CN103825386B - 一种电机定子绕组线圈 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机定子绕组线圈，所述线圈采用方导体绕制，所述线圈具有直线部和端部，所述端部包括倾斜的上层边、倾斜的下层边以及连接在所述上层边和所述下层边之间的鼻部，所述上层边和所述下层边的倾斜度分别通过如下公式确认：α=arcsin[(d+a)/c]。其中：α为所述上层边或者所述下层边较之所述直线部的法向面所倾斜的角度；d为相邻方导体的上层边之间的间隙，或者相邻方导体的下层边之间的间隙；c为定子铁芯的相邻两线圈槽的距离，所述线圈槽用于容纳所述方导体；a为所述方导体的宽度，所述方导体的宽度方向平行于相应的所述线圈槽的槽宽方向。本发明的绕组线圈具有更高的功率密度和更紧凑的结构。

Description

一种电机定子绕组线圈

技术领域

本发明涉及电机设备技术领域，尤其涉及一种电机定子绕组线圈。

背景技术

电机对于功率密度和紧凑的结构具有较高的设计要求，特别是用于新能源电动汽车的电机，为实现节能、环保、适应整车安装狭小的结构空间，新能源汽车驱动电机对于功率密度和紧凑的结构具有更高的设计要求。

其中，定子槽满率是影响电机功率密度的重要指标之一，槽满率高的电机通常具有更高的功率密度和效率；线圈的形状是影响电机结构紧凑度的重要指标之一，绕组线圈由导体绕制而成，导体分为圆导体和方导体，圆导体绕组所能达到的槽满率一般为30%～40%之间，方导体绕组的槽满率可高达50%～75%，故采用方导体绕组作为定子绕组是高功率密度电机、特别是新能源汽车驱动电机的发展趋势。

圆导体的截面形状为圆形，其参数较难精确测知，因此，圆导体绕组在绕制时，尤其是对于端部的形状设计，大都通过多次的工艺试验、调整工装设备的尺寸来探索得到线圈尺寸。

方导体绕组的截面为矩形，其参数能够精确测知，然而，目前还没有一种利用精确测知的参数优化其绕组形状的方法，也就是说，目前的方导体绕组仍在沿用上述的圆导体的传统绕制方法，即通过多次的工艺试验、调整工装设备的尺寸来探索得到线圈尺寸。这样得出的线圈尺寸难以实现最优化，例如，参见图8～图10：

1、方导体端部200倾角α难以做到最优化，方导体端部200倾角是指第一层边210和第二层边220的倾斜角度，该倾斜角度是决定绕组端部长度的参数之一，如果不能得到α的最优值，势必会导致端部200长度偏长，进而导致定子用铜量增加，增加了定子线圈的电阻，增加了损耗，降低了电机效率，且更进一步的导致电机轴向结构尺寸增加。

2、无法实现端部200形状的最优化，也即，无法优化端部200的厚度h。现有方法设计的方导体线圈的上层边210和下层边220弯曲形状无规律，且鼻部230俯视为Z型，因此端部200的厚度尺寸h≈2×（b+R）。其中b为方导体的厚度，鼻部230过渡圆弧半径R通常大于3mm。线圈端部厚度尺寸h偏大，一方面导致定子用铜量增加，增加了定子线圈的电阻，进而增加了损耗，降低了电机效率；另一方面导致电机径向结构尺寸增大。

基于此，本发明提供了一种电机定子绕组线圈，其采用符合特定形状要求的方导体绕组，具有更高的功率密度和更紧凑的结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机定子绕组线圈，以填补现有的方导体线圈的参数确定方法的空白，进而优化绕组线圈的端部倾角和端部厚度。

基于上述目的，本发明提供了一种电机定子绕组线圈，所述线圈采用方导体绕制，所述线圈具有直线部和端部，所述端部包括倾斜的上层边、倾斜的下层边以及连接在所述上层边和所述下层边之间的鼻部，所述上层边和所述下层边的倾斜度分别通过如下公式确认：

α=arcsin[(d+a)/c]

