基于增材制造技术的无铁心直线电机线圈及绕组和电机制造技术

本发明专利技术提供了一种基于增材制造技术的无铁心直线电机线圈及绕组和电机，属于电机技术领域

【技术实现步骤摘要】
基于增材制造技术的无铁心直线电机线圈及绕组和电机


[0001]本专利技术属于电机
，特别涉及到一种基于增材制造技术的无铁心直线电机线圈，以及基于该线圈的无铁心直线电机绕组和无铁心直线电机
。

技术介绍

[0002]电机的关键部件之一为绕组，不仅负责产生控制运动的磁场，而且会产生的损耗，直接影响电机效率和温升，这一点在无铁心直线电机中尤为明显
。
无铁心直线电机绕组一般有两种结构，一种为集中式绕组结构；另一种为分布式绕组结构
。
[0003]集中式绕组结构具有结构简单
、
易于加工和维护的特点，但是该结构下绕组因数较低
、
谐波次数多，直接削弱了电机的输出性能，并且容易产生局部热点
。
因此，若想进一步提高电机的推力，常采用分布式绕组结构
。
然而分布式绕组结构端部较长
、
电阻较大，绕组损耗增加；现有的无铁心直线电机分布式绕组结构使得绕组两端线圈中空，气隙空间利用率低；同时无铁心直线电机有限的气隙空间，对分布式绕组端部的连接和体积提出了更高的要求，增加了设计与绕制的困难
。
[0004]目前已有采用增材制造技术来制造电机绕组，实现更复杂的结构拓扑，以克服传统绕组结构形式单一
、
空间自由度低的缺陷
。
但是无铁心直线电机为双边次级结构，由增材制造技术得到的多层扁宽导体绕组会感应较大涡流，绕组损耗增加，增加了电机过热的风险；同时，涡流与次级磁场相互作用产生反向涡流制动力，进而制约了电机动态性能
。
因此，合理的绕组结构拓扑设计很有必要
。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决上述绕组结构的缺陷，提出一种基于增材制造技术的无铁心直线电机线圈，通过线圈的左右导线以及端部三角形连接，减小端部体积和线圈损耗，提高气隙空间利用率和电机的推力密度
。
[0006]本专利技术还提供采用上述基于增材制造技术的无铁心直线电机线圈的绕组
。
[0007]本专利技术同时还提供采用上述基于增材制造技术的无铁心直线电机绕组的电机
。
[0008]本专利技术的具体技术方案如下：
[0009]本专利技术提供一种基于增材制造技术的无铁心直线电机线圈，该线圈由增材制造的导线制成，所述导线由若干个左
、
右导线依次连接而成，左
、
右导线结构相同，均包括有效边和端部，所述端部设在每个有效边两侧分为上端部和下端部，所述有效边和端部均呈条状结构，上
、
下端部与有效边夹角均为
α
；左
、
右导线的有效边相互平行且长度相等；左导线各有效边和右导线各有效边的总宽度均为
τ
/3
，两者的之间距离为
τ
，
τ
为电机极距
。
[0010]进一步地，线圈中导线连接采用由第一根左导线的上端部与第一根右导线上端部相连，然后第一根右导线的下端部与第二根左导线下端部相连，第二根左导线上端部与第二根右导线的上端部相连，以此类推串联成一根导线，线圈接线端均位于线圈最外层
。
[0011]进一步地，导线有效边的长度为
L
，与电机永磁体轴向长度对应；相连的左
、
右导线
在空间上存在错位，错位距离为
C
i
，该距离一般由增材制造技术及绝缘工艺决定；左导线
/
右导线相邻上端部
/
相邻下端部之间距离为
C
es
，
(
一般为线圈绝缘处理后绝缘厚度的二倍，可适当留有裕量
)
；左导线
/
右导线相邻有效边之间距离为
C
s
，满足
C
s
＝
C
es
/sin
α
；左导线
/
右导线中有效边的宽度为
C
w
，厚度为
C
t
