CN117394567A - 一种电机定子绕组结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机定子绕组结构，包括：定子铁芯和导体线圈组，定子铁芯内开设有多个呈均匀分布的绝缘槽，多个绝缘槽的内壁均设置有发泡绝缘纸，导体线圈组位于定子铁芯内，导体线圈组包括绕组上线杯和绕组下线杯，本方案比常规扁线电机焊接段尺寸较小，实现定子上下两端高度缩短，减少电机尺寸和重量，使用铜线也比常规扁线电机少，减少电机发热，提高电机效率，并且定子两端皇冠端没有焊点，另外通过倾斜切口对接，采用发泡绝缘纸涨紧，保证对接全面可靠，且保证铜线各个界面都大于整根铜线的90%，同时采用铁芯同槽铜线错层对接，提高高压爬电距离，提高定子绝缘和耐压，采用纳米银低温焊接，可最大限度提高对上下线杯对接焊接质量。
Description
技术领域
本发明涉及扁线电机技术领域，更具体地说，涉及一种电机定子绕组结构。
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。电机定子中主要起到主要驱动作用的绕组是铁芯内部的直线部分，铁芯上下两端的铜线是工艺需求。也就是说这两部分用铜越少，尺寸越小，电机发热和效率就越高。而且电机尺寸和重量也是电机的一个重要考核指标。
Hairpin发卡电机又被称为扁铜线绕组电机，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，当从传统的圆漆包线结构变成扁铜线结构时，定子绕组的形状也变了，变得像发卡。在制造定子时，先把绕组做成像发卡一样的形状，再穿进定子槽内，从另一端穿出，并将发卡的端部焊接起来。相对于圆线电机中的圆线，扁线由于外形特性，相同截面积的扁线在排线时比圆线占的空间更小，因此，相同的绕线槽空间中可以绕入截面更大的扁线。
但是现有的Hairpin电机定子在一端进行激光焊接或TIG焊接，由于激光焊接合格率不高，这意味着在焊接过程中可能会出现焊接质量不达标的情况，低合格率可能导致需要进行修复或重新焊接，延长生产周期，而TIG焊接效率又较低，整体限制Hairpin电机成本。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种电机定子绕组结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电机定子绕组结构，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：
一种电机定子绕组结构，包括：
定子铁芯，所述定子铁芯内开设有多个呈均匀分布的绝缘槽，多个所述绝缘槽的内壁均设置有发泡绝缘纸；
导体线圈组，所述导体线圈组位于所述定子铁芯内，所述导体线圈组包括绕组上线杯和绕组下线杯，所述绕组上线杯由多个上发卡线组成，所述绕组下线杯由多个下发卡线组成，所述上发卡线端部与下发卡线端部相对接，所述上发卡线端部与下发卡线端部相对接的对接处涂覆有纳米银，多个所述上发卡线端部与多个所述下发卡线端部相对接的对接处呈错层交错分布设置。
作为本发明的进一步改进，所述绕组上线杯为所述定子铁芯的上部区域，所述绕组下线杯位于所述定子铁芯的下部区域。
作为本发明的进一步改进，所述上发卡线和所述下发卡线均呈发夹形状设置。
作为本发明的进一步改进，所述上发卡线和所述下发卡线位于所述绝缘槽内，且上发卡线和下发卡线在所述绝缘槽内进行对接。
作为本发明的进一步改进，所述上发卡线端部与所述下发卡线端部相对接的对接处均设置有斜面切口。
作为本发明的进一步改进，一对所述斜面切口相匹配。
作为本发明的进一步改进，所述上发卡线与所述下发卡线的端部斜面切口处均设置有倒角。
作为本发明的进一步改进，所述纳米银的厚度为0.2-0.4mm。
作为本发明的进一步改进，所述发泡绝缘纸覆盖在所述上发卡线和所述下发卡线的外包围。
