CN207304180U - 一种电机定子及电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电机定子及电机，所述电机定子包括：圆筒状定子铁芯和绕组；所述定子铁芯包括多个定子槽，所述定子槽沿所述定子铁芯的轴向延长，多个所述定子槽沿所述定子铁芯的圆周方向间隔设置，所述绕组的线圈沿所述定子铁芯的半径方向绝缘隔离成多层，且排成一列插入所述定子槽；其中，靠近所述定子铁芯的轴心位置的线圈包括至少两组沿所述半径方向并排设置且并联的导线。本实用新型所述的电机定子，改变了现有绕组线圈的排布方式，通过在靠近定子铁芯的轴心位置的线圈内设置至少两组沿半径方向并排设置且并联的导线，在半径方向上降低了线圈导线的高度，线圈导线的径向高度降低，电流减小，降低了趋肤效应，进而降低了铜耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及电机技术领域，特别涉及一种电机定子及电机。
背景技术
随着新能源汽车的发展，对其驱动电机提出了更高的要求，hairpin绕组的电机以它超高的槽满率称为目前新能源汽车中常用的电机，它的槽满率与其他电机的槽满率相比甚至可以提升50％，也可以提升近50％的扭矩密度，但是这种电机也存在一些缺点，即其线圈的趋肤效应较大，趋肤效应效应大会使线圈的电阻增大，进而产生的热量增大，使电机温度升高，影响电机的寿命。
目前市场上的Hairpin绕组的电机采用的绕组层数有2、4、6、8。其中2层极少使用，4层的使用率最高，其次的6层的，8层的最近也开始出现使用者。2层绕组的电机的趋服效应比较大，其铜耗也较大；4层的趋肤效应较2层的小了很多，在1.5～2倍之间；6层的趋服效应在1.3～1.6倍之间；8层的趋服效应在1.15～1.35之间。目前市场上常用的4层、6层和8层的电机，铜耗在电机的损耗中占有的比例较大，因此，降低趋肤效应以降低电机的温度显得尤为重要。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型旨在提出一种电机定子及电机，以降低电机线圈的趋肤效应进而降低铜耗。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种电机定子，所述电机定子包括圆筒状定子铁芯和绕组；
所述定子铁芯包括多个定子槽，所述定子槽沿所述定子铁芯的轴向延长，多个所述定子槽沿所述定子铁芯的圆周方向间隔设置，所述绕组的线圈沿所述定子铁芯的半径方向绝缘隔离成多层，且排成一列插入所述定子槽；
其中，靠近所述定子铁芯的轴心位置的线圈包括至少两组沿所述半径方向并排设置且并联的导线。
进一步的，所述绕组的线圈沿所述定子铁芯的半径方向绝缘隔离成至少四层，其中，靠近所述定子铁芯的轴心位置的至少两层线圈均包括至少两组沿所述半径方向并列设置且并联的导线。
进一步的，所述至少两组沿所述半径方向并列设置且并联的导线的横截面相同。
进一步的，所述靠近所述定子铁芯的轴心位置的至少两层线圈的每组导线中均包含一根扁铜线hairpin。
进一步的，各层所述线圈之间通过绝缘纸进行绝缘隔离。
进一步的，所述绕组的导线的表面涂有绝缘层。
相对于现有技术，本实用新型所述的电机定子具有以下优势：
本实用新型所述的电机定子，改变了现有绕组线圈的排布方式，通过在靠近定子铁芯的轴心位置的线圈内设置至少两组沿半径方向并排设置且并联的导线，在半径方向上降低了线圈导线的高度，线圈导线的径向高度降低，电流减小，降低了趋肤效应，进而降低了铜耗。
本实用新型的另一目的在于提出一种电机，以降低电机线圈的趋肤效应。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种电机，包括上述电机定子。
