一种绕组端部结构、定子组件及绕组加工方法与流程

1.本发属于动力电机领域，具体涉及一种绕组端部结构、定子组件及加绕组工方法。


背景技术：

2.随着新能源汽车领域的快速发展，行业内对于电动汽车动力电机的性能要求越来越高，动力电机定子绕组结构不断优化，一些新的设计方案不断被提出。专利cn217010494u提出了一种绕组端部结构，通过在扁导线伸出铁芯的根部位置设置弯折、在导线头部切角设置焊接面的方式，降低了绕组的端部高度，减小了外包络尺寸，能够减小电机体积并节约铜线用量。但是，由于在该方案中，扁导线通过在末端切角形成的焊接面进行连接，缩短了绕组扁导线间的爬电距离，在存在灰尘、油污或高湿工况下难以充分满足绕组的绝缘要求。因此，提供一种改善绝缘性能的绕组端部结构，对于提高动力电机性能的稳定性，具有很高的实用价值。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种具有改进绝缘性能的绕组端部结构。本发明还提供一种定子组件及绕组加工方法。
4.根据本发明一个方面的实施例，提供一种绕组端部结构，该结构设置在电机定子的一端，包括多条导线，所述导线沿所述电机定子周向成多层分布，所述导线包括焊接区与绝缘段；在相互连接的相邻层中，所述导线之间存在交叉，且每条导线与相邻层中的另一条导线通过所述焊接区相连接。其中，所述相邻层中的每条所述导线在距离所述焊接区最近的交叉位置与另一条所述导线之间存在沿所述电机定子径向的径向间隙，使相邻层中的所述导线的所述绝缘段互不接触。
5.通过在距离焊接区最近的导线交叉位置设置径向间隙，将相邻层中的导线之间最短的爬电路径消除转换为电气间隙，能够有效增强相邻导线之间的绝缘性能，从而提高电机的稳定性与可靠性。
6.进一步地，相连的两条所述导线中至少其中一条导线的所述绝缘段设置有扭折部，在所述相连的两条所述导线中位于内层的所述导线的所述扭折部设置为沿所述电机定子径向向内侧凸出的弧形，和/或，位于外层的所述导线的所述扭折部设置为沿所述电机定子径向向外侧凸出的弧形；所述扭折部提供所述径向间隙。通过设置扭折部的方式来形成径向间隙，能够充分利用电机原有结构中的径向空间，在不增大电机体积的情况下实现绝缘性能的改善。
7.进一步地，所述径向间隙的宽度为1mm-4mm。在存在电势差的相邻导线之间设置1mm-4mm的间隙能够确保导线之间的绝缘性，间隙过窄不能满足电气间隙要求，间隙过大则会增加导线之间发生干涉的风险。
8.进一步地，所述相连的两条所述导线的连接面与所述电机定子的切向成3
°‑
20
°
夹角。扭折部的存在使导线的连接面与电机定子的切向之间产生偏转角度，通过对偏转角度
进行控制能够对径向间隙的尺寸进行控制。
9.进一步地，所述导线配置为扁导线。扁导线具有更高的槽满率，采用扁导线的电机具备更高的综合性能。
10.进一步地，所述导线配置为漆包线。漆包线为动力电机导线的常用材料。
11.根据本发明另一个方面的实施例，提供一种定子组件，包括铁芯和穿设于所述铁芯中的导线构成的绕组，其中由所述铁芯端部穿出的所述导线采用前述任一实施例中的端部绕组结构。采用前述端部绕组结构能够使定子组件具有更好的绝缘性能。
12.进一步地，所述导线伸出于所述铁芯的根部形成弯折，所述导线的焊接区包括在所述导线穿入所述铁芯前通过切角形成的焊接面，所述焊接面与所述导线的轴向成角度，待连接的两根所述导线的所述焊接面相邻接形成焊接线；待连接的两根所述导线于所述焊接面处通过激光焊连接。该结构下电机绕组端部高度更小，能够减小电机体积，节约导线耗材，降低重量并优化材料成本。
13.进一步地，在该定子组件中，所述绕组采用i-pin、hair pin或x-pin结构。
