CN217508399U - 一种电机绕组结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电机绕组结构，包括绕组圈体、输入段和输出段，绕组圈体由线性导体绕制呈多段层排布，绕组圈体的相邻段层之间保留有间隙，输入段和输出段分别位于绕组圈体的两端。本实用新型通过曲率变化的设计，可以使得绕组圈体在被压制即相邻的第一段体彼此连接时，两个第一段体之间连接的更加紧密，留有的缝隙更小，相对于平面的第一段体，具有一定曲率变化的第一段体更加易于压制成为精度更高的成品。

Description

一种电机绕组结构

技术领域

本实用新型涉及电机绕组技术领域，尤其是一种电机绕组结构。

背景技术

低压电机(电压小于1000V)一般采用圆形导线制造的散线绕组，而额定功率大于1MW的高压电机一般采用方形导线制造的成型绕组，上述两种绕组的主要区别在于槽内导体的填充率也即导体与槽面积之比(也即槽满率)，因金属导体的导热性比空气和绝缘材料好很多，因此齿槽中导体的占比越高越有利于将绕组产生的热传递到机壳或通过气隙空气冷却，对于同一个电机在其他设计保持不变时方形导体的槽满率约是圆形导体的2倍，也即其直流电阻约是圆形导体的一半。因此采用方形导线有利于通过提高槽满率提高电机的功率密度和效率，而这正是如电动航空、新能源汽车等对电机结构尺寸、重量要求比较严格的领域所需要的。

一般情况下，现有的绕组圈体是通过导体直接绕制或者通过焊接的方式制备而成，且其形状、结构均为固定样式，仅可适配一种电阻率需求的铁芯，而为了达到槽满率和散热效率的阈值要求，往往需要在规定的槽满率和散热范围内对绕组圈体的本身结构进行改造，而此类改造工艺复杂，成本较高，所以，根据此状况，需设计一种电机绕组结构。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电机绕组结构。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种电机绕组结构，包括绕组圈体、输入段和输出段，所述绕组圈体由线性导体绕制呈多段层排布，所述绕组圈体的相邻段层之间保留有间隙以使所述绕组圈体在其绕制轴线方向能够发生形变，所述输入段和输出段分别位于所述绕组圈体的两端。

优选的，所述绕组圈体的单个段层包括相邻连接的第一段体和第二段体，所述第一段体构成铁芯槽内部的中间导体，所述第二段体构成铁芯槽外部的端部导体，所述端部导体的电阻率小于所述中间导体的电阻率。

优选的，相邻所述段层中第一段体的相邻面呈曲率变化。

优选的，相邻所述段层中第二段体的相邻面呈曲率变化。

优选的，所述绕组圈体相邻段层之间的间隙值不大于所述第一段体在绕制轴向厚度的0.8倍。

优选的，所述绕组圈体相邻段层之间的间隙值不大于所述第一段体在绕制轴向厚度的0.5倍，不小于所述第一段体在绕制轴向厚度的0.25倍。

优选的，所述绕组圈体的2个端部均为1/2长度的第一段体，所述输入段和输出段连接不同端部的1/2第一段体。

优选的，所述绕组圈体的2个端部均为1/3长度的第一段体，所述输入段和输出段连接不同端部的1/3第一段体。

优选的，所述输入段与所述输出段非连接端的延伸方向相同。

优选的，所述绕组圈体的单个段层包括平行的2个第一段体和平行的2个第二段体，所述第一段体和第二段体间隔连接，所述第二段体与第一段体的传导截面面积之比为1.5:1-3.5:1。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本实用新型通过在一体成型的绕组圈体的各个断层中保留间隙，使得绕组圈体在微加工后能够适用不同规格的铁芯槽，在槽满率较低但能够满足使用要求时，其自身具有足够的散热率，无需在绕组圈体的本体上进行加工槽类结构进行散热，使得其整体适配率更高，在铁芯槽的槽口较小，且槽满率要求较高时，只需将其进行压制，即可得到密集度更高的绕组圈体，进而大大提升了其适配性。

2、本实用新型通过曲率变化的设计，可以使得绕组圈体在被压制即相邻的第一段体彼此连接时，两个第一段体之间连接的更加紧密，留有的缝隙更小，相对于平面的第一段体，具有一定曲率变化的第一段体更加易于压制成为精度更高的成品。

附图说明

图1是本实用新型的轴测结构示意图；

图2是本实用新型的主视图；

图3是本实用新型的左视图；

图4是本实用新型图2中A-A方向的剖视图；

图5是本实用新型的图3中B-B方向的剖视图；

图6是传统四边形电机绕组结构的俯视示意图；

图7是本实用新型的俯视示意图；

图8是本实用新型中单段层第一段体和第二段体平铺示意图。

图中：10、绕组圈体；11、第一段体；12、第二段体；20、输入段；30、输出段。

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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：