所述电机与上述电机定子相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为现有技术的一种电机定子的局部截面示意图；
图2为本实用新型实施例所述的一种电机定子的局部截面示意图；
图3为本实用新型实施例的一种四层绕组的电机定子的局部截面示意图；
图4为现有技术的一种四层绕组的电机定子的局部截面示意图；
图5为现有技术的一种八层绕组的电机定子的局部截面示意图；
图6为本实用新型实施例的一种四层绕组的电机定子与现有技术的四层与八层绕组的电机定子的性能对比分析表。
附图标记说明：
11-线圈，1-定子铁芯，2-定子槽，31-第一线圈，32-第二线圈，33-第三线圈，34-第四线圈，311-导线，4-绝缘纸。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
参照图1所示，为现有技术的一种电机定子的局部截面示意图，现有技术中，每层线圈11均包含一组导线，这样，由于趋肤效应集中在靠近定子铁芯轴心位置的线圈上，易造成靠近定子铁芯轴心位置的线圈温度要高于远离定子铁芯轴心位置的线圈，影响电机寿命。因此本实用新型实施例提供了一种电机定子，对现有的电机定子进行改进，以降低线圈的趋肤效应。
参照图2所示，为本实用新型实施例所述的一种电机定子的局部截面示意图。该电机定子包括圆筒状的定子铁芯1和绕组，定子铁芯1包括多个定子槽2，定子槽2沿定子铁芯1的轴线延长，多个定子槽2沿定子铁芯1的圆周方向间隔设置，绕组的线圈沿定子铁芯1的半径方向绝缘隔离成多层，且排成一列插入定子槽2中。
本实用新型实施例对靠近定子铁芯1轴心位置的线圈进行了改进，具体的，靠近定子铁芯1轴心位置的线圈，如图2所示的第一线圈31，包括至少两组沿半径方向并排设置且并联的导线311。
这样，将靠近轴心位置的线圈设置为至少两组沿半径方向并排设置且并联的导线，在半径方向上降低了线圈导线的高度，线圈导线的径向高度降低，电流减小，降低了趋肤效应。
通常情况下，两层绕组的电机定子极少用到，使用较多的为四层、六层和八层的电机定子，因此，上述绕组线圈沿定子铁芯1的半径方向绝缘隔离设置成至少四层，各层线圈如图2所示的远离定子铁芯1轴心方向的第三线圈33、第四线圈34和靠近定子铁芯1轴心方向的第一线圈31、第二线圈32之间可以通过绝缘纸4进行绝缘隔离，并使线圈与定子槽绝缘隔离，为了保证绝缘效果，通常将绝缘纸4的厚度设为0.2～0.25mm。
在各层线圈中，靠近定子铁芯1的轴心位置的至少两层线圈均包括至少两组沿半径方向并列设置且并联的导线311，且这些并联导线311的横截面相同，以防止有些导线的高度过高，对趋肤效应的降低效果不明显。从加工工艺考虑，可以靠近定子铁芯1的轴心位置的至少两层线圈的每组导线设置为一根扁铜线hairpin，使用扁铜线hairpin进行绕组，可以增加槽满率，增大电机的效率。可以理解的是，上述实施例中的所有绕组的导线的表面均涂有绝缘层，以对导线进行保护。
可以理解的是，上述电机定子可以为四层、六层、八层绕组的电机定子，对于绕组的层数本实用新型不做限制，通常将靠近定子铁芯轴心位置的层数一半的绕组进行上述设置，在绕组的每个线圈中可以设置多组沿半径方向并列设置且并联的导线，导线的组数越多趋肤效应的降低效果越好，但是工艺难度会增大，结合工艺角度，可以将导线的组数设为2，每一组中包含一根扁铜线，但是对此本实用新型不做限制，只要是在线圈中进行类似上述设置，均落入本实用新型的保护范围。
因为目前四层绕组的电机定子使用率最高，下面以四层绕组作为一具体实施例进行说明，有些结构与上述实施例相同，在本实施例中不再赘述。参照图3，为本实用新型实施例的一种四层绕组的电机定子的局部截面示意图，如图3所示，该电机定子包含四层均匀分布的线圈，分别为第一线圈31、第二线圈32、第三线圈33和第四线圈34，这四层线圈之间通过绝缘纸4进行绝缘隔离，并与定子槽2绝缘隔离，为了保证绝缘效果，通常将绝缘纸4的厚度设为0.2～0.25mm。
