扁线定子结构及扁线电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种扁线定子结构扁线电机。

背景技术

由于扁线电机采用截面积较大的扁线导体作为定子绕组，虽然给电机带来了高效率、高功率密度的优势。但是，在电机高速运行时，由于磁场的高频变化会导致靠近槽口处扁线导体的集肤效应愈发明显，由此产生的涡流损耗将影响电机的运行性能。

发明内容

本发明提供一种扁线定子结构及扁线电机，以解决相关技术中在电机高速运行时集肤效应愈发明显而产生较大的涡流损耗的问题。

第一方面，本发明提供了一种扁线定子结构，包括：

定子铁芯，包括具有内筒腔的圆筒柱状的铁芯本体；所述铁芯本体的环形端面上均匀开设有沿所述铁芯本体的轴向延伸的多个定子槽，每个所述定子槽通过槽口与所述铁芯本体的内筒腔连通；以及，

定子绕组，包括插设于每个所述定子槽中的绕组单元；所述绕组单元包括并排插设于所述定子槽中的多根扁线导体和至少一根由多股细导线并绕形成的细线棒，所述细线棒邻近所述定子槽的槽口设置。

在一些实施例中，每个所述绕组单元均包括并排插设于所述定子槽中的一根所述细线棒和多根所述扁线导体。

在一些实施例中，所述细线棒包括并绕设置的多股圆形的所述细导线；

每个所述扁线导体均设为扁铜线。

在一些实施例中，所述细线棒设为扁平形状的线棒。

在一些实施例中，所述扁线导体与所述定子槽之间具有间隙，所述细线棒卡设于所述定子槽中。

在一些实施例中，每个所述细线棒均设为U形线棒；

所述U形线棒包括线棒弯折部，以及分别连接于所述线棒弯折部两端的各一个线棒直线段部，两个所述线棒直线段部分别插设于两个所述定子槽中。

在一些实施例中，所述线棒弯折部通过对一段直线线棒进行扭转弯折形成。

在一些实施例中，每根所述扁线导体均设为U形扁线；

所述U形扁线包括扁线折弯段部，以及分别连接于所述扁线折弯段部两端的各一个扁线直线段部，两个所述扁线直线段部分别插设于两个所述定子槽中。

在一些实施例中，并排设于同一个所述定子槽中的所述细线棒的端部和所述扁线导体的端部焊接连接。

第二方面，本发明提供了一种扁线电机，包括如上所述的扁线定子结构。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：在电机高速运行时，可减少由于磁场的高频变化而在靠近槽口处的扁线导体所产生的集肤效应，可减少涡流损耗的产生，以保证电机的运行性能。

本发明实施例提供了一种扁线定子结构，通过在定子铁芯的周侧设置的定子槽中设置扁线导体和细线棒组成的绕组单元，并使得由多股细导线并绕形成的细线棒靠近定子槽内侧的槽口设置。这样，可使得集肤效应只产生在直径较小的细线棒的细导线的截面内，进而可降低涡流损耗，可保证电机的运行性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明实施例所述扁线定子结构的立体结构示意图；

图2为本发明实施例所述扁线定子结构的局部放大结构示意图；

图3为本发明实施例所述扁线定子结构的细线棒的立体结构示意图；

图4为本发明实施例所述扁线定子结构的扁线导体的立体结构示意图；

图5为本发明实施例所述扁线定子结构的采用细线棒(多股细线并绕形成)的定子绕组与传统的未采用细线棒(采用扁铜线)的定子绕组的涡流损耗仿真结果对比图。

图中：100、定子铁芯；102、定子槽；104、槽口；200、定子绕组；210、扁线导体；212、扁线折弯段部；214、扁线直线段部；220、细线棒；222、线棒弯折部；224、线棒直线段部。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

