CN114448131A - 一种定子组件及扁线电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定子组件及扁线电机，定子组件包括定子铁心以及定子绕组，定子铁心上设有定子槽，定子绕组插设在定子槽内；定子绕组包括多种不同截面积的模块化扁线相互并绕形成的单层扁线，且位于同一定子槽内的多个单层扁线，越靠近转子处的单层扁线包含越多数量的模块化扁线；定子铁心的外部还套设有冷却油套，冷却油套内还设有多个轴向和/或周向的冷却油道，冷却油套的两端内壁均匀设有多个径向延伸的喷油管，多个单层扁线的端部绕组形成间隙，喷油管设置在间隙中。本发明通过不同的组合并绕以应对不同大小槽，有利于平台的扩展；同时可以降低扁线绕组交流损耗，提高端部散热效果。

Description

一种定子组件及扁线电机

技术领域

本发明属于新能源汽车用永磁同步驱动电机技术领域，更具体地说，是涉及一种定子组件及扁线电机。

背景技术

新能源汽车由于对于整车质量以及空间的要求，对于车用驱动电机的功率密度(转矩密度)要求极高；另一方面，由于新能源乘用车对于续航里程的要求，迫使驱动电机不断提升其效率。扁线电机相较于传统圆线电机，通过在定子槽内采用扁线进而大大提升了槽满率，进而降低了导线电阻、提高了功率与转矩并且电机具有更好的散热能力，因此扁线电机应用于新能源汽车车用高性能驱动电机是必然趋势。

车用驱动电机对于电机转速要求高，往往最高转速可达上万转每分钟。当电机运行在高转速时，由于定子电枢谐波磁场以及转子磁钢的谐波磁场均会对绕组产生集肤效应与邻近效应的作用，导致电枢交流电阻的产生，从而增加了绕组铜耗。该交流损耗与磁场的强弱相关，越靠近气隙处的导线集肤效应越明显，交流损耗越大，从而导致了绕组的散热不均匀。

对于传统圆线电机，降低电枢交流损耗常用的方法是将整根圆线用多根细圆线绞制而成，从而阻断涡流的传递路径，增大涡流传递路径的电阻，最终达到降低交流损耗的目的，但同时由于圆线绞制时彼此之间不可避免的存在缝隙的特点，会进一步降低槽满率；对于扁线电机，由于无法像圆线一样多根彼此缠绕，目前对降低交流损耗采取的措施主要是从优化定转子磁场的出发，但是往往降低程度有限。

目前，扁线电机绕组分成有4层、6层、8层，每层为一根导体，对于不同尺寸的电机来说，导体尺寸不同，需要企业再重新定制，严重影响了企业平台化拓展。另外，单根导体往往尺寸较大，机械强度大，在端部连接时折弯难度大，从而增加了加工难度。

另外，扁线电机端部连接涉及到多步工艺，如折弯、焊接、涂漆等，但是由于需要尽可能保证端部绕组长度尽可能短，各导线排布紧密，操作空间小。增加了端部焊接的难度。另一方面，喷油冷却由于其直接冷却的特点，越来越多的用于扁线电机，但是由于扁线电机端部绕组排布过于紧密，冷却油往往只能与扁线外周接触，进而导致冷却不均的问题。

综上所述，如何克服扁线电机存在的上述各种问题已经成为该领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的第一个目的在于提供一种可以有效降低扁线绕组交流损耗，提高扁线平台化能力，降低工艺难度的定子组件，本发明的第二个目的在于提供一种扁线电机。

为了实现上述第一个发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种定子组件，包括定子铁心以及的定子绕组，所述定子铁心上设有定子槽，定子绕组插设在定子槽内；所述定子绕组包括多种不同截面积的模块化扁线相互并绕形成的单层扁线，且位于同一定子槽内的多个单层扁线，越靠近转子处的单层扁线包含越多数量的模块化扁线；所述定子铁心的外部还套设有冷却油套，所述冷却油套内还设有多个轴向和/或周向的冷却油道，所述冷却油套的两端内壁均匀设有多个径向延伸的喷油管，所述多个单层扁线的端部绕组形成间隙，所述喷油管设置在间隙中。

