一种双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构

1.本发明涉及永磁电机相关设备的技术领域，尤其涉及一种双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构。


背景技术：

2.对于高速大功率永磁电机，其槽内漏磁场问题显著，尤其是在槽口处。采用铜扁线会使得电机槽满率增大、铜直流损耗降低，然而其铜涡流损耗问题会非常严峻；采用利兹线/圆线会使得铜涡流损耗大大降低，然而其会使得电机槽满率较低，铜直流损耗较大。
3.近几年出现用于高速大功率永磁电机定子冷却方法，它将冷却油路放置在槽口处，铜扁线放置在槽底处，以规避槽口处严峻的漏磁场问题，有利于降低铜涡流损耗。然而其存在对槽底处导体的冷却效果较差的缺陷。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述现有双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明目的是提供一种双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构，包括，绕组模块，包括设置在电机槽内的第一三相绕组以及设置在电机槽内的第二三相绕组，所述第一三相绕组和第二三相绕组之间相互隔离；以及，冷却模块，包括设置在电机槽内的内腔以及设置在内腔内的冷却油道。
8.作为本发明所述双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构的一种优选方案，其中：所述电机槽包括第一冷却槽以及设置在冷却油道另一端的第二冷却槽，所述第一冷却槽设置在第二冷却槽上端，所述第一冷却槽上端开设有第一槽口，所述第二冷却槽下端开设有第二槽口。
9.作为本发明所述双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构的一种优选方案，其中：所述第一三相绕组和第二三相绕组均包括第一相绕组、第二相绕组以及第三相绕组，且均为单层整距60
°
相带分布绕组，
10.其中，所述第一三相绕组设置在第一冷却槽内，所述第二三相绕组设置在第二冷却槽内。
11.作为本发明所述双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构的一种优选方案，其中：所述第一三相绕组采用利兹线，所述第二三相绕组采用扁线。
12.作为本发明所述双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构的一种优选方案，其中：所述电机槽的个数ns与极对数p的比值满足：ns＝6kp(k＝1，2，3，4
…
)，所述第二三相绕
组占用的槽深长度占总槽深的比例为ζ1，ζ_1≤1/3。
13.作为本发明所述双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构的一种优选方案，其中：所述冷却油道内设置有疏油组件，所述疏油组件包括设置在第一疏油槽上端的过滤管、设置在过滤管内的过滤半球以及设置在每个所述过滤半球上的过滤孔，所述过滤半球内部中空，所述过滤半球下端设置有驱动部件，
14.其中，所述过滤半球设置有两个，所述过滤孔内设置有过滤层。
15.作为本发明所述双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构的一种优选方案，其中：驱动部件包括与两个过滤半球相连的连接环，所述连接环上设置有齿轮轨道，所述过滤管上设置有底座(连接块)，所述底座内设置有支架，所述支架内转动连接有与齿轮轨道啮合的第一齿轮，所述第一齿轮上同轴设置有第二齿轮，所述底座内固定有第三齿轮，所述第二齿轮与第三齿轮啮合。
16.作为本发明所述双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构的一种优选方案，其中：所述第二齿轮外周壁设置有若干第一凸起杆，所述第三齿轮外周壁上设置有若干第二凸起杆，所述第一凸起杆与第二凸起杆配合，所述第一凸起杆和第二凸起杆的外缘设置成弧面。
17.作为本发明所述双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构的一种优选方案，其中：所述第三齿轮上同轴设置有驱动件。
18.本发明的有益效果：本发明利用一套扁线三相绕组与一套利兹线/圆线三相绕组所构成的组合线型的绕组结构，有效提高了永磁电机绕组槽满率，降低铜直流损耗及涡流损耗，避免了单独使用扁线导致的过高的铜涡流损耗及单独使用圆线/利兹线导致的铜直流损耗；冷却油道放置于两套三相绕组之间，对两套三相绕组均有效冷却，提高了冷却效率，避免了槽口处油道对槽底处导体的冷却效果较差的缺陷；同时该油道使得两套三相绕组物理隔离，保障了电机的容错性能，提高了电机的可靠性，其适用于高速大功率永磁电机应用场合。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