一般情况下，为了提升绕结构的传导效率，会将铁芯线槽外部的导体电阻率设置成为小于铁芯线槽内部导体的状态，即通过铁芯内外导线采用不同的截面制作绕组，而此类绕组通常需要将铁芯内的导体与铁芯外的绕组进行焊接，导致需要完成常规绕组结构工艺过程十分复杂，需要付出较大的人力成本，且焊接使得绕组结构韧性变差。

一种电机绕组结构，包括绕组圈体10、输入段20和输出段30，绕组圈体10由线性导体绕制呈多段层排布，绕组圈体10的相邻段层之间保留有间隙，输入段20和输出段30分别位于绕组圈体10的两端；也就是说，电机绕组结构由绕组圈体10、输入段20和输出段30组成，且绕组圈体10、输入段20和输出段30一体成型，一体成型的主要方法为通过3D打印实现，同时，绕组圈体10为沿一条轴线进行螺旋缠绕的导体，以此呈现类似于螺旋式的多层排布的状态，可以理解的是，绕组圈体10平铺后为一整条导体，其具有两端，即输入端和输出端，输入段20和输出段30分别位于绕组圈体10的输入端和输出端。

具体的，如图1所示，绕组圈体10沿一个轴线自上而下呈规则性螺旋缠绕，进而整个绕组圈体10呈螺旋状，在图1中，包括了5个完整的螺旋段层，最佳的，5个螺旋段层为相同的段层，可以理解为一个导体绕轴线一周后形成一个段层，之后向下平移，收尾相接得到完整的结构，每个螺旋断层之间保留有间隙，具体的，如图2所示，上下段层之间都保留有间隙Z，间隙Z整体也呈螺旋状，由于间隙的存在，绕组圈体10能够在轴线方向进行压缩或者拉伸，进而能够改变其轴线上的整体长度，以适配不同的铁芯槽，另外，安装在适配的铁芯槽后，段层之间的间隙能够形成有效的散热通道，一般间隙在1-10mm之间，不过，该间隙可与绕组圈体10的厚度相联系，在整个绕组圈体10中，各个位置的相对厚度是一致的，即各个点沿其绕制的轴向方向延伸在绕组圈体10中单个段层贯穿距离一致，设该贯穿距离为X，即绕组圈体10在绕制轴向的厚度为X，则相邻段层之间留有的间隙不大于0.8X，从而保证在绕组圈体10整体沿其轴向变形时，其各个段层不会发生偏离轴向的情况，进而保证整体的精密性，即，该绕组圈体10在轴向的厚度为10mm时，相邻段层之间留有的间隙为7mm，除此之外，也可以选用1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm等；

在一些其他的实施例中，为了保证绕组圈体10的适用性以及精密性，绕组圈体10上各个位置单个段层的贯穿距离为X，则相邻段层之间留有的间隙为0.25-0.5X，即，该绕组圈体10在轴向的厚度为10mm时，相邻段层之间留有的间隙为5mm，除此之外，也可以是2.5mm、2.8mm、3.0mm、3.5mm、4mm、4.5mm、4.8mm，在此范围内，该绕组圈体10在其轴向发生形变时，更加不易变形，有利于变形后进行安装。

如图2所示，该绕组圈体10在轴线方向上，每个段层完全一致，位置也为上侧段层向下平行得到下侧段层，结合图1，绕组圈体10上侧的输入端连接输入段20，绕组圈体10下侧的输出端连接输出段30，输入段20和输出段30均长于绕组圈体10本身的范围，以便于在安装在铁芯槽后连接其他的绕组圈体10。

绕组圈体10的单个段层包括相邻连接的第一段体11和第二段体12，第一段体11构成铁芯槽内部的中间导体，第二段体12构成铁芯槽外部的端部导体，端部导体的电阻率小于中间导体的电阻率。也就是说，绕组圈体10的每个段层都包括了第一段体11和第二段体12，第一段体11和第二段体12间隔连接，在安装状态下，多个第一段体11位于铁芯槽内形成中间导体，多个第二段体12位于铁芯槽外形成端部导体，第二段体12起到连接第一段体11的作用，因而第二段体12的电阻率大于第一段体11。

具体的，如图1所示，前后侧较细的为第一段体11，左右侧较宽的为第二段体12，第一段体11和第二段体12分别连接，绕组固体10中的第一段体11均相互平行，第二段体12也相互平行，单个段层中相连接的第一段体11和第二段体12垂直连接，参考图4和图5，第一段体11和第二段体12在轴向的厚度是一样的，但是另一方向的延伸距离不一致，很明显可以看出，第二段体12的传导截面面积大于第一段体11的传导截面面积，也就是说，通过加粗第二段体12的传导截面面积，减小了端部导体的电阻率，从而大大提高了传导效率。

