CN117375283A - 一种新型轴向对称插接线圈组定子 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型轴向对称插接线圈组定子，包括定子铁芯和定子线笼，定子铁芯内设置有多个呈均匀分布的绝缘槽，定子线笼位于定子铁芯的内部，定子线笼包括上端导体线圈组和下端导体线圈组，上端导体线圈组由多个上区段导体组成，下端导体线圈组由多个下区段导体组成，上区段导体端部与下区段导体端部相对接，本发明改变了定子Hpin的焊接方式，通过这种方式，定子两端皇冠的尺寸可以得到充分的优化，从而实现功率密度的极大提升，通过高导电性的纳米银膏烧结代替传统的焊接方式，增强了铜线间的导电性及效率，解决传统焊接的导电性能不良的问题，较以往定子在装配工艺上可以进行大量的精简，去除了扭头、切头、扩口、焊接等工序。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，更具体地说，涉及一种新型轴向对称插接线圈组定子。
背景技术
电机是一种将电能转化为机械能的设备或装置。它通过电流在导体中产生磁场，利用磁场与导体之间的相互作用力，实现电能向机械能的转换。电机广泛应用于各个领域。作为工业机械的动力源或者汽车驱动用加以使用的旋转电机要求高效率化。为了实现马达的高效率化，需要减少马达的损耗，设计方法上通常研究的是马达损耗的两大因素即线圈铜损和铁心铁损的减少设计，随着汽车电机向着高性能、高效率、高功率密度发展，越来越多的厂商不满足于传统Hairpin的设计，逐步转向Xpin/波绕组定子等新型定子。
“Hairpin”指的是Hairpin电机，是新能源汽车核心部件之一。顾名思义，就是发卡电机，Hairpin发卡电机又被称为扁铜线绕组电机，其绕组端部和发卡相似，是将传统电机的定子从一根根的铜线编成的一股线，变成了截面为矩形的铜条，Xpin”指的是X-Pin电机技术，可以保持高槽满率的情况下降低电机端部直线段的高度，减小电机整体长度，节省铜线用量，并提高电机效率，实现小型化，即越来越多的厂商逐步转向X-Pin电机技术，来降低电机整体尺寸，从而提高汽车的设计灵活性。
但是由于装配工艺的限制，波绕组定子的线排成型及线圈装配一直是行业上难以克服的一个难点，目前现有的连接方法（如焊接）需要额外的连接材料和空间，线圈端部的体积（线长）可能会增大，这可能导致线圈在电机中的占用空间增加，限制了电机的紧凑性和设计灵活性，同时连接方法中使用的连接材料（如焊接点）可能会增加电阻值，导致线圈的电阻增加，高电阻值会增加能量损耗和热量产生，降低电机的效率和功率因数。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新型轴向对称插接线圈组定子。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型轴向对称插接线圈组定子，以解决上述的问题。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种新型轴向对称插接线圈组定子，包括：
定子铁芯，所述定子铁芯内设置有多个呈均匀分布的绝缘槽；
定子线笼，所述定子线笼位于所述定子铁芯的内部，所述定子线笼包括上端导体线圈组和下端导体线圈组，所述上端导体线圈组由多个上区段导体组成，所述下端导体线圈组由多个下区段导体组成，所述上区段导体端部与下区段导体端部相对接，且上区段导体端部与下区段导体端部对接处分别设置有凸出端和凹入端，所述下区段导体的凹入端涂抹有导电膏，所述导电膏为低温烧结型。
作为本发明的进一步改进，所述上端导体线圈组和下端导体线圈组呈轴向对称。
作为本发明的进一步改进，所述上端导体线圈组位于定子铁芯的上部区域，所述下端导体线圈组位于定子铁芯的下部区域。
作为本发明的进一步改进，所述上区段导体和下区段导体位于所述绝缘槽内，且上区段导体和下区段导体在所述绝缘槽内进行对接。
作为本发明的进一步改进，多个所述上区段导体和多个所述下区段导体均呈U型设置。
作为本发明的进一步改进，所述上区段导体的端部凸出端和所述下区段导体的端部凹入端的方向为电机径向开口方向。
作为本发明的进一步改进，所述上区段导体的端部凸出端的长度小于下区段导体的端部凹入端的长度。