由于扁线电机采用截面积较大的扁铜线作为定子绕组，虽然给电机带来了高效率、高功率密度的优势。但是，在电机高速运行时，由于磁场的高频变化会导致靠近槽口处扁铜线的集肤效应愈发明显，由此产生的涡流损耗将影响电机的运行性能。为了解决上述技术问题，本发明提出一种扁线定子结构及扁线电机。

如图1至图2所示，本发明提出的扁线定子结构，包括定子铁芯100，以及设于定子铁芯100上的定子绕组200。而且，定子铁芯100包括铁芯本体，以及开设于铁芯本体上的多个定子槽102；而且，上述定子绕组200包括嵌设于每个定子槽102中的绕组单元。

具体地，上述定子铁芯100的铁芯本体设为具有内筒腔的圆筒柱状结构，铁芯本体的内筒腔用于穿设电机转子。而且，如图2所示，多个定子槽102均匀开设于上述铁芯本体的环形端面上，并沿铁芯本体的轴向延伸，即多个定子槽102呈环状开设于铁芯本体上，定子槽102的长度方向为铁芯本体的轴向，定子槽102的宽度方向为铁芯本体的径向。而且，每个定子槽102通过槽口104与铁芯本体的内筒腔连通，即每个定子槽102的内侧均开设有连通定子槽102和铁芯本体的槽口104。而且，上述绕组单元包括并排插设于所述定子槽102中的多根扁线导体210和至少一根由多股细导线并绕形成的细线棒220，且细线棒220邻近定子槽102的槽口104设置。即将细线棒220靠近定子铁芯100的内筒腔设置，而将扁线导体210靠近定子铁芯100的外圈设置，使得细线棒220位于扁线定子结构容易产生集肤效应的位置，并使得扁线导体210远离容易产生集肤效应的位置。

而且，上述扁线定子结构通过在定子铁芯100的周侧设置的定子槽102中设置扁线导体210和细线棒220组成的绕组单元，并使得由多股细导线并绕形成的细线棒220靠近定子槽102内侧的槽口104设置。这样，可使得集肤效应只产生在直径较小的细线棒220的细导线的截面内，进而可降低涡流损耗，可保证电机的运行性能。

进一步地，在一些实施例中，每个绕组单元均可包括并排插设于定子槽102中的一根细线棒220和多根扁线导体210。多根扁线导体210和一根细线棒220并排设置在一起，且该根细线棒220位于定子槽102的槽口104位置处(即邻近定子铁芯的内筒腔)，而多根扁线导体210位于细线棒220的外侧(即靠近定子铁芯100的外圈侧)，以使得小截面的细导线位于容易产生集肤效应的槽口104处，并使得大截面的扁线导体210位于远离容易产生集肤效应的位置处，使得大截面的扁线导体210不易产生集肤效应，从而就能够降低整体的涡流损耗。

此外，在另一些实施例中，每个绕组单元均可包括并排插设于定子槽102中的多根细线棒220和多根扁线导体210，且多根细线棒220靠拢设置在定子槽102的槽口侧(即邻近定子铁芯100的内筒腔侧)，而多根扁线导体210靠拢设置在定子槽102的外侧(即靠近定子铁芯100的外圈侧)，可进一步使得集肤效应产生在邻近槽口104的多个细线棒220处，以降低整体的涡流损耗。在本实施例中，细线棒220可设为2根或3根或4根，等等。

而且，上述细线棒220可包括并绕设置的多股圆形的细导线，即可将形成细线棒220的细导线的横截面设置为圆形。此外，也可将细导线的横截面形状设为椭圆形或其他形状。而且，上述细线棒220可设为扁平形状的线棒，使得细线棒220的形状与扁线导体210的形状保持一致，不影响整体性能。此外，也可将细线棒220的整体形状设为圆形或椭圆形等形状。此外，上述的细导线可设为细铜导线，或者其他的细小的金属导线。此外，每个扁线导体210均可设为扁铜线，也可设为其他金属导体形成的扁平线体结构。

