一种发卡扁线绕组及电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及发卡扁线绕组及电机。

背景技术

近年来新能源汽车用驱动电机多采用发卡扁线绕组，具有高槽满率，高功率密度和更优的散热能力。扁线截面积大，高频集肤效应明显，为降低集肤效应，一般会增加槽内导体数，如4、6、8层线等。新能源电机高转速是趋势，驱动频率的提高，带来的集肤效应，影响了功率提升，多线并绕又会导致槽满率下降和环路电流损耗。还有发卡扁线是由同外径尺寸导体经折弯而成，无效边和有效边截面积相同，导致无效边发热电能损失，效率降低。

发明内容

为了解决上述现有技术中的缺陷，本发明采用以下技术方案：

所述一种发卡扁线绕组及电机，可以采用8极48、72或96槽的多层线结构。

所述定子铁芯内壁沿周向开设有48、72、96槽或复数个线圈槽。所述铁芯优选采用平行齿的扇面槽结构。优选盘式电机结构，这样保证电机轴向长度短。

所述电机定子电枢线圈称为绕组元件，一个元件由两条有效边和无效边组成，两条直边穿在铁芯槽中，能切割磁力线而产生感应电动势的叫有效边；无效边是放在槽外，不切割磁力线，仅作为端部连接线用。

所述发卡扁线绕组，发卡由两根有效边和无效边连接成U形结构，形同发卡，以下简称发卡元件。每根发卡元件长度相等，外形一致。

对于少极数电机，线圈跨槽距离长，无效边长。当无效边需要加粗，拓扑连接结构，需要最短路径，使线最大截面积，又要保留散热间隔，就必须借助空间。本发明借助了两个空间，一是外圆尺寸放大，二是高度空间分层。无效边长和截面积大会有优良的散热性能，加之其电阻小，本身发热少；有效边的热量就能够被导出外部散热。

本发明具体采用了无效边设置阶梯、弯道、延伸的技术手段，来实现所述无效边至少分为两个阶梯层，外边层头部经阶梯弯道延伸一段为内边层；

所述无效边两端再延伸出两根平行的有效边，构成发卡元件；

所述无效边截面积大于有效边截面积。

所述外边层呈扇形，即靠近外圆的外边层宽度比靠近内圆宽。复数根发卡元件环状均布，外边层形成规整的螺旋齿状有间隔结构。

本发明优选二层线，其无效边间形成的间隔气隙由内到外直接贯通，形成通畅的气冷通道，能够利用转子产生的离心风吹过，提升散热性能。

所述发卡元件至少由两根导线并绕，在有效边段并列成多层线结构，在无效边段螺旋换位。所述无效边段螺旋180°换位或360°换位。

现有技术中，漆包线因为绝缘漆厚度导致两根邻近的漆包线导体与导体之间间隔有两层绝缘漆的厚度，从而降低了电机槽满率。

本发明，所述发卡元件至少由两根表面不导电的裸导体并绕，两根导体间无漆厚隔距。

本发明，所述发卡元件整体外表面由绝缘漆，形成绝缘，入槽后端头被车削露出导体，每根有效边的端头被焊接成节点。

进一步地，为了提升槽满率，本发明发卡元件采用至少两根异形有效边外形与铁芯槽的扇面孔拟合。即，拟合是指有效边外形加上绝缘漆的厚度，在最小间隙的条件下能够穿入铁芯槽内，有效边截面尺寸与槽孔尺寸一致，实现槽满率最大化。

