CN115378205B - 新能源汽车电机定子扁线绕组换位结构的制作方法 - Google Patents

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Abstract

新能源汽车电机定子扁线绕组换位结构的制作方法，涉及电机绕组制造技术领域。本发明是为了解决现有的交替编织换位绕组加工效率低，以及交替编织换位绕组尺寸较大不适用于新能源汽车电机的问题。本发明调整扁线绕组至第k个姿态，驱动扁线绕组以其中轴线为转轴旋转，同时还沿其长度方向移动，使得切割线能够从扁线绕组的一端切入至扁线绕组内部，涂漆线在切割线之后沿切割线切割后的缝隙进入到扁线绕组内部，并将绝缘漆涂覆在缝隙内，重复以上过程，使扁线绕组被切割为由偶数根螺旋体构成的换位结构；扁线绕组的姿态有N种，N种姿态能够将扁线绕组的端面被平均划分为2N个矩形区域，2N个矩形区域呈2×N的矩形阵列排布。

Description

新能源汽车电机定子扁线绕组换位结构的制作方法
技术领域
本发明属于电机绕组制造技术领域。
背景技术
对于新能源汽车来说，其驱动系统的核心就是驱动电机，驱动电机的性能优劣直接决定了新能源汽车性能的好坏。随着新能源汽车的不断发展，新能源汽车驱动电机呈现出向高功率、小体积、高转速方向发展的趋势。伴随电机工艺及设备的成熟，电机绕组由圆铜线设计逐渐向扁铜线绕组设计发展。扁线电机较传统的圆线电机具有更高的功率密度，可靠性能更好，故障返修率更低。
但是，现阶段新能源汽车扁线电机存在一定问题，如：新能源汽车电机工作频率较高导致定子绕组附加损耗较大，甚至会超过绕组基本铜耗，使得电机效率降低，定子槽内绕组温升升高。同时由于汽车电机定子槽内空间较小，散热条件较差，温升过高很容易破坏绕组绝缘，影响电机正常运行。
扁线换位绕组在新能源汽车电机上的应用可以解决高工作频率导致定子绕组趋肤效应和邻近效应增加而引起高频附加损耗的问题。现有的扁线绕组换位结构制作方面的工艺，采用的是交替编织扁铜线的方式，该方式加工效率低，工艺复杂，自动化程度低，且多用于绕组尺寸较大的大型发电机。但新能源汽车电机所用的扁线绕组尺寸较小，采用交替编织换位的方式不易实现。另外，在交替编织扁铜线时，需要预留出一个股线空位且在编织节点处也需要占用一定的空间，当应用到每槽线圈匝数较多的新能源汽车电机中后，每匝线圈各自换位导致所需要的槽内空间较多，进而造成电机槽满率下降和环流抑制效果下降的问题。
发明内容
本发明是为了解决现有的交替编织换位绕组加工效率低，工艺复杂，自动化程度低，预留的股线空位和编织节点占用的槽内空间较多，造成电机的槽满率下降和环流抑制效果下降，以及交替编织换位绕组尺寸较大不适用于新能源汽车电机的问题，现提供新能源汽车电机定子扁线绕组换位结构的制作方法。
新能源汽车电机定子扁线绕组换位结构的制作方法，具体为：
调整扁线绕组9至第k个姿态，驱动扁线绕组9以其中轴线为转轴旋转，同时还沿其长度方向移动，使得切割线8能够从扁线绕组9的一端切入至扁线绕组9内部，
涂漆线6在切割线8之后沿切割线8切割后的缝隙进入到扁线绕组9内部，并将绝缘漆涂覆在缝隙内，完成一次切割，
重复以上过程，使扁线绕组被切割为由偶数根螺旋体构成的换位结构；
扁线绕组9的姿态有N种，N种姿态能够将扁线绕组9的端面被平均划分为2N个矩形区域，2N个矩形区域呈2×N的矩形阵列排布，
N为正整数，k＝1,2,…,N。
进一步的，利用数控回转装置1带动扁线绕组9旋转，利用数控回转装置工作台4带动扁线绕组9沿其长度方向移动。
