CN213043486U - U形管绕组、电机定子和电机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种U形管绕组、电机定子和电机，其中，U形管绕组包括多个U形管和多个连接件；所述U形管由导电材料制成，形成有用于冷却液流通的冷却液流道；所述连接件用于连接多个所述U形管，以使多个所述U形管形成并联和/或串联,以形成所述U形管绕组。本申请的U形管绕组、电机定子和电机，采用分立的U形管作为定子绕组，取代现有技术的多次绕线方式的绕组，具有结构简单、装配容易、易于标准化与批量化生产等优点，可以有效降低电机定子的生产成本。

Description

U形管绕组、电机定子和电机

技术领域

本实用新型涉及电子绕组结构，特别涉及一种U形管绕组、电机定子和电机。

背景技术

随着电能的普及以及自动化设备的不断进步，电动机作为动力提供装置在自动化设备中的地位举足轻重，出于现有技术与材料限制，电动机的质量、体积、效率均遇到瓶颈。

目前电动机的定子绕组形式主要分为集中式与分布式两种，无论采用哪种绕组形式都是使用导线在电动机定子铁芯齿槽内多次缠绕(匝数)，以形成线圈绕组，这种绕组主要适用于工频电源电压(50Hz)或普通变频控制领域(开关频率在数十千赫兹左右)。随着半导体技术的不断进步，目前已出现了工作频率可以达到上兆赫兹的功率器件(碳化硅)，该类器件的出现使得变频技术可以使用超出现有频率近百倍的开关频率用于控制电动机，在如此高的开关频率下，电动机的定子绕组仅仅需要很小的电感量，即很少的匝数即可胜任。此外，现有技术的两种绕组绕线方式的生产工艺复杂，很难实现自动化生产，使得生产成本很高。

在高功率密度应用场景下，电动机多采用液冷散热方式，主要方式有：(1)在定子绕组内布置额外的冷却液管路；(2)在定子外的电机壳体上布置冷却液水道；(3)电机整体油浸方式。以上方式1与2都需要增加额外部件，增加成本，降低电动机功率密度；方式3会带来额外的拖曳阻力，造成电动机效率下降。

随着未来产品的不断小型化、轻量化、高效化，因此，需要一种新型电机定子制造技术，以解决上述现有技术的问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种U形管绕组、电机定子和电机，以解决现有技术的定子绕组存在的生产工艺复杂、散热困难、生产成本高等问题。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种U形管绕组，包括多个U形管和多个连接件；所述U形管由导电材料制成，形成有用于冷却液流通的冷却液流道；所述连接件用于连接多个所述U形管，以使多个所述U形管形成并联和/或串联,以形成所述U形管绕组。

可选地，所述U形管的外表面还设有绝缘层。

可选地，所述U形管为一体化成型。

可选地，所述冷却液流道的截面形状为椭圆形、矩形、圆形或三角形。

可选地，所述连接件为导电铜排。

本申请还提供了一种电机定子，包括定子铁芯和上述的任意一种U形管绕组，所述U形管绕组穿插于所述定子铁芯上，形成所述电机定子。

可选地，所述定子铁芯为圆环形状，且所述定子铁芯的内侧面设有多个向半径方向内侧延伸的齿，两个相邻的所述齿之间形成一个槽。

可选地，所述U形管穿插于所述槽中，且一个所述齿对应一个所述U形管。

可选地，多个所述齿沿圆周方向均匀分布于所述定子铁芯的内侧面。

本申请还提供了一种电机，包括上述的任意一种电机定子。

采用上述技术方案，本申请具有如下有益效果：

1)采用分立的U形管作为定子绕组，取代现有技术的多次绕线方式绕组，具有结构简单、装配容易、易于标准化与批量化生产等优点，可以有效降低电机定子的生产成本；

2)通过在U形管内设置冷却液流道，可以通过冷却液对电机进行散热，无需额外部件，可以有效提高散热效率与电动机的功率密度；

3)采用U形管作为定子绕组，在导体有效导电截面积不变的前提下可增加导电表面积，降低因电流趋肤效应导致导体电流载流能力下降问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一种可选的U形管绕组的结构示意图；