14.根据本发明又一个方面的实施例，提供一种绕组加工方法，提供设置在电机定子一端的多层导线，所述导线包括焊接区，该方法包括以下步骤：夹持所述导线的焊接区，对所述导线进行扭转变形，使所述导线形成扭折部，所述扭折部形成于距离所述焊接区最近的与相邻层中的所述导线交叉位置并向远离所述相邻层中的所述导线的方向凸出。通过对导线进行扭转变形来形成扭折部，能够有效地在相邻层的导线之间形成径向的电气间隙，达到提高绝缘性能的效果。
15.进一步地，所述导线扭转变形使所述焊接区在所述电机定子回转平面内转动的角度为3
°‑
20
°
。通过对扭转角度进行控制，能够控制扭折部的尺寸，进而控制径向间隙尺寸。
16.进一步地，该方法还包括以下步骤：扭头加工步骤，焊接加工步骤。其中，对所述导线进行扭转变形的步骤可以在所述扭头加工步骤之前或所述扭头加工步骤与所述焊接加工步骤之间或所述焊接加工步骤之后进行。根据电机定子的具体结构和实际加工工艺，对导线的扭转变形加工可以穿插在导线的扭头与焊接前后进行。
17.进一步地，该方法中，对每一条所述导线的所述焊接区进行扭转以形成所述扭折部。
附图说明
18.图1为一实施例中的电机定子结构示意图；
19.图2为一对比例中导线连接关系俯视图；
20.图3为一对比例中导线连接关系主视图；
21.图4为一实施例中扭折部结构示意图；
22.图5为一实施例中电机定子主视图；
23.图6为一实施例中电机定子俯视图。
24.上述附图的目的在于对本发明作出详细说明以便本领域技术人员能够理解本发明的技术构思，而非旨在限制本发明。为了表达简洁，上述附图仅示意性地画出了与本发明技术特征有关的结构，并未严格按照实际比例画出全部结构与所有细节。
具体实施方式
25.下面通过具体实施例结合附图对本发明作出进一步的详细说明。
26.本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本文的至少一个实施例中。在说明书的各个位置出现的该短语并不一定指代同一实施例，也并非限定为互斥的独立或备选的实施例。本领域技术人员应当能够理解，在不发生结构冲突的前提下本文中的实施例可以与其他实施例相结合。
27.本文的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，可以是活动连接，也可以是固定连接或成一体。对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技术实施例中的具体含义。
28.本文的描述中，“上”、“下”、“左”、“右”、“横向”、“纵向”、“高度”、“长度”、“宽度”等指示方位或位置关系的术语目的在于准确描述实施例和简化描述，而非限定所涉及的零件或结构必须具有特定的方位、以特定方位安装或操作，不能理解为对本文中实施例的限制。
29.本文的描述中，“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同对象，而不能理解为指示相对重要性或限定所描述技术特征的数量、特定顺序或主次关系。本文的描述中，“多个”的含义是至少两个。
