嵌套的内层与外层是采用双股线绕制而成，实际使用中也可以使用3股，4股等方案；传统的并绕方案由于绕组之间在空间上排布上存在一个角度差，因此在感应到反电势后，反电势在时间上存在一个相位差，如果将存在相位差的绕组并联，那么将引入一个额外的损耗到绕组中；本实施例采用两层绕组，见图5，每层绕组为一个三相两股绕组；外层线圈5-1由三相绕组组成，分别是5-1Aout，5-1Bout，5-1Cout，见图6A，三相绕组各自占120°。每相绕组中有两股线绕制，图7中粗线和细线，图中的粗细不代表线径，仅仅用来区别导线；内层线圈5-2由三相绕组组成，分别是5-2Aout，5-2Bout，5-2Cout，见图6B，三相绕组各自占120°。每相绕组中有两股线绕制，图7中粗线和细线，图中的粗细不代表线径，仅仅用来区别导线；5-1-1～5-1-12为外层绕组的抽头，5-1-1与5-1-3之间为线圈A1，5-1-2与5-1-4之间为线圈A2；5-1-5与5-1-7之间为线圈B1，5-1-6与5-1-8之间为线圈B2；5-1-9与5-1-11之间为线圈C1，5-1-10与5-1-12之间为线圈C2；；见图7A～C；5-2-1～5-2-12为内层绕组的抽头，5-2-1与5-2-3之间为线圈A4，5-2-2与5-2-4之间为线圈A3；5-2-5与5-2-7之间为线圈B4，5-2-6与5-2-8之间为线圈B3；5-2-9与5-2-11之间为线圈C4，5-2-10与5-2-12之间为线圈C3；见图7A～C；图8A为绕组的各个线圈的反电势的向量图，线圈A1与A3，A2与A4先分别串联，串联后的线圈组为同相位，因此可以并联形成A相线圈；线圈B1与B3，B2与B4先分别串联，串联后的线圈组为同相位，因此可以并联形成B相线圈；线圈C1与C3，C2与C4先分别串联，串联后的线圈组为同相位，因此可以并联形成C相线圈；图9为根据图8原理绘制的线圈连接方式。实际使用中也可以基于上述原理采用比两股更多的方案来实现多股并绕的方案；图8B～D为使用三股并绕的双层绕组的一相线圈的向量图，A1，A2，A3为外层的三个线圈，其中A1，A2，A3按照先后顺序形成的A相外层线圈，A4，A5，A6为内层的三个线圈，其中A4，A5，A6按照先后顺序形成的A相内层线圈；8B为A相外层的A1，A2，A3三个线圈串联，A相内层的A4，A5，A6三个线圈串联，然后将内外层串联的线圈并联，8C为A1，A5，A3三个线圈串联，A4，A2，A6三个线圈串联，然后将串联的线圈进行并联，8D为A1，A5，A4三个线圈串联，A3，A2，A6三个线圈串联，然后将串联的线圈进行并联；A6，A5，A4三个线圈串联，A3，A2，A1三个线圈串联，然后将串联的线圈进行并联，按照下面四种方式连接一相线圈，可以使得他们相位相同，实现多股并绕。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

权利要求：1.一种用于无齿槽电机的嵌套绕组，其特征在于，该绕组由n个内外径尺寸不同的线圈嵌套而成，且同相位的线圈进行并联或者串联连接，其中嵌套线圈数n大于等于2。2.根据权利要求1所述的嵌套绕组，其特征在于，所述的嵌套线圈为叠绕组、斜绕组或同心式绕组。3.根据权利要求1所述的嵌套绕组，其特征在于，所述的绕制线圈的导线为圆线、扁线或者多股绞线。4.根据权利要求1所述的嵌套绕组，其特征在于，所述的嵌套线圈中同一层内的单个线圈根据需要进行星型联结或者角型联结。5.根据权利要求1所述的嵌套绕组，其特征在于，所述的n个内外径尺寸不同的线圈根据需要进行串联或者并联，若不同层的线圈之间需要并联，则并联的同相绕组需要满足电阻、电感、相同转速的反电动势幅值和相位相等或者差值小于设定阈值。6.根据权利要求1所述的嵌套绕组，其特征在于，所述的同相位的线圈串联时，根据需要将串联后的线圈进行星型联结或者角型联结。7.根据权利要求4所述的嵌套绕组，其特征在于，所述的单个线圈为单股绕组或者多股绕组，若为多股绕组，先将位于不同嵌套层的同相线圈组按照反电势幅值与相位串联后一致原理串联，然后将串联后的线圈组并联或者串联形成一相绕组。8.根据权利要求7所述的嵌套绕组，其特征在于，所述的单个线圈为多股绕组时，所述的多股绕组的线径相同或者不同。9.根据权利要求7所述的嵌套绕组，其特征在于，所述的单个线圈绕制成菱形、六边形、多边形或者其他形状的线圈。10.根据权利要求7所述的嵌套绕组，其特征在于，组成多相的单个线圈为60度相带或者120度相带；所述的单个线圈由3k个基本线圈组成，其中k为1、2、3、4..........。

百度查询： 上海鸣志电器股份有限公司 一种用于无齿槽电机的嵌套绕组

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