所述发卡元件两根有效边外形与铁芯槽孔拟合，无效边截面积大于有效边截面积；

所述复数根发卡元件的有效边由铁芯一侧穿入槽内，外边层形成规整有间隔的螺旋齿；

所述发卡元件的端头裸露在铁芯另一侧的槽口处，与端部边按相线连接。

本发明两个发卡元件的其中两根有效边穿入在一个槽内，且填满槽。

所述铁芯为平行齿，槽呈扇面孔，有效边截面与扇面孔拟合；

所述无效边的内边层被外边层覆盖。

所述每一圈线圈由一个发卡元件和端部边组成，连接成波绕组，形成扁线电机定子的线圈。所述发卡元件和端部边连接成波绕组。

进一步地，所述铁芯一个槽内仅穿设一对有效边，即二层线，这样保证了所有的发卡元件长度相等，为同一形状，铁芯这一侧可作为外观件使用。

所述发卡元件的无效边周向相互均有间隔用于气冷散热。

进一步地，所述发卡元件至少由两根导体并绕，端头在铁芯槽口处与端部边焊接，形成节点。

发卡元件采用双线并绕。所述双线之间为裸铜线，经高温处理，形成微米级厚度氧化膜，使裸铜线相邻面由氧化层来绝缘，实现发卡元件降低集肤效应。在两层线的槽内实际形成了四层线的结构。

所述发卡元件至少由两根表面不导电的裸导体并绕，两根导体间无漆厚隔距。

所述发卡元件端头焊接成节点，实现相线无环流。

进一步地，本发明所述每根发卡元件至少由两根导线并绕，在有效边并列成多层线结构；在无效边形成螺旋180°换位结构。每个发卡元件采用分割换位结构，由一匝线变成两匝的结构；在发卡元件的无效边采用螺旋换位旋转180°进行罗贝尔换位；

所述复数根发卡元件环状均布形成的无效边外圆尺寸大于铁芯槽的外圆尺寸。

与现有技术相比，本发明将具有以下有益效果：

1.发卡元件采用多阶梯层，有空间放大了无效边的截面积，电阻比现有技术中的发卡低；

2.定子采用二层线结构，无效边形成的螺旋间隙由内圈层贯通到外圈层，形成无障碍气冷流道，散热效果好；

3.每个发卡元件多层线并绕，无效边段螺旋换位，均匀分布于各极安装槽内不同层的位置，使得各层线反电势相同，实现多层线为实际是单相线无环流态；

4.发卡元件至少由两根表面不导电的裸导体并绕，两根导体间无漆厚隔距，槽满率高，集肤效应低；

5.复数个发卡元件环绕成一个独立线杯，实现全自动化整体入槽，制造工艺简化，便于大批量无人化生产。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是实施例一发卡元件立体结构示意图；

图2是实施例二发卡元件的截面和多层并绕结构示意图；

图3是实施例二发卡元件多层并绕电阻等效原理图；

图4是实施例二铁芯有效边线层排列结构对比示意图；

图5是发卡元件的有效边入槽结构示意图；

图6是发卡元件环状均布无效边外侧螺旋齿状结构示意图；

图7是96槽实施例二铁芯多层并绕排列结构示意图；

图8是发卡元件多层入槽端头与端部边焊接连成波绕组示意图;

图9是无效边外边层螺旋齿状结构示意图。

图中：

1、发卡元件；2、无效边；22、外边层；23、内边层；3、有效边；33、端头； 4、端部边；5、铁芯；6、绝缘漆；7、氧化层。

具体实施方式

如图1所示，所述发卡元件(1)采用U形结构，所述无效边(2)至少分为两个阶梯层，外边层(22)头部经阶梯弯道延伸一段为内边层(23)；

所述无效边(2)两端再延伸出两根平行的有效边(3)，构成发卡元件(1)；

所述无效边(2)截面积大于有效边(3)截面积。

本发明的发卡元件(1)可以靠冲压、锻造工艺制造。采用锻造铜会导致其电阻变小。通过对金属材料施加压力和变形，使其形状和结构发生改变。在锻造过程中，铜的晶粒会发生细化，晶界的数量增加，从而导致电阻的减小。此外，锻造还可以消除材料内部的缺陷和杂质，提高材料的纯度和均匀性，进一步降低电阻。

如图9所示，所述外边层(22)呈扇形，即靠近外圆D的外边层(22)宽度比靠近内圆d1宽。

如图6所示，所述复数根发卡元件(1)环状均布，外边层(22)形成规整的螺旋齿状有间隔结构。

本发明优选二层线，见图9所示，其无效边(2)间形成的间隔气隙由内圆d1到外圆D直接贯通，形成通畅的气冷通道，能够利用转子产生的离心风吹过，提升散热性能。

如图2、3、7所示，所述发卡元件(1)至少由两根导线并绕，在有效边(3)段并列成多层线U、u1结构。如图2中图，在无效边(2)段螺旋换位。如右原理图，所述无效边(2)段螺旋180°换位，层线U、u1换位连接的V、v1 。即层线U、V在上；u1、v1在下。图3，是等效电路说明图。