作为优选方案：所述模块化扁线为多种，包括长度为L，宽度分别为L、L/2、L/4、L/8的模块化扁线A、模块化扁线B、模块化扁线C、模块化扁线D；长度为3/4L，宽度分别为3/4L、L/2、L/4、L/8的模块化扁线E、模块化扁线F、模块化扁线G、模块化扁线H；长度为L/2，宽度分别为L/2、L/4、L/8的模块化扁线I、模块化扁线J、模块化扁线K；长度为L/4，宽度分别为L/4、L/8的模块化扁线L、模块化扁线M；以及长度宽度均为L/8的模块化扁线N，所述单层扁线采用上述任意一种或多种模块化扁线并绕形成。

作为优选方案：所述单层扁线的端部引出线由部分模块化扁线延长形成，位于同一定子槽内的多个单层扁线的端部引出线全部或者部分错位设置。

作为优选方案：所述单层扁线为偶数，且两两一组，每一组的单层扁线的引出线均由相同位置的模块化扁线组成，相邻组单层扁线的引出线相互错位。

作为优选方案：所述喷油管内部中空，一端与冷却油套端部连接且导通，另一端的侧壁上开设有喷油孔。

作为优选方案：所述冷却油套端部的喷油管沿轴向分成两层布置，且两层喷油管在轴向上的位置相互交错。

作为优选方案：所述喷油管的数量与定子槽的数量相同，所述喷油管上设有多组喷油孔，多组喷油孔沿喷油管的长度方向间隔设置。

为了实现上述第二个发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种扁线电机，包括机壳、转子组件以及上述任意一项所述的定子组件。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过建立各种尺寸的模块化扁线体系，通过不同的组合并绕以应对不同大小槽，有利于平台的扩展；根据扁线电机交流损耗原理，将接近气隙的扁线采用更多、更小的模块化扁线并绕组成，远离气隙的扁线采用较少、更大的模块化扁线并绕，以降低加工难度和提高槽满率。

另一方面，利用部分端部绕组引出而产生的绕组内部空间，通过将喷油管深入端部绕组的空隙中，喷油孔由内向外喷油，极大程度的提高了冷却油与端部绕组的接触面积，使得端部绕组有效散热。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明的扁线电机的结构分解示意图；

图2为本发明的定子组件的结构示意图；

图3为本发明中各种模块化扁线的端面结构示意图；

图4为本发明定子槽内各单层扁线的组合方式与端部引出线错开方式示意图；

图5为冷却油套、喷油管以及绕组的整体结构示意图；

图6为图5的A部局部放大图；

图7为本发明的喷油管的结构示意图；

图8为冷却油套的结构示意图。

附图中的标记为：1、转子组件；2、前端盖；3、定子组件；4、机壳；3-1、定子铁心；3-2、定子扁线绕组；3-3、喷油管；3-4、冷却油套；3-2-1、第一层扁线；3-2-2、第二层扁线；3-2-3、第三层扁线；3-2-4、第四层扁线；3-2-5、第五层扁线；3-2-6、第六层扁线；3-3-1、喷油孔；3-4-1、出油孔，3-4-2、冷却油道。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、部件和/或它们的组合。

此外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示的一种扁线电机，包括机壳4、前端盖2、转子组件1以及定子组件3，所述转子组件1以及定子组件3设置在前端盖2和机壳4构成的空腔内。

如图2所示所述的定子组件包括定子铁心3-1以及定子扁线绕组3-2；所述定子铁心上设有定子槽，所述定子扁线绕组插设在定子槽内。该绕组包括由多种不同截面积的模块化扁线相互并绕形成的单层扁线，且位于同一定子槽内的多个单层扁线，越靠近转子处的单层扁线包含越多数量的模块化扁线。