其中：

α，为所述上层边或者所述下层边较之所述直线部的法向面所倾斜的角度；

d，为相邻方导体的上层边之间的间隙，或者相邻方导体的下层边之间的间隙；

c，为定子铁芯的相邻两线圈槽的距离，所述线圈槽用于容纳所述方导体；

a，为所述方导体的宽度，所述方导体的宽度方向平行于相应的所述线圈槽的槽宽方向。

优选的，所述d值的范围为0.1mm～1mm。

优选的，所述上层边和所述下层边沿其长度方向呈弧形伸展，所述上层边的弧形与所述下层边的弧形分别与定子铁芯的内孔为同心圆。

优选的，所述鼻部沿其长度方向呈S曲线型伸展。

优选的，所述端部的厚度通过如下公式确认：

h=2×b+D

其中：

h，为所述端部的厚度；

b，为所述方导体的厚度，所述方导体的厚度方向垂直于相应的所述线圈槽的槽宽方向；

D，为所述上层边与所述下层边沿其弧形的径向的间隙。

优选的，所述D值的范围为0.1mm～1mm。

综上所述，本发明提供的电机定子绕组线圈，结合方导体参数可精确测知的特点，首先获取相邻倾斜部之间的间隙d、方导体的宽度a以及方相邻两线圈槽的距离c的参数值，并依据上述参数值通过α=arcsin[(d+a)/c]的算法，能够准确的获知对应于该电机定子的绕组线圈端部倾角α，进而实现绕组线圈端部倾角的最优化，据此端部倾角的计算值，通过三维软件造型并装配，可大幅提高该电机定子的槽满率，以及减少用铜量，并降低损耗和电机效率，进一步的压缩电机轴向结构的尺寸。

进一步的，本发明提供的电机定子绕组线圈，在精确计算端部倾角的基础上，对上层边、下层边设置为同心的弧形，且弧形与电机定子的铁芯内孔同圆心装配，据此实现了端部的厚度压缩，结合S型的鼻部，充分减小了端部的厚度和用铜量，并降低了定子线圈的电阻和损耗，提高了电机效率，以及进一步的压缩了电机径向结构的尺寸。

附图说明

图1是本发明实施例一的主视图；

图2是本发明实施例一的方导体俯视图；

图3是本发明实施例一的电机定子俯视图；

图4是本发明实施例二的俯视图;

图5是本发明实施例二的方导体俯视图；

图6是图5中的局部放大示意图；

图7是本发明实施例二的主视图；

图8是传统绕组线圈的导体主视图；

图9是传统绕组线圈的导体侧视图；

图10是传统绕组线圈的导体俯视图；

其中：为清楚的显示绕组线圈的结构，图1～图10中仅示出了绕组线圈的局部结构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

参见图1～图3，该实施例公开了一种电机定子绕组线圈，所述线圈采用方导体绕制，与传统的绕组线圈相同，所述线圈包括直线部100和端部200，所述直线部100用于插装在定子铁芯300的线圈槽310内，所述端部200分别位于直线部100的两端，所述端部200沿定子铁芯300的圆周交错排布，也就是说，构成所述线圈的直线部100和端部200由方导体连续不间断的绕制而成。

其中的端部200包括倾斜的上层边210、倾斜的下层边220以及连接在所述上层边210和所述下层边220之间的鼻部230。如图1所示的主视图，所述上层边210与所述下层边220的倾斜方向相反，与所述鼻部230构成大致的三角形。其中，结合图2和图3，所述上层边210和所述下层边220的定义方式为，位于定子铁芯300的径向外侧的为上层边210，位于径向内侧的为下层边220。

所述上层边210与所述下层边220分别较之于直线部100的法向面具有一定的夹角，且二者的夹角相同，该实施例中，所述夹角通过如下方法进行精确计算，进而实现所述上层边210与所述下层边220的倾斜角度的最优化设计。

以某型号的电机定子为例，该方法包括：

首先，通过如下公式计算所述上层边210与所述下层边220的倾斜角度：

α=arcsin[(d+a)/c]

其中：

α，为所述上层边210或者所述下层边220较之所述直线部100的法向面所倾斜的角度，参见图1所示，α为所述上层边210与所述直线部100的法向面的夹角；

d，为相邻方导体的上层边210之间的间隙，或者相邻方导体的下层边220之间的间隙，参见图1所示，d为相邻的方导体之间的上层边210之间的间隙，该间隙中通过塞入绝缘纸并浸渍绝缘漆，据此实现相邻方导体之间的绝缘，绝缘纸的厚度为0.1mm～1mm，因此，通过相应的定子铁芯300所采用的绝缘纸规格确定d值；

c，为定子铁芯300的相邻两线圈槽310的距离，所述线圈槽310用于容纳所述方导体，如图3所示，即为相邻两线圈槽310的槽中心距离；

a，为所述方导体的宽度，结合图2和图4所示，所述方导体的宽度方向平行于相应的所述线圈槽310的槽宽方向。

对应于该型号的电机定子：d=0.5mm，c=8.6mm，a=3.35mm。据此可精确的计算出α=26.6°。也就是说，对应于该型号的电机定子，采用方导体绕制线圈时，将上层边210和下层边220分别设置为倾斜26.6°才能达到端部200的最优化设计，而凭借传统的多次工艺试验、调整工装设备的尺寸来探索的方法，无法获知该最佳值，更无法确认其装配状态是否已经接近或者达到最佳的倾斜角度值。