如图4所示，所述两个发卡元件(1)分别的有效边(3)在一个槽内的分布。

如图2、3所示，所述发卡元件(1)至少由两根表皮不导电的裸导体并绕，两根导体间无漆厚隔距；

所述导体采用裸铜线，表面经高温生产氧化层(7)，形成表面绝缘。

如图4、5所示，所述发卡元件(1)整体外表面由绝缘漆(6)，形成绝缘，入槽后端头(33)被车削露出导体，每根有效边(3)的端头(33)被焊接成节点。焊接包括波峰焊连锡或浸锡，包括如采用钎焊的钎料涂焊。

如图7所示，以96槽为例，为了提升槽满率，本发明发卡元件(1)采用至少两根异形有效边(3)外形与铁芯(5)槽的扇面孔拟合，即有效边(3)外形加上绝缘漆(6)的厚度，在最小间隙的条件下能够穿入铁芯(5)槽内，实现槽满率最大化。

所述定子铁芯(5)内壁沿周向开设有复数个槽。所述铁芯(5)为平行齿，槽呈扇面孔，有效边(3)外形采用异形与扇面孔拟合；

所述发卡元件(1)两根有效边(3)外形与铁芯(5)槽孔拟合，无效边(2)截面积大于有效边(3)截面积；

如图5、6、8所示，所述复数根发卡元件(1)的有效边(3)由铁芯(5)一侧穿入槽内，外边层(22)形成规整有间隔的螺旋齿；

如图5、8所示，所述发卡元件(1)的端头(33)裸露在铁芯(5)另一侧的槽口处，与端部边(4)按相线连接。

如图4所示，本发明两个发卡元件(1)的其中两根有效边(3)穿入在一个槽内，且填满槽。即，一个发卡元件(1)的一根有效边(3)和另外一个发卡元件(1)的一根有效边(3)穿入在一个槽内。如图4中左图，一个发卡元件(1)的一根有效边U和另外一个发卡元件(1)的一根有效边V填满一个槽。

如图7、9所示，所述铁芯(5)为平行齿，槽呈扇面孔，有效边(3)外形采用异形与扇面孔拟合；

本发明铁芯采用平行齿，其定子槽的槽宽由内侧到外侧逐渐增大。

如图9所示，所述无效边(2)的内边层(23)被外边层(22)覆盖。

如图8所示，所述每一圈线圈由一个发卡元件(1)和端部边(4)组成，连接成波绕组，形成扁线电机定子的线圈。

如图6、9所示，进一步地，所述铁芯(5)一个槽内仅穿设一对有效边(3)，即二层线，这样保证了所有的发卡元件(1)长度相等，为同一形状，铁芯(5)这一侧可作为外观件使用。

所述发卡元件(1)的无效边(2)周向相互均有间隔用于气冷散热。

如图2、3、8所示，进一步地，所述发卡元件(1)至少由两根导体并绕，端头(33)在铁芯(5)槽口处与端部边(4)焊接，形成节点。

如图2、4、7所示，发卡元件(1)采用双线并绕。所述双线之间为裸铜线，经高温处理，形成微米级厚度氧化膜，使裸铜线相邻面由氧化层(7)来绝缘，实现发卡元件(1)降低集肤效应。在两层线的槽内实际形成了四层线的结构。

如图4右图所示，所述发卡元件(1)至少由两根表皮不导电的裸导体并绕，两根导体间无漆厚隔距。

如图3、5、8所示，所述发卡元件(1)端头(33)焊接成节点，实现相线无环流。

如图9所示，所述复数根发卡元件(1)环状均布形成的无效边(2)外圆D尺寸大于铁芯(5)槽的外圆d尺寸。无效边(2)外圆D尺寸大于铁芯(5)槽的外圆d尺寸加一个槽的宽度或高度；即，一个槽的宽度或高度等于有效边(3)U、V 的宽度或高度。