图2为本申请实施例一种可选的U形管的结构示意图；

图3为本申请实施例一种可选的U形管一端的示意图。

以下对附图作补充说明：

1-U形管；101-冷却液流道；102-绝缘层；2-连接件；3-定子铁芯。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

随着半导体技术的不断进步，功率器件的开关频率不断提高，已经投入市场的碳化硅器件(SiC)会逐步取代已有的硅器件(IGBT)，这些新型功率器件的工作开关频率可以达到已有器件的百倍以上；在变频技术应用领域，随着开关频率的提高，对电动机绕组的电感值要求会不断降低；同时高频电流带来趋肤效应将影响绕组导体的电流载流能力。

当前电动机的定子主要采用集中式绕组与分布式绕组，而无论采用两者中的哪一种对绕组制作工艺都有很高的工艺要求，需要定制专用设备，即绕组制造成本偏高。

在高功率密度应用场景下，电动机的散热问题将突显出来，目前的散热方式主要有：1.定子绕组内布置额外冷却液管路；2.在定子外的电机壳体上布置冷却液水道；3.电机整体油浸方式。以上方式1与2会增加额外冷却管路，增加结构部件，降低电动机的功率密度；方式3由于整体电机浸泡在冷却油中，这会给电机转子带来额外的拖曳阻力，降低电动机效率。

图1是本申请实施例一种可选的U形管绕组的结构示意图，该图1中，U形管绕组包括多个U形管1和多个连接件2；

结合图2-图3，图1所示的U形管1由导电材料制成，形成有用于冷却液流通的冷却液流道101；连接件2用于连接多个U形管1，以使多个U形管1形成并联和/或串联,以形成U形管绕组。

本申请实施例的U形管绕组采用分立的中空U形管结构，不单有效增加导体的外表面积，而且在U形管内侧同时增加内表面积，有效减小由于电流趋肤效应带来的能效损失，在高频调制变频控制系统中可以进一步降低绕组材料成本；同时，在U形管内通过冷却液方式将热量直接带走，无需额外部件，可有效提高散热效率与电动机的功率密度；电动机转子并没有浸泡在任何液体中，没有拖曳阻力问题，不会影响电机效率。

作为一种可选的实施方式，U形管1的外表面还设有绝缘层102(如图3所示)。

作为一种可选的实施方式，U形管1为一体化成型。

本申请实施例的U形管绕组采用分立的U形管结构，取代现有技术中多次绕线方式的绕组，绕组生产与绕组装配工艺分开，降低总体定子制造工艺难度，便于批量生产，在维持电动机定子绕组载流截面积不变的前提下大幅降低绕组制造工艺难度，降低制造成本，易于实现绕组生产的标准化与产业化。

作为一种可选的实施方式，冷却液流道101的截面形状为椭圆形、矩形、圆形或三角形。

在具体实施中，冷却液流道101的截面形状并无特殊限定，可以是上述的椭圆形、矩形、圆形或三角形，也可以是其他形状，可根据实际需要而进行设计。

作为一种可选的实施方式，连接件2为导电铜排。

在具体实施中，一个连接件2可以连接多的U形管1，图1中仅示出了一个连接件2，且该一个连接件2连接了四个U形管1，实际上，一个连接件2所连接的U形管1的数量并无特殊限定，连接件2的数量也无特殊限定，可根据实际需要而进行增加或减少。

本申请实施例还提供了一种电机定子，包括定子铁芯3和上述实施例中任意一种U形管绕组，U形管绕组穿插于定子铁芯3上，形成电机定子，请参见图1，需要说明个是，图1中仅示出了本申请实施例的定子铁芯3的局部结构，即四分之一个圆环形状的定子铁芯3。