进一步的，调整扁线绕组9姿态前进行如下处理：
将数控回转装置工作台4固定在线切割机床工作台3上，将数控回转装置1固定在数控回转装置工作台4上，将高温去氧处理后的扁线绕组9固定在数控回转装置1上，将线切割机床的切割线8置于扁线绕组9的一端，将涂漆装置2的涂漆线6置于切割线8后方、且涂漆线6与切割线8平行。
进一步的，在切割线8切割扁线绕组9之后，对切割缝隙进行烘干，然后再进行涂漆。其中，利用热风机10对切割缝隙进行烘干。
进一步的，利用涂漆线6对缝隙进行涂漆的同时，扁线绕组也穿过漆箱5对其外表面进行浸漆，使其外表面包覆有绝缘层14。涂漆之后对绝缘漆进行加热固化。
进一步的，涂漆线6与切割线8之间的距离为L：
L＝Kπv，
ω
其中，ω为扁线绕组9的旋转角速度，v为扁线绕组9沿其长度方向的移动速度，K为涂漆线6与切割线8之间的距离系数。
进一步的，上述N＝1或2。
进一步的，上述扁线绕组9以其中轴线为转轴旋转的圈数为一圈。
本发明提供一种工艺简便、易操作、生产效率高、成本低，能够适应自动化生产的扁线绕组换位结构的制作方法，相比于交替编织扁铜线的制作方法，制成的换位结构具有更高的槽满率。该方法采用线切割加工机床、数控回转装置以及涂漆装置可以实现在扁线绕组换位结构线切割的同时完成对绕组的绝缘处理。本发明易于实现大量生产，具有较大的实用意义。
附图说明
图1为本发明所述的新能源汽车电机定子扁线绕组换位结构的制作方法所采用的线切割加工系统的示意图；
图2为利用本发明所述制作方法获得的换位结构的示意图；
图3为具体实施例的流程图。
数控回转装置1、涂漆装置2、线切割机床工作台3、数控回转装置工作台4、漆箱5、涂漆线6、导线轮7、切割线8、扁线绕组9、热风机10、冲洗喷嘴11、螺旋绝缘层12、螺旋体13、外绝缘层14。
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和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的新能源汽车电机定子扁线绕组换位结构的制作方法。
首先设计扁线绕组9的姿态有N种，N种姿态能够将扁线绕组9的端面被平均划分为2N个矩形区域，2N个矩形区域呈2×N的矩形阵列排布。N为正整数，k＝1,2,…,N。
然后将数控回转装置工作台4固定在线切割机床工作台3上，将数控回转装置1固定在数控回转装置工作台4上，将高温去氧处理后的扁线绕组9固定在数控回转装置1上。
将线切割机床的切割线8置于扁线绕组9的一端，将涂漆装置2的涂漆线6置于切割线8后方、且涂漆线6与切割线8平行。
具体制作方法为：
调整扁线绕组9至第k个姿态。
利用数控回转装置1带动扁线绕组9以其中轴线为转轴旋转。同时利用数控回转装置工作台4带动扁线绕组9沿其长度方向移动，使得切割线8能够从扁线绕组9的一端切入至扁线绕组9内部。
在切割线8切割扁线绕组9之后，利用热风机10对切割缝隙进行烘干
涂漆线6在切割线8之后沿切割线8切割后的缝隙进入到扁线绕组9内部，并将绝缘漆涂覆在缝隙内。与此同时，扁线绕组9在沿其轴向移动的过程中也同时穿过漆箱5对其外表面进行浸漆，使其外表面包覆有绝缘层14。至此完成一次切割。
判断k是否等于N，是则完成制作，使扁线绕组被切割为由偶数根螺旋体13构成的换位结构，缝隙中的绝缘部分为螺旋绝缘层12，否则使k＝k+1，然后重复以上过程。
以上制作过程中，涂漆之后还要对绝缘漆进行加热固化。
涂漆线6与切割线8之间的距离为L：
L＝Kπv，
ω