作为本发明的进一步改进，所述发泡绝缘纸在所述绝缘槽内的形状呈S形、B形、O形其中的任意一种。
一种电机定子绕组结构的制造工艺，包括以下步骤：
S1：将发泡绝缘纸插入定子铁芯内的绝缘槽内；
S2：将上发卡线和下发卡线成型成发卡形状，且保证斜面切口倾斜角度，保证对接整体截面积；
S3：将纳米银涂覆在上发卡线和下发卡线的斜面切口处，要求厚度控制在0.2-0.4mm；
S4：将上发卡线插入到定子铁芯中，根据电机绕组设计实现对应磁场要求；
S5：翻转定子铁芯；
S6：将下发卡线插入到定子铁芯中；
S7：对绕组上线杯和绕组下线杯进行夹紧；
S8：加热定子让发泡绝缘纸发泡夹紧固定上发卡线和下发卡线，持续加热并保温烧结纳米银，实现上发卡线和下发卡线的对接焊接，纳米银烧结温度为150℃-180℃，发泡绝缘纸发泡温度是150℃-170℃；
S9：滴漆定子，进一步固定绕组和提高绝缘性；
S10：电测试定子，检测绝缘和耐压，保证电机产品安全性。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
本方案比常规扁线电机焊接段尺寸较小，实现定子上下两端高度缩短，减少电机尺寸和重量，使用铜线也比常规扁线电机少，减少电机发热，提高电机效率，并且定子两端皇冠端没有焊点，另外通过倾斜切口对接，采用发泡绝缘纸涨紧，保证对接全面可靠，且保证铜线各个界面都大于整根铜线的90%，同时采用铁芯同槽铜线错层对接，提高高压爬电距离，提高定子绝缘和耐压，采用纳米银低温焊接，可最大限度提高对上下线杯对接焊接质量。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的爆炸结构示意图；
图3为本发明的绕组上线杯和绕组下线杯的结构示意图；
图4为本发明的剖视结构示意图；
图5为本发明的图4中A区域处的局部放大结构示意图；
图6为本发明的制造工艺流程结构示意图。
图中标号说明：
1、定子铁芯；2、导体线圈组；3、绕组上线杯；4、绕组下线杯；5、发泡绝缘纸；6、上发卡线；7、下发卡线。
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1-5，一种电机定子绕组结构，包括：
定子铁芯1，定子铁芯1内开设有多个呈均匀分布的绝缘槽，多个绝缘槽的内壁均设置有发泡绝缘纸5；
导体线圈组2，导体线圈组2位于定子铁芯1内，导体线圈组2包括绕组上线杯3和绕组下线杯4，绕组上线杯3由多个上发卡线6组成，绕组下线杯4由多个下发卡线7组成，上发卡线6端部与下发卡线7端部相对接，上发卡线6端部与下发卡线7端部相对接的对接处涂覆有纳米银，多个上发卡线6端部与多个下发卡线7端部相对接的对接处呈错层交错分布设置。
值得注意的是，本方案创新性的采用错层设置的方式，不仅在装配上更加简单易行，节约一定的空间，同时为绕组上线杯3和绕组下线杯4的对接提高了较大的容错率，因为在现有的加工工艺以及装配工艺中，经常出现不可避免且难以校正的误差，传统对接方式对于误差的容忍度较低，进而会降低整体对接质量，而在本方案中错层设置的方式即使存在一定范围的误差也不会影响到最终的对接以及后续的使用效果，在工艺推广和应用上具备极大的价值和潜力。
本方案可通过将多个上发卡线6拼装组合在一起，组成一套绕组上线杯3，同时将多个下发卡线7拼装组合在一起，组成一套绕组下线杯4，再将绕组上线杯3和绕组下线杯4分别从定子铁芯1的两侧分别插入定子铁芯1内，上发卡线6和下发卡线7在定子铁芯1内部的绝缘槽完成对接，采用发泡绝缘纸5，通过发泡涨紧工艺将上发卡线6端部与下发卡线7端部相对接的对接处完全靠紧，保证上发卡线6和下发卡线7的纳米银焊接质量，并且采用纳米银焊接，并且在上发卡线6端部与下发卡线7端部相对接的对接处涂覆有纳米银，将上发卡线6和下发卡线7压紧并发泡夹紧后，通过低温烧结纳米银，实现绕组上线杯3和绕组下线杯4焊接形成整个导体线圈组2，本方案工艺路线取消了扩口，扭头，切头，连接线焊接激光焊接或TIG焊接，涂覆，减少设备数量，节省投资成本。
