CN115882641A - 一种可降低交流电损耗的定子开槽扁线绕组、定子组件及电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可降低交流电损耗的定子开槽扁线绕组、定子组件及电机，该扁线绕组，包括多层排布在同一个定子槽内的扁铜线，至少一层扁铜线的侧壁开设有通槽。一种可降低交流损耗的定子组件，包括定子铁芯和如上所述的扁线绕组，一种可降低交流损耗的电机，包括转子组件，电机前端盖，定子组件和电机外壳，所述定子组件设置在电机外壳内，所述转子组件设置在定子组件内，且转子组件的两端分别与电机外壳和电机前端盖转动连接，电机前端盖与电机外壳固定，所述定子组件为如上所述的定子组件。本发明的扁线绕组根据交流损耗分布特点，合理对扁铜线导体进行开槽，以降低扁线槽内温升。

Description

一种可降低交流电损耗的定子开槽扁线绕组、定子组件及 电机

技术领域

本发明涉及扁线电机技术领域，更具体地说，是涉及一种可降低交流电损耗的定子开槽扁线绕组、定子组件及电机。

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。

但是扁线电机的应用仍存在许多问题，如永磁同步电机气隙磁场存在着大量的谐波磁场，电机运行时谐波磁场作用于定子绕组铜线，并在铜线上感应出涡流，进而产生涡流损耗。当电机处于高转速下，特别是处于靠近气隙处的槽内导体，会出现明显的集肤效应，从而导致铜线的交流电阻变大，交流损耗更为明显。传统圆线电机往往可以通过多根并绕绞线的方式来降低交流损耗，而对于现有技术的扁线电机，槽内一般有4、6、8等若干根扁线，每根扁线截面积大，当电机转速较高，扁铜线上交流损耗十分严重，特别是靠近气隙处的扁线层温升急剧上升，严重限制了电机的功率输出。

现有油冷扁线电机主要存在两种设计：一方面，通过直接喷油冷却端部绕组，冷却油往往与端部绕组外表面直接接触。但是，由于扁线电机端部绕组排布紧凑，冷却油很难由外表面进入端部绕组内部，导致绕组内外温度分布不均；另一方面，通过在外壳、定子铁心上开油槽，通过冷却油带走热量。但是，由于电机主要发热部位为槽内绕组，上述冷却方式往往为间接冷却，冷却效率有限。

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降低交流损耗的扁线绕组，本发明的第二个目的在于一种可降低交流损耗且冷却均匀效果好的定子组件，本发明的第三个目的在于一种可降低交流损耗的电机。

为了实现上述第一个发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种可降低交流损耗的扁线绕组，包括多层排布在同一个定子槽内的扁铜线，至少一层扁铜线的侧壁开设有通槽，所述通槽设置在扁铜线靠近转子组件的一侧，且沿轴向延伸设置。

作为优选方案：多层扁铜线上的通槽的数量随着沿径向远离转子组件依次减少。

作为优选方案：所述扁铜线的厚度随着通槽的数量减小而减小。

为了实现上述第二个发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种可降低交流损耗的定子组件，包括定子铁芯和如上任意一项所述的扁线绕组，所述定子铁芯上沿圆周间隔设有一圈扁线槽，所述扁线绕组插设在扁线槽内，所述相邻两个扁线槽之间形成定子齿部。

作为优选方案：所述扁线槽远离转子组件处的两侧壁上还开设有冷却油道。

作为优选方案：相邻两个扁线槽相对应的位置的冷却油道之间的间距大于等于相邻两个扁线槽槽口处的间距。

作为优选方案：所述冷却油道宽度小于扁铜线的厚度，且冷却油道中线与扁铜线中线重合。

作为优选方案：所述定子铁芯至少为两段，包括第一段定子铁芯和第二段定子铁芯；所述第一段定子铁芯和第二段定子铁芯通过挡油环固定连接。

作为优选方案：所述挡油环包括挡油环主体部和插槽部；所述挡油环主体部上间隔设有多个缺口，所述插槽部设置在缺口内，且插槽部的两端凸出挡油环主体部的上下端面，通过插槽部的两端分别插设在第一段定子铁芯和第二段定子铁芯的扁铜线与扁线槽的间隙中。

