一种扁铜线油冷电机定子的端部集成模块及定子的制作方法

本发明涉及电机定子技术领域，具体地说，是涉及一种扁铜线油冷电机定子的端部集成模块及定子。

背景技术：

目前新能源驱动电机采用扁铜线方案时，绕组端部一般采用一端发卡一端焊接或者两边都是焊接的方式，这种方式在整个定子组件生产过程中无法形成独立的工艺环节，对产线设备要求很高，且整个过程涉及插线、扭头、切头、弯曲、焊接等一些列连续复杂的工艺，效率和成品率容易受到影响；故如何降低扁线电机定转子在高速段的温升，且简化扁线电机的生产工艺，提高扁线电机的性能和成品率已成为本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的第一个目的在于提供一种扁铜线油冷电机定子的端部集成模块，该模块使得扁线绕组端部连接更加方便简单；本发明的第二个目的在于提供一种扁铜线油冷电机定子。

为了实现上述第一个发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种扁铜线油冷电机定子的端部集成模块，包括端部绝缘体和端部绕组导体，所述端部绝缘体的一侧端面设有多个用来与定子铁心上的扁线导体插接的导体连接口，所述端部绕组导体埋设在端部绝缘体内，且延伸到导体连接口处。

作为优选方案，所述导体连接口沿径向成阶梯状。

作为优选方案，还包括引出线导体和中性点连接导体，所述引出线导体和中性点连接导体均埋设在端部绝缘体内，且延伸到导体连接口处，所述引出线导体穿出端部绝缘体的另一侧端面。

作为优选方案，所述端部绕组导体、引出线导体和中性点连接导体均包括叉形连接导体以及连接多个叉形连接导体的条状连接导体，所述叉形连接导体延伸至导体连接口处。

作为优选方案，所述条状连接导体为圆弧形，且圆弧的开口朝向轴心，叉形连接导体设置在条状连接导体的外侧；或者圆弧的开口朝向外侧，叉形连接导体设置在条状连接导体的内侧。

作为优选方案，所述端部绝缘体上还设有端部轴向冷却通道，端部轴向冷却通道设置在两个导体连接口之间空隙较大处，形成一圈靠近外圈的第一冷却通道和一圈靠近内圈的第二冷却通道，所述第一冷却通道和第二冷却通道沿周向交替设置。

作为优选方案，所述端部绝缘体的另一侧还设有端面冷却腔体，所述端面冷却腔体将所有的第一冷却通道和第二冷却通道都连通。

作为优选方案，所述端面冷却腔体内设有通道隔离筋，所述通道隔离筋将端面冷却腔体分隔成两个环状通道，一个环状通道与所有第一冷却通道连通，另一个环状通道与所有的第二冷却通道连通。

作为优选方案，所述端面冷却腔体包括端面盖板、内侧板和外侧板，所述端面盖板通过内侧板和外侧板与端部绝缘体连接，且将第一冷却通道和第二冷却通道覆盖，所述端面盖板上还设有冷却通道进出口。

为了实现上述第二个发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种扁铜线油冷电机定子，包括定子铁心块、扁线导体以及至少一个如上所述的端部集成模块，所述扁线导体设置在定子铁心块内，所述端部集成模块设置在定子铁心块的一端，且通过导体连接口与扁线导体插接连通。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过在端部绝缘体中预埋端部绕组导体，然后通过设置在导体连接口与扁线导体固定在一起，即端部集成模块独立生产之后直接扣在定子铁心块的两端即可，既提高了生产效率，又由于预埋在端部绝缘体中端部绕组导体空间位置可调范围大，避免了端部紧密重叠导致的绝缘问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明的定子的一个角度的整体结构示意图；