此外，在一些实施例中，上述扁线导体210与定子槽102的槽壁之间具有间隙，上述细线棒220卡设于定子槽102中。即可使得定子槽102中的多个扁线导体210的两端与定子槽102一一对应的两侧壁之间均具有一定的空隙，方便对扁线导体210进行安装；而位于定子槽102中的细线棒220的两端与定子槽102一一对应的两侧壁之间没有空隙，可将细线棒220卡接于定子槽102中，以将组成细线棒102的多根细导线卡紧。

此外，如图3所示，在一些实施例中，每个细线棒220均可设为U形线棒。而且，上述U形线棒可包括线棒弯折部222，以及分别连接于线棒弯折部222两端的各一个线棒直线段部224，两个线棒直线段部224分别插设于两个定子槽102中。而且，上述的线棒弯折部222可设为U字形或V字形。通过将细线棒220设为U形结构，便于将细线棒220的两个线棒直线段部224分别嵌设在两个定子槽102中，方便使得每个线棒直线段部224与另一根细线棒(或扁线导体)连接在一起。

而且，上述线棒弯折部222通过对一段直线线棒进行扭转弯折形成。具体地，先可对直线形式的细线棒进行对折，形成并排紧挨在一起的具有两个直线形式的棒体的半成品细线棒；再对半成品细线棒的转折端，对两个直线形式的棒体向相互远离的方向弯折，形成扭转形式的成品细线棒。采用多股细导线并绕组成的细线棒，并在其中间端部进行扭转换位(即将细线棒的中间端部设为扭转结构)，不仅能够使集肤效应只产生在高度较小的细导线截面内，进而降低涡流损耗，还能减少因并绕产生的环流损耗，可保证电机的运行性能。

此外，如图4所示，在一些实施例中，每根上述扁线导体210均设为U形扁线。而且，上述U形扁线可包括扁线折弯段部212，以及分别连接于扁线折弯段部212两端的各一个扁线直线段部214，两个扁线直线段部214分别插设于两个定子槽102中。通过将扁线导体210设为U形结构，便于将扁线导体210的两个扁线直线段部214分别嵌设在两个定子槽102中，方便使得每个扁线直线段部214与另一个扁线导体(或细线棒)连接在一起。

此外，在一些实施例中，并排设于同一个定子槽102中的细线棒220的端部和扁线导体210的端部焊接连接。细线棒220的两个线棒直线段部224的端部均可设置为焊接端，扁线导体210的两个扁线直线段部214的端部也均可设置为焊接端，这样可将位于同一定子槽102中的细线棒220的焊接端与扁线导体210的焊接端焊接连接，或者将位于同一定子槽102中的一个细线棒220的焊接端与另一个细线棒220的焊接端焊接连接，或者将位于同一定子槽102中的一个扁线导体210的焊接端与另一个扁线导体210的焊接端焊接连接。这样，就可以将定子铁芯的多个定子槽中的细线棒和扁线导体连接起来，从而形成U相绕组、V相绕组、W相绕组。

第二方面，本发明提供了一种扁线电机，包括如上所述的扁线定子结构。本发明提供的扁线定子结构，在扁线电机高速运行时，可减少由于磁场的高频变化而在靠近槽口处的扁线导体所产生的集肤效应，可减少涡流损耗的产生，以保证电机的运行性能。采用此种方法能够大大降低扁线电机在高速运转时集肤效应和邻近效应带来的涡流损耗，可以更进一步提高扁线电机的高效区间。

如图5所示，通过将靠近定子槽的槽口处的扁线导体更换成多股细线并绕形成的细线棒，并在细线棒的端部采取扭转的方式，涡流损耗可由原先的2.48kW减小到1.88kW，整体涡流损耗降低了约32％，由此可见此种方式能够较为明显的减小扁线电机的涡流损耗值。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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发明和简化描述，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发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。