为了实现上述第三个发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种可降低交流损耗的电机，包括转子组件，电机前端盖，定子组件和电机外壳，所述定子组件设置在电机外壳内，所述转子组件设置在定子组件内，且转子组件的两端分别与电机外壳和电机前端盖转动连接，电机前端盖与电机外壳固定，所述定子组件为如上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：

本发明的扁线绕组根据交流损耗分布特点，合理对扁铜线导体进行开槽，以降低扁线槽内温升。本发明的定子组件利用定子梯形齿在梯形齿两侧开槽，冷却油直接与扁铜线接触，提高扁线槽内导体的冷却效率；本发明的电机通过从绕组内部向外喷油，通过先接触端部绕组内部，解决了端部绕组温升不均的问题。

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为本发明的电机爆炸结构示意图；

图2为本发明的定子组件的结构示意图；

图3为本发明的定子铁芯截面结构示意图；

图4为图3中的A部局部放大结构示意图；

图5为本发明中单槽绕组轴向截面示意图优选方案一；

图6为本发明中单槽绕组轴向截面示意图优选方案二；

图7为本发明中一种扁铜线的轴向截面的详细结构示意图；

图8为本发明的挡油环的结构示意图；

图9为图8中的B部局部放大结构示意图；

图10为本发明的主要油路结构示意图。

附图中的标记为：1、转子组件；2、电机前端盖；3、定子组件；4、电机外壳；3-1、第一段定子铁芯；3-2、第二段定子铁芯；3-3、扁线绕组；3-4、挡油环；3-1-1、定子齿部；3-1-2、扁线槽；3-1-3、冷却油道；3-3-1、第一层扁线；3-3-2、第二层扁线；3-3-3、第三层扁线；3-3-4、第四层扁线；3-3-5、第五层扁线；3-3-6、第六层扁线；3-3-1-1、扁铜线；3-3-1-2、扁线开槽；3-4-1、挡油环本体部；3-4-2、插槽部。

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，一种可降低交流损耗的电机，包括转子组件1，电机前端盖2，定子组件3和电机外壳4，所述定子组件3设置在电机外壳4内，所述转子组件1设置在定子组件3内，且转子组件1的两端分别与电机外壳4和电机前端盖2转动连接，电机前端盖2与电机外壳4固定。

如图2所示，所述定子组件3包括定子铁芯和扁线绕组，所述定子铁芯上沿圆周间隔设有一圈扁线槽3-1-2，所述扁线绕组3-3插设在扁线槽3-1-2内，所述相邻两个扁线槽3-1-2之间形成定子齿部3-1-1。

如图3和图4所示，所述扁线槽3-1-2远离转子组件1处的两侧壁上还开设有冷却油道3-1-3。所述冷却油道3-1-3为多个且相互间隔设置，本发明利用扁线电机梯形齿沿径向的截面面积不等，从电磁理论出发存在空间浪费的特点，在保证齿部磁密不饱和的前提下，对靠近扁线绕组的梯形齿两侧开设齿状油槽，齿状油槽由上述多个间隔设置的冷却油道构成，冷却油直接与扁线绕组接触带着热量，从而提升了电机散热效率。为方便扁铜线嵌线与固定，优选设计为：所述冷却油道3-1-3宽度小于扁铜线3-3-1-1的厚度，且冷却油道3-1-3中线与扁铜线3-3-1-1中线重合。相邻冷却油道3-1-3之间的齿部用于定位与固定扁铜线。

相邻两个扁线槽3-1-2相对应的位置的冷却油道3-1-3之间的间距大于等于相邻两个扁线槽3-1-2槽口处的间距。利用“梯形齿根部部分磁通面积存在空间浪费，在保证齿部磁密不饱和，即根部开槽后最小宽度不小于齿顶宽度的前提下对齿根部开设油冷水道”，如图4标识的两个 W 处所示。

如图1和图2所示，所述定子铁芯至少为两段，包括第一段定子铁芯3-1和第二段定子铁芯3-2；所述第一段定子铁芯3-1和第二段定子铁芯3-2通过挡油环3-4固定连接。

