CN115378169A - 新能源汽车驱动电机用定子扁线绕组槽内分割换位结构 - Google Patents
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Abstract
新能源汽车驱动电机用定子扁线绕组槽内分割换位结构，涉及驱动电机的扁线绕组换位结构领域。本发明是为了解决现有大型交流电机的换位技术无法满足新能源汽车驱动电机的需求的问题。本发明所述的新能源汽车驱动电机用定子扁线绕组槽内分割换位结构，包括扁线绕组和螺旋绝缘层，螺旋绝缘层能够把一根独立的扁线绕组分割成偶数根相对面积更小的螺旋体。螺旋体是换位的主体，进行罗贝尔换位，换位角度和换位节距由电气性能核算决定，并且在电气上构成并联支路。螺旋绝缘层夹杂在分割螺旋体之间，为电气上的并联支路形成绝缘以及结构上的支撑与填充。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车驱动电机技术领域，尤其涉及驱动电机的扁线绕组换位结构。
背景技术
随着“双碳”计划的不断推进，新能源汽车驱动电机在不断探索新的发展方向。电机作为新能源汽车的“心脏”，正在朝着更高效、更节能的方向发展。对于电机来说，定子组件是决定电机性能的关键，现今随着制造工艺的发展和扁线绕组具有的众多优势，新能源汽车电机的定子绕组基本为扁线绕组。采用扁线绕组代替传统的圆线绕组已经是未来新能源汽车驱动电机发展的趋势。但是随着扁线电机在新能源汽车的应用也暴露出众多的问题，如：扁线电机在高频率工作时会存在严重的集肤效应和邻近效应，这两种效应会使绕组的交流电阻增大从而产生涡流损耗，影响电机的性能。
目前换位技术是降低电机定子绕组高频损耗的主要方法，而现有换位技术均应用于大型交流电机领域，其特点是定子均采用开口槽，且槽型尺寸较大，对电机槽满率的要求不高。若直接将现有大型交流电机领域的换位技术沿用于新能源汽车驱动电机，则会导致电机的槽满率大大下降，进而增大绕组的直流铜损，无法满足汽车驱动电机全工况效率以及功率密度的高性能指标要求，且难以满足汽车驱动电机定子半闭口槽或闭口槽要求的下线工艺。
发明内容
本发明是为了解决现有大型交流电机的换位技术无法满足新能源汽车驱动电机的需求的问题，现提供新能源汽车驱动电机用定子扁线绕组槽内分割换位结构。
新能源汽车驱动电机用定子扁线绕组槽内分割换位结构，包括扁线绕组和N条绝缘条，其中N为正整数，
当N等于2时，两条绝缘条长度方向相同，两条绝缘条宽边的中点相交、且两条绝缘条所在平面相互垂直，
当N大于2时，N条绝缘条长度方向相同，其中N-1条绝缘条层叠排布，剩余一条绝缘条从另外N-1条绝缘条宽边的中心贯穿并垂直于另外N-1条绝缘条，
N条绝缘条均沿其长度方向螺旋延伸、且旋转方向相同，N条绝缘条共同构成螺旋绝缘层，
螺旋绝缘层沿扁线绕组长度方向嵌入扁线绕组内部，螺旋绝缘层能够将扁线绕组分割为2N根螺旋体、并使得扁线绕组的端面被平均分割为2N个矩形区域，2N根螺旋体相互并联。
绝缘条从头至尾的旋转度数为360度。
N为1或2。
本发明所述的新能源汽车驱动电机用定子扁线绕组槽内分割换位结构，包括扁线绕组和螺旋绝缘层，螺旋绝缘层能够把一根独立的扁线绕组分割成偶数根相对面积更小的螺旋体。螺旋体是换位的主体，进行罗贝尔换位，换位角度和换位节距由电气性能核算决定，并且在电气上构成并联支路。螺旋绝缘层夹杂在分割螺旋体之间，为电气上的并联支路形成绝缘以及结构上的支撑与填充。本发明再保留了传统扁线绕组优势的同时又增加了槽内分割换位技术，每根螺旋体在槽部位置都占据了扁线绕组截面内所有位置，从而更好地平衡漏磁场产生的感应电势，减少环流损耗，减少电机温升，提升电机的工作效率。还能够降低扁线绕组在高频率工作时因集肤效应和临近效应产生的涡流损耗。
附图说明
图1为一条绝缘条切割扁线绕组后的示意图；
图2为两条绝缘条切割扁线绕组后的示意图；
图3为三条绝缘条切割扁线绕组后的示意图；
图4为一根螺旋体的示意图；
图5为图2中螺旋绝缘层的示意图；
图6为槽内分割换位扁线绕组分布示意图，其中(a)表示一条绝缘条切割扁线绕组，(b)表示两条绝缘条切割扁线绕组。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
具体实施方式一：参照图1、4和6(a)具体说明本实施方式，本实施方式所述的新能源汽车驱动电机用定子扁线绕组槽内分割换位结构，包括扁线绕组和1条绝缘条。
绝缘条沿其长度方向螺旋延伸形成螺旋绝缘层。螺旋绝缘层沿扁线绕组长度方向嵌入扁线绕组内部，螺旋绝缘层将扁线绕组分割为2根螺旋体，且扁线绕组的端面被平均分割为2个矩形区域，2根螺旋体相互并联。绝缘条从头至尾的旋转度数为360度。
具体实施方式二：参照图2、4、5和6(b)具体说明本实施方式，本实施方式所述的新能源汽车驱动电机用定子扁线绕组槽内分割换位结构，包括扁线绕组和两条绝缘条。
