CN103414274A

CN103414274A - 双层线圈绕组电动机

Info

Publication number: CN103414274A
Application number: CN2013103027730A
Authority: CN
Inventors: 李哲生
Original assignee: Sinoev Hefei Technologies Co Ltd
Current assignee: Sinoev Hefei Technologies Co Ltd
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2013-11-27
Also published as: US20140015348A1

Abstract

本发明涉及双层线圈绕组电动机，具有多个开口槽的定子；每个槽中嵌放上层和下层两个线圈边；每个线圈由若干导体匝构成。电动机由转子和由线圈重叠形成双层的绕组的定子组成，绕组能够在一个开槽的电枢槽中嵌放，这在许多方面都有优势：槽填充因数更高，绝缘性能更好，绕组和电枢铁芯间的热阻更低，绕组终端匝数的长度更短，成型线圈更易于插入电枢铁芯槽中，还易于生产制造以及使层之间绝缘性更好。

Description

双层线圈绕组电动机

发明领域

本发明涉及电动机的结构及制造方法。更具体地说，本发明涉及一种双层线圈绕组电动机。

发明背景

电动机由转子(移动部分)和定子(固定部分)组成。电动机在磁场和载流导体交互作用产生的力的驱动下工作。电动机的效率通常取决于定子绕组的设计。

典型的电枢包含单相或多相绕组。每一相包含几个并行路径。每一路径包含一些线圈。对于一个双层绕组，每一个线圈有两侧。第一侧占据槽的表层，第二侧在槽的底层。典型的电枢包含半闭口槽。导体逐个插入半闭口槽中，并在槽内随机分布。因为这个过程是耗时的，所以使这种电动机的生产数量受到限制，且增加了制造成本。

一个设计为半闭口槽的绕组，通常被用于电动汽车的发动机。这种设计的弊端包括制造困难，而且工人需要花费大量时间才能将它们安装到定子半闭口槽中。平均来说，一个熟练的工人需要一个工作日来完成两个发动机绕组的插入。

发明概述

在本发明的一电动机由转子和由线圈重叠形成双层的绕组的定子组成，绕组能够在一个开槽的电枢槽中嵌放，这在许多方面都有优势：槽填充因数更高，绝缘性能更好，绕组和电枢铁芯间的热阻更低，绕组终端匝数的长度更短，成型线圈更易于插入电枢铁芯槽中，还易于生产制造以及使层之间绝缘性更好。

第一方面，电动机包括具有第一开槽和第二开槽的定子，在底部位置的有第一绕组的第一线圈边及第一开槽的顶部有第二绕组的第一线圈边组成的一个双层绕组结构。其中，第一线圈端部经第一绕组的第一线圈边和第一绕组的第二线圈边联接。在一些实施例中，每一个第一线圈和第二线圈都包含多个导体形成的多匝线圈，其中每一个导体包含多股。在一些其他的实施例中，第一绕组的第二线圈边在第二开槽的顶部位置。在一些其他的实施例中，电动机还包含在第二开槽底部具有第一线圈边的第三绕组。在一些实施例中，电动机还包含具有在第三开槽底部的第二线圈的第二线圈边。在一些其他的实施例中，定子包含多个将定子围绕成一圈的槽。在一些实施例中，在第一线圈端部第一绕组被扭动翻转。在一些其他的实施例中，电动机还包含连着第一绕组的第一线圈边的第二线圈终端和第二绕组的第二线圈边形成

的环形结构。在一些实施例中，电动机可以在高达1000赫兹的频率下工作。在一些其他的实施例中，电动机还包含一个楔形物覆盖第一开槽、第二开槽、第三开槽或者其中的一个组合。在一些其他的实施例中，楔形物由塑料、高分子材料、竹子、铝、半磁材料、或者其中的一个组合制成。在一些实施例中，半磁材料包含环氧和粉末钢。

第二方面，电动机包含具有第一个开槽和在第一个开槽里的第一个线圈。其中，第一个线圈至少形成一个块。在一些实例中，该块基本上是长方形的。在其他的实例中，第一个线圈形成第一块和第二块。在一些实例中，第一块在第一开槽中的第二块的顶部。在其他的实例中，当第一个线圈在不同的开槽中时，第一块和第二块的位置是相反的。在一些其他实例中，电动机还包含第二个线圈。在一些其他实例中，第二线圈在第一开槽中的第一线圈的顶部。在一些实例中，电动机还包含一个位于第一线圈和第二线圈之间的层绝缘。在一些实例中，电动机还包含一个覆盖第一开槽开口的槽楔。在一些其他的实例中，这个槽楔由塑料、高分子材料、竹子、铝、半磁材料，或者是其中的几个组合制成。在一些实例中，这个块的厚度少于0.8毫米。在其他的实例中，块的厚度被缩减到减少集肤效应。