30.随着新能源汽车行业的快速发展，为了进一步降低电机体积，减轻电机重量并减少铜材消耗，行业内提出了一种如图1所示的电机定子结构，该电机定子包括铁芯2与多条穿过铁芯2的扁导线1，这些扁导线绕铁芯2周向分布，并沿电机定子的径向排布为六层，每两层导线1相互连接，相邻的两层导线扭头方向相反，形成交叉区域a。结合局部俯视图图2，四条导线1a、1b、1c、1d中，导线1a、1b位于外层，其绝缘段11a、11b经扭头加工沿逆时针方向弯曲；导线1c、1d位于内层，其绝缘段11c、11d经扭头加工沿顺时针方向弯曲；导线1a的焊接区12a与导线1c的焊接区12c焊接在一起，导线1b的焊接区12b与导线1d的焊接区12d焊接在一起；在交叉区域a内导线1b的绝缘段11b与导线1c的绝缘段11c交叉并发生表面接触。传统的i-pin或hair pin采用“人”字形焊接，导线末端焊头与交叉导线间隔较远，其爬电距离通常在10mm以上。但是，结合图3，在该结构中，焊接区12a与12c通过预先切角加工形成了焊接面17，导线1a与1c直接沿焊接面17通过激光焊接连接在一起，使得焊接区12c与交叉区域a的距离较短，沿箭头b所示的最短路径，存在电势差的焊接区12b与焊接区12c之间的爬电距离可能不足4.5mm，不能满足动力电机的绝缘要求，当电机长期工作在油污、灰尘或潮湿的环境下有较高风险沿箭头b所示的爬电路径发生短接，影响电机工作的稳定性。
31.为了解决上述问题，本发明一个方面的实施例提供一种绕组端部结构，其局部结构如图4所示。提供四条导线1e、1f、1g和1h，其中导线1e、1f位于电机定子径向的外侧，经扭头加工沿逆时针方向弯曲；导线1g、1h位于电机定子径向的内侧，经扭头加工沿顺时针方向弯曲；导线1e、1g的焊接区12e、12g沿连接面15相贴合并焊接在一起；导线1f、1h的焊接区12f、12h以同样方式贴合并焊接在一起；在交叉区域a内导线1f与1g的绝缘区11f、11g相互交叉，成为导线1f/1g上与焊接区12f/12g距离最近的交叉位置。而与图2所示对比例中的结构不同，实施例在交叉区域a内，绝缘区11f与11g之间存在径向间隙14，使绝缘区11f与11g之间互不接触，消除了焊接区12f与12g之间在交叉区域a中的爬电路径，有效改善了导线1f、1g间的绝缘性能。
32.具体地在优选实施例中，径向间隙14形成于设置在绝缘区11f与绝缘区11g上的扭
折部13f和13g之间，其中扭折部13g由位于电机定子外侧的绝缘区11g向外侧凸出形成，扭折部13f由位于电机定子内侧的绝缘区11g向内侧凸出形成。在优选实施例中该两扭折部13f、13g之间的间距d设置为1mm-4mm，例如1.25mm。容易理解，当d值过小，扭折部13f与13g之间的径向间隙14不足以起到绝缘作用；而当d值过大，加工难度与绕组端部的体积则会显著增加。应当理解，d的数值范围并不是绝对的，例如在一些实施例中电机工作电压与现有通用的电压不同，d的范围也可以根据对应工作电压下电气间隙的绝缘性要求进行适应性调整。在导线1e与1h上对应的位置也设置有相同的扭折部(未示出)，这些扭折部的存在使得焊接区12e与12f之间的连接面15相对电机定子的切向16产生夹角α，该夹角α在优选实施例中设置为3
°‑
20
°
，进一步优选的实施例中可以设置为5
°‑
15
°
。
33.遵照本发明技术方案的技术思路，上述结构并不是设置径向间隙14唯一的方法，例如在一些实施例中可以仅在导线1e和1f上设置扭折部，而导线1g和1g上不设置扭折部，也可以形成径向间隙14。在另一些实施例中，也可以通过增大两层导线之间的间距或类似的设计来使交叉区域a的两条导线的绝缘区相互分离，但这类方案会产生令铁芯加工成本显著上升或引起槽满率的下降的风险。
34.在优选实施例中导线1配置为扁导线，与圆导线相比扁导线能够实现更高的槽满率和散热效率，使电机具备更高的性能。在优选实施例中，导线1配置为动力电机通用的漆包线如铜芯漆包线。