如图6所示为传统矩形等截面电机绕组结构的俯视示意图，其中W_active代表此处矩形绕组平行于电机轴向(即第一段体11)的宽度，L代表矩形绕组结构垂直于电机轴向的长度，L_active代表定子铁芯的长度，则上述绕组结构单个线圈的直流电阻近似如下：

其中ρ代表矩形绕组结构材料的电导率、h代表矩形绕组的高度。

如图7和图8所示，W_end代表垂直于电机轴向矩形绕组(即第二段体12)的宽度，则上述绕组结构单个线圈的直流电阻近似如下：

如果矩形绕组结构垂直于电机轴向的长度L等于定子铁芯的长度L_active，垂直于电机轴向矩形绕组(即第二段体12)的宽度w_end是矩形绕组平行于电机轴向(即第一段体11)的宽度的2 W_active倍，则上述直流电阻可近似为：

也即相对于传统的等截面绕组结构，本实施例提出的绕组结构可近似降低25％的直流电阻，有利于减小绕组的直流损耗及发热量，进而提高电机的功率密度及效率。

电机绕组结构由于存在电阻，在通电情况下会产生大量不利于电机运行的热量(即为铜耗)，在电机的有限空间内，热量的累积会严重影响绝缘的寿命和可靠性，同时铜耗会降低电机的效率，而本实施例中通过采用不等截面的绕组结构带体传统的等截面绕组结构，在不改变定子铁芯槽满率的情况下增加绕组结构第二段体12的传导截面面积从而降低整体绕组的电阻，进而降低电机的直流损耗，以此突破电机功率密度和效率的桎梏，达成更高标准的绿色能源发展需求。

在理想化的状态下，第二段体12的传导截面面积越大则效果越好，但是在实际使用的情况下，需要考虑到电机的结构性能和电机的尺寸，优选的，第二段体12的传导截面面积与第一段体11的传导截面面积之比为1.5-3.5，在此范围内，电机适配性较强，适用于市场上的多数电机，在高标准的新能源方面，第二段体12的传导截面面积与第一段体11的传导截面面积之比为2-2.8，当比值接近于2.5时，不考虑其他性能的情况下，电机的功率密度最高。

相邻段层中第一段体11的相邻面呈曲率变化，也就是说，第一段体11的上下侧面与现有结构均不相同，其上下侧面均呈一定的曲率变化，且每个第一段体11的曲率变化频率一致，具体的，如图2可知，第一段体11的上下表面并非平面倾斜延伸，而是平面通过类螺旋曲率以第一段体11的中间位置为轴心旋转而成，只不过，该旋转频率较小，换一种说法，在图4中，第一段体11剖斜面的左侧侧边为平行直线，而上下侧边侧为弧线，需要注意的是，由于每个第一段体11的上下侧面的曲率变化是一致的，则每个段层的第一段体11上侧面任意一点位置沿绕组圈体10绕制轴心贯穿该第一段体11的距离均相同，通过曲率变化的设计，可以使得绕组圈体10在被压制即相邻的第一段体11彼此连接时，两个第一段体11之间连接的更加紧密，留有的缝隙更小，相对于平面的第一段体11，具有一定曲率变化的第一段体11更加易于压制成为精度更高的成品。

相邻段层中第二段体12的相邻面呈曲率变化，也就是说，第二段体12的上下侧面与现有结构均不相同，其上下侧面均呈一定的曲率变化，且每个第二段体12的曲率变化频率一致，具体的，如图2可知，第二段体12的上下表面并非平面倾斜延伸，而是平面通过类螺旋曲率以第二段体12的中间位置为轴心旋转而成，只不过，该旋转频率较小，换一种说法，在图5中，第二段体12剖斜面的左侧侧边为平行直线，而上下侧边侧为弧线，需要注意的是，由于每个第二段体12的上下侧面的曲率变化是一致的，则每个段层的第二段体12上侧面任意一点位置沿绕组圈体10绕制轴心贯穿该第二段体12的距离均相同，通过曲率变化的设计，可以使得绕组圈体10在被压制即相邻的第二段体12彼此连接时，两个第二段体12之间连接的更加紧密，留有的缝隙更小，相对于平面的第二段体12，具有一定曲率变化的第二段体12更加易于压制成为精度更高的成品。

另外，在一些其他的实施例中，第二段体12可以为直斜面，其原因为，一般第二段体12仅起到连接第一段体11的作用，有些结构中，第二段体12不同于第一段体11，其整体较短，因而其若呈曲率变化状态，短距离内的曲率变化对于生产精度的要求过高，导致生产成本大幅度提升，得不偿失。