如图3所示，所述模块化扁线为多种，包括长度为L，宽度分别为L、L/2、L/4、L/8的模块化扁线A、模块化扁线B、模块化扁线C、模块化扁线D；长度为3/4L，宽度分别为3/4L、L/2、L/4、L/8的模块化扁线E、模块化扁线F、模块化扁线G、模块化扁线H；长度为L/2，宽度分别为L/2、L/4、L/8的模块化扁线I、模块化扁线J、模块化扁线K；长度为L/4，宽度分别为L/4、L/8的模块化扁线L、模块化扁线M；以及长度宽度均为L/8的模块化扁线N，所述单层扁线采用上述任意一种或多种模块化扁线并绕形成。

本发明采用了并绕型扁线设计；本发明根据扁线电机电机转速以及降低绕组交流损耗程度的需要，将扁线设计为由多根细小扁线规则并绕组成。为了扁线易于根据不同电机尺寸进行扩展，优选设计为：将扁线规范为一套规格(如图3)，可以根据电机槽尺寸的需要，通过该套规格中的不同尺寸扁线组合成与槽大小匹配的并绕扁线。根据集肤效应原理，为了有效降低交流损耗且保证较高槽满率，对于不同径向处的扁线优选设计为：越靠近气隙处的扁线由更多细小的扁线组成。

所述单层扁线的端部引出线由部分模块化扁线延长形成，位于同一定子槽内的多个单层扁线的端部引出线全部或者部分错位设置。作为优选：所述单层扁线为偶数，且两两一组，每一组的单层扁线的引出线均由相同位置的模块化扁线组成，相邻组单层扁线的引出线相互错位。

如图4所示，以槽内6层扁线为例，所述定子扁线绕组3-2包括第一层扁线3-2-1、第二层扁线3-2-2、第三层扁线3-2-3、第四层扁线3-2-4、第五层扁线3-2-5、第六层扁线3-2-6；上述6层扁线，奇数层的扁线与偶数层的扁线的端部引出线的弯折方向相反，且第一层扁线3-2-1与第二层扁线3-2-2的端部引出线由右侧1/3的模块化扁线延长形成；第三层扁线3-2-3与第四层扁线3-2-4的端部引出线由中间1/3的模块化扁线延长形成；第五层扁线3-2-5与第六层扁线3-2-6的端部引出线由左侧1/3的模块化扁线延长形成，这样6层扁线形成了错开排布。

本发明将槽内有效绕组设计为由多根扁线并绕组成，而端部只伸出部分扁线，对该部位绕组绝缘层进行相应的加厚处理。优选设计为：槽内不同层伸出的部分扁线错开排布，该设计可以解决传统电机端部绕组排列过于紧密，对于焊接等工艺造成难度、端部散热不均匀的问题。

如图5至图8所示，所述定子铁心的外部还套设有冷却油套3-4，所述冷却油套3-4内设有冷却油道3-4-2；所述冷却油套的两端内壁均匀设有多个径向延伸的喷油管3-3，所述多个单层扁线的端部绕组形成间隙，所述喷油管设置在间隙中。

所述喷油管内部中空，一端与冷却油套端部的出油孔3-4-1连接且导通，另一端的侧壁上开设有喷油孔3-3-1。所述冷却油套端部的喷油管沿轴向分成两层布置，且两层喷油管在轴向上的位置相互交错。所述喷油管的数量与定子槽的数量相同，所述喷油管上设有多组喷油孔，多组喷油孔沿喷油管的长度方向间隔设置。

本发明利用端部只伸出部分绕组而产生的空间，将喷油管伸至端部绕组内部，通过喷油孔内置喷油，更加均匀的对端部绕组由内向外冷却。由于端部空间大，冷却油可以喷淋至端部绕组各个位置，绕组温度下降以及端部长度的缩短弥补了端部绕组由于变细而导致的电阻的升高。