图2为本发明的定子的另一个角度的整体结构示意图；

图3为本发明的定子的爆炸结构示意图；

图4为本发明的定子铁心块与扁线导体的安装结构示意图；

图5为本发明的定子铁心块的端面结构示意图；

图6为图5的a部局部放大图；

图7为本发明的各种形状的冷却孔的示意图；

图8为本发明的前端部集成模块的分解结构示意图；

图9为本发明的前端部绝缘体的结构示意图；

图10为本发明的前端部绝缘体的侧面结构示意图；

图11至图14分别为图10的a-a、b-b、c-c以及d-d的剖视图；

图15为本发明端部绕组导体、引出线导体和中性点连接导体的结构示意图；

图16至图18为本发明的三组不同扁线导体与端部绕组导体的连接结构示意图；

图19至图22为本发明的四种端部绕组导体的结构示意图；

图23为本发明的u相或w相支路连接示意图；

图24为本发明的u相或w相支路引出线导体结构示意图；

图25为本发明的v相支路连接示意图；

图26为本发明的v相支路引出线导体结构示意图；

图27为本发明的中性点连接示意图；

图28为本发明的中性点导体连接结构示意图；

图29为本发明的后端部集成模块的分解结构示意图；

图30为本发明的后端部绝缘体、端部绕组导体、第一连接管、第二连接管的组装结构示意图；

图31为本发明的后端部绝缘体的侧面结构示意图；

图32为本发明的后端部绝缘体的结构示意图；

图33至图36分别为图31的a-a、b-b、c-c以及d-d的剖视图；

图37为本发明的端部绕组电气连接和引出线示意图之一；

图38为本发明的端部绕组电气连接和引出线示意图之二。

图中的附图标记为：2、前端部集成模块；3、后端部集成模块；4、螺丝；5、螺帽；6、进出油口；7、三相引出线铜排；8、定子铁心块；9、逆时针阶梯斜槽；10、顺时针阶梯斜槽；11、第一冷却孔；12、第二冷却孔；13、第一螺丝固定孔；14、扁线导体；15、前端部绝缘体；16、第一连接管；17、第二连接管；18、第二螺丝固定孔；19、导体连接口；20、端面盖板；21、内侧板；22、通道隔离筋；23、外侧板；24、第一通道；25、第二冷却通道；26、冷却通道进出口；27、第一通道；30、第二通道；31、第三通道；32、第四通道；34、第一端部绕组导体；35、第二端部绕组导体；36、第三端部绕组导体；37、第四端部绕组导体；38、叉形连接导体；39、第一引出线导体；40、第二引出线导体；41、中性点连接导体；42、后端部绝缘体；43、轴向末端冷却腔体。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、部件和/或它们的组合。

此外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”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。

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地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

如图1至图3所示的一种扁铜线油冷电机定子，包括定子铁心块8，以及设置在定子铁心块8两端的端部集成模块，所述端部集成模块分为前端部集成模块2和后端部集成模块3，所述定子铁心块8上设有一圈第一螺丝固定孔13，前端部集成模块2和后端部集成模块3上分别设有一圈第二螺丝固定孔18，螺丝4依次贯穿前端部集成模块2上的第二螺丝固定孔18、定子铁心块8上的第一螺丝固定孔13以及后端部集成模块3上的第二螺丝固定孔18后与螺帽5螺纹连接，将三者紧固。

所述定子铁心块8上沿圆周设有多个槽，所述槽沿径向成阶梯状，每个槽内均设有多层扁线导体14。所述定子铁心块8由多个定子铁心冲片紧密叠压形成，所述扁线导体14的长度大于定子铁心块8的轴向长度。扁线导体14为直线设计，槽内部分含绝缘层，两端的绝缘皮呈剥去状态，方便与前端部集成模块或者后端部集成模块连接之后可以有较好额定导通效果。

采用螺丝和螺帽的固定方式，既可以避免扁线导体与前端部集成模块2、后端部集成模块3内的导体的连接松动，又可以让定子铁心冲片轴向紧密叠压在一起，同时省去了定子铁心焊接的工艺，减少了定子铁心的涡流损耗。

所述导体为n层，所述槽的台阶数为m个，n≥m≥2，且n和m均为自然数。多个槽等距间隔设置，且所述槽均为逆时针阶梯斜槽9或均为顺时针阶梯斜槽10。即整个定子铁心块8上全部采用逆时针阶梯斜槽9或整个全部采用顺时针阶梯斜槽10的方式，类似于转子分段斜极的原理，通过合理的阶梯角度设计，便能可以实现降低电机谐波的目的。