20.图1为本发明双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构的单槽结构示意图。
21.图2为本发明双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构所述的单槽内部结构示意图。
22.图3为本发明双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构所述的冷却油道结构示意图。
23.图4为本发明双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构所述的疏油组件结构示意图。
24.图5为本发明双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构所述的驱动部件结构示意图。
具体实施方式
25.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
26.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
27.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
28.再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
29.实施例1
30.参照图1和图2，本发明公开了一种双三相分布式组合线型电机低损耗绕组结构，包括绕组模块100，在本实施例中，绕组模块100包括设置在电机槽内的第一三相绕组101以及设置在电机槽内的第二三相绕组102，第一三相绕组101和第二三相绕组102之间相互隔离。
31.进一步的，电机槽包括第一冷却槽202以及设置在冷却油道201另一端的第二冷却槽203，第一冷却槽202设置在第二冷却槽203上端，第一冷却槽202上端开设有第一槽口，第二冷却槽203下端开设有第二槽口，其中，第一三相绕组101设置在第一冷却槽202内，第二三相绕组102设置在第二冷却槽203内，第一三相绕组101采用利兹线，第二三相绕组102采用扁线。
32.进一步的，作为优选的，第一三相绕组101包括：第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组，该套三相绕组为单层整距60
°
相带分布绕组，置于槽口位置，其采用利兹线/圆线。
33.第二三相绕组102包括：第四相绕组、第五相绕组和第六相绕组，该套三相绕组为单层整距60
°
相带分布绕组，置于槽底位置，其采用扁线。电机槽的个数ns与极对数p的比值满足：ns＝6kp(k＝1，2，3，4...)，所述第二三相绕组占用的槽深长度占总槽深的比例为ζ1，
34.对于该电机，槽数ns与极对数p的比值需要满足ns＝6kp(k＝1,2,3,4
…
)，，由于采用60
°
相带单层绕组，采用分布式整数槽结构，跨距为
35.假设采用扁线的第一套绕组的位置在槽底处，其占用的槽深长度占总槽深的比例为ζ1，以保证扁线尽量少地受到槽内漏磁的影响，有效降低绕组铜涡流损耗。同时，一部分使用扁线有利于提高电机槽满率，有效降低绕组铜直流损耗，扁线绕组不那么靠近转子，那样扁线绕组受永磁磁场的影响小，从而可以起到降低绕组涡流损耗的作用。该比例基于额定的高速大转矩工况设计，在高速大转矩情况下，该比例可以使得铜损最小。
36.且本发明还包括冷却模块200，在本实施例中，冷却模块200包括设置在电机槽内
的内腔以及设置在内腔内的冷却油道201，冷却油道201设置在两套绕组之间，采用圆线/利兹线的第二套绕组的位置在槽口处，两套绕组在槽内被油道物理隔离，冷却液与两套绕组直接接触，有效提高冷却效率。
37.在绕组端部，假设采用扁线的第一套绕组在加工时向定子轭部弯折，采用圆线/利兹线的第二套绕组经过整形不占用径向空间。所以两套绕组在电机端部也无接触，实现全面物理隔离，有效提高电机可靠性。同时两套绕组独立控制，完全解耦，电机容错性能良好。
38.在定子铁心结构、输出转矩要求固定的前提下，总铜损＝直流铜损 交流铜损。直流铜损取决于槽满率(纯铜面积占槽面积的比例)，交流铜损取决于绕组内涡流产生的损耗。
39.为了使得铜损最小，我们采用扁线绕组以增大槽满率(降低直流铜损)，在槽口处采用利兹线/圆线，以降低交流铜损。绕组原始的扁线与利兹线/圆线的比例是基于额定的高速大转矩工况设计，在高速大转矩情况下，该比例可以使得铜损最小。
40.在不同工况下，为了使得铜损最小，采用铜损抑制最优控制方法。通过对工作点的识别，基于铜损最小的目的对两套绕组进行电流的分配。