然后，通过三维软件造型及装配，对上述计算结果进行验证及修正。

通过上述方法能够得到对应于该电机定子的最优化的上层边210和下层边220的倾斜角度的最佳值，较之现有的多次试验凭手感确认的方法，本发明的倾斜角度更为精确和快捷，且，按照所得到的精确的倾斜角度装配线圈，可大幅提高该电机定子的槽满率，以及减少用铜量，并降低损耗和电机效率，进一步的压缩电机轴向结构的尺寸。

实施例二

参见图4～图7，该实施例也公开了一种电机定子绕组线圈，该实施例是在实施例一的基础上的进一步改进，实施例一所公开的技术方案也属于该实施例，实施例一已经公开的技术方案不再重复描述。

具体而言，该实施例中，在实施例一的基础上，对端部200的厚度进行了进一步的优化。所述上层边210和所述下层边220沿其长度方向呈弧形伸展，所述上层边210的弧形与所述下层边220的弧形分别与定子铁芯300的内孔为同心圆。据此实现，所述端部200的厚度均匀。

该实施例中所优选的，参见图6所示的俯视图，所述鼻部230沿其长度方向呈S曲线型伸展。因此，以实施例一中的某型号电机定子为例，所述端部200的厚度可通过如下公式确认：

h=2×b+D

其中：

h，为所述端部200的厚度；

b，为所述方导体的厚度，参见图6和图2，所述方导体的厚度方向垂直于相应的所述线圈槽310的槽宽方向；

D，为所述上层边210与所述下层边220沿其弧形的径向的间隙，参见图6，即为所述上层边210的下表面与所述下层边220的上表面之间的距离；与实施例一中的d值相同的理由，所述D值为0.1mm～1mm。

在该型号的电机定子中，b=2mm，D=0.5mm，据此可计算出，h=4.5mm。也就是说，该型号的电机定子所装配的绕组线圈，其端部200厚度可优化至4.5mm，而传统的多次试验凭手感确认的方法，无法或者该最佳厚度值，进而无法得知是否已装配至最佳厚度。

综上，该实施例所设置的端部200形状，能够准确获知端部200的最佳值，据此实现，沿所述直线部100的法向方向，所述鼻部230位于所述上层边210和所述下层边220之间，进一步实现，所述端部200的厚度即为所述上层边210的上表面与所述下层边220的下表面的距离。

进而实现充分减小端部200的厚度和用铜量，并降低了定子线圈的电阻和损耗，提高了电机效率，以及进一步的压缩了电机径向结构的尺寸。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电机定子绕组线圈，所述线圈采用方导体绕制，其特征在于，所述线圈具有直线部和端部，所述端部包括倾斜的上层边、倾斜的下层边以及连接在所述上层边和所述下层边之间的鼻部，所述上层边和所述下层边的倾斜度分别通过如下公式确认：

α＝arcsin[(d+a)/c]

其中：

α，为所述上层边或者所述下层边较之所述直线部的法向面所倾斜的角度；

d，为相邻方导体的上层边之间的间隙，或者相邻方导体的下层边之间的间隙；

c，为定子铁芯的相邻两线圈槽的距离，所述线圈槽用于容纳所述方导体；

a，为所述方导体的宽度，所述方导体的宽度方向平行于相应的所述线圈槽的槽宽方向；

所述端部的厚度通过如下公式确认：

h＝2×b+D

其中：

h，为所述端部的厚度；

b，为所述方导体的厚度，所述方导体的厚度方向垂直于相应的所述线圈槽的槽宽方向；

D，为所述上层边与所述下层边沿其弧形的径向的间隙。

2.根据权利要求1所述的电机定子绕组线圈，其特征在于，所述d值的范围为0.1mm～1mm。

3.根据权利要求1所述的电机定子绕组线圈，其特征在于，所述上层边和所述下层边沿其长度方向呈弧形伸展，所述上层边的弧形与所述下层边的弧形分别与定子铁芯的内孔为同心圆。

4.根据权利要求3所述的电机定子绕组线圈，其特征在于，所述鼻部沿其长度方向呈S曲线型伸展。

5.根据权利要求1所述的电机定子绕组线圈，其特征在于，所述D值的范围为0.1mm～1mm。