本实施例中，采用三相48槽8极电机，8层绕组，4路并联，星型连接的方式，如图4至图6所示，每个槽内的导体数为8层，台阶数也为8个。本实施例中的槽形含2种，一种是顺时针阶梯斜槽10，另一种是逆势针阶梯斜槽9，且逆时针阶梯斜槽9和顺时针阶梯斜槽10交替间隔设置。相邻的逆时针阶梯斜槽9和顺时针阶梯斜槽10沿直径对称设置。所述的逆时针阶梯斜槽9为沿径向成阶梯状并且向逆时针方向倾斜的槽，所述的顺时针阶梯斜槽10为沿径向成阶梯状并且向顺时针方向倾斜的槽。

本实施例中的扁线导体14的端部连接方式中，任一支路只选一种槽形内的扁线导体14进行连接，最后每相的4条支路中，有两条是把对应的逆时针阶梯斜槽9内相应扁线导体串联在一起，有两条是把对应的顺时针阶梯斜槽9内相应扁线导体串联在一起，如图37和图38所示，任一支路串联之后都包含32根扁线导体，周向均匀分布在8个槽内，串联之后等效于4个同槽的8层扁线导体串联起来；由于同槽导体在周向上有相位差，矢量叠加之后可以一定程度地抵消高次谐波；所抵消高次谐波的次数，与整体斜槽角度相关，即相邻导体的周向夹角可以根据电机设计状态和想削弱的谐波次数等实际情况进行设计。

本实施例中，并联支路数的设计可以按照实际需要进行设计，包含但不局限于极对数条支路；本实施例中，仅以8层导体为例，但同样适用于2层、4层、6层和多层扁线的设计，相邻层夹角可根据层数进行针对性设计；同时，对于n层导体，如果分2~n/2个阶梯斜槽进行设计，也在本申请保护范围内；本实施例中每层导体尺寸相同，但也适用于每层导体尺寸不同的设计；本实施例中每个阶梯斜槽的宽度相同，但也适用于每个阶梯槽不同的设计；本实施例中的定子铁心冲片是相邻槽径向对称的设计，但也适合不对称的设计；本实施例中定子铁心块上的槽示意图为不开口设计，同样也是用于槽开口的设计；本实施例为内转子结构电机，但同样也适用于外转子电机。

本实施例的逆时针阶梯斜槽9和顺时针阶梯斜槽10之间还设有冷却孔。所述冷却孔设置在两个槽之间空隙较大处，形成一圈靠近外圈的第一冷却孔11和一圈靠近内圈的第二冷却孔12，所述第一冷却孔11和第二冷却孔12沿周向交替设置。如图7所示，所述冷却孔还可以采用三角形、矩形、梯形、菱形、五角形、圆形、椭圆形或者多个小孔相互配合等多种形式。

定子铁心块是用于提供磁力线主要通路，含有齿和轭的设计，根据永磁电机磁路基本原理，电机气隙主磁通从定子齿肩进入，经过齿顶进入轭部，再通过其它齿的齿顶进入齿肩回到气隙和转子，形成闭合回路。此路径中任何一处设计过窄均会影响电机的主磁路饱和状态。本实施例示意中，逆时针阶梯斜槽9和顺时针阶梯斜槽10径向对称，每个槽内插入8根扁线导体14；相邻两个斜槽间形成梯形轮廓的定子齿；由于阶梯槽径镜像对称，所以梯形齿会呈现齿肩窄齿顶宽或齿肩宽齿顶窄且两者交叉出现的形状；在梯形齿相对宽阔的地方，挖第一冷却孔11和第二冷却孔12用于提供冷却液通道，对定子铁心块直接冷却，这种交替齿上下均开冷却孔既可以带走槽底和槽口的导体热量，又不会堵塞电机主磁路；本实施例中，在齿顶和齿肩上均开有冷却孔，类似设计比如只在齿顶开或只在齿肩开，或间隔开，均在本申请保护范围以内。

如图8至图29所示，所述前端部集成模块2包括前端部绝缘体15、端部绕组导体、引出线导体和中性点连接导体41，所述前端部绝缘体15的一侧端面设有用来与扁线导体14插接的导体连接口19，所述导体连接口19与定子铁心块8上的槽的形状相匹配，所述端部绕组导体、引出线导体和中性点连接导体41均埋设在前端部绝缘体15内，且延伸到导体连接口19处，所述引出线导体穿出前端部绝缘体15的另一侧端面。