35.本发明另一个方面的实施例提供一种电机定子如图5和图6所示，该电机定子包括导线1和铁芯2，其中导线1由铁芯2端部穿出并采用前述任一实施例中的绕组端部结构。该电机定子主体包括六层周向穿设于铁芯2中的导线1，导线1采用扁线结构的铜芯漆包线，内层的两圈导线1之间两两相连接成为导线组i，中层的两圈导线1之间两两相连成为导线组ii，外层的两圈导线1之间两两相连成为导线组iii，在最外侧局部穿插设置有特殊导线两两相连成的导线组iv，每个导线组中每条导线1上距离焊接区12最近的交叉位置相交叉的两条导线1之间存在沿电机定子径向的径向间隙使导线1各自的绝缘段11在该交叉位置互不接触，以避免形成爬电路径。
36.在优选实施例中，导线1自铁芯2穿出的根部形成弯折18，其中相邻两层导线1的弯折18方向相反，例如其中一层导线1沿电机定子周向顺时针弯折，则与其相邻层中的导线则沿电机定子周向逆时针弯折。在导线1穿入铁芯2中之前，其末端的焊接区12经过切角加工形成了焊接面17，同一导线组中的相连的导线1的焊接区12沿电机定子的径向相贴合，使各自的焊接面17在电机定子轴向的远端对齐并相邻接，使其能够通过激光焊接连接在一起。
37.在不同实施例中，根据电机结构设计的不同，导线1组成的绕组可以采用i-pin、hair pin或x-pin结构。
38.根据本发明又一个方面的实施例，提供一种绕组加工方法，制造如图5、图6所示的电机定子。具体地，该方法包括以下步骤：
39.首先对导线1进行冲压、切断、成型，在导线1头部剥离绝缘层形成焊接区12，并通过切角形成焊接面17，焊接面17与导线1的轴向即导线1的长度方向成一定角度，具体角度取决于导线1扭头的弯折角度，以扭头加工后的焊接面17与电机定子轴向基本垂直为宜；
40.接下来将导线1插入到铁芯2中；
41.随后对导线1进行扭头加工，使每个导线组中需要相连接的导线的焊接区12沿径
向相抵接，从而使各自的焊接面17相邻接；
42.对导线1进行整形加工：对导线组i、ii、iii，夹持抵接在一起的成对的焊接区12，以焊接区12所在位置为中心，在电机定子的回转平面内沿箭头19方向扭转3-20
°
，使两条导线1在各自的绝缘区11分别形成扭折部13，扭折部13形成于距离焊接区12最近的与同一导线组中的其他导线1相交叉的位置，并向远离该相交叉的导线1的方向凸出，以形成径向间隙；而由于导线组iv中特殊导线的内外层的绕向与导线组i、ii、iii中的导线绕向相反(导线组i、ii、iii中内层导线1沿顺时针方向弯折，外层导线1沿逆时针方向弯折；而导线组iv中外层导线1沿顺时针方向弯折，内层导线沿逆时针方向弯折)，对导线组iv中的特殊导线进行扭转变形时方向也应与箭头19所示方向相反；
43.最后沿焊接面17将需要连接的导线1分别焊接在一起，完成电机定子的加工。
44.一个实施例中，通过上述步骤制造的绕组端部具有如图4所示的结构，其中，相邻导线的绝缘区11f、11g之间形成有径向间隙14，径向间隙14的宽度，也即交叉的11f、11g表面间的最小距离为1.25mm，焊接区的连接面相对电机定子的切向夹角α为5
°‑
15
°
。
45.在其他实施例中，根据电机结构设计的不同和生产条件的差异，上述加工方法的具体步骤可以进行调整，例如在一些实施例中，可以首先对导线1进行整形加工，使其在绝缘区11形成扭折部13，再进行扭头加工和焊接，在这些实施例中可以对每一条导线均进行整形加工，也可以只对一个导线组中的一层导线进行整形加工；在另一些实施例中，可以首先对导线进行扭头加工和焊接，最后再进行整形加工使其在绝缘区11形成扭折部13。应当理解，采用i-pin或hair pin结构的电机，其加工过程中导线1无需进行切角成型。