其中，ω为扁线绕组9的旋转角速度，v为扁线绕组9沿其长度方向的移动速度，K为涂漆线6与切割线8之间的距离系数。
优选的，N＝1或2。扁线绕组9以其中轴线为转轴旋转的圈数为一圈。
利用本实施方式制作获得的新能源汽车电机定子扁线绕组换位结构由偶数根螺旋体13和嵌入在螺旋体13之间缝隙内的螺旋绝缘层12构成，外表面包覆有绝缘层14。螺旋体13是扁线绕组在槽内的换位主体，用于限制涡流路径，使电流更均匀地分布在定子铁芯槽内，在电气上构成并联支路。所述的螺旋绝缘层12夹杂在螺旋体13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。根据换位结构中所需要的螺旋体13的数量，将完成一次切割涂漆的绕组旋转一定的角度，重新装配在数控回转装置上进行下一次切割。在下一次切割前需要对绝缘漆进行加热固化。
本实施方式中，如图1所示，涂漆装置2包括漆箱5和涂漆线6。所述涂漆装置2的内部转动安装有两个导线轮7。所述涂漆装置2设置在切割线8之后。所述涂漆线6与切割线8平行设置，涂漆线6穿过漆箱5，使得涂漆线6上浸满绝缘漆，并通过导线轮7设置匀速走线，使得绝缘漆在狭窄的切割缝隙内涂抹均匀，形成均匀的螺旋绝缘层12。
数控回转装置1的驱动步进电机的控制硬件由步进电机驱动器，运动控制卡以及计算机终端组成，在计算机终端的运动控制软件中编辑数控回转装置工作台4的联合运动参数。通过运动控制卡对步进电机驱动器发送信号脉冲，再通过驱动器来调节步进电机的转速、方向以及分度运动，从而实现待切割绕组的联动运动，即待切割绕组沿轴线水平移动和绕轴线旋转运动。
具体实施例：
请参阅图1，本实施例提供一种新能源汽车电机定子扁线绕组用线切割换位结构，该结构为4个螺旋体的制作方法，该方法运行于线切割加工系统中。所述线切割加工系统包括线切割加工机床、数控回转装置1和涂漆装置2。将数控回转装置工作台4固定在线切割机床工作台3上，将数控回转装置1固定在数控回转装置工作台4上，将高温去氧处理后的扁线绕组9固定在数控回转装置1上。所述涂漆装置2设置在切割线8后方。涂漆装置2内设漆箱5、涂漆线6和转动的导线轮7。涂漆线6与切割线8平行且与切割线8处在同一平面，涂漆线6穿过漆箱5，使得涂漆线6上浸满绝缘漆，并通过导线轮7设置匀速走线，使得绝缘漆在狭窄的切割缝隙内涂抹均匀。
具体操作包括以下步骤：
步骤1：将待加工扁铜线绕组进行高温去氧处理。
步骤2：将去氧处理之后的扁铜线绕组装配在数控回转装置1上，并调试扁铜线绕组的中轴线与数控回转装置1的回转轴同轴。
步骤3：设置数控回转装置联合运动参数。所述联合运动参数包括回转轴旋转角速度ω、方向、以及回转工作台面的水平移动速度v。
步骤4：启动线切割机床工作台3、数控回转装置1和涂漆装置2，进行加工。使得扁铜线绕组在通过线切割机床的切割后，进入涂漆装置进行涂漆。
本步骤中能够形成两个螺旋体和一层螺旋绝缘层；
其中，在完成线切割后的导体在进入涂漆装置之前，还包括：绕组的烘干。本实施例中，是通过两个热风机10除去扁线绕组9表层以及切割窄缝中的水分(主要来自切割过程中经冲洗喷嘴11清洗后的水分附着)。
步骤5：将完成一次切割涂漆的扁铜线绕组以其主轴为旋转轴旋转90°，重复步骤4，使得两个螺旋体和一层螺旋绝缘层变为四个螺旋体和两层螺旋绝缘层。
具体的，将完成一次切割涂漆的绕组旋转90°，重新装配在数控回转装置上之前，还包括：绕组绝缘漆的加热固化。本实施例中，是通过向扁线绕组通入变频交流电来加热固化绝缘漆。加热温度也即加热电流，可根据绝缘漆的温度特性曲线和扁线绕组的阻抗特性调节通入的电流，保证合适的加热温度。