两条绝缘条长度方向相同，两条绝缘条宽边的中点相交、且两条绝缘条所在平面相互垂直。两条绝缘条均沿其长度方向螺旋延伸、且旋转方向相同。两条绝缘条共同构成螺旋绝缘层。螺旋绝缘层沿扁线绕组长度方向嵌入扁线绕组内部，螺旋绝缘层能够将扁线绕组分割为2N根螺旋体、并使得扁线绕组的端面被平均分割为2N个矩形区域，2N根螺旋体相互并联。绝缘条从头至尾的旋转度数为360度。旋转360°，螺旋体实现一次罗贝尔换位，螺旋体的等效长度不会增加太多，进而保证直流损耗不会增加很多。
具体实施方式三：参照图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的新能源汽车驱动电机用定子扁线绕组槽内分割换位结构与具体实施方式一和二的区别在于，本实施方式包括扁线绕组和N条绝缘条，其中N大于2。N条绝缘条长度方向相同，其中N-1条绝缘条层叠排布，剩余一条绝缘条从另外N-1条绝缘条宽边的中心贯穿并垂直于另外N-1条绝缘条。
在理论上，绝缘条的数量可以为N。当螺旋绝缘层将扁线绕组分割出的螺旋体数量越多，去铜量会变多，导线的过载能力会变弱。同时，螺旋体数量增多会导致直流损耗增加的越多。例如分割为两条绝缘体，绕组在电流频率1000hz时总损耗能够降低37.58％，但是分割为6条，就需要在2000hz时才达到总损耗能够降低37.58％的效果。因此，最优选择就是将的扁线绕组分割为一根或者两根螺旋体，能够保证直流损耗不会增加的太多。
以上三种实施方式在实际应用时，可以对扁线绕组直接进行机械切割获得螺旋体。螺旋体是扁线绕组在槽内的换位主体，在电气上构成并联支路。螺旋体可以被理解为横截面积更小的扁铜线绕组，它们在空间上进行相应的扭转换位。螺旋绝缘层夹杂在分割螺旋体之间，用于填充扁线绕组槽内部分分割后的螺旋状空气隙，为电气上的并联支路形成绝缘，材质采用耐高频、耐高温的聚酰亚胺材料。为了保证螺旋体的直流铜损不会增加，绝缘条旋转圈数最好为一圈，也就是从头至尾仅旋转360°。
具体实施例1
本例以6层扁线电机为例进行说明，其中槽内扁线导体长100mm～200mm、宽度3mm～6mm、高度2mm～4mm。绝缘条数量为1，其旋转圈数为1圈，螺距为100mm。将扁线绕组分割为2根螺旋体，这两根螺旋体之间进行扭转换位(进行一次罗贝尔换位)。新能源汽车驱动电机由于在高频工作时槽口处的漏磁场较多。如图6(a)所示，若只对定子槽口往下前三层进行分割换位，电机额定转速下，与不采用分割换位结构的扁线绕组相比，定子绕组的总损耗降低了2.25％，涡流损耗降低了24％；电机最高转速下，与不采用分割换位结构的扁线绕组相比，定子绕组的总损耗降低了18.76％，涡流损耗降低了27.41％。
具体实施例2
在实施例1的基础上进一步改进采用两根绝缘条。将原扁线绕组分割为4根横截面积更小的螺旋体可以更好地降低因为集肤效应带来的涡流损耗。如图6(b)所示，若只对定子槽口往下前三层进行分割换位，电机额定转速下，与不采用分割换位结构的扁线绕组相比，定子绕组的总损耗降低了0.1％，涡流损耗降低了59.21％；电机最高转速下，与不采用分割换位结构的扁线绕组相比，定子绕组的总损耗降低了37.58％，涡流损耗降低了59.01％。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。
Claims (7)
1.新能源汽车驱动电机用定子扁线绕组槽内分割换位结构，其特征在于，包括扁线绕组和N条绝缘条，其中N为正整数，
当N等于2时，两条绝缘条长度方向相同，两条绝缘条宽边的中点相交、且两条绝缘条所在平面相互垂直，
当N大于2时，N条绝缘条长度方向相同，其中N-1条绝缘条层叠排布，剩余一条绝缘条从另外N-1条绝缘条宽边的中心贯穿并垂直于另外N-1条绝缘条，
N条绝缘条均沿其长度方向螺旋延伸、且旋转方向相同，N条绝缘条共同构成螺旋绝缘层，
螺旋绝缘层沿扁线绕组长度方向嵌入扁线绕组内部，螺旋绝缘层能够将扁线绕组分割为2N根螺旋体、并使得扁线绕组的端面被平均分割为2N个矩形区域，2N根螺旋体相互并联。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车驱动电机用定子扁线绕组槽内分割换位结构，其特征在于，绝缘条从头至尾的旋转度数为360度。
3.根据权利要求1或2所述的新能源汽车驱动电机用定子扁线绕组槽内分割换位结构，其特征在于，N为1或2。
4.根据权利要求3所述的新能源汽车驱动电机用定子扁线绕组槽内分割换位结构，其特征在于，扁线绕组的长度为100mm～200mm。
5.根据权利要求4所述的新能源汽车驱动电机用定子扁线绕组槽内分割换位结构，其特征在于，扁线绕组的宽度为3mm～6mm。
6.根据权利要求5所述的新能源汽车驱动电机用定子扁线绕组槽内分割换位结构，其特征在于，扁线绕组的厚度为2mm～4mm。
7.根据权利要求3所述的新能源汽车驱动电机用定子扁线绕组槽内分割换位结构，其特征在于，绝缘条材质为聚酰亚胺材料。
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