在靠近定子铁芯1轴心位置的第一线圈31和第二线圈32中均设置有两组沿半径方向并列设置且并联的导线311，这两组导线311的横截面相同，每一组导线中均包含一根扁铜线hairpin，使用扁铜线hairpin进行绕组，可以增加槽满率，增大电机的效率。可以理解的是，上述实施例中的所有绕组的导线的表面均涂有绝缘层，以对导线进行保护。
图4和图5分别为现有技术的四层绕组和八层绕组的电机定子的局部截面示意图，再结合具体数据和图6对本实用新型实施例的优点进行介绍。进行对比的各个电机定子的定子槽的槽型均相同。
经测试，现有技术的四层绕组的电机定子的槽满率较高，为68％，本实用新型实施例改进后的四层绕组的电机定子的槽满率稍微有所降低，为67％，而八层绕组的电机定子的槽满率为55％，因为其绝缘材料占用的空间和导体预留空间较多，因此本实用新型实施例改进后的四层绕组的电机定子槽满率降低较小，对电机的影响较小。
而从趋肤效应的影响上进行分析，以下分析是针对导线直线有效部分的铜耗，参照图6，现有技术的四层绕组(原四层方案)的电机定子铜耗增加至无趋肤效应的1.98倍，本实施例改进后的四层绕组(改进后的四层方案)的电机定子的铜耗增加至1.36倍，对比八层方案，铜耗增加至1.21倍；但不考虑趋肤效应的影响时，以现有技术的四层绕组的电机定子的铜耗为基础，标幺值为1，改进后的四层绕组的电机定子的铜耗为1.005；对比八层方案铜耗为1.19；对比八层方案的铜耗增加量最多。故三种方案总的铜耗表示如下：现有技术中的四层绕组的方案铜耗为1.98，本实用新型实施例改进后的四层绕组的方案铜耗为1.37，对比8层方案铜耗为1.44；因此，本实用新型实施例改进后的四层绕组的方案的铜耗最低。
本实用新型实施例的四层绕组的方案的铜耗是最小的，因此由铜耗引起的电机的温度升高是最低的，可以增加电机的运行时间，故可以提高电机的效率、功耗和扭矩密度，在同样的设计要求下，还可以降低电机的尺寸。
除了上述优点外，在工艺制造上，由于本实用新型实施例的方案只将靠近电机定子轴心的线圈改为两根导线的并联，并不破坏原有的工艺方式，不会额外增加工艺要求和成本。
采用上述电机定子的电机也具有上述优点，在此不再赘述。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电机定子，其特征在于，所述电机定子包括：圆筒状定子铁芯和绕组；
所述定子铁芯包括多个定子槽，所述定子槽沿所述定子铁芯的轴向延长，多个所述定子槽沿所述定子铁芯的圆周方向间隔设置，所述绕组的线圈沿所述定子铁芯的半径方向绝缘隔离成多层，且排成一列插入所述定子槽；
其中，靠近所述定子铁芯的轴心位置的线圈包括至少两组沿所述半径方向并排设置且并联的导线。
2.根据权利要求1所述的电机定子，其特征在于，所述绕组的线圈沿所述定子铁芯的半径方向绝缘隔离成至少四层，其中，靠近所述定子铁芯的轴心位置的至少两层线圈均包括至少两组沿所述半径方向并列设置且并联的导线。
3.根据权利要求2所述的电机定子，其特征在于，所述至少两组沿所述半径方向并列设置且并联的导线的横截面相同。
4.根据权利要求2所述的电机定子，其特征在于，所述靠近所述定子铁芯的轴心位置的至少两层线圈的每组导线中均包含一根扁铜线hairpin。
5.根据权利要求1所述的电机定子，其特征在于，各层所述线圈之间通过绝缘纸进行绝缘隔离。
6.根据权利要求1所述的电机定子，其特征在于，所述绕组的导线的表面涂有绝缘层。
7.一种电机，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的电机定子。
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