41.基于铜损最小的目的对两套绕组进行电流的分配，具体分配比例及效果如下表1所示，以部分工况为例，可以得到，采用铜损抑制最优控制方法组合线型绕组在绝大多数工况下，铜损小于纯扁线线型绕组和纯圆线线型绕组，具有明显优势。
42.[0043][0044]
表1两套绕组的具体电流的分配比例
[0045]
操作过程：确定电机槽数和极对数比值，计算电机槽距角电角度；得出两套绕组之间的位置电角度差值和各自的电流波形；求出合成磁势、正转磁势和反转磁势，保证正转磁势最大，且其他次磁势将会被削弱；在降低谐波后，转子永磁体涡流损耗几乎为0，且电机的转矩脉动大大降低。
[0046]
此绕组结构，有效提高了永磁电机绕组槽满率，降低铜直流损耗及涡流损耗，避免了单独使用扁线导致的过高的铜涡流损耗及单独使用圆线/利兹线导致的铜直流损耗；冷却油道201放置于两套三相绕组之间，对两套三相绕组均有效冷却，提高了冷却效率，避免了槽口处油道对槽底处导体的冷却效果较差的缺陷；同时该油道使得两套三相绕组物理隔离，保障了电机的容错性能，提高了电机的可靠性，其适用于高速大功率永磁电机应用场合。
[0047]
实施例2
[0048]
参照图3-5，该实施例不同于第一个实施例的是：在本实施例中，冷却油道201内设置有疏油组件300，在本实施例中，起闭组件包括与疏油道内壁相连的过滤管301，过滤管301套设在第一疏油槽内，在过滤管301内设置有过滤半球302，过滤半球302设置有两个，两个过滤半球302对称设置，共同组成类圆形，在每个所述过滤半球302上都设置有过滤孔303，过滤半球302内部中空，当两个过滤半球302组合形成类圆形后，内部留有空间，并且过滤孔303布满阵列设置在过滤半球302上。
[0049]
作为优选的，在过滤孔303内设置有过滤层，过滤层主要为设置在过滤孔303内的粘连层和滤水层，主要是用于对冷却油进行初步过滤，过滤掉冷却油内的大颗粒的杂质。
[0050]
进一步的，在过滤管301上设置有底座403，在过滤半球302下端设置有驱动部件400，在本实施例中，驱动部件400包括与两个过滤半球302相连的连接环401，两个过滤半球302通过连接环401的相连实现连接，在两个连接环401的侧壁面上均向外伸出有连接片，连接片上开设有螺栓孔，进而操作者可以通过螺栓将两个连接环401进行连接，并且在其中一个过滤半球302的端侧面上设置有凸起，另一个过滤半球302的端侧面上设置有凹陷，利用凹陷与凸起的对应和螺栓实现两个过滤半球302的安装。
[0051]
进一步的，在连接环401上设置有齿轮轨道402，齿轮轨道402环绕连接环401设置，在底座403内设置有支架404，支架404的上端设置有弧形板，弧形板与连接环401抵接，并且起到承接作用，在支架404内转动连接有与齿轮轨道402啮合的第一齿轮405，第一齿轮405的转动可以通过啮合作用带动齿轮轨道402的旋转，进而实现带动两个过滤半球302的转动，在第一齿轮405上同轴设置有第二齿轮406，在底座403内固定有第三齿轮407，且第二齿轮406与第三齿轮407啮合，支架404可以沿竖直方向转动，而第一齿轮405和第二齿轮406的转动平面为水平平面。
[0052]
作为优选的，为了实现通过支架404的转动带动第二齿轮406的转动，在第二齿轮406外周壁设置有若干第一凸起杆500，第一凸起杆500沿着第二齿轮406外周壁等距设置，在第三齿轮407外周壁上设置有若干第二凸起杆501，且第一凸起杆500与第二凸起杆501配合，在第一凸起杆500和第二凸起杆501的外缘设置成弧面。
[0053]
进一步的，在第三齿轮407上同轴设置有驱动件502，在本实施例中，驱动件502为微型马达，用于驱动第三齿轮407的旋转。
[0054]
其余结构与实施例1相同。
[0055]
操作过程：当冷却油在主油道内流动时，会冲击连接水轮，使得连接水轮转动，从而实现对第三齿轮407的驱动，第三齿轮407的转动会带动第二齿轮406的转动，从而带动第一齿轮405的转动，使得过滤半球302被第一齿轮405驱动下自转，而同时也因为第三齿轮407的转动，使得过滤半球302发生垂直于自转方向的转动，当水流流下时，会冲击到不断旋转的过滤半球302上，水先被过滤孔303内的过滤层过滤，完成对冷却油的过滤操作。
[0056]
重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本技术的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
[0057]
此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的
那些特征)。
[0058]
应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
[0059]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。