[发明专利]一种盘式电机绕组

说明书

本发明公开了一种盘式电机绕组。所述盘式电机绕组采用变截面结构，径向截面自内向外逐渐增大。单元绕组加工工艺包括，但不限于，线切割、弯折、焊接。变截面单元绕组间通过递进式连接方式相连，实现分层排布，构成绕组基础件。绕组基础件可包覆绝缘材料、高强度支撑材料等提高绝缘水平与结构强度。不同螺旋方向的绕组基础件可依据实际绕组排布原理连接构成各相定子绕组，提供所需方向的时变磁场。所述盘式电机绕组结构适应性强，可适用于有槽及无槽盘式电机。本发明所述盘式电机绕组结构简单、强度大、热性能优良且绕组空间利用率高，可提升盘式电机功率密度、转矩密度。

技术领域

本发明属于电机设计与制造领域，特别涉及一种盘式电机绕组。

背景技术

永磁盘式电机的整体结构紧凑，相较于径向磁场电机，有利于转矩密度的提高。盘式电机轴向尺寸短，外径大，机体呈扁平式，常用于轴向尺寸和体积限制较大的应用场合。

盘式电机具有体积小、重量轻、转矩密度和功率密度高的优势，但冷却与散热能力有限。若绕组的温度过高，会致使绝缘破损；若永磁体温度过高，会引发性能下降甚至造成不可逆退磁，直接影响电机效率、可靠性及使用寿命。如何合理提高盘式电机热性能是亟待解决的关键性技术难题。

通常提高盘式电机温度特性的途径有两种，其一为主动冷却，主要包括：利用电机端盖位置的风扇加强空气对流；利用各类循环液冷结构加强热传导。主动冷却方法虽然可大幅提升电机转矩密度、功率密度等性能，但需外设冷却设备，增加电机系统的总质量，在对体积、重量要求较高的场合并不适用。其二通过电机拓扑结构增强散热能力。如借助异性转轴使气隙空气流速加快，增强空气对流。

现有技术条件较少从电机绕组这一主要发热源入手，来寻求突破载流量、损耗、温升限制的方式。以往电枢绕组有效空间的利用率偏低，相关发明一直在寻求先进的拓扑结构试图解决这类问题。一种较为经济的解决方案为多股小截面裸导线并绕。但这种方法带来新的问题，要求重新考虑平衡每根导体感应电动势，若在多股平行细导线之间将产生环流，会引起环流损耗的增加。另一种为箔绕组的方案。这种方法无法有效减少电枢涡流损耗，且适用容量较小。

盘式无铁芯永磁电机的绕组一般为圆盘状，绕组的有效边沿径向分布。其绕组形式主要分为线绕式绕组和PCB绕组。绕线式绕组线圈的平整度较低，可能出现轴向跳动的现象，线圈的制造精度难以保证；同时，绕线式绕组的制造成本较高。PCB绕组的形状相对自由，可以灵活的排布形式来改善电机的性能。PCB绕组分布相对分散，绕组空间利用率有限，并且在缺少定子铁心的情况下，每一匝绕组所交链的磁场情况不尽相同，难以对绕组整体进行统一的分析。限于材料与制造工艺，PCB绕组只适用于容量较小的情况。

以上现有技术中，未能提出提高绕组空间利用率、温度特性，并可适用于有槽、无槽的盘式电机绕组拓扑结构。

发明内容

针对现有技术的上述缺点或优化需求，本发明的目的在于提供一种新型盘式电机绕组，以提升盘式电机绕组的空间利用率与载流量，并改善盘式电机绕组的温度特性，进一步提高盘式电机的功率密度、转矩密度。

为达到本发明的上述目的，主要通过下述技术方案实现：

一种盘式电机绕组，其各相绕组包括一个或多个可产生同向或反向磁场的螺旋型绕组基础件。绕组基础件由单元绕组利用递进式连接方式相连，并实现分层排布。单元绕组基础件采用变截面结构，径向截面自内向外逐渐增大。

作为优选，所述变截面结构单元绕组，靠近盘式电机中心的截面较小，远离中心的截面较大。在径向上，绕组截面由内向外呈递增趋势，单元绕组在径向上的等效电阻则呈递减趋势。靠近内侧的等效电阻较大，损耗较为严重；靠近外侧的等效电阻较小，损耗较小，绕组的温度场因损耗分布不均匀而产生阶梯状的分布。因导体的导热作用良好，阶梯状的温度分布会在导热作用下趋于均匀。相较于线径不变的绕组结构，在相同的最高温升限制下，可提升绕组电流密度。