第三方面，制造电动机的方法是在第一个开槽的较低的位置放置第一个线圈，然后在第一个开槽的较高的位置放置第二个线圈。在一些实例中，第一个线圈放置在第二个开槽的较高的位置。在其他的实例中，第二个线圈放置在第三个开槽的较低的位置。在一些其他的实例中，第一个线圈在放置第一个开槽之前就形成了。在一些实例中，制造方法还有将第三个线圈放置在和第一开槽直接相邻的一个开槽的较低的位置。在一些实例中，电动机包含多个围绕着电动机定子的开口槽。

附图简述

图1根据一些实施例举例说明一个具有双层线圈重叠形成的绕组的定子的前视图；

图2根据一些实施例举例说明图1中第一线圈108的端视图和俯视图；

图3根据一些实施例举例说明在槽中的双层的绕组；

图4A根据一些实施例举例说明绕组的制造方法；

图4B根据一些实施例举例说明制造绕组的一种设备；

图5A根据一些实施例举例说明每匝两导体的设计；

图5B根据一些实施例举例说明每匝三导体的设计。

优选实施例详述：

图1举例说明具有双层线圈重叠形成的绕组的定子102的前视图。按照一些实施例，定子102适用于是电动汽车电动机100的一部分。定子102能够在一个有开口槽的电枢中使用。定子102包含多个开槽106.该开槽是用来通过放置或滑动到一定位置来接收绕组的。104A部分是104部分的另外一个角度的放大图。定子102包含包括第一线圈108和第二线圈110等多个线圈。线圈首先变弯曲，接着形成一个合适的位置和形状，然后插入槽中。第一线圈108包括第一条臂108A和第二条臂108B。同样地，第二线圈110具有第一条臂110A和第二条臂110B。第一线圈108的第一条臂108A能够放置在第一个槽112中，第二线圈110的第一条臂110A能够放置在第二个槽114中。第一线圈108的第二条臂108B能够放置在第三个槽116中，第二线圈110的第二条臂110B能够放置在第四个槽118中。第一个槽112和第二个槽114相邻，第三个槽116和第四个槽118相邻。因为第一线圈108的第一条臂108A和第二条臂108B间的距离与第二线圈110的第一条臂110A和第二条臂110B间的距离相等。所以，当将第一条臂108A和110A分别安在第一个槽112和第二个槽114中时，第二条臂108B和110B就分别安到第三个槽116和第四个槽118中了。通过将第一条臂108A放在和放置第一条臂110A的槽直接相邻的槽中，由于第一线圈108和第二线圈110已形成的重叠的结构，第一线圈108与第二线圈110就形成了一个部分或者是完全重叠的结构。

根据上面描述的线圈布置，有一个线圈边放置在第一线圈108的第二条臂108B的顶部。通过使一条臂在另一条的上面，就形成了一个双层的绕组结构。线圈108的更多细节将在下面部分中继续介绍。

根据一些实施例，图2举例说明图1中第一线圈108的端视图和俯视图。如图2所示，122A部分是图1中线圈108的122部分的端视图。122A部分显示的是线圈端部的旋转。图2中的右端部128A、左端部130A及中部132A分别和图1中的右端部128、左端部130及中部132相对应。如图2所示，第一线圈108的左端部130A在中部132A处转弯。在一些实施例中，该转向是或者约是180度。图2中的120A部分举例说明了图1中的120部分，图2中的122A部分举例说明了图1中的122部分。122B部分显示了第一线圈108形成了一个允许电流流通的线圈。在该行业中，具有普通技巧的人就能认识到在力作用下，绕组能被弯曲，转动，或转化成任意形状。