如图8和图9所示，所述挡油环3-4包括挡油环主体部3-4-1和插槽部3-4-2；所述挡油环主体部3-4-1上间隔设有多个缺口，所述插槽部3-4-2设置在缺口内，且插槽部3-4-2的两端凸出挡油环主体部3-4-1的上下端面，通过插槽部3-4-2的两端分别插设在第一段定子铁芯3-1和第二段定子铁芯3-2的扁铜线3-3-1-1与扁线槽3-1-2的间隙中。所述挡油环3-4由多个圆弧段组成，材质为碳纤维。

本发明将定子轴向分为两段，从两端铁芯的中间间隙进油，形成中间油腔，并且设置了挡油环，优选方案为：该挡油环由四个1/4环组成，材料可选用碳纤维，通过靠近扁线槽3-1-2的槽口处的插槽部3-4-2的两端插进第一层扁线3-3-1与槽口间隙，既能起到固定作用，还可以通过设计合理宽度，将各层扁铜线挤压紧实，使得扁铜线尽可能远离槽口，降低扁铜线AC损耗，增大扁线槽内等效导热效率。

现有扁线电机定子梯形齿相较于传统圆线电机平行齿，从磁路原理来说，齿部沿径向向外多出的齿部宽度并非必要的。结合上述结构，本发明通过在梯形齿两侧开槽，冷却油直接与扁线接触，提高槽内导体的冷却效率；通过从绕组内部向外喷油，通过先接触端部绕组内部，解决端部绕组温升不均的问题，如图10所示。

所述扁线绕组，包括多层排布在同一个定子槽内的扁铜线3-3-1-1，至少一层扁铜线3-3-1-1的侧壁开设有通槽3-3-1-2。所述通槽3-3-1-2设置在扁铜线3-3-1-1靠近转子组件1的一侧，且沿轴向延伸设置。多层扁铜线3-3-1-1上的通槽3-3-1-2的数量随着沿径向远离转子组件1依次减少。所述扁铜线3-3-1-1的厚度随着通槽3-3-1-2的数量减小而减小。

本发明针对扁线电机由于气隙谐波磁场的作用而导致交流损耗大的问题，通过对扁线进行开槽处理以截断涡流路径，从而降低绕组交流损耗。为了尽可能减小由开槽所引起的铜线截面积的缩小以及降低加工难度，优选设计为：根据“当扁铜线沿径向远离气隙时，定子交流损耗分布逐渐减小”的普遍特点，在最靠近气隙处的扁线上沿轴向并面向气隙面开槽数量最多，并沿径向远离气隙的扁线开槽数依次减少。开槽深度根据交流损耗分布特点进行合理设置。无论以任何方式在扁铜线上开槽应均为本专利保护范围。

优选方案一：扁铜线从外层到内层开设轴向槽数与深度逐渐增大，根据交流损耗规律，每层槽数与深度均不相同，具体结构如图5所示（以六层扁线绕组为例）；由内向外依次包括第一层扁线3-3-1、第二层扁线3-3-2、第三层扁线3-3-3、第四层扁线3-3-4、第五层扁线3-3-5和第六层扁线3-3-6，六层扁线的厚度均相同，且第一层扁线3-3-1上设有5道通槽，且通槽的深度由中间向两边递减，第二层扁线3-3-2设有4道通槽，且通槽的深度由中间向两边递减，中间2道通槽的深度相同；第三层扁线3-3-3设有3道通槽，且通槽的深度由中间向两边递减，第四层扁线3-3-4设有2道通槽，2道通槽的深度相同；第五层扁线3-3-5设有1道通槽，第六层扁线3-3-6上不设通槽，上述一至五层扁线上的通槽左右相互对称设置。

优选方案二：为降低加工难度，将同匝但置于不同层的扁线设置相同槽数与深度，并从外层到内层不同匝扁线按交流损耗规律设置轴向开槽；为保证各线圈截面积相等，将每匝绕组宽度设置不等以补偿由于开槽带来的铜线截面积的损失，具体结构如图6所示（以六层扁线绕组为例），由内向外依次包括第一层扁线3-3-1、第二层扁线3-3-2、第三层扁线3-3-3、第四层扁线3-3-4、第五层扁线3-3-5和第六层扁线3-3-6，第一层扁线3-3-1和第二层扁线3-3-2上均设有4道通槽，4道通槽深度不同，第三层扁线3-3-3和第四层扁线3-3-4上均设有3道通槽，3道通槽深度不同，第五层扁线3-3-5和第六层扁线3-3-6上均设有2道通槽，2道通槽深度不同，第一层扁线3-3-1和第二层扁线3-3-2的厚度相同，均为W1；第三层扁线3-3-3和第四层扁线3-3-4的厚度相同，均为W2；第五层扁线3-3-5和第六层扁线3-3-6的厚度相同，均为W3；且W1＞W2＞W3。