扁线绕组经加工后，形成螺旋绝缘层12和四个螺旋体13，所述螺旋体13是扁线绕组在槽内的换位主体，用于限制涡流路径，使电流更均匀地分布在定子铁芯槽内，在电气上构成并联支路。螺旋体13之间的切割窄缝内涂有绝缘漆，形成螺旋绝缘层12，为电气上的并联支路形成绝缘以及结构上的支撑与填充。并且，加工后的扁线换位绕组在表层形成绝缘层14。
以上步进电机的控制硬件由SJ-220步进电机驱动器，雷塞运动控制卡以及计算机终端组成。在计算机终端的运动控制软件中编辑运动参数，通过运动控制卡对SJ-220步进电机驱动器发送信号脉冲，再通过驱动器来调节步进电机的转速、方向以及分度运动，从而实现待切割绕组的联动运动，即待切割绕组沿轴线水平移动和绕轴线旋转运动。
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.新能源汽车电机定子扁线绕组换位结构的制作方法，其特征在于，具体为：
调整扁线绕组(9)至第k个姿态，驱动扁线绕组(9)以其轴线为转轴旋转，同时还沿其长度方向移动，使得切割线(8)能够从扁线绕组(9)的一端切入至扁线绕组(9)内部，
涂漆线(6)在切割线(8)之后沿切割线(8)切割后的缝隙进入到扁线绕组(9)内部，并将绝缘漆涂覆在缝隙内，完成一次切割，
重复以上过程，使扁线绕组被切割为由偶数根螺旋体(13)构成的换位结构；
扁线绕组(9)的姿态有N种，N种姿态能够将扁线绕组(9)的端面被平均划分为2N个矩形区域，2N个矩形区域呈2×N的矩形阵列排布，
N为正整数，k＝1,2,…,N；
利用数控回转装置(1)带动扁线绕组(9)旋转，利用数控回转装置工作台(4)带动扁线绕组(9)沿其长度方向移动；
调整扁线绕组(9)姿态前进行如下处理：
将数控回转装置工作台(4)固定在线切割机床工作台(3)上，将数控回转装置(1)固定在数控回转装置工作台(4)上，将高温去氧处理后的扁线绕组(9)固定在数控回转装置(1)上，
将线切割机床的切割线(8)置于扁线绕组(9)的一端，将涂漆装置(2)的涂漆线(6)置于切割线(8)后方、且涂漆线(6)与切割线(8)平行；
涂漆线(6)与切割线(8)之间的距离为L：
L＝Kπv，
ω
其中，ω为扁线绕组(9)的旋转角速度，v为扁线绕组(9)沿其长度方向的移动速度，K为涂漆线(6)与切割线(8)之间的距离系数。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车电机定子扁线绕组换位结构的制作方法，其特征在于，在切割线(8)切割扁线绕组(9)之后，对切割缝隙进行烘干，然后再进行涂漆。
3.根据权利要求2所述的新能源汽车电机定子扁线绕组换位结构的制作方法，其特征在于，利用热风机(10)对切割缝隙进行烘干。
4.根据权利要求2所述的新能源汽车电机定子扁线绕组换位结构的制作方法，其特征在于，利用涂漆线(6)对缝隙进行涂漆的同时，扁线绕组也穿过漆箱(5)对其外表面进行浸漆，使其外表面包覆有绝缘层(14)。
5.根据权利要求4所述的新能源汽车电机定子扁线绕组换位结构的制作方法，其特征在于，涂漆之后对绝缘漆进行加热固化。
6.根据权利要求1所述的新能源汽车电机定子扁线绕组换位结构的制作方法，其特征在于，N＝1或2。
7.根据权利要求1所述的新能源汽车电机定子扁线绕组换位结构的制作方法，其特征在于，扁线绕组(9)以其中轴线为转轴旋转的圈数为一圈。
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