根据一些实施例，图3举例说明在槽中的双层的绕组。双层线圈302能位于图1中的槽118或者其他任何的槽中。在一些实施例中，双层线圈302包括上层126和下层124两层。上层线圈126包含导体126A-126H单元。下层线圈124包含导体124A-124H单元。在一些实施例中，较低层的线圈124被绝缘材料304围绕，较高层的线圈126被绝缘材料306围绕。层间绝缘308能插入到下层线圈124和上层线圈126之间。包含一个位于第一线圈和第二线圈之间的层间绝缘。槽楔310能用来密封槽118的开口。槽楔310由塑料、高分子材料、竹子、铝、半磁材料(比如环氧和粉末钢)制成。层间绝缘308能由绝缘纸浆制成。该行业中具有普通技巧的人，就能认识到只要能分离或隔离成线圈的两层，任何材料都能被用作制作槽楔310和层间绝缘308的材料。另外，该行业中具有普通技巧的人，就能认识到任意一层都能被放置在槽118或定子102的其他任何槽中。同样地，绕组的导体(堆叠单元，比如124A-124H)可以是任意数字，如1，2，3，4等等。在一些实施例中，如果第2到第6线圈根据前面描述的过程依次安装，那么线圈124的下层能成为第一线圈108的第二条臂108B，上层111成为第七线圈的第一条臂111。

在一些实施例中，每个线圈边(比如单元124A)包含一个长方形的导体，比如导体126K。例如，绕组通过具有长方形交叉部分的导线成形。导体126K的尺寸能通过每个线圈匝数的个数来预设，从而满足电压要求。在一些实施例中，更需要薄的导体126K来减少导体的集肤效应。在一些实施例中，导体126K的宽度为5-6毫米，厚度为0.5毫米或者更薄，比如0.1到0.3毫米。导体126K的长度由定子的厚度决定。

根据一些实施例，图4A举例说明绕组的制造方法400。图4B根据一些实例举例说明制造绕组的一种设备。图4A能和图4B可以相结合读图。方法400能从步骤402开始。在步骤404中，线圈405被放置在线圈框架403上。线圈405绕在框架上。在步骤406，成形框架407用来固定线圈405。成形框架407用来固定线圈409的上表面，用框架411固定线圈之下面一边。如413和415所示，成形框架407和411被放置在终端弯曲处的两边。如图4B所示，线圈终端弯曲用框架425和427制成。第一线圈臂427A和第二线圈臂427B能分别被扭动到和图1所示的第一、第二线圈臂110A、110B相似。在步骤408，成形框架被移动到适合分离线圈。在一些实施例中，成形框架沿横向相反的方向移动，从而使线圈能被分离成第一部分419和第二部分421。在步骤410，分隔开的成形线圈被插入预先选好的电枢槽中。此处使用的线圈能通过在插入槽之前，利用清漆或者是环氧树脂或清漆粘合在一起，实现预绝缘。步骤404至410能实现线圈插入电枢的重复周期循环。步骤412能实现步骤404到步骤410的重复执行，从而使多个线圈能被组成并插入电枢槽中。在步骤414，使用槽楔封闭电枢槽开口。图3所示的槽楔310，用来固定绕组或线圈。在步骤416，线圈能用电流加热固化。在步骤418，该方法结束。

在一些实施例中，楔形物用半磁材料来减少等效气隙，从而提高电动机的功率因数，特别是在感应电动机应用上。在一些实施例中，在电动机设计时需要考虑气隙、槽漏感等因素和参数。通过估计和平衡这些因素，可以设计高效率的电动机。

根据一些实施例，图5A举例说明两股绕组的设计。在一些实例中，带有绝缘磁漆的多股矩形铜电线，可以用来减少导体中的集肤效应。当线圈放置在不同的槽中时，相同线圈的股用来将它们的垂直位置换位。如图5A所示，在线圈的左侧，每个导体有51A和51B两股(块)。因为位置502比504更高，所以，在502位置的股51A比在504位置的股51B具有更少的槽漏感。在完全位置变换后，位于位置506的股51A将比位于较高位置508的股51B的位置低。因为槽漏磁沿槽的线性分布，位于502与506的漏电感51A和位于504与508的漏电感51B是相等的。位置变换使电流分布均匀以及实现股之间的最小循环电流是本发明的优势所在。

根据一些实施例，图5B举例说明三股绕组的设计。该三股绕组设计包括第一块501的三股61A，61B，61C和第二块505的三股62A，62B，62C。和图5A描述的设计类似，图5B中的三股完全地变换了位置。在位置变换后，位于510、512及514的第一块501的三股61A，61B，61C换到块503的位置520，518，516。同样地，在位置变换后，位于522，524，526的第一块505的三股62A，62B，62C换到块507的位置532。