所述端部绕组导体、引出线导体和中性点连接导体41均包括叉形连接导体38以及连接多个叉形连接导体38的条状连接导体，所述叉形连接导体38延伸至导体连接口19处，方便与扁线导体进行插接连通，所述叉形连接导体38与已经去掉绝缘皮的扁线导体插接，通过合适的公差尺寸设计可以相对紧固地连接起来；同一个槽内的扁线导体14上的叉形连接器38以交叉的形式分为两组，分属于不同的支路，分别通过左右引出线与相应的条状连接导体连接，并且两边的轴向高度一致方便节省空间。

如图15至图18所示，所述条状连接导体为圆弧形，且圆弧的开口朝向轴心，叉形连接导体38设置在条状连接导体的外侧；或者圆弧的开口朝向外侧，叉形连接导体38设置在条状连接导体的内侧。端部绕组导体会从扁线导体端部上方分别引到定子铁心块外径侧和内经侧，这样可以把定子铁心轭部上端空间以及转子铁心端部的空间都可以被利用起来，整个电机绕组端部可以减小，也即整个电机的轴向长度可以相应减小，电机的单位体积性能密度可以增加。同时部分条状连接导体成台阶状，且中部低于两端，满足避线的需要，进一步减小体积。

所述引出线导体上还设有三相引出线铜排7，且三相引出线铜排7穿出前端部绝缘体15。本实施例中端部绕组导体的具体结构主要有四种，如图19至图22所示，分别为采用圆弧形且台阶状的条状连接导体，且圆弧的开口朝向轴心的第一端部绕组导体34；采用圆弧形的条状连接导体，且圆弧的开口朝向轴心的第二端部绕组导体35；采用圆弧形且台阶状的条状连接导体，且圆弧的开口朝向外侧的第三端部绕组导体36；采用圆弧形的条状连接导体，且圆弧的开口朝向外侧的第四端部绕组导体37；四种类型连线可根据跨槽和避线需要可以局部做长或做短。

本实施例中，采用三相48槽8极电机，8层绕组，4路并联，星型连接，因此在绕组端部前端会有12条支路共24根线会引出来，其中12根属于中性点可以连在一起，另外12根分a、b、c三相，每相4根并在一起，因此最后有三根大的u、v、w引出线引出来，作为与电控的接口；u相4支路或w相4支路引出线形成第一引出线导体39，v相4支路引出线形成第二引出线导体40；具体中性点连接导体、引出线导体结构如图23至图28所示。

本实施例中端部绕组电气原理图如图37和图38所示，仅以u相的4条支路连线为例，其余支路的连线方式基本一致；本例仅以此种连接方式为例，改变绕组为短距连接，改变支路数等等，如果仍然是采用类似的端部连接线类型，均在保护范围内。

本实施例中的端部绕组导体、引出线导体和中性点连接导体41可以独立生产出来之后进行焊接，然后被整体灌封；也可以直接在绝缘材料中注入铜水，铜水沿着设计好的空间通道形成整体的连接骨架；具体工艺不在本申请的保护范围内，但是端部集成模块所呈现的设计和形式在本申请保护范围内。

本实施例中端部绕组导体、引出线导体和中性点连接导体41的导体尺寸可以根据需求进行缩小，一方面可以提供更大更灵活的空间，一方面也可以节省铜的用量减小成本；尺寸减小导致的电阻增加，带来的热量增加，可以通过端部的冷却结构进行补偿。

具体冷却结构如下：所述前端部绝缘体15上还设有端部轴向冷却通道，所述端部轴向冷却通道的位置与定子铁心块上的冷却孔的位置相同。端部轴向冷却通道设置在两个导体连接口19之间空隙较大处，形成一圈靠近外圈的第一冷却通道24和一圈靠近内圈的第二冷却通道25，所述第一冷却通道24和第二冷却通道25沿周向交替设置。第一冷却通道24通过第一连接管16与第一冷却孔11插接连通；第二冷却通道25通过第二连接管17与第二冷却孔12插接连通。

所述前端部绝缘体15的一侧还设有端面冷却腔体，所述端面冷却腔体内设有通道隔离筋22，所述通道隔离筋22为波浪线式或者折线式，所述通道隔离筋22将端面冷却腔体分隔成两个环状通道，一个环状通道与所有第一冷却通道24连通，另一个环状通道与所有的第二冷却通道25连通。