其中，通过将多个上发卡线6端部与多个下发卡线7端部相对接的对接处呈错层交错分布设置，即单个绝缘槽内上发卡线6端部与下发卡线7端部的对接处存在一定的高度差，使得同槽内的上发卡线6和下发卡线7对接位置错层，达到800V爬电距离，再通过滴漆工艺，实现整个定子的绝缘和耐压安全，并且错层后两个对接的上发卡线6和下发卡线7经过发泡夹紧后会靠紧相邻的上发卡线6和下发卡线7，保证上发卡线6和下发卡线7的相对位置，实现最大的对接面积，实现定子上下两端高度缩短，减少电机尺寸和重量，使用铜线也比常规扁线电机少，减少电机发热，提高电机效率。
请参阅图2，绕组上线杯3为定子铁芯1的上部区域，绕组下线杯4位于定子铁芯1的下部区域。
请参阅图1-3，上发卡线6和下发卡线7均呈发夹形状设置。
上发卡线6与下发卡线7均采用扁铜线制作而成，并将扁铜线成型成发卡形状。
请参阅图5，上发卡线6和下发卡线7位于绝缘槽内，且上发卡线6和下发卡线7在绝缘槽内进行对接。
上发卡线6端部与下发卡线7端部相对接的对接处均设置有斜面切口，一对斜面切口相匹配。
通过上发卡线6和下发卡线7的倾斜切口，采用倾斜切口对接能够增大对接焊接的面积，增强了对接处的连接强度和可靠性，保证整个绕组铜线最小截面积大于铜线截面积的90%，有助于保持绕组的导电性能和电流承载能力。
纳米银有高导热、高导电、可靠性好的特点，且纳米银涂覆在一对斜面切口表面，采用纳米银低温焊接，可最大限度提高对绕组上线杯3和绕组下线杯4对接焊接质量。
其中，纳米银烧结温度为150℃-180℃。
在本实施例中，上发卡线6与下发卡线7的端部斜面切口处均设置有倒角。
通过倒角的设计可以减少尖锐边缘的集中应力，并提供额外的空间容纳，在这种情况下，通过在对接位置处设置倒角并预留间隙，可以确保当上发卡线6和下发卡线7对接时，多余的纳米银有足够的空间容纳，避免被过度挤压出来。
纳米银的厚度为0.2-0.4mm，减少纳米银量过少影响绕组上线杯3和绕组下线杯4的对接质量。
发泡绝缘纸5覆盖在上发卡线6和下发卡线7的外包围，发泡绝缘纸5在绝缘槽内的形状呈S形、B形、O形其中的任意一种。
其中，发泡绝缘纸5可通过加热，同时发生发泡和粘接，在狭窄的间隙中插入性优异，并具有抑制弯曲、切断引起的划痕和异物的产生的效果，发泡绝缘纸5通过发泡涨紧工艺将两个倾斜切口完全靠紧，保证上发卡线6和下发卡线7对接全面可靠，且保证上发卡线6和下发卡线7的纳米银焊接质量。
另外，发泡绝缘纸5发泡温度是150℃-170℃。
需要说明的是，由于发泡绝缘纸5发泡温度与纳米银烧结温度相近，发泡绝缘纸5通过发泡涨紧工艺后，可直接作用于纳米银低温焊接所需的温度，从而达到节约能耗的目的，同时缩短工艺流程，提高了制造效率。
请参阅图6，一种电机定子绕组结构的制造工艺，包括以下步骤：
S1：将发泡绝缘纸5插入定子铁芯1内的绝缘槽内；
S2：将上发卡线6和下发卡线7成型成发卡形状，且保证斜面切口倾斜角度，保证对接整体截面积；
S3：将纳米银涂覆在上发卡线6和下发卡线7的斜面切口处，要求厚度控制在0.2-0.4mm；
S4：将上发卡线6插入到定子铁芯1中，根据电机绕组设计实现对应磁场要求；
S5：翻转定子铁芯1；
S6：将下发卡线7插入到定子铁芯1中；
S7：对绕组上线杯3和绕组下线杯4进行夹紧；
S8：加热定子让发泡绝缘纸5发泡夹紧固定上发卡线6和下发卡线7，持续加热并保温烧结纳米银，实现上发卡线6和下发卡线7的对接焊接，纳米银烧结温度为150℃-180℃，发泡绝缘纸发泡温度是150℃-170℃；
S9：滴漆定子，进一步固定绕组和提高绝缘性；
S10：电测试定子，检测绝缘和耐压，保证电机产品安全性。
