漆包線的橫截面定義

根據(jù)漆包線的橫截面定義兩大類為圓線和矩形線，圓形固有的特點(diǎn)是填充系數(shù)低，矩形與槽形狀匹配良好，其特點(diǎn)是填充系數(shù)高，在高頻應(yīng)用中，圓形仍然是首選。由于其具有矩形橫截面的特征，在使用它們的機(jī)器中，填充系數(shù)可以達(dá)到80-85%的值。 漆包線填充系數(shù)定義為導(dǎo)體材料銅（無(wú)絕緣）的數(shù)量與可用繞組空間批次的比率，它對(duì)電機(jī)的功率密度、導(dǎo)熱性、可制造性和總成本有重大影響。填充率與電流密度限制直接相關(guān)，與扭矩和功率相關(guān)。



矩形橫截面的繞組電機(jī)相比傳統(tǒng)圓形漆包線電機(jī)相比，槽滿率可提升20%~30%，單位橫截面積內(nèi)銅占比更高，有效降低了繞組電阻進(jìn)而降低銅損耗，導(dǎo)線越粗、電阻越小，在導(dǎo)線上因發(fā)熱損失的能量就會(huì)越小。矩形橫截面的電機(jī)端部長(zhǎng)度比圓線短5~10mm，有效降低端部繞組銅耗，進(jìn)一步提升電機(jī)效率。矩形橫截面電機(jī)的槽滿率更高，相同體積情況下，矩形橫截面繞組的電機(jī)有效定子繞組面積更大，在相同損耗下矩形橫截面繞組的電機(jī)可以能輸出更高的功率和扭矩。


矩形橫截面的繞組電機(jī)扁線形狀更規(guī)則，在定子槽內(nèi)緊密貼合，與定子鐵芯齒部和軛部更好接觸，降低槽內(nèi)熱阻，熱傳導(dǎo)效率更高。使用扁漆包線結(jié)構(gòu)的電機(jī)有更好的剛度，整機(jī)也將具備更好的剛度。扁漆包線繞組是通過(guò)鐵芯端部插線，不需要從槽口嵌線，電磁設(shè)計(jì)上可以選擇更小的槽口設(shè)計(jì)，有效降低齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。 圓形銅線 槽內(nèi)圓形銅線的插入機(jī)制會(huì)影響此類繞組的填充系數(shù)，導(dǎo)線可以位于具有不同圖案的插槽中。卷繞機(jī)構(gòu)可以隨機(jī)發(fā)生，如下圖a，這是自動(dòng)化流程和大規(guī)模生產(chǎn)最常見(jiàn)的解決方案，但填充系數(shù)非常低，通常低于55%。第二種繞組機(jī)制包括將導(dǎo)線整齊地分層放置，這種繞組類型稱為分層繞組，如圖b,可以達(dá)到比隨機(jī)繞組更高的填充系數(shù)，但只有當(dāng)這些層如圖c所示放置時(shí)，填充系數(shù)才能上升到75%。在這種情況下，實(shí)現(xiàn)了正交循環(huán)繞組。層和正交循環(huán)繞組可以使用特殊的針機(jī)械實(shí)現(xiàn)，利用這項(xiàng)技術(shù)，每條導(dǎo)線都精確地放置在插槽中所需的位置。



另一種提高圓導(dǎo)線填充系數(shù)的方法是使用分段定子，這里可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)60%的填充系數(shù)，但設(shè)計(jì)僅限于集中繞組，繞組直接纏繞在單個(gè)齒槽上。與分布式繞組相比，集中式繞組具有較短的端部繞組（減少銅損耗）和較高的填充系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，但其代價(jià)是磁鏈和感應(yīng)電壓的基波較低以及永磁體中的渦流損耗較高。為了獲得更高的填充系數(shù)，使用分段定子的技術(shù)，填充因子為≈80%，線圈直接纏繞在單個(gè)齒槽上。通過(guò)使用軟磁復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和預(yù)壓繞組，已經(jīng)獲得了類似的填充因子值，該工藝的目的是降低繞組中的空隙量，但該工藝受到變形和絕緣層機(jī)械性能的限制，通過(guò)使用“接頭搭接型芯”獲得75%的槽填充系數(shù)。



通過(guò)層壓將圓導(dǎo)線壓制成矩形橫截面，從而實(shí)現(xiàn)填充系數(shù)為≈83%，在這種情況下，需要調(diào)查絕緣材料，以確保線圈中沒(méi)有電氣故障。另一種不需要集中繞組或線圈絕緣變形的解決方案見(jiàn)。在這項(xiàng)工作中，提出了一種新的分段定子幾何結(jié)構(gòu)，允許實(shí)現(xiàn)分布式繞組：繞組安裝在一個(gè)扁平的帶狀定子上，該定子在瞬間彎曲并焊接。



使用具有矩形橫截面的導(dǎo)體可以提高填充系數(shù)，該技術(shù)確保了槽的完全填充，明顯排除了電介質(zhì)材料的百分比。矩形截面導(dǎo)線廣泛用于具有開(kāi)口槽結(jié)構(gòu)和雙層繞組的高壓大功率同步電機(jī)，最近，矩形漆包線制成的預(yù)制元件獲得的棒繞布局也已用于定子繞組。 結(jié)論 一般來(lái)說(shuō)，高填充因子意味著相對(duì)于槽的導(dǎo)體面積大，這確保了更高的熱導(dǎo)率，銅與其他介電材料相比，能承受更高的熱阻。隔熱材料熱性能的改善可以降低熱應(yīng)力，因?yàn)樯崮芰Ω?，允許電機(jī)的內(nèi)部的溫度更高。例如，預(yù)測(cè)定子電流密度增加 60% 的代價(jià)是溫度升高由70 °C（從130 °C到200 °C）。
責(zé)任編輯：彭菁