46.上述实施例的目的在于，结合附图对本发明作出进一步的详细说明，使本领域的技术人员能够理解本发明的技术构思。在本发明权利要求的范围内，对所涉及的零件结构及方法步骤进行优化或等效替换，以及在不发生结构与原理冲突的前提下对不同实施例中的实施方式进行结合，均落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种绕组端部结构，设置在电机定子的一端，包括多条导线，所述导线沿所述电机定子周向成多层分布，所述导线包括焊接区与绝缘段；在相互连接的相邻层中，所述导线之间存在交叉，且每条导线与相邻层中的另一条导线通过所述焊接区相连接，其特征在于，所述相邻层中的每条所述导线在距离所述焊接区最近的交叉位置与另一条所述导线之间存在沿所述电机定子径向的径向间隙，使相邻层中的所述导线的所述绝缘段互不接触。2.根据权利要求1所述的绕组端部结构，其特征在于，相连的两条所述导线中至少其中一条导线的所述绝缘段设置有扭折部，在所述相连的两条所述导线中位于内层的所述导线的所述扭折部沿所述电机定子径向向内侧凸出，和/或，位于外层的所述导线的所述扭折部沿所述电机定子径向向外侧凸出；所述扭折部提供所述径向间隙。3.根据权利要求1或2所述的绕组端部结构，其特征在于，所述径向间隙的宽度为1mm-4mm。4.根据权利要求1或2所述的绕组端部结构，其特征在于，所述相连的两条所述导线的连接面与所述电机定子的切向成3
°‑
20
°
夹角。5.根据权利要求1或2所述的绕组端部结构，其特征在于，所述导线配置为扁导线。6.根据权利要求1或2所述的绕组端部结构，其特征在于，所述导线配置为漆包线。7.一种定子组件，包括铁芯和穿设于所述铁芯中的导线构成的绕组，其特征在于，由所述铁芯的端部穿出的所述导线采用如权利要求1至6中任一所述的绕组端部结构。8.根据权利要求7所述的定子组件，其特征在于，所述导线伸出于所述铁芯的根部形成弯折，所述导线的焊接区包括在所述导线穿入所述铁芯前通过切角形成的焊接面，所述焊接面与所述导线的轴向成角度，待连接的两根所述导线的所述焊接面相邻接形成焊接线；待连接的两根所述导线于所述焊接面处通过激光焊连接。9.根据权利要求7所述的定子组件，其特征在于，所述绕组采用i-pin、hair pin或x-pin结构。10.一种绕组加工方法，提供设置在电机定子一端的多层导线，所述导线包括焊接区，其特征在于，包括以下步骤：夹持所述导线的焊接区，对所述导线进行扭转变形，使所述导线形成扭折部，所述扭折部形成于距离所述焊接区最近的与相邻层中的所述导线交叉位置并向远离所述相邻层中的所述导线的方向凸出。11.根据权利要求10所述的绕组加工方法，其特征在于，所述导线扭转变形使所述焊接区在所述电机定子回转平面内转动的角度为3
°‑
20
°
。12.根据权利要求10或11所述的绕组加工方法，其特征在于，还包括以下步骤：扭头加工步骤，焊接加工步骤；对所述导线进行扭转变形的步骤在所述扭头加工步骤之前或所述扭头加工步骤与所述焊接加工步骤之间或所述焊接加工步骤之后进行。13.根据权利要求10或11所述的绕组加工方法，其特征在于，对每一条所述导线的所述焊接区进行扭转以形成所述扭折部。

技术总结
一种绕组端部结构，设置在电机定子的一端，包括多条绕电机定子周向成多层分布的导线，相邻层中的导线相互交叉，导线之间通过焊接区相连，其中每条导线距离焊接区最近的交叉位置与相交叉的导线之间存在沿电机定子径向的径向间隙，使导线间的绝缘段互不接触。该绕组端部结构有效提高了电机定子端部的绝缘性能，改善了电机运行的稳定性。改善了电机运行的稳定性。改善了电机运行的稳定性。


技术研发人员：郝秀峰 虞兴翔 向羽 蒋大千 常宏建 潘阳
受保护的技术使用者：联合汽车电子有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/9/12