作为一种可选的实施方式，定子铁芯3为圆环形状，且定子铁芯3的内侧面设有多个向半径方向内侧延伸的齿301，两个相邻的齿301之间形成一个槽302。

作为一种可选的实施方式，U形管1穿插于槽302中，且一个齿301对应一个U形管1。

作为一种可选的实施方式，多个齿301沿圆周方向均匀分布于定子铁芯3的内侧面。

本申请实施例的U形管绕组在装配时，只需要将U形管1从定子铁芯3的一端插入槽302内，在定子铁芯3的另一端使用导电铜排(连接件2)焊接即可，减少了绕组绕线匝数，在定子铁芯3的每个槽302内只布置两根U形管；U形管绕组的设计方式可使电动机定子的制造工艺难度大幅降低，而且易于标准化与批量化生产，同时定子绕组与定子铁芯的装配过程对生产工艺要求不高，可以有效降低电动机定子的生产成本。

本申请实施例还提供了一种电机，包括上述实施例中任意一种电机定子。

本申请实施例的U形管绕组、电机定子和电机具有如下有益效果：

1)采用分立U形管作为绕组，取代现有技术的多次绕线方式绕组，在维持电动机定子绕组载流截面积不变的前提下大幅降低绕组制造工艺难度，降低制造成本，易于实现标准化与产业化。

2)绕组装配时只需要将U形管从定子铁芯的一端插入齿槽内，在另一端使用连接件焊接即可，U形管导体绕组的设计方式可使电动机定子的制造工艺难度大幅降低，而且易于标准化与批量化生产，同时定子绕组与定子铁芯的装配过程对生产工艺要求不高，可以有效降低电动机定子的生产成本。

3)较现有技术的定子绕组绕制方式相比，绕组生产与绕组装配工艺分开，可以降低总体定子制造工艺难度，便于批量生产。

4)由于使用中空的U形管作为定子绕组，不单有效增加导体的外表面积，而且在U形管内侧同时增加内表面积，可以有效减小由于电流趋肤效应带来的能效损失，在高频调制变频控制系统中可以进一步降低绕组材料成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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 (10)

1.一种U形管绕组，其特征在于，包括多个U形管(1)和多个连接件(2)；

所述U形管(1)由导电材料制成，形成有用于冷却液流通的冷却液流道(101)；

所述连接件(2)用于连接多个所述U形管(1)，以使多个所述U形管(1)形成并联和/或串联,以形成所述U形管绕组。

2.根据权利要求1所述的U形管绕组，其特征在于，所述U形管(1)的外表面还设有绝缘层(102)。

3.根据权利要求1所述的U形管绕组，其特征在于，所述U形管(1)为一体化成型。

4.根据权利要求1所述的U形管绕组，其特征在于，所述冷却液流道(101)的截面形状为椭圆形、矩形、圆形或三角形。

5.根据权利要求1所述的U形管绕组，其特征在于，所述连接件(2)为导电铜排。

6.一种电机定子，其特征在于，包括定子铁芯(3)和如权利要求1～5中任一项所述的U形管绕组，所述U形管绕组穿插于所述定子铁芯(3)上，形成所述电机定子。

7.根据权利要求6所述的电机定子，其特征在于，所述定子铁芯(3)为圆环形状，且所述定子铁芯(3)的内侧面设有多个向半径方向内侧延伸的齿(301)，两个相邻的所述齿(301)之间形成一个槽(302)。

8.根据权利要求7所述的电机定子，其特征在于，所述U形管(1)穿插于所述槽(302)中，且一个所述齿(301)对应一个所述U形管(1)。

9.根据权利要求7所述的电机定子，其特征在于，多个所述齿(301)沿圆周方向均匀分布于所述定子铁芯(3)的内侧面。

10.一种电机，其特征在于，包括如权利要求6～9中任一项所述的电机定子。

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