本发明提出一种易于平台扩展的混合并绕型扁线定子绕组、定子组件及电机设计，可以有效降低扁线绕组交流损耗，提高扁线平台化能力，降低工艺难度，灵活布置冷却结构同时解决端部绕组喷油冷却不均的问题，最终达到提高电机输出性能、降低成本的目的。

本发明建立各种尺寸的模块化扁线体系，通过不同的组合并绕以应对不同大小槽，有利于平台的扩展；根据扁线电机交流损耗原理，将接近气隙的扁线采用更多、更小的模块化扁线并绕组成，远离气隙的扁线采用较少、更大的模块化扁线并绕，以降低加工难度和提高槽满率，需要指出的是，本专利实施的方案仅为该设计思路的一种组合形式，凡是与扁线并绕、模块化的相关设计均在本专利保护范围。

另一方面，利用扁线多股并绕的特点，每层合理引出部分端部绕组，可以增大端部绕组相邻的空间，优选设计为：槽内不同层伸出的部分扁线错开排布。利用部分端部绕组引出而产生的绕组内部空间，通过将喷油管深入端部绕组的空隙中，喷油孔由内向外喷油，极大程度的提高了冷却油与端部绕组的接触面积，使得端部绕组有效散热。该设计可以解决现有扁线电机由于端部绕组排列过于紧密，焊接等工艺难度大、端部散热不均匀的问题，同时可以降低电机重量、节约用料，以达到降低成本的目的。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种定子组件，包括定子铁心以及定子绕组，所述定子铁心上设有定子槽，定子绕组插设在定子槽内；其特征在于：所述定子绕组包括多种不同截面积的模块化扁线相互并绕形成的单层扁线，且位于同一定子槽内的多个单层扁线，越靠近转子处的单层扁线包含越多数量的模块化扁线；所述定子铁心的外部还套设有冷却油套，所述冷却油套内还设有多个轴向和/或周向的冷却油道，所述冷却油套的两端内壁均匀设有多个径向延伸的喷油管，所述多个单层扁线的端部绕组形成间隙，所述喷油管设置在间隙中。

2.根据权利要求1所述的一种定子组件，其特征在于：所述模块化扁线为多种，包括长度为L，宽度分别为L、L/2、L/4、L/8的模块化扁线A、模块化扁线B、模块化扁线C、模块化扁线D；长度为3/4L，宽度分别为3/4L、L/2、L/4、L/8的模块化扁线E、模块化扁线F、模块化扁线G、模块化扁线H；长度为L/2，宽度分别为L/2、L/4、L/8的模块化扁线I、模块化扁线J、模块化扁线K；长度为L/4，宽度分别为L/4、L/8的模块化扁线L、模块化扁线M；以及长度宽度均为L/8的模块化扁线N，所述单层扁线采用上述任意一种或多种模块化扁线并绕形成。

3.根据权利要求1所述的一种定子组件，其特征在于：所述单层扁线的端部引出线由部分模块化扁线延长形成，位于同一定子槽内的多个单层扁线的端部引出线全部或者部分错位设置。

4.根据权利要求3所述的一种定子组件，其特征在于：所述单层扁线为偶数，且两两一组，每一组的单层扁线的引出线均由相同位置的模块化扁线组成，相邻组单层扁线的引出线相互错位。

5.根据权利要求1所述的一种定子组件，其特征在于：所述喷油管内部中空，一端与冷却油套端部连接且导通，另一端的侧壁上开设有喷油孔。

6.根据权利要求1所述的一种定子组件，其特征在于：所述冷却油套端部的喷油管沿轴向分成两层布置，且两层喷油管在轴向上的位置相互交错。

7.根据权利要求1所述的一种定子组件，其特征在于：所述喷油管的数量与定子槽的数量相同，所述喷油管上设有多组喷油孔，多组喷油孔沿喷油管的长度方向间隔设置。

8.一种扁线电机，其特征在于：包括机壳、转子组件以及权利要求1至7中任意一项所述的定子组件。

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