绕组圈体10的2个端部均为1/2长度的第一段体11，输入段20和输出段30连接不同端部的1/2第一段体11。也就是说，绕组圈体10包括多个完整的段层，以最上侧左端的第二段体12为输入端，则完整的段层输入端连接1/2长度的第一段体11，1/2长度的第一段体11形成新的输入端，输入端连接该1/2长度的第一段体11，完整的段层输出端下侧连接一个第二段体12和1/2长度的第一段体11，1/2长度的第一段体11形成新的输出端；具体的，如图1所示，绕组圈体10具有5个完整段层，完整段层上侧为输入端，输入端连接了一个1/2长度的第一段体11，1/2长度第一段体11的右侧连接输入段20，输入段20与1/2长度第一段体11的延伸方向一致，均为向右，绕组圈体105个完整段层的下侧为输出端，输出端连接有一个第二段体12，第二段体12连接一个1/2长度的第一段体11，1/2长度的第一段体11连接输出段30，输出段30与该1/2长度的第一段体11延伸方向一致，同时，下侧的输出段30延伸方向与上侧的输入段20延伸方向一致，通过控制输入段20和输出段30的采用一致的延伸方向，且输出段30和输出段30与绕组圈体10的连接位置均位于绕组圈体10的中间位置，进而使得在绕组圈体10被压紧后，输入段20和输出段30与绕组圈体10的连接更加紧密，传导效果更好。

另外，在一些其他的实施例中，绕组圈体10的2个端部均为1/3长度的第一段体11，输入段20和输出段30连接不同端部的1/3第一段体11，可以理解的是，与上述实施例相同，区别点仅在于1/2的第一段体11长度缩减为1/3长度的第一段体11，与上述实施例不同的是，在绕组圈体10完全压缩后，1/3长度的第一段体11传导效率低于1/2长度的第一段体11，但是其相比于1/2长度的第一段体11，更加便于安装，方便工作人员操作。

通常情况下，完成以上实施例中技术方案的生产需要通过3D打印的模式进行制备，制备的原材料一般为纯铜粉。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种电机绕组结构，其特征在于：包括绕组圈体(10)、输入段(20)和输出段(30)，所述绕组圈体(10)由线性导体绕制呈多段层排布，所述绕组圈体(10)的相邻段层之间保留有间隙以使所述绕组圈体(10)在其绕制轴线方向能够发生形变，所述输入段(20)和输出段(30)分别位于所述绕组圈体(10)的两端。

2.根据权利要求1所述的一种电机绕组结构，其特征在于：所述绕组圈体(10)的单个段层包括相邻连接的第一段体(11)和第二段体(12)，所述第一段体(11)构成铁芯槽内部的中间导体，所述第二段体(12)构成铁芯槽外部的端部导体，所述端部导体的电阻率小于所述中间导体的电阻率。

3.根据权利要求1或2所述的一种电机绕组结构，其特征在于：相邻所述段层中第一段体(11)的相邻面呈曲率变化。

4.根据权利要求3所述的一种电机绕组结构，其特征在于：相邻所述段层中第二段体(12)的相邻面呈曲率变化。

5.根据权利要求4所述的一种电机绕组结构，其特征在于：所述绕组圈体(10)相邻段层之间的间隙值不大于所述第一段体(11)在绕制轴向厚度的0.8倍。

6.根据权利要求5所述的一种电机绕组结构，其特征在于：所述绕组圈体(10)相邻段层之间的间隙值不大于所述第一段体(11)在绕制轴向厚度的0.5倍，不小于所述第一段体(11)在绕制轴向厚度的0.25倍。

7.根据权利要求6所述的一种电机绕组结构，其特征在于：所述绕组圈体(10)的2个端部均为1/2长度的第一段体(11)，所述输入段(20)和输出段(30)连接不同端部的1/2第一段体(11)。

8.根据权利要求6所述的一种电机绕组结构，其特征在于：所述绕组圈体(10)的2个端部均为1/3长度的第一段体(11)，所述输入段(20)和输出段(30)连接不同端部的1/3第一段体(11)。

9.根据权利要求7或8所述的一种电机绕组结构，其特征在于：所述输入段(20)与所述输出段(30)非连接端的延伸方向相同。

10.根据权利要求9所述的一种电机绕组结构，其特征在于：所述绕组圈体(10)的单个段层包括平行的2个第一段体(11)和平行的2个第二段体(12)，所述第一段体(11)和第二段体(12)间隔连接，所述第二段体(12)与第一段体(11)的传导截面面积之比为1.5:1-3.5:1。

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