本发明能用来提高电池动力或混合动力电动汽车的电动机的效率。在电动机工厂的生产过程中，绕组/线圈能提前成型并放置到电枢的开槽中，从而形成一个双层叠绕组。和典型半闭口槽设计相比，本发明具有许多优势。例如，在典型半闭口槽设计中，需要工人将绕组依次推入半闭口槽中。这将占据电动机生产过程中的重要时间。相比之下，本发明具有开口槽形，工人能够直接将线圈或绕组放入开槽中，而无需将其逐根推入槽口放入狭窄的槽中。进一步说，本发明的绕组块设计，减少集肤效应。此外，线圈的换位(绕组终端被弯曲和上下翻转)让电流分布更均匀，且在股之间实现最小循环电流。

术语“开槽”指定子的完全开槽，即当开口狭窄的时候没有瓶颈。

上述所有的步骤都是任选的。上述方法中所包含的执行步骤的顺序是可以任意变换的。附加的步骤能被添加。

根据具体实施方式体现的细节所描述的本发明，是为了便于理解构建原则和发明的操作方式。此处涉及到的具体的实施方式和细节，并非限制权利要求到此为止。本领域的技术人员在不背离权利声明中的本发明的实质和范围的前提下，可以对所选实施例做其他各种修改。

Claims

1.双层线圈绕组电动机，其特征在于：

a.具有多个开口槽的定子；

b.每个槽中嵌放上层和下层两个线圈边；

c.每个线圈由若干导体匝构成。

2.根据权利要求1所述的电动机，每一个第一绕组和第二绕组都包含多个导体形成的多匝线圈，其中每一个导体包含多股。

3.根据权利要求1所述的电动机，第一绕组的第二线圈边在第二开槽的顶部位置。

4.根据权利要求3所述的电动机，还包含在第二开槽底部具有第一线圈边的第三绕组。

5.根据权利要求3所述的电动机，还包含具有在第三开槽底部的第二绕组的第二线圈边的第三开槽。

6.根据权利要求1所述的电动机，其中定子包含多个环绕定子圆周的定子槽。

7.根据权利要求1所述的电动机，其中在第一线圈端部第一绕组被扭动翻转。

8.根据权利要求7所述的电动机，还包含连着第一绕组的第一线圈边的第二线圈终端和第二绕组的第二线圈边形成的电路。

9.根据权利要求1所述的电动机，还包含一个楔形物(槽楔)覆盖第一开槽、第二开槽、第三开槽或者其中的一个组合。

10.根据权利要求9所述的电动机，楔形物由塑料、高分子材料、竹子、铝、半磁材料、或者其中的一个组合制成。

11.根据权利要求10所述的电动机，其中的半磁材料包含环氧和粉末钢。

12.双层线圈绕组电动机，其特征在于：

a.具有第一个开槽的定子；

b.具有在第一个开槽里的第一个线圈，其中第一个线圈至少形成一个块。

13.根据权利要求12所述的电动机，其中的块基本上是长方形的。

14.根据权利要求12所述的电动机，其中的第一个线圈形成第一块和第二块。

15.根据权利要求14所述的电动机，其中的第一块在第一开槽中的第二块的顶部。

16.根据权利要求15所述的电动机，当第一个线圈在不同的开槽中时，第一块和第二块的位置是相反的。

17.根据权利要求12所述的电动机，还包含第二个线圈。

18.根据权利要求17所述的电动机，第二线圈在第一开槽中的第一线圈的顶部。

19.根据权利要求17所述的电动机，还包含一个位于第一线圈和第二线圈之间的层间绝缘。

20.根据权利要求12所述的电动机，还包含一个覆盖第一开槽开口的楔形物。

21.根据权利要求20所述的电动机，这个楔形物由塑料、高分子材料、竹子、铝、半磁材料，或者是其中的几个组合制成。

22.根据权利要求20所述的电动机，块的厚度被缩减到减少集肤效应。

23.制造电动机的方法包括：

a.在第一个开槽的较低的位置放置第一个线圈；

b.然后在第一个开槽的较高的位置放置第二个线圈。

24.根据权利要求23所述的方法，其中的第一个线圈放置在第二个开槽的较高的位置。

25.根据权利要求23所述的方法，其中的第二个线圈放置在第三个开槽的较低的位置。

26.根据权利要求23所述的方法，其中的第一个线圈在放置第一个开槽之前就形成了。

27.根据权利要求23所述的方法，还有将第三个线圈放置在和第一开槽直接相邻的一个开槽的较低的位置。

28.根据权利要求23所述的方法，电动机包含多个围绕着电动机定子的开槽。

29.根据权利要求28所述的方法，本开槽包含完全的开槽。