本发明主要设计思路为：利用“增大涡流路径电阻以降低感应涡流的原理”，通过开槽降低由气隙谐波磁场在扁线绕组中感应出的交流损耗，以解决扁线电机高速下交流损耗急剧增大的问题，本发明可以有效降低扁线绕组交流损耗，提高电机效率并最终达到提升电机输出性能的目的。

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 (11)

1.一种可降低交流损耗的扁线绕组，包括多层排布在同一个定子槽内的扁铜线（3-3-1-1），其特征在于：至少一层扁铜线（3-3-1-1）的侧壁开设有通槽（3-3-1-2）。

2.根据权利要求1所述的一种可降低交流损耗的扁线绕组，其特征在于：所述通槽（3-3-1-2）设置在扁铜线（3-3-1-1）靠近转子组件（1）的一侧，且沿轴向延伸设置。

3.根据权利要求1所述的一种可降低交流损耗的扁线绕组，其特征在于：多层扁铜线（3-3-1-1）上的通槽（3-3-1-2）的数量随着沿径向远离转子组件（1）依次减少。

4.根据权利要求1所述的一种可降低交流损耗的扁线绕组，其特征在于：所述扁铜线（3-3-1-1）的厚度随着通槽（3-3-1-2）的数量减小而减小。

5.一种可降低交流损耗的定子组件，其特征在于：包括定子铁芯和如权利要求1至4任意一项所述的扁线绕组，所述定子铁芯上沿圆周间隔设有一圈扁线槽（3-1-2），所述扁线绕组（3-3）插设在扁线槽（3-1-2）内，所述相邻两个扁线槽（3-1-2）之间形成定子齿部（3-1-1）。

6.根据权利要求5所述的一种可降低交流损耗的定子组件，其特征在于：所述扁线槽（3-1-2）远离转子组件（1）处的两侧壁上还开设有冷却油道（3-1-3）。

7.根据权利要求6所述的一种可降低交流损耗的定子组件，其特征在于：相邻两个扁线槽（3-1-2）相对应的位置的冷却油道（3-1-3）之间的间距大于等于相邻两个扁线槽（3-1-2）槽口处的间距。

8.根据权利要求6所述的一种可降低交流损耗的定子组件，其特征在于：所述冷却油道（3-1-3）宽度小于扁铜线（3-3-1-1）的厚度，且冷却油道（3-1-3）中线与扁铜线（3-3-1-1）中线重合。

9.根据权利要求5所述的一种可降低交流损耗的定子组件，其特征在于：所述定子铁芯至少为两段，包括第一段定子铁芯（3-1）和第二段定子铁芯（3-2）；所述第一段定子铁芯（3-1）和第二段定子铁芯（3-2）通过挡油环（3-4）固定连接。

10.根据权利要求8所述的一种可降低交流损耗的定子组件，其特征在于：所述挡油环（3-4）包括挡油环主体部（3-4-1）和插槽部（3-4-2）；所述挡油环主体部（3-4-1）上间隔设有多个缺口，所述插槽部（3-4-2）设置在缺口内，且插槽部（3-4-2）的两端凸出挡油环主体部（3-4-1）的上下端面，通过插槽部（3-4-2）的两端分别插设在第一段定子铁芯（3-1）和第二段定子铁芯（3-2）的扁铜线（3-3-1-1）与扁线槽（3-1-2）的间隙中。

11.一种可降低交流损耗的电机，包括转子组件（1），电机前端盖（2），定子组件（3）和电机外壳（4），所述定子组件（3）设置在电机外壳（4）内，所述转子组件（1）设置在定子组件（3）内，且转子组件（1）的两端分别与电机外壳（4）和电机前端盖（2）转动连接，电机前端盖（2）与电机外壳（4）固定，其特征在于：所述定子组件（3）为权利要求6至9中任意一项所述的定子组件。

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