工作原理：通过将多个上发卡线6拼装组合在一起，组成一套绕组上线杯3，同时将多个下发卡线7拼装组合在一起，组成一套绕组下线杯4，再将绕组上线杯3和绕组下线杯4分别从定子铁芯1的两侧分别插入定子铁芯1内，上发卡线6和下发卡线7在定子铁芯1内部的绝缘槽完成对接，采用发泡绝缘纸5，通过发泡涨紧工艺将上发卡线6端部与下发卡线7端部相对接的对接处完全靠紧，保证上发卡线6和下发卡线7的纳米银焊接质量，并且采用纳米银焊接，并且在上发卡线6端部与下发卡线7端部相对接的对接处涂覆有纳米银，将上发卡线6和下发卡线7压紧并发泡夹紧后，通过低温烧结纳米银，实现绕组上线杯3和绕组下线杯4焊接形成整个导体线圈组2。
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)
1.一种电机定子绕组结构，其特征在于：包括：
定子铁芯（1），所述定子铁芯（1）内开设有多个呈均匀分布的绝缘槽，多个所述绝缘槽的内壁均设置有发泡绝缘纸（5）；
导体线圈组（2），所述导体线圈组（2）位于所述定子铁芯（1）内，所述导体线圈组（2）包括绕组上线杯（3）和绕组下线杯（4），所述绕组上线杯（3）由多个上发卡线（6）组成，所述绕组下线杯（4）由多个下发卡线（7）组成，所述上发卡线（6）端部与下发卡线（7）端部相对接，所述上发卡线（6）端部与下发卡线（7）端部相对接的对接处涂覆有纳米银，多个所述上发卡线（6）端部与多个所述下发卡线（7）端部相对接的对接处呈错层交错分布设置。
2.根据权利要求1所述的一种电机定子绕组结构，其特征在于：所述绕组上线杯（3）为所述定子铁芯（1）的上部区域，所述绕组下线杯（4）位于所述定子铁芯（1）的下部区域。
3.根据权利要求1所述的一种电机定子绕组结构，其特征在于：所述上发卡线（6）和所述下发卡线（7）均呈发夹形状设置。
4.根据权利要求1所述的一种电机定子绕组结构，其特征在于：所述上发卡线（6）和所述下发卡线（7）位于所述绝缘槽内，且上发卡线（6）和下发卡线（7）在所述绝缘槽内进行对接。
5.根据权利要求1所述的一种电机定子绕组结构，其特征在于：所述上发卡线（6）端部与所述下发卡线（7）端部相对接的对接处均设置有斜面切口,一对所述斜面切口相匹配。
6.根据权利要求5所述的一种电机定子绕组结构，其特征在于：所述上发卡线（6）与所述下发卡线（7）的端部斜面切口处均设置有倒角。
7.根据权利要求1所述的一种电机定子绕组结构，其特征在于：所述纳米银的厚度为0.2-0.4mm。
8.根据权利要求1所述的一种电机定子绕组结构，其特征在于：所述发泡绝缘纸（5）覆盖在所述上发卡线（6）和所述下发卡线（7）的外包围。
9.根据权利要求1所述的一种电机定子绕组结构，其特征在于：所述发泡绝缘纸（5）在所述绝缘槽内的形状呈S形、B形、O形其中的任意一种。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种电机定子绕组结构的制造工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将发泡绝缘纸（5）插入定子铁芯（1）内的绝缘槽内；
S2：将上发卡线（6）和下发卡线（7）成型成发卡形状，且保证斜面切口倾斜角度，保证对接整体截面积；
S3：将纳米银涂覆在上发卡线（6）和下发卡线（7）的斜面切口处，要求厚度控制在0.2-0.4mm；
S4：将上发卡线（6）插入到定子铁芯（1）中，根据电机绕组设计实现对应磁场要求；
S5：翻转定子铁芯（1）；
S6：将下发卡线（7）插入到定子铁芯（1）中；
S7：对绕组上线杯（3）和绕组下线杯（4）进行夹紧；
S8：加热定子让发泡绝缘纸（5）发泡夹紧固定上发卡线（6）和下发卡线（7），持续加热并保温烧结纳米银，实现上发卡线（6）和下发卡线（7）的对接焊接，纳米银烧结温度为150℃-180℃，发泡绝缘纸发泡温度是150℃-170℃；
S9：滴漆定子，进一步固定绕组和提高绝缘性；
S10：电测试定子，检测绝缘和耐压，保证电机产品安全性。
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