作为本发明的进一步改进，所述上区段导体的端部凸出端前部设置有倒角。
作为本发明的进一步改进，单个所述绝缘槽内所述上区段导体端部与所述下区段导体端部的对接处呈交错布置。
一种新型轴向对称插接线圈组定子的制作方法，包括以下步骤：
S1：将多个上区段导体拼装组合在一起，组成一套上端导体线圈组；
S2：将多个下区段导体拼装组合在一起，组成一套下端导体线圈组；
S3：在下区段导体的凹入端均匀涂覆高导电性的导电膏；
S4：再将上端导体线圈组和下端导体线圈组分别从定子铁芯的两侧分别插入定子铁芯内，在定子铁芯内部的绝缘槽完成对接，凸出端和凹入端端面完成对接，导电膏均匀分布在凸出端和凹入端，并且在凹入端预留一微小空间，用于容纳导电膏；
S5：将插接完成后的定子进行导电膏烧结工序的处理，从而固定形成一个整体的线圈组件。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
本方案改变了定子Hpin的焊接方式，通过这种方式，定子两端皇冠的尺寸可以得到充分的优化，从而实现功率密度的极大提升，通过高导电性的纳米银膏烧结代替传统的焊接方式，增强了铜线间的导电性及效率，解决传统焊接的导电性能不良的问题，较以往定子在装配工艺上可以进行大量的精简，去除了扭头、切头、扩口、焊接等工序。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明定子线笼的组装结构示意图；
图3为本发明定子线笼的爆炸结构示意图；
图4为本发明上区段导体与下区段导体的对接状态结构示意图；
图5为本发明上区段导体与下区段导体对接处的凸出端和凹入端的结构示意图；
图6为本发明对接后的定子线笼的剖视结构示意图；
图7为本发明的图6中A处放大结构示意图。
图中标号说明：
1、定子铁芯；2、绝缘槽；3、定子线笼；4、上端导体线圈组；5、下端导体线圈组；6、上区段导体；7、下区段导体。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
请参阅图1-5，一种新型轴向对称插接线圈组定子，包括：
定子铁芯1，定子铁芯1内设置有多个呈均匀分布的绝缘槽2；
定子线笼3，定子线笼3位于定子铁芯1的内部，定子线笼3包括上端导体线圈组4和下端导体线圈组5，上端导体线圈组4由多个上区段导体6组成，下端导体线圈组5由多个下区段导体7组成，上区段导体6端部与下区段导体7端部相对接，且上区段导体6端部与下区段导体7端部对接处分别设置有凸出端和凹入端，凸出端与凹入端的横截面可以呈梯形设置，下区段导体7的凹入端涂抹有导电膏，图中a处为需要在合装前均匀涂覆导电膏的部位。
导电膏为低温烧结型，采用高性能材料和纳米技术等先进工艺，产品具有高导热、高导电、可靠性好的特点，导电膏可以为纳米银膏、纳米铜膏等，本实施例优选采用纳米银膏。
通过低温烧结型导热纳米银膏烧结后高导热、高导电、可靠性好的特点实现定子的导体线圈组连接方式，由数个U字形的区段导体组成上下两套轴向对称的导体线圈组，且区段导体连接处分别为凸出端及凹入端，并通过在凹入端涂覆纳米银膏烧结连接，完成两导体线圈组在绝缘纸内部结合成一完整的导体线圈组，与现有技术相比，本方案采用纳米银膏烧结的方式，不仅在定子装配上更加省时省力，同时在烧结后可以起到稳固的效果，并且依靠纳米银膏优异的导电性可以提高上区段导体6端部与下区段导体7端部之间的稳定性，在提高装配稳定性以及便捷性上具有明显的优势，而其导电性则为线圈整体使用进行优化。
具体的，可通过将多个上区段导体6拼装组合在一起，组成一套上端导体线圈组4，同时将多个下区段导体7拼装组合在一起，组成一套下端导体线圈组5，并且在下区段导体7的凹入端均匀涂覆高导电性的纳米银膏，再将上端导体线圈组4和下端导体线圈组5分别从定子铁芯1的两侧分别插入定子铁芯1内，在定子铁芯1内部的绝缘槽2完成对接，凸出端和凹入端端面完成对接，同时纳米银膏被挤压在凸出端和凹入端的接触面，最后将插接完成后的定子进行纳米银膏烧结工序的处理，从而固定形成一个整体的线圈组件。
烧结部位位于定子铁芯1内部，避免了传统端部焊接可能会导致的相间短路问题，并且同时能承受更大的径向力；
请参阅图5，凸出端与凹入端可以为间隙配合或零配合，图中b处为凹入端的尺寸，c处为凸出端的尺寸，b、c处尺寸为较小间隙量的间隙配合。
需要说明的是，当需求结合力很大时可以考虑更改为过盈配合，即b处尺寸小于c处尺寸，这样可以通过压入或装配的方式形成紧密的连接，但是过盈量不应太大，避免铜线接口变形。
请参阅图1-4，上端导体线圈组4和下端导体线圈组5呈轴向对称。
上端导体线圈组4位于定子铁芯1的上部区域，下端导体线圈组5位于定子铁芯1的下部区域。
上区段导体6和下区段导体7位于绝缘槽2内，且上区段导体6和下区段导体7在绝缘槽2内进行对接。
多个上区段导体6和多个下区段导体7均呈U型设置。
请参阅图4-5，上区段导体6的端部凸出端和下区段导体7的端部凹入端的方向为电机径向开口方向，可以有效增加定子线笼3径向方向上的可承受力，通过将上区段导体6的端部向外凸出，下区段导体7的端部向内凹入，可以形成一种锁合结构，增加了定子线笼3在径向方向上的连接强度。
请参阅图5，上区段导体6的端部凸出端的长度小于下区段导体7的端部凹入端的长度，上区段导体6和下区段导体7完成对接后，在凹入端预留一微小空间，图中标记的d处，用于容纳多余纳米银膏，并起到一定容错作用，这个微小空间的设计可以确保在插接过程中，纳米银膏不会被过度挤压出来，而是在d处形成一定的容错空间，使上区段导体6和下区段导体7能够更好地完成对接，保持线圈组件的整体结构稳定。
需要说明的是，H-Pin技术是目前采用最多的一种技术，铜线在去漆、截断后有个折弯成型的过程，形成一个倒“U”形，然后依次插入定子铁心。正是因为这个折弯成型，导致了H-Pin的槽满率要低于I-Pin 3%-5%，同时也对电磁线的高宽比有了限制，高宽比太高导致折弯困难，漆皮容易受到损害，高宽比太大也会造成电机交流损耗的增大，这个折弯对插线也造成了一定的困难，如要增加层数，工艺难度也是成倍上升，目前市面上开发了一种新的扁线绕组工艺，电机绕组分为两部分H-Pin结构，分别从定子铁心两侧插入，在定子中间通过类似“榫卯”的结构进行连接，但是由于“榫卯”结构的特殊性，要求在装配过程中将两部分H-Pin绕组准确插入并连接在定子的中间位置，这可能需要高度精确的对位和装配技术，对操作人员的技能要求较高，增加了装配的难度，并且由于“榫卯”结构的连接方式相对脆弱，如果在装配过程中对绕组施加过大的力量或不正确的操作，可能导致连接部分的损坏、断裂或变形，这会增加产品的损坏率，降低制造的可靠性和效率，然而本方案中通过凸出端与凹入端之间的对接，且凸出端与凹入端之间可以为零配合或间隙配合，大大降低了装配难度，同时能够降低产品的损坏率。
请参阅图5，上区段导体6的端部凸出端前部设置有倒角，图中标记的e处，倒角目的是便于上区段导体6和下区段导体7对接时，凸出端能更便捷的进入到对应导体的凹入端。
其中，凸出端和凹入端的接头处形状为斜面导向，目的是为了在对接过程中能更好的起到对中的作用，为保持良好的对接性及对接强度，可以在斜面后方增加一段直槽。
请参阅图6-7，单个绝缘槽2内上区段导体6端部与下区段导体7端部的对接处呈交错布置。
不跨层的区段导体两端长度相同，跨层的区段导体两端存在一定的长度差，这是为了避免同相线圈在同一绝缘槽2内部发生短路现象，这种设计可以使烧结部位进行交错布置，即不同层的导体线圈的烧结部位错开排列，从而避免导体对接处之间的直接接触，减少短路的可能性，确保电机的正常运行。
工作原理：可通过将多个上区段导体6拼装组合在一起，组成一套上端导体线圈组4，同时将多个下区段导体7拼装组合在一起，组成一套下端导体线圈组5，并且在下区段导体7的凹入端均匀涂覆高导电性的纳米银膏，再将上端导体线圈组4和下端导体线圈组5分别从定子铁芯1的两侧分别插入定子铁芯1内，在定子铁芯1内部的绝缘槽2完成对接，凸出端和凹入端端面完成对接，同时纳米银膏被挤压在凸出端和凹入端的接触面，最后将插接完成后的定子进行纳米银膏烧结工序的处理，从而固定形成一个整体的线圈组件。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种新型轴向对称插接线圈组定子，其特征在于：包括：
定子铁芯（1），所述定子铁芯（1）内设置有多个呈均匀分布的绝缘槽（2）；
定子线笼（3），所述定子线笼（3）位于所述定子铁芯（1）的内部，所述定子线笼（3）包括上端导体线圈组（4）和下端导体线圈组（5），所述上端导体线圈组（4）由多个上区段导体（6）组成，所述下端导体线圈组（5）由多个下区段导体（7）组成，所述上区段导体（6）端部与下区段导体（7）端部相对接，且上区段导体（6）端部与下区段导体（7）端部对接处分别设置有凸出端和凹入端，所述下区段导体（7）的凹入端涂抹有导电膏，所述导电膏为低温烧结型。
2.根据权利要求1所述的一种新型轴向对称插接线圈组定子，其特征在于：所述上端导体线圈组（4）和下端导体线圈组（5）呈轴向对称。
3.根据权利要求1所述的一种新型轴向对称插接线圈组定子，其特征在于：所述上端导体线圈组（4）位于定子铁芯（1）的上部区域，所述下端导体线圈组（5）位于定子铁芯（1）的下部区域。
4.根据权利要求1所述的一种新型轴向对称插接线圈组定子，其特征在于：所述上区段导体（6）和下区段导体（7）位于所述绝缘槽（2）内，且上区段导体（6）和下区段导体（7）在所述绝缘槽（2）内进行对接。
5.根据权利要求1所述的一种新型轴向对称插接线圈组定子，其特征在于：多个所述上区段导体（6）和多个所述下区段导体（7）均呈U型设置。
6.根据权利要求1所述的一种新型轴向对称插接线圈组定子，其特征在于：所述上区段导体（6）的端部凸出端和所述下区段导体（7）的端部凹入端的方向为电机径向开口方向。
7.根据权利要求1所述的一种新型轴向对称插接线圈组定子，其特征在于：所述上区段导体（6）的端部凸出端的长度小于下区段导体（7）的端部凹入端的长度。
8.根据权利要求1所述的一种新型轴向对称插接线圈组定子，其特征在于：所述上区段导体（6）的端部凸出端前部设置有倒角。
9.根据权利要求1所述的一种新型轴向对称插接线圈组定子，其特征在于：单个所述绝缘槽（2）内所述上区段导体（6）端部与所述下区段导体（7）端部的对接处呈交错布置。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种新型轴向对称插接线圈组定子的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将多个上区段导体（6）拼装组合在一起，组成一套上端导体线圈组（4）；
S2：将多个下区段导体（7）拼装组合在一起，组成一套下端导体线圈组（5）；
S3：在下区段导体（7）的凹入端均匀涂覆高导电性的导电膏；
S4：再将上端导体线圈组（4）和下端导体线圈组（5）分别从定子铁芯（1）的两侧分别插入定子铁芯（1）内，在定子铁芯（1）内部的绝缘槽（2）完成对接，凸出端和凹入端端面完成对接，导电膏均匀分布在凸出端和凹入端，并且在凹入端预留一微小空间，用于容纳导电膏；
S5：将插接完成后的定子进行导电膏烧结工序的处理，从而固定形成一个整体的线圈组件。
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| JP2006158044A (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Toyota Motor Corp | ステータ構造 |
| CN110048532A (zh) * | 2018-01-15 | 2019-07-23 | 丰田自动车株式会社 | 旋转电机的定子及定子线圈的制造方法 |
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| CN111786489A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-10-16 | 姜晓明 | 一种拼接式的绕线线圈 |
| JP2021069182A (ja) * | 2019-10-23 | 2021-04-30 | トヨタ自動車株式会社 | 回転電機のステータ |
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2023
- 2023-12-08 CN CN202311679445.2A patent/CN117375283A/zh active Pending
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