所述端面冷却腔体包括端面盖板20、内侧板21和外侧板23，所述端面盖板20通过内侧板21和外侧板23与前端部绝缘体15连接，且将第一冷却通道24和第二冷却通道25覆盖，所述端面盖板20上还设有两个冷却通道进出口26，两个冷却通道进出口26分别安装有进出油口6。

如图30至图36所示，所述定子铁心块8的另外一端还设有后端部集成模块3，所述后端部集成模块3包括后端部绝缘体42以及端部绕组导体，所述后端部绝缘体42的一侧端面也设有用来与扁线导体14连接的导体连接口19，所述导体连接口19与定子铁心块8上的槽的形状相匹配，所述端部绕组导体埋设在后端部绝缘体42内，且延伸到导体连接口19处。

如图11至图14、图33至图36所示，前端部绝缘体15和后端部绝缘体42内均设有预留给端部绕组导体的第三通道31、预留给叉形连接导体的第四通道32；所述前端部绝缘体15内还设有预留给中性点连接导体的第一通道27、预留给引出线导体的第二通道30。

由于扁铜线绕组端部连接是工艺难点，传统设计的多层扁铜线会在端部多层穿插叠加，端部高度大，端部焊接工艺复杂，生产效率低，且成本高；本实施例中，端部绕组导体、引出线导体和中性点连接导体41均是通过叉形连接导体与扁线导体固定在一起，即前端部集成模块和后端部集成模块独立生产之后直接扣在定子铁心块的两端，既提高了生产效率，又避免了端部紧密重叠导致的绝缘问题，类似叉形连接导体设计以及两个端部集成模块直接扣在定子铁心块两端进行连接的类似方式，均在本专利的保护范围以内。

所述后端部绝缘体42设有分别与第一冷却孔11位置相对应的第三冷却通道、与第二冷却孔12位置相对应的第四冷却通道。所述第三冷却通道通过第一连接管16与第一冷却孔11插接连通，第四冷却孔通过第二连接管17与第二冷却孔12插接连通。

所述后端部绝缘体42的另一侧端面还设有多个轴向末端冷却腔体43，每个轴向末端冷却腔体43将相邻的两个第三冷却通道、第四冷却通道连通。在其他实施例中，所述后端部绝缘体42的另一侧端面还设有轴向末端冷却腔体43，所述轴向末端冷却腔体43将所有第三冷却通道、第四冷却通道都连通。

本实施例中，冷却液为油，油从前端部绝缘体的入口进去之后，进入到前端部绝缘体内靠近外圈的环状通道内，油会别分配到24个第一冷却通道24中，第一冷却通道24在前端部绝缘体内贯通，然后通过第一连接管进入到定子铁心块的第一冷却孔内，贯穿定子铁心块后再通过第一连接管进入到后端部绝缘体的第三冷却通道内，后端部绝缘体每个第三冷却通道独立密封，且分别与相邻的第四冷却通道相通，因此油通过后端部绝缘体之后，会再次回到定子铁心块的第二冷去孔，并最终回到前端部绝缘体的另一个冷却通道进出口26，形成冷却回路；可知整个回路中，前端部集成模块、后端部集成模块、端部绕组导体、引出线导体、中性点连接导体41、扁线导体、定子铁心块都可以被冷却。

本实施例中，冷却液体为油，也可以是其它冷却液；对于冷却液为水或类似性质的冷却液时，可以在定子铁心块内部再加一段冷却通道，以防止冷却液形成压力从铁心径向渗出；本实施例中，冷却液进出口均设计在前端部集成模块上，类似设计，如在后端部集成模块上设计冷却液进出口，或者两端均有冷却液进出口，或者冷却液进出口均分在两端，均在本申请保护范围以内；本实施例中，第一连接管和第二连接管的材质可以为钢材，也可以为塑料类，本例中，如果采取油冷，但是非采用密封的冷却管道设计，而是在部分管道上开喷嘴进行喷淋冷却，也属于本申请的保护范畴。

本实施例中，端部冷却结构与端部连线的结构为集成体设计，类似设计如分开设计或一边分开，一边集成的设计均在本申请书保护范围内；同样的，本实施例的定子铁心块的两端分别设有前端部集成模块和后端部集成模块，类似设计如一端采用端部集成模块，另一端采用传统连线结构，也在本申请的保护范围内。

一种电机，包括电机轴、转子和定子，所述定子采用如上所述的一种扁铜线油冷电机定子。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。