，左导线
/
右导线的根数为
N
，满足
N
＝
[
τ
/3(C
w
+C
s
)]，
(
符号
[]表示取整
)
；左导线
/
右导线中上端部
/
下端部的宽度为
C
we
，满足
C
we
＝
C
w
sin
α
。
[0012]进一步地，所述上
、
下端部与有效边夹角
α
满足：其中
p
为电机极数，
Z
为集中式绕组无铁心直线电机槽数
。
[0013]进一步地，每匝导线距离为
180
°
电角度，线圈节距因数
k
cp
＝1，线圈的分布因数为
n
为谐波次数
。
[0014]本专利技术提供一种基于增材制造技术的无铁心直线电机绕组，由基于增材制造技术的无铁心直线电机线圈制成，每相绕组至少一个线圈，各相绕组的线圈按照间隔
60
°
电角度水平排列，线圈按照绕组相序进行串联
、
并联或串并联
。
[0015]进一步地，绕组相序按照
A
‑
Z
‑
B
‑
X
‑
C
‑
Y
阵列排布；每极每相绕组个数为1，绕组的分布因数为1，绕组因数为其中，
C
s
为左导线
/
右导线相邻有效边之间距离，
C
w
为左导线
/
右导线有效边的宽度，
τ
为电机极距，
N
为左导线
/
右导线的根数，
n
为谐波次数
。
[0016]本专利技术提供一种基于增材制造技术的无铁心直线电机，采用所述的基于增材制造技术的无铁心直线电机绕组制成
。
[0017]本专利技术相比现有技术具有如下优点：
[0018]1.
本专利技术基于增材制造技术的无铁心直线电机线圈，线圈的导线有效边为条状结构，相较于现有多层扁宽导线，线圈导线的有效边与气隙磁场切割的面积大幅减小，抑制了线圈内部涡流的形成，降低绕组涡流损耗；进一步的，涡流与气隙磁场作用的反向涡流制动力也得到大幅降低，提高了电机的动态性能与输出推力
。
[0019]2.
本专利技术通过合理设计线圈导线端部与有效边之间夹角，在电机输出推力得以提升的前提下，有效减小线圈导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于增材制造技术的无铁心直线电机线圈，其特征在于，该线圈由增材制造的导线制成，所述导线由若干个左
、
右导线依次连接而成，左
、
右导线结构相同，均包括有效边和端部，所述端部设在每个有效边两侧分为上端部和下端部，所述有效边和端部均呈条状结构，上
、
下端部与有效边夹角均为
α
；左
、
右导线的有效边相互平行且长度相等；左导线各有效边和右导线各有效边的总宽度均为
τ
/3
，两者的之间距离为
τ
，
τ
为电机极距
。2.
根据权利要求1所述基于增材制造技术的无铁心直线电机线圈，其特征在于，线圈中导线连接采用由第一根左导线的上端部与第一根右导线上端部相连，然后第一根右导线的下端部与第二根左导线下端部相连，第二根左导线上端部与第二右导线的上端部相连，以此类推串联成一根导线
。3.
根据权利要求1所述基于增材制造技术的无铁心直线电机线圈，其特征在于，导线有效边的长度为
L
，与电机永磁体轴向长度对应；相连的左
、
右导线在空间上存在错位，错位距离为
C
i
；左导线
/
右导线相邻上端部
/
相邻下端部之间距离为
C
es
；左导线
/
右导线相邻有效边之间距离为
C
s
，满足
C
s
＝
C
es
/sin
α
；左导线
/
右导线有效边的宽度为
C
w
，厚度为
C
t
，左导线
/
右导线的根数为
N
，满足
N
＝
[
τ
/3(C
w
+C
s
)]
；左导线
/

【专利技术属性】
技术研发人员：王政，黄